VOD產(chǎn)業(yè)小覽的論文

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美國電話公司(telco)和有線電視公司(catv)正在致力于研究和開發(fā)itv技術(shù),它們既是合作者又是競爭對手。按照慣例,電話公司支持交互性的實現(xiàn),它擁有非對稱數(shù)據(jù)用戶網(wǎng)絡技術(shù)(asymmetric data subscriber loop),利用現(xiàn)有的雙絞線向大多數(shù)用戶傳送26mhz帶寬的雙向數(shù)據(jù),向家庭和商業(yè)企業(yè)傳送圖像、電視和數(shù)據(jù)。telco在美國已擁9400萬個家庭用戶,有線電視公司擁有大量單向帶寬通路,為5800萬個家庭提供靈活大容量的光纖網(wǎng)絡用以傳輸各種圖像、視頻、音頻及計算機數(shù)據(jù),并具有播出多種電視節(jié)目的經(jīng)驗。產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史目前,世界上很多國家,很多大公司都非常重視這項技術(shù)，ibm，dec， compaq, sun, fore，toshiba等及臺灣的一些廠家已進行了大量的產(chǎn)品開發(fā)工作。國內(nèi)一些公司和部門從1995年開始在一些大城市試驗小區(qū)的vod服務。從1986年起,南貝爾(bellsouth)已經(jīng)在hunter greek和heathrow分別作了兩個重要的vod實驗。1993年,聯(lián)邦政府批準大西洋貝爾(bell atlantic)有一年時間在現(xiàn)有電話線上進行傳送tv視頻撥號音試驗。緊接著大西洋貝爾的chesaperke和potomac telephone公司被授權(quán)在1994年3月對2000個用戶進行試驗,試驗中將mpeg-1壓縮視頻節(jié)目傳送到用戶的機頂盒,解碼后送給用戶電視機。此外,nynex公司在1993年6月向曼哈頓(manhattan)居民提供了第一套vod系統(tǒng)。1994年12月14日,在美國召開了關于time warner全業(yè)務網(wǎng)(fsn-full sevice network)的新聞發(fā)布會,會議將這個日子稱為交互式電視誕生日。fsn的概念是兩年前time warner公司提出的,使用現(xiàn)有的光纖網(wǎng)及其升級的工業(yè)標準協(xié)議。后有三個主要合作伙伴共同開發(fā)fsn:sgi在視頻服務器方面提供合作;scientific atlanta公司在網(wǎng)絡底層結(jié)構(gòu)和機頂盒方面提供合作;at&t公司負責atn轉(zhuǎn)換。time warner在奧蘭多(orland florida)全業(yè)務網(wǎng)試驗現(xiàn)場,采用一套4000視頻流的設備,它需要1萬億位的存儲能力,相當于1500張標準cd-rom盤,約1750小時的壓縮視頻資料。fsn的開發(fā)者十分重視商品化問題,1994年各項技術(shù)并沒有成熟到讓用戶滿意,預計到1996年才切實可用。那時fsn的機頂盒售價將為300美元,觀看影片的價格少于出租錄像帶的租金,玩游戲的價格每天1美元。美國oracle公司1994年宣布每個視頻流費用約600美元,僅為以前價格的1/5,對于一個接入100萬訂戶的vod系統(tǒng),每年每戶費用減少到75美元。oracle的媒體服務器采用視頻存儲器和巨型并行處理機(n-cube的mpp)。n-cube計算機具有1024個并行處理器,每個處理器可看成是一個視頻泵(video pump),在服務器陣列盤上提取數(shù)字視頻壓縮信號(如電影),視頻信號的幀被分散到不同盤上。