广电高清互动电视平台原理与实现

武汉广电高清互动电视平台原理与实现一、概述数字电视产业在飞速发展，武汉广电网络作为中部地区昀大的广电运营商在这个过程中获得了历史的机遇，同时也需要接受来自外部的诸多挑战，对于广电内部而言，直播卫星、手机电视等多种技术体系在冲击有线数字电视的领地，对于外部而言，各个电信运营商都在积极试点IPTV业务，对视频点播领域虎视眈眈。如何应对这些挑战，能够在巩固原有的业务用户的基础上，同时能够获得新的业务增长点，这需要武汉广电网络能够对昀终用户提供多种差异化的服务。利用高清互动电视平台能帮助武汉广电网络实现在业务层面的三网合一，完成其从单一的视频业务服务商向综合信息服务运营商的转换。武汉高清互动电视平台作为网络融合和业务融合大趋势下的产物，以武汉广电网络现有的HFC网络为基础，以双向互动机顶盒为纽带，将市民家中的电视机转换为家庭多媒体终端，是一个以实现业务融合和实现信息共享、传递为目标，以提供跨越多个不同网络的应用为核心，针对武汉市民建设的三网融合业务公共服务平台项目。根据武汉市广播影视局（总台）的统一布署，为提高武汉广电网络的网络价值和业务竞争力，积极、稳妥地推进互动电视业务的发展，进行此次互动电视运营平台的建设，满足武汉城市信息化高速发展的需要。武汉广电网络HFC网覆盖用户约200万，网络信号延伸到“1+8城市圈”部分城市。在武汉城区，80%的HFC网为双向网络。待互动平台一期建设完成后，用户只需要在终端升级机顶盒即可成为互动电视用户。通过系统二期扩容后，互动电视用户可以扩展到武汉“1+8”城市圈，通过系统三期扩容后，可以作为国家广电网络NGB（下一代广播电视网）系统的一个节点，实现全国范围内的有效覆盖。二、平台设计目标武汉广电高清互动电视平台建设目标是建设一个以武汉广电网络为主导的大容量、高性能、易维护、开放性和扩展性良好、有服务质量保证的三网融合业务公共服务平台。该平台可向用户提供数字电视高标清直播、VOD高标清点播、频道回看、频道时移、魅力武汉、阳光政务、家庭相册、在线游戏、远程教育、在线医疗、电视支付、电视银行等应用项目。平台的具体设计目标如下：（1）建设一个支持多CP/SP引入和支持多厂家互动多媒体业务系统的开放的区域性（覆盖武汉三镇和周边地区）中心平台。（2）平台支持集中布署和分布式2级和3级架构布署的分级组网方式，并能支持从集中式布署向2级架构和向3级架构平滑扩展，服务可覆盖“1+8城市圈”或更大范围的区域。（3）平台支持多种网络的接入以及业务在多种结构的承载网上运行，业务能够支持包括机顶盒在内的多种终端设备，今后可扩展支持PC、手机和“上网本”等移动终端和其他终端。（4）编码格式支持：H.264及MPEG2；支持H.264和MPEG2在任意设备任意输出端口的多格式混播，流承载协议（编码容器）为MPEG2TS。支持编码格式为：标清互动视频：H.264标清，H.264主类3级(MP@L3)，进行IP封装后码率2Mbps以内（在保证广播级视频质量的前提下应尽量优化降低带宽）高清互动视频：H.264高清，H.264高类4级(HP@L4)，进行IP封装后码率9Mbps以内（在保证广播视频级质量的前提下应尽量优化降低带宽）标清广播小窗口视频：MPEG2标清，MPEG24:2:0MP@ML,进行IP封装后码率3.75Mbps以内（为兼容早期仅支持MPEG2的单向机顶盒，仅用于适合低分辨率图像的业务应用，如小窗口视频广告等）；标清广播视频：MPEG2标清，MPEG24:2:0MP@ML,进行IP封装后码率6Mbps以内（用于自办虚拟频道直播码流进入DVB平台进行广播）音频：MPEG1layer2、AAC和杜比AC-3（5）平台能根据用户数的增加实现在不中断业务的前提下平滑扩容，系统容量能够线性增长，昀终能支持数百万用户规模。（6）平台具有良好的媒体资源可管理性和开放性，能够统一管理和调度平台内的多媒体资源（视频、音频、图像、文本等），实现多个业务之间资源的共享和引用；实现平台同多个CP/SP之间可管理的资源共享和业务共享。