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iptv节目运营系统技术解决方案
IPTV节目运营系统
技术解决方案
1IPTV全网简介
1.1全网系统架构
1.1.1系统整体架构
全网系统为IPTV业务提供了端到端的业务解决方案，如下图。
包括内容制作、内容存储/加密、内容分发、内容播放、终端显示的各个方面。
系统采用分布式体系架构部署，整体分为内容服务平台、运营支撑平台、网络承载/分发平台、终端服务平台四大部分。
1.1.2内容服务平台（内容运营商提供）
主要完成头端电视节目的引入、编码、播控、管理和播出。
主要构建由卫星接收机/DVB信号接收机、解复用器、录制存储平台、播控平台、内容编码设备、时移/点播平台和操作维护终端组成。
如下图：
1.1.3运营支撑平台（内容运营商提供）
运营支撑平台是IPTV前端系统的核心组件之一。
其主要包括：
（1）系统管理：
（2）用户管理：
（3）套餐管理：
（4）节目管理：
（5）频道管理：
（6）帐务管理：
（7）EPG：
（8）日志管理：
（9）预定管理：
（10）DRM系统：
1.1.4网络承载/分发平台（电信运营商提供）
系统对于宽带IP网络的容忍度是很高的，可以支持各种网络承载形式，也可支持各种接入方式。
如LAN接入、DSLAM接入、GEPON接入。
对于IPTV系统，可建设专网，CMS和HMS、EMS直接相连，也可以旁挂在城域网上。
1.1.5终端
可提供丰富的、高中低不同档次、不同业务的STB。
下面是MB115型机顶盒
2前端系统项目方案设计
2.1总体结构
简述
IPTV之H.264解决方案，是继IPTV之MPEG-4解决方案的又一个巨大跨越。
它使用了最具市场潜力，也最先进的H.264编码技术作为基础。
本方案将整个系统平台设计成以下五个子系统：
H.264编转码子系、流媒体系统、管理子系统、录制子系统和EPG（用户接入服务器）系统。
本方案中，编码和转码设备，可以完成音视频输入信号的实时编码并将编码后的流直播给终端用户，也可以接收实时的IP流，并转码后直播给终端用户。
流媒体系统可以提供直播电视服务，连接磁盘阵列，提供VOD视频点播服务和时移电视服务。
如果使用刀片结构体系编转码设备，因其为刀片式服务器，作为密集型服务器，还可以做视频数据库，接入服务器、录制服务器等。
管理子系统维护节目和频道，同时也管理用户和使用权限。
终端用户（机顶盒＋模拟电视）通过接入服务器，完成网站的导航，从而找到自己喜欢看的电视节目。
本方案的另外一个优势是：
提供强大的硬件录制和软件录制功能，硬件录制由编码卡硬件完成，可以将实时正在播出的流录制并保存；软件录制更加灵活方便，可以按照用户的需求如录制节目源选择，录制时间，大小等，一般用于录制从卫星播出的MPEG2的节目。
可以将录制下来的文件重新编辑后，组织成节目列表点播或者直播。
设计原则
本方案设计遵循以下原则：
●技术先进性
在设计过程中，充分依照国内和国际上的规范、标准。
借鉴国内外目前所流行的主流编码技术和传输技术，汲取国内外各种媒体播放系统的建设经验，采用国际上成熟的网络设计模式和最新的传输技术，选择先进可靠的通信设备、网络设备。
●开放性
系统的各项技术和设备必须遵循已有的国家标准，暂时未有国家标准的，则先遵循国际标准，在国家标准颁布后，系统能够方便、快捷地实现升级。
系统尽可能多地实现软件和硬件的兼容，符合ISO标准并具有良好的互操作性，以确保与不同厂商设备的互联。
系统同时具有开放的协议，可方便的进行二次开发。
●前瞻性
所采用的技术应是国际通信界和视频界公认的主流技术，具有持续发展的潜力，从而在最大程度上保证用户投资。
●平台的可扩展性
由于用户业务的不断发展变化，技术也在不断地更新。
要适应这种变化，本系统在总体结构设计、应用系统扩充上、主要系统设备配置上必须是可扩展的。
●平台的可维护性
系统软硬件具有良好的可维护性，具有先进完善的系统管理监控系统，对主要设备提供性能检测、记录、告警和维护手段。
●良好的可管理性