oracle已解決了如何使這些視頻泵一同或單獨工作的問題,其結(jié)果是上千人可以同時觀看單一拷貝的一部電影,1臺視頻服務器能同時傳送1700個獨立的視頻流。oracle還提供oracle media objects,一種用于交互式多媒體創(chuàng)作的編輯工具;oracle media net,一個可將電視和機頂盒設備聯(lián)接到視頻服務器的軟件。上述軟件具有傳送vod的實用性,同時還可用于點播文字、音頻和圖形業(yè)務。其他的,如viacom、nickelodeon、discovery network、sega、intel和general instrument、hp、micropolis、nec和wothern telecom等公司,都正在研制與此有關的產(chǎn)品。sgi公司最近(1995年)宣布了一種新型的交互式電視視頻處理器magic carpet,它將支持itv的機頂盒及其他消費類產(chǎn)品的交互式視頻。它集成了mips的risc技術(shù)和sgi先進的圖形引擎技術(shù)。magic carpet的潛在產(chǎn)品包括完全服務的交互式電視網(wǎng)絡、家庭娛樂系統(tǒng)、數(shù)字式電視和錄像機。at&t network system、phillips electronics、samsung electronics和time warner cable都宣布支持magic carpet產(chǎn)品。ibm1995年7月宣布建立itv應用開發(fā)實驗室,選用了microware的數(shù)字音頻/視頻交互式解碼系統(tǒng)(david)作為交互式電視應用開發(fā)實驗室的開發(fā)平臺。對于那些用電話、有線電視及無線網(wǎng)絡的itv解碼器,david是一個標準的操作環(huán)境?，F(xiàn)在已有20多家制造廠商為其解碼產(chǎn)品選用了david平臺。這些解碼產(chǎn)品將用于1995年交互式電視的試運行和大規(guī)模連網(wǎng)工程。歐洲進行這類試驗的有泛歐atm網(wǎng)絡(pean)、全歐網(wǎng)絡(gen)及歐洲先進通訊技術(shù)研究開發(fā)中心(race)等。尤其是英國通訊公司(british telecom)的vod已在工作。這是一次adsl不公開的技術(shù)演示,是由英國通訊公司實驗室為一個工業(yè)小組安排的,點播電視節(jié)目和廣告,經(jīng)過本地電話交換機的普通雙絞線傳輸?shù)?公里外的私人住宅。以縮小為一個芯片。通過電話線接收的vod,最后機上可能只包括:一只adsl解碼器、一只mpeg解碼器、一只微處理器控制器及將視頻從電話呼叫中分離出來的濾波器,價格將下降到150200美元。通過一般電話線提供vod業(yè)務,技術(shù)已很現(xiàn)實,由英國通訊公司(或任何其他國家電訊集團)開辦這種業(yè)務的真正障礙將是節(jié)目權(quán)的使用。亞洲韓國的kt(korea telecom)公司已推出vod業(yè)務,通過電話線向家庭傳送電影和karaoke節(jié)目。kt公司1995年6月通過panpo電話局向100個家庭提供vod服務。1995年7月,kt公司打算把這個服務擴展到pusan、taegu和kwangiu的另外1000個家庭。在這次試驗中,存儲在pan-po電話局計算機中經(jīng)過編碼的vod節(jié)目將通過電話線發(fā)送給點播人。點播人家中的機頂盒將信號進行解碼。在選定某個節(jié)目之后的三秒鐘內(nèi),電視機上將會出現(xiàn)相應的畫面,點播人可以進行停止、快進、倒放等操作,就像使用錄像機一樣。1996年,kt公司打算將其全面商業(yè)化。技術(shù)及其實質(zhì)交互式電視系統(tǒng)和分布式多媒體數(shù)據(jù)庫從機理上講是完全一樣的。