（7）平台内的业务系统（如VOD业务系统、时移业务系统、信息浏览业务系统、电视游戏业务系统等）能够具备业务管理和监测能力，并向其他系统提供运营信息和数据，具有开放的和标准化的接口。（8）能够提供对多种业务的综合运营能力，支持业务的多种计费方式（如：套餐、优惠、按次计费等）和多种付费方式（预付费和后付费等）。（9）平台中布署的业务能够一次开发，一次集成，统一在终端上布署，全网运行。（10）平台具有统一的接入门户和统一的鉴权。三、平台总体技术方案1、总体架构互动平台系统拓扑图：武汉广电高清互动电视平台，逻辑上可划分为业务层、支撑层、承载层、网络层次图如下所示：图1系统总体架构图1.1业务层业务层负责实现用户的各种服务请求，根据用户需求而开发的相关业务，它是平台的生产系统。根据业务的属性不同，可分为视听业务和非视听业务两大类。视听业务是广电运营商的核心业务，包含除传统的数字电视广播、虚拟频道、NVOD、数据广播等业务外，还有形式新颖、操作灵活的互动视听业务，包括：直播回放系统、精彩回放系统、nPVR系统、VOD点播系统、互动教育系统、音乐点播、电视K歌等系统等。非视听业务是能够提升ARPU值的增值业务，包括：财经服务系统、电视游戏系统、电视投票系统、电视缴费系统、电视彩票系统、电视邮箱系统、电视商旅系统等等。1.2支撑层负责向合法用户提供相应的服务、记录用户已使用服务的情况，同时对系统所提供的各种互动业务进行管理与维护，为运营商的互动业务运营管理提供基础支撑服务。主要包括：认证鉴授记账系统（AAA）、内容管理系统（CMS）、运营管理系统（BMS）、业务及数据接口等组成部分。通过这些接口可以和业务导航系统（iEPG）、网络管理系统（NMS）、视频业务平台（VSP）、SMS/BOSS等部分进行集成1.3承载层它是响应客户指令，实现各种服务的系统层，譬如：视频服务资源分配和流的推送、服务页面的生成下发。包括：媒体采编收录系统（RC）、数字版权管理（DRM，可集成第三方）、（AMS）媒资管理系统、（CC）控制中心、（CDN）内容分发系统、（VS）视频服务系统和RTSP网关、网络管理系统（NMS）等组成部分。1.4网络层网络层的任务，具体来说就是指运营商负责实现互动业务的双向HFC网络或其它双向数字网络将各种服务内容或控制信号由前端系统传输到终端用户，同时接收终端用户回传的业务指令到前端系统。此外，运营商在前端能通过该网络对客户终端进行有效的监管。2、互动业务管理平台互动业务管理平台包括以下系统：AAA（认证、鉴权、记账系统），CMS（内容管理系统）、BMS（商业管理系统）。平台负责统一接入、统一认证、统一授权、统一资源管理、统一业务接入等各种业务支撑或业务管理功能。管理平台还为MAM（媒体资产管理系统）、NMS(网络管理系统)、BOSS（商业运营支撑系统）、VSP（视频业务平台）、iEPG(互动业务导航系统、SDS（业务分发系统）提供标准的接口，使得系统架构更加合理，开放性得以保证。图2互动业务管理平台架构2.1AAA系统AAA系统主要是承担了：终端设备身份认证、用户业务权限鉴定及授权、业务使用明细记录、各类业务数据交互等功能。AAA系统采用集群模式对业务系统或终端提供基于WebService的远程服务接口调用。AAA系统功能主要包括有：l终端认证激活：终端第一次使用前端系统时需要进行激活操作方能正确接入；l终端认证登录：终端非第一次使用前端系统时，只需要进行简单的登录操作即可；l业务鉴权：为业务系统提供统一的鉴权接口；l终端业务数据接口：提供相关的业务数据查询接口，例如获取节目单、获取相关节目信息等；图3AAA系统l接入认证认证流程主要是提供对终端的身份识别和权限校验功能。支持对多重终端身份标识的混合校验，并能灵活定制校验规则。使得后台运维系统可以根据用户实际的情况来灵活的设定其绑定规则信息，如用户、机、卡绑定。