为了服务好用户，必须为系统的操作者提供足够的管理手段，方便其对系统进行管理，以确保设备始终在最佳状态下运行。
●竞争性
具有上述特性的系统，不但充分利用现有网络资源，满足现阶段需求，而且照顾将来的发展。
这样的系统在市场竞争中当然会脱颖而出，独占鳌头。
●系统的实用性
建设时采用组播技术，大大节省了网络带宽。
充分考虑保护和利用现有资源。
要系统中实现视（音）频数据的多点传输，若采用单播，则同样的音、视频数据要发送多次，这样导致发送者负担重、延迟长、网络拥塞；若用广播，网络中的每个站点都将接收到数据，不管该结点是否需要数据，增加了非接收者的开销。
较之于目前的本地文件播放模式，大大减少了系统维护的开销。
编码格式与码率
建议系统H.264，视频码率为1.5Mbps,音频码率为96Kbps。
2.2中心局点部署方案
2.2.1网络拓扑
由于要求非常高的安全性与可靠性，使用一主一备共两台核心交换机（与cisco4506同层次）。
每台交换机通过两组捆绑链路分别与SR-1和SR-2相连接，此两链路通过第三层路由设置为LoadBalance，以达到最高的链路带宽利用率。
为了保障系统的安全性，选用两台防火墙（参考CiscoPIX525）双挂在核心交换机上，进行保护。
对其他非Streaming服务器，在C4506上使用ACL进行访问控制。
对于Streaming服务器，由于流媒体数据流量非常大，为了避免给网络和安全平台带来巨大的压力，只在核心交换机上对IN方向的流量做检测与访问控制。
2.2.2带宽及存储需求
1）存储需求
以上设备作为整个系统节目导入和分发的场所，需要存储100%的内容。
在本项目中，建议初期在存储服务器上存储2000小时的Vod节目，并且支持30个频道的48小时的菜单时移。
存储计算方法如下：
Vod的存储需求：
5000小时VoD＝5000×3600×1.6Mbps/8×2个拷贝≈7.2TB
时移电视的存储需求：
36频道48小时时移＝（36×48×3600×1.6Mbps/8）×2个拷贝≈5T
总存储至少为12.2TB
2）带宽需求
根据中央节点在系统中所担负的功能，可以看出外界交互的流量包括以下部分：
Ø直播TV的流量
Ø节目分发的流量（push&pull）
Ø系统控制信息
每路Stream的带宽需求
ØTS流带宽：
（视频1.5Mbps+音频96Kbps+编码误差100Kbps）×（1＋6%TS开销）＝1.8Mbps
ØH.264编码器输出：
封装：
MAC（12B）＋VLAN（4B）＋IP（20B）＋UDP（8B）＋7×TS（188B）
带宽：
1.8Mbps×（1＋3%网络封装开销）＝1.85Mbps
Ø视频服务器输出：
封装：
MAC（12B）＋VLAN（4B）＋IP（20B）＋UDP（8B）＋RTP（1440B）
带宽：
1.85Mbps×（1＋8%RTP封装开销）＝1.998Mbps
出口带宽＝36直播频道＋2000用户点播流量＋节点控制信息及节目分发流量=36×2Mbps＋2000×2Mbps＋10Mbps=4082Mbps
入口带宽：
节点控制信息以及节目请求流量＝10Mbps
综上所述并考虑链路效率、负载均衡以及1+1备份，建议CMS上联带宽为（4GE+4GE）+（4GE+4GE）。
注：
需根据实际用户规划进行测算。
2.3服务质量保障
由于视频服务系统提供的服务属于实时性要求很高的视频服务，在城域网除了提供高QoS的视频服务外，在前端编码系统中还可以通过专门的前项FEC解决网络问题所造成的质量影响。
前向纠错技术就是通过在传输列中加入冗余码进行纠错，在发送端由发送设备按一定算法生成冗余码插入到要传输的数据流中，接收端按同样算法对接收到的数据流进行解码，根据接收到的码流确定误码的位置并进行纠错。
对于IPTV这种基于IP网络视频应用经常会受到数据包丢失或错误以及网络带宽资源不足的干扰。
在多数情况下，动态变化的网络带宽和丢包率是影响视频流化质量的关键因素。