交互式電視臺把新聞和其他節(jié)目,經(jīng)過視頻音頻壓縮技術(shù)存儲到多媒體數(shù)據(jù)庫中,用戶可以通過機頂盒而不是多媒體工作站,點播各種廣播節(jié)目。這是交互式電視系統(tǒng)與分布式多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個重要區(qū)別。交互式電視系統(tǒng)和人機間直接通訊系統(tǒng)一樣,數(shù)據(jù)的傳送量和接收量之間有大量的差異。人類的眼腦和耳腦結(jié)合可以迅速地接收非常多的信息,而操作鍵盤和定位設備的手就要慢好幾個數(shù)量級。使用單鍵遙控器的交互式電視系統(tǒng),目前要以每秒兆位的速度傳送家用質(zhì)量的電視,而從遙控器到機頂盒只是每分鐘幾位的數(shù)量級。以賓館按次付費(ppv)點播電視系統(tǒng)(vod)為例,輸入為44位11個數(shù)字,而響應輸出是每秒192000字節(jié)90分鐘的圖像及聲音,不對稱性為億比1。無論是有線電視和電話公司的vod系統(tǒng),還是蜂窩電視和賓館點播電視vod系統(tǒng),都有一個用戶擴充和技術(shù)更新的問題。要有效地解決上述問題,系統(tǒng)必須設計成模塊化,使其具有可擴展性。例如有線電視和電話公司的vod系統(tǒng),擁有50010萬個用戶、203000個電影或節(jié)目資源是比較經(jīng)濟有效的;就蜂窩電視vod而言,擁有10005000個用戶、20300個節(jié)目;對于賓館vod系統(tǒng),擁有201000個用戶,20200個節(jié)目資源也是經(jīng)濟有效的。根據(jù)目前試范系統(tǒng)的經(jīng)驗,在一個星期中,交互式電視系統(tǒng)大多數(shù)節(jié)目的選擇集中在一個非常小的節(jié)目子集中。一個特殊的例子是視頻點播收入:不到25個節(jié)目提供了97%的收入;在1000到10000個節(jié)目中,3368個節(jié)目就可滿足99%的請求,而39129個節(jié)目就可滿足%的請求?；谏鲜龅慕y(tǒng)計,可以選用準點播電視(nvod)的方案。例如將一部90分鐘的視頻節(jié)目(1g字節(jié))組織成10個線程,每個線程偏移9分鐘,在點播等待時間,可以播放預先準備的”微型節(jié)目”、卡通片及即將播放節(jié)目的精選;分鐘的新聞提要;1分45秒的公眾服務公告;50秒鐘的有用的提示;25秒可引用的記錄;12秒鐘鼓舞人心的消息和12秒正片即將開始的提示。nvod系統(tǒng)可以大大提高每個視頻線程的用戶量,同時還可以用廣告收入貼補用戶費用,這樣就可以降低整個點播電視系統(tǒng)的費用。另一個值得重視的特點是節(jié)目選擇時間的集中性。例如一個有4500個用戶正觀看的視頻節(jié)目在晚上八點結(jié)束,節(jié)目結(jié)束后,有4300個用戶在1分鐘之內(nèi)要選擇新的節(jié)目,這樣每秒鐘將會有72個復雜事件等待處理。這就是在vod系統(tǒng)中,設計節(jié)目選擇計算機和記帳計算機要考慮的問題。交互式電視最常用的是節(jié)目間的交互,亦稱點播電視(vod)。典型的vod系統(tǒng)主要由下面四部分組成:視頻服務器、編碼器/路由器、用戶請求計算機和記帳計算機及機頂盒。在這里重點講述兩個關鍵技術(shù):1.視頻服務器vod系統(tǒng)為了進行點播電視服務,需要一個大容量存儲器和具有高速傳輸能力的快速檢索系統(tǒng),這就是視頻服務器。它的主要功能是:(1)大容量視頻存儲典型的視頻存儲器可以有20gb的存儲空間(20部90分鐘的影片),采用多重單元互連可以提供幾倍的20部影片。視頻服務器選用的存儲體有磁盤、磁帶和ram。為了提高性能價格比,較多的采用溫徹斯特硬盤?，F(xiàn)在單盤可以以2mb/s的速度產(chǎn)生8路視頻數(shù)據(jù)流。