认证流程提供安全完善的认证接口，分为激活和登录两种方式的用户认证。接口模式采用WebService+SOAP，昀大程度上支持了跨系统的业务逻辑操作，提高系统的兼容性。通讯协议采用HTTPS协议，有效的规避了信息在网络传输过程中的安全性问题，杜绝非法用户利用容易获得的网络和业务信息不断探视网络。终端用户在第一次开机时，需要用户输入用户标识(AliasNumber)和用户密码，终端发送输入的用户标识和用户密码、同时发送本机MAC,SmartCardID,STBID,IP信息到前端服务器进行用户激活，终端的IP由前端服务器通过通信协议中自动获得，经验证为合法用户后，前端回传用户编号(UserID)、接入令牌(Token)、业务信息版本〔Version〕、业务域信息〔Info〕，这些信息终端会在本地持久存储。业务域信息包含业务配置信息、业务授权信息、网络配置信息等，下发到终端后由终端保存使用。详细业务流程参看下图：图4激活流程当用户激活成功以后，每次开机后，终端将不再进行激活操作，直接进行登录验证。机顶盒终端发送登录请求给认证系统，请求系统认证它的合法性，认证系统将根据终端提交的登录信息（用户标识、用户签名和版本号），进行签名验证，并采用了奇偶校验方式，有效的规避当发生不可预料异常时产生的认证信息丢失问题。签名校验通过后，将会下发一个新的Token到终端，终端再将新的Token保存到本地替代旧的Token；同时，前端服务器将会根据业务信息版本的变化决定是否下发业务信息，当业务域信息有变化时，机顶盒将持久化保存替换原有业务域信息内容。图5登陆流程l综合鉴权鉴权流程主要提供鉴权逻辑，规避用户对服务、网络等资源的越权操作。只有合法的认证用户，经过鉴权流程后，才具备使用和访问网络及业务的能力，在使用业务的时候需要对业务进行一些产品级的细分鉴权控制，该工作具体由前端互动业务管理平台的AAA模块负责，承担各类互动业务在业务使用时候的鉴权工作，由此，将各类互动业务的综合鉴权控制与视频流服务分离。其流程时序图如下图所示：图6鉴权流程l综合记账记账功能在商品交易过程中是必不可少的。在介绍记账过程以前，先对预付费用户和后付费用户进行说明：对于预付费用户，须先缴纳相应费用才能享受到对应业务，当用户余额小于暂扣金额时，无法点播、预览付费商品（但仍可以使用赠送的商品）。对于后付费用户，可以先享受业务，再在一定时间后缴纳相应费用。系统的记账过程分两步，分别在鉴权和记录使用事件这两个时刻完成：（1）系统在对某商品进行鉴权过程中若产生记账请求（商品在鉴权过程中产生记账请求的条件：商品为非赠送而得的商品、商品未被包月使用、该商品关联了重用规则且此次的使用不属于重用、或者用户是将该商品赠送给其他用户），将在用户暂扣金额中增加该商品的费用，记账第一步完成。(2)用户使用该商品结束后，PMS向AAA系统发出的使用事件记录请求，对于该请求，AAA系统有两种处理方式：即时向SMS上报该记录；先将使用事件信息暂存，以批量方式定时上报至SMS。对于这两种方式，可自行选择其中一种方式进行。(3)在上报使用事件时刻，系统将根据该商品关联的规则进行记账——此时有两种方式，金额返还（在用户暂扣金额减去该商品的费用）和扣款处理（在用户暂扣金额减去该商品的费用的同时还会在用户余额中也减去该商品的费用）。2.2CMS系统CMS系统主要是以内容管理为核心，负责了内容的上载、生命周期管理、网络存储及分发、内容信息管理、内容授权管理、内容发布及用户获取内容的导航方式定义等功能。并且在没有完善的BOSS进行支撑时，CMS还承担了和BMS配合实现业务管理、资费管理、订购管理、用户管理等基本功能。CMS提供了与其他模块（业务系统、门户系统和BMS）的数据同步接口，接口是基于SOAP协议的开放式远程调用，实现跨语言、跨系统间的数据同步。CMS可以支持多种格式、多种码率的节目内容管理，包括但不限于MPEG2、H.264的高标清节目内容。CMS功能主要有：l目录管理：主要是负责前端EPG系