因此，为了保证视频质量，可以采用前向纠错（forwarderrorcorrection，简称FEC）编码来提高视频数据传输的可靠性；同时，为了适应网络状态的变化，发送端可以调节视频数据的发送速率，并在视频源数据与FEC数据之间合理分配网络传输带宽。
IPTV解决方案提供FEC前向纠错技术，我们通过对视频流结构的分析，在充分考虑帧之间的依赖关系和帧类型的基础上提出了一种帧的解码模型。
在此基础上，建立了用于在视频源数据和FEC数据之间分配网络带宽资源的优化算法。
可以有效地适应网络状态的变化，并通过优化分配网络带宽资源来保证Internet上的用户在接收视频流时获得最大的可播放帧率。
3系统业务
系统初期主要支持以VOD、TVOD（时移电视）等为基础的各项功能，而且具有良好的功能上的可扩展性。
3.1直播电视
系统对直播电视业务具有良好的支持，外部TV信号源包括：
卫星电视、有线电视、DVB等，在传输网络支持的情况下，系统能够通过Multicast的方式向用户提供直播电视的服务，这对于网络带宽的利用效率是最高的；在网络没有开通组播支持的情况下，系统可以提供单播方式为用户提供服务。
3.2视频点播
视频点播功能使用户能够随心所欲地支配自己的时间，欣赏自己想看的节目内容，再也不需要出门买或租DVD，或是按照电视节目单来固定自己的时间。
并且系统通过各种分类和检索方法，能够让用户在最短时间里找到自己想看的节目内容。
电影分类包括但不限于：
动作片、纪录片、灾难片、喜剧片、科幻片、动画片等，影片分类可以由运营商自己根据实际的用户喜好和内容属性进行管理。
3.3时移电视
3.3.1即时时移
系统在提供直播电视的同时，支持暂停、快退、快进、定位、切换、状态显示、时间显示等操作。
使用户不再受节目播出时间的限制，而且可以直接挑选自己喜欢观看的节目，跳过不感兴趣的节目。
3.3.2菜单时移
通过时移电视（Time-shiftedTV）服务，打破了传统有线电视用户按固定的节目时刻表收看电视节目的方式，用户可以非常灵活地支配自己的时间。
4系统产品介绍
4.1编码器
4.1.1编码器
Aviva系列编码器/转码器是业界最紧凑的H.264编码器和H.264转码器。
和第一代H.264编码器不同，他们要么使用运行在双至强处理器上面的软件进行编码，要么采用多个DSP芯片来部署复杂的H.264编码算法。
而Aviva编码器/转码器采用最先进的基于ASIC的单芯片编解码，从而大大节省了空间和功耗。
能进行全分辨率和全帧率编码的实时MPEG－4/H.264（AVC）视频编/转码器。
它能运用于各种固网和移动网络的视频发布。
对于IPTV的应用和发展，它是运营级网络解决方案的不可缺少部分。
特点
✓支持MPEG-4AdvancedVideocoding（AVC/H.264）Main和BaselineProfiles,和MPEG-4,Part2,SimpleProfile（SP）和AdvancedSimpleProfile（ASP）视频编码。
✓支持HighEfficiencyAdvancedAudioCoding（HE-AAC）
✓支持基于WEB的远程管理。
✓IP输出
✓支持基于MPEG-1,MPEG-2和MPEG-4到H.264的转码
✓精确的码率控制，多样化的输入输出，简单和高级模式设置
优点
✓广播品质的视频
✓高效率利用IP网络
✓紧凑的机架式设计
✓单机支持多通道实时编码
✓支持各种实时MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4TS,PS到H264的转码
✓支持ＩＰＢ帧（多达2B）
✓基于ASIC的编码，低功耗，不占有HOSTCPU,稳定
✓运动图像补偿的反交错处理
✓亮度自动增益调整
✓场景变换和运动侦测
4.2后台管理系统
后台管理系统包含用户及权限管理、节目管理、频道管理、计费帐务管理、EPG等。
管理系统是一个B-S结构，服务器运行环境为IIS＋Apach＋Sql，客户端为IE浏览器。
通过服务器端对节目的发布，在浏览器中就可以查看节目录制情况，并进行已录制节目的试播和删除。
IPTV后台计费管理系统
IPTVbackoffice节目管理系统
4.3流媒体业务板