為了提高數(shù)據(jù)傳輸率、i/o響應時間、可靠性、存儲容量及降低費用,大量采用廉價磁盤冗余陣列(raid)技術(shù)來制作視頻陣列盤。要滿足對不太流行的視頻節(jié)目的需要,必須有二級存儲器,通常采用智能化磁帶(robotic tape libraries)。由于ram費用太高,只有少量用在cache緩存中。(2)節(jié)目檢索和服務視頻服務器接收所有用戶的全部信號對服務器進行控制。服務器控制處理能力要根據(jù)應用的不同進行設計。例如,交互較少的點播影片,只需要較少的控制處理能力;而對交互式較多的交互式學習、交互式購物及交互式視頻游戲,就需要高性能的計算平臺。(3)快速的傳輸通道視頻服務器有一個高速、寬帶的下行通道與編碼路由器相連,把服務數(shù)據(jù)(視頻、音頻及嵌入控制信號的數(shù)據(jù))傳送給各個用戶。sgi宣稱它的challenger xl系列通過總線每秒可以傳送大約1gb數(shù)據(jù)。同時,視頻服務器還接收來自用戶請求計算機的各種反向通路信號。每個用戶要求的帶寬較低(16kb/s),當然數(shù)據(jù)量和速率也取決于用戶的多少。視頻服務器是交互式電視系統(tǒng)最重要的組成部分,也是價錢最貴的設備。目前世界上很多公司都看好視頻服務器市場,爭先設計銷售自己的視頻服務器。視頻服務器最大的特點是要求數(shù)據(jù)流的平穩(wěn)性。例如,希望視頻流以精確的幀/s傳輸,而不像一般計算機網(wǎng)絡服務器希望盡可能快地向計算機傳送數(shù)據(jù)。還希望它具有較好的交互性、可靠性及可擴展性。為了提高性能價格比,存儲器多數(shù)采用視頻磁盤結(jié)構(gòu)。為了盡量滿足上述指標要求,視頻磁盤要能夠:識別錯誤而不是中止視頻流來改正它;利用順序?qū)ぶ愤m應視頻數(shù)據(jù)的固有特性;盡可能在視頻流利用自識別的嵌入地址,而不必重新校準;利用磁盤寬帶的優(yōu)點從一個磁盤產(chǎn)生多個視頻流(滿足vhs質(zhì)量,從一個磁盤驅(qū)動器可以產(chǎn)生3到18個順序訪問的視頻流);提供適于視頻記錄和重播的簡單命令集。已經(jīng)開發(fā)了三種基本的視頻服務器結(jié)構(gòu);在通用主機上實現(xiàn)的視頻服務器;用緊耦合多處理器實現(xiàn)的視頻服務器;專門設計的多線程視頻服務器,又叫調(diào)諧視頻服務器(tuned video server)。通用主機的方法是最容易實現(xiàn)的方案,但是費用較高,可靠性取決于主機系統(tǒng)。緊耦合多處理器方法能處理更多的并行節(jié)目,比主機方法便宜一些。因為它擁有更多的冗余,可靠性高于主機方案。專用的多線程視頻服務器的設計目標就是針對視頻服務應用的,視頻服務器首先是一個數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng),它不需要大量的計算處理能力。所以采用擴充的模塊化結(jié)構(gòu),支持多個并行數(shù)字通道是可行的。每個數(shù)據(jù)通路都能支持多個視頻線程。由于設計時留有大量冗余,所以它的可靠性比前兩種有了較多的提高。為了提高編程的有效性,調(diào)諧視頻服務器設計了專用的指令系統(tǒng),又增加了專用的函數(shù)調(diào)用,使得訪問atm網(wǎng)變得更容易了。調(diào)諧視頻服務器 有一個靈巧的調(diào)諧視頻服務器母板,它可以連接多個服務控制器,支持50個磁盤驅(qū)動器和750線程的電子盒。多個這種電子盒可以通過標準的atm交換器互連到多路電纜系統(tǒng)中。要擴充系統(tǒng)只要增加更多的磁盤控制卡,磁盤控制卡符合標準的scsi接口,并連接到每個磁盤驅(qū)動器。調(diào)諧視頻服務器的母板除了聯(lián)接atm打包器外還聯(lián)接控制計算機。