流媒体系列业务提供时移电视服务板和视频VOD点播服务板。
4.3.1时移电视（Time-shiftTV）
互动电视系统的时移电视（Time-shiftTV）功能，使人们不再受电视台节目播放时间的限制，将用户从传统的节目时刻表中解放出来，可以观看数天甚至数月前的节目，也可以让用户在收看实况直播节目的同时，实现对节目的暂停、后退操作，并能够快进到当前直播电视正在播放的时刻。
这样足球迷们再也不用担心错过精彩镜头，人们再也不用担心因为加班而错过喜爱的电视节目。
和
时移电视功能真正将用户从“人等电视”状态变成“电视等人”状态，让每个用户从此真正成为电视节目的时间主宰者，并彻底改变用户的收视习惯，为用户带来更为舒适的收视体验。
4.3.2视频点播（VOD系统）
VOD（Video On Demand）即交互式多媒体视频点播，是随着计算机技术和网络通讯技术的发展，综合了计算机技术、通讯技术、音视频编解码技术而迅速新兴的一门综合性技术。
它利用了网络和视频技术的优势，彻底改变了过去收看节目的被动方式，实现了节目的按需收看和任意播放，集动态影视图像、静态图片、声音、文字等信息为一体，为用户提供实时、交互、按需点播服务的系统。
我公司VOD该软件目前属国内第一个真正意义上自主研发的高技术含量的流媒体应用核心软件，其应用性能指标和技术水准均属国际领先。
该产品全面支持RTSP、RTP、RTCP及RSVP等国际标准协议；采用MPEG4的国际编码标准，完全满足互联网上宽带流媒体传输的需求；媒体源文件支持VCD、DVD、MPG、AVI、MOV、DivX等所有主流的文件格式；并且用户终端可使用绝大多数常用的播放工具进行媒体播放。
是真正意义上的全兼容全开放的高扩展性系统。
该服务器软件构建的VOD系统，可满足几十到几万个并发流的服务能力，并且具备高性能、高服务质量、高可靠性和高扩展性的特点，而且具有非常低廉的总拥有成本。
4.3.3VOD点播系统统架构
VOD点播系统是基于Linux系统平台的VOD点播系统。
具有优良的稳定性易用性。
用户可客户端机顶盒与服务器之间通过网络连接。
在点播连接中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。
TCP/IP
LANSwitch网络交换机Buffer
HDD
存储器
RAM
MB/User
TCP发送Buffer
TCP接收Buffer
RAM
MB/User
解码Buffer
VOD系统架构模型
系统组成
Ø内容制作端：
负责生成MPEG-2格式的音视频数据
Ø流媒体点播服务器端：
大量存储视频节目信息；处理用户的交互式命令信息发送视频数据，支持点播时移，无论何时都可以欣赏精彩节目。
采用EPG系统管理用户，查询费用等。
Ø客户端播放：
机顶盒
用机顶盒点播VOD播放界面
4.4录制系统
输入的AV等模拟信号，IP数字信号，经过H.264编码器/转码器后输出的IP流，可以将其录制下来，并上传到磁盘阵列中保存。
节目的录制，可以由硬件（硬件编码/转码卡）完成，也可以通过专门的录制软件完成。
录制后的文件经过重新编辑和处理后，供以后播出。
或者制作成不同种类的节目，组播成个性化的组播频道播出。
如将连续剧或者专门的足球、篮球比赛放在专门的连续剧或足球频道中播出。
4.4.1硬件录制
所有H.264编码器/转码器，在编转码的同时，可以完成输出码流的的录制。
它具有以下特点：
●随时改变编转码参数，随时录制，方便快捷
●任意开始录制，也可以随时停止录制
●可以设置录制文件大小，一旦到达规定的大小，立即自动停止录制
●可以保存到任何位置，本地或者网络上面的磁盘阵列中
4.4.2软件录制
尽管硬件录制方便快捷，在某些场合非常适用。
可是仍然没有办法满足一些应用，比如长时间的录制，录制分片等。
而AVSRS软件录制系统，很好的满足了用户的需求。
AVSRS软件录制系统运行于Linux系统之上，它具有以下特点：
●根据用户需求设定多频道录制计划
●自动接收H.264的TS或 PS流并存储到本地或上传到指定的设备