2.電視機機頂盒電視機機頂盒是vod系統(tǒng)用于節(jié)目選擇凡與vod系統(tǒng)交互通訊的用戶室內(nèi)設備。它應該具有以下功能:(1)指示用戶室內(nèi)設備、網(wǎng)絡傳輸和節(jié)目資源的狀態(tài),在用戶的電視屏幕上顯示服務公司及信息提供者所給出的信息和菜單。(2)把用戶的選擇傳送給服務中心或信息提供者。(3)提供用戶基本的控制功能,如電源的開/關、選擇vod或標準電視操作。(4)控制用戶的電視或盒式錄像機。(5)交互式購物。(6)交互式教學。(7)與家用計算機接口。(8)數(shù)據(jù)傳輸。(9)公用設備監(jiān)測。(10)傳輸性能的遙測反饋。機頂盒是交互式電視系統(tǒng)的終端,已從一個多頻率調(diào)諧器和解碼器變?yōu)榇罅侩娪?、多媒體事件、新聞等聯(lián)機數(shù)據(jù)庫的前端控制。它能夠進行節(jié)目選擇、觀看時間選擇、系統(tǒng)功能(診斷、狀態(tài)、出錯處理及控制等)、命令整理、菜單瀏覽、家庭采購、交互式游戲、電視機控制、隨機場景選擇、審查帳單及費用控制等。它的組成部分有:數(shù)字調(diào)諧器,atm處理單元、adsl接口、圖像和聲音的解壓縮、nisc、pal、secam或rgb編碼、雙向通路接口、遠程控制接口、內(nèi)存接口及擴展接口。機頂盒設計的一條重要原則是開放式結(jié)構(gòu),以便為用戶提供更多的服務。這是因為:采用開放式結(jié)構(gòu),并不凍結(jié)在現(xiàn)有技術(shù)。它與網(wǎng)絡有效連接。采用模塊化結(jié)構(gòu),具有靈活的可擴充性。如全功能catv 150機頂盒不僅僅是一個調(diào)諧器,也是一個視頻服務器遠程控制單元,通過atm網(wǎng)絡與視頻服務器相連,提供與視頻服務器雙向、全雙工的通信。它與視頻服務器通信包括如下信息:觀看者的菜單選擇、硬件/線路的診斷狀態(tài)、節(jié)目卸載請求等。目前,不同的候選頻率正在考慮,它包括低頻帶(從1040mhz)及放在頻譜高端的帶外頻段。機頂盒和視頻服務器之間的通信是十分不對稱的,即從端頭器發(fā)向每個機頂盒的信息比返回的信息要高出幾個數(shù)量級。類似地,到機頂盒的帶外信號只需較小的帶寬(5%到10%)。通過使用數(shù)字可編程調(diào)諧器和帶外信號調(diào)制解調(diào)器,電纜特性可由機頂盒自動決定,或由操作者定義,以便一個機頂盒能夠適應不同的catv系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。比較典型的是telco vod系統(tǒng)的機頂盒。在應用中,分離的雙絞線從中心辦公室(co)連到每個不同的用戶,即每個用戶都有自己專用的雙絞線,帶寬為到6mhz。這一帶寬足夠傳送vhs質(zhì)量到廣播級質(zhì)量壓縮的數(shù)字或tv信號。telco采用aqsl技術(shù)(非對稱數(shù)字式用戶線路),允許壓縮視頻、音頻及返回數(shù)據(jù)共存。簡易的老式電話業(yè)務(pots)大約占據(jù)了開始的5khz帶寬,返回通路占據(jù)了下一個10khz帶寬,留給壓縮的視頻和音頻。telco機頂盒與catv機頂盒的最大區(qū)別是不需要數(shù)字調(diào)諧器,因為僅有一個壓縮的視頻音頻信號傳給它,而不像catv機頂盒要從同軸電纜上成百個壓縮的視頻音頻信號中進行選擇。機頂盒的簡單工作原理如下: 控制系統(tǒng):或稱系統(tǒng)微處理器,是機頂盒的心臟。它從rom中讀取啟動(自舉)程序,并把機頂盒功能程序和動態(tài)數(shù)據(jù)存到ram中。與其他機頂盒的功能塊一起,由微處理器通過總線把它們和諧地組織起來,共同完成機頂盒的整體功能。數(shù)字調(diào)諧器:從控制系統(tǒng)接收指令,通告它有關傳輸層的類型、帶寬、頻率、解調(diào)方式和解碼信息。在初始化之后,它給atm處理器傳送一個包括多個程序和程序線程的數(shù)字或數(shù)據(jù)流。數(shù)字式調(diào)諧器要選擇的每個頻率可以是不同組的并發(fā)節(jié)目,每個組在不同的頻率間隔可以有2100節(jié)目。atm處理器:從數(shù)字式調(diào)諧器接收多組數(shù)據(jù),通過控制系統(tǒng)模塊命令控制它選擇相應的數(shù)據(jù)包。例如,選擇一個帶有確定虛或?qū)嵉刂返臄?shù)據(jù)包,舍棄其他的數(shù)據(jù)包,特定地址的數(shù)據(jù)包將與特定節(jié)目相對應。atm處理器將所選擇的數(shù)據(jù)分成三個流:視頻流、音頻流和一個反饋給控制系統(tǒng)模塊的數(shù)據(jù)流。音頻流送給音頻解壓縮器,視頻流送給視頻解壓縮器,來自端頭器(headend)的控制信息定義了解碼算法、觀看限制、圖像分辨率及畫面長寬比等。atm處理器還收集了傳輸中的錯誤狀態(tài)等信息,必要時將此信息傳給控制系統(tǒng)模塊,以便與端頭器聯(lián)系。adsl接口:它的任務是將telco非對稱數(shù)字式用戶線路數(shù)據(jù)傳送給機頂盒,以及將機頂盒的數(shù)據(jù)傳給telco的ad-sl。它能夠把壓縮的數(shù)字式音頻和視頻信號通過信號處理器傳送給開放式視頻和音頻解碼電路。開放式視頻解壓縮器:從控制系統(tǒng)接收信息指示它如何解壓縮視頻,從atm處理器接收壓縮的視頻數(shù)據(jù),解壓縮后送給nisc/pal/secam編碼器。開放式視頻解壓縮器是微碼引擎(microcode engine)的dsp(digital signal processor)。它從控制系統(tǒng)接收解壓縮的微碼,一旦裝進了適當?shù)幕谀撤N算法的微碼(如jpeg、mpeg-及mpeg),就能對當前的視頻壓縮數(shù)據(jù)進行解壓縮。這些微碼解壓縮算法,可以在節(jié)目間更換,甚至可以在場景間更換,允許正在顯示的場景使用最好的解壓縮技術(shù)。開放式音頻解壓縮器:與視頻解壓縮器一樣,從控制系統(tǒng)接收音頻解壓縮算法。從atm處理器接收壓縮的音頻數(shù)據(jù)由音頻解壓縮器解壓縮后,將其送到tv的左、右立體聲道。它也采用可編程的微碼dsp結(jié)構(gòu),以便適應不同的音頻編碼方法(g711、g721及g728)以及算法的改進和更新。nisc/pal/secam編碼器:將解壓縮的視頻信號yvv或rgb編碼成現(xiàn)有國際標準電視接收機能夠接收的ntsc/pal/secam制式。帶外信號調(diào)制解調(diào)器:提供了機頂盒控制系統(tǒng)和catv端頭器視頻服務器之間的接口。在telco系統(tǒng)中,它提供了到機頂盒的全雙工數(shù)據(jù)通信;在catv系統(tǒng)中,它定義了哪個實或虛地址被解碼。在上述兩種應用中,它提供如何解壓縮、解碼和解密,并控制節(jié)目費用、節(jié)目線程的定時、菜單和漫游信息、帶寬規(guī)劃、電子節(jié)目導引(epg)信息、自舉等。這個子系統(tǒng)將顧客需求、系統(tǒng)狀態(tài)、診斷反應等通知給端頭器。ir遠程接口:提供通用的ir遠程控制設備的接口,如單鍵遙控器。它能夠提供所需的全雙工能力?？偨Y(jié)綜上所述,點播電視系統(tǒng)的關鍵技術(shù):視頻服務器技術(shù)、機頂盒技術(shù)(多媒體終端技術(shù))及atm網(wǎng)絡技術(shù),也是分布式多媒體數(shù)據(jù)庫、視頻會議系統(tǒng)以及計算機支持的協(xié)同工作或協(xié)同編輯系統(tǒng)(cs