●执行控制文档时，AVSRS会自动把每个录制码流的起始及结束时间预存起来，在时间到时会自动开始录制或者自动停止
●AVSRS包涵了一个自动检测的软件AVCUI，提供良好的管理和查看界面，方便的新增和删除计划表，同时可以查看目前的计划表内容，从AVCUI中可以看出所有正在录制或尚未开始录制的码流
●软件容错性强，无抖动，无数据丢失
●基于Linux嵌入式操作系统，运行稳定
●节目信号在录制分割点处不会丢帧，可以允许重帧。
这样不会丢失任何需要监测的信息
●录制系统自动生成分割文件名。
只要事先规定好各频道号，那么对应每个频道的文件名，以录制时间＋频道号命名，这样不会出现文件重名的现象。
●由于采用H.264编码，分割后的文件尺寸较小，易于保存和播放
录制服务启动后，执行录制控制文档，就可以开始用avcui来查看控制文档中计划的运行情况，并且可以用它来增加和删除录制计划，并且修改录制时的一些参数值。
输入各菜单项的对应字母，就可以进行相关的增加，删除，查看等操作。
4.5存储系统（）
在视频存储系统方面采用存储行业先进技术，应用存储区域网络（StorageAreaNetworkSAN）架构存储系统。
SAN的技术优越在于：
首先，SAN是构建在存储器接口上的，使存储资源能够被构建于服务器之外，这样，多个主机服务器就能够在不影响系统性能或主网络的情况下分享这些存储资源。
也就是SAN能将LAN上的存储转换到由存储设备组成的SAN上，使得数据的访问、备份和恢复不影响LAN的性能，在有大量数据访问时，不会大幅度降低网络性能。
在传统的集中式备份解决方案依赖IP网络作为其数据路径。
这样，仅传输的数据量就会使带宽处于饱和状态。
结果就使得计算机的带宽远远不能满足需求。
第二，可扩展性，由于在SAN中存储系统和服务器之间是通过FC集线器或存储交换机进行连接的，这样使得存储系统的扩展非常灵活，能符合用户不断增长的海量数据存储的需要。
第三，容错能力、高可靠性和高可用性，SAN中的存储系统通常具备可热插拔的冗余部件以确保可靠性。
第四，管理的方便性，集中式管理软件允许远程配置、监管和无人值守运行。
第五，支持异构服务器，LINUX、UNIX、NT和NetWare服务器可同时连接。
第六，SAN的互连设备是通过高带宽光纤通道连接的，数据的吞吐量为100M/sec，从距离上，与传统的SCSI相比它支持连接的能达到10公里，而SCSI最长为25米。
第七，能够有效地减少总体拥有成本（TCO）。
SAN的典型结构
4.6运营支撑管理系统
4.6.1IPTV运营系统及EPG系统说明
IPTV前端系统组成
IPTV前端体统主要包括EPG系统和运营支撑管理系统，强大完善的运营管理系统和前台EPG系统的完美结合是系统得以稳定运营的关键。
运营支撑管理系统是IPTV前端系统的核心组件之一。
其主要包括：
系统管理、用户管理、媒体设备分组管理、节目管理、频道管理、帐务管理、日志管理、统计管理和数据库备份等功能。
考虑到实际运行模式的需要，系统还专门设计了营业网点账户管理系统与主运营系统相互配合，实现到末端用户账户帐务等管理。
下面按功能模块介绍各系统，必要时结合运营主系统与网点分系统详细介绍。
4.6.2运营支撑管理系统
运营支撑管理系统登录界面：
4.6.2.1系统管理
系统管理分为5个部分：
运营系统管理员账号的管理、营业网点操作员账号的管理、营业网点的管理、机顶盒安装组以及各组安装人员的管理。
可以增加、修改、删除各人员的信息。
有5个子菜单：
✓Administrator
✓OperationOfficeManagement
✓OperationManagement
✓STBSettingDepartment
✓SettingEngineerManagment
方便的分组管理使得将来分布广泛的各分支机构能够明确职责、协调统一、简单高效地实现复杂系统的管理。
4.6.2.2用户管理
按一般工作流程，当个人用户前往附近的营业网点申请注册，网点授权操作员进入营业网点子系统CreateanAccount为用户创建一个账户。
录入用户姓名、地址、所属服务区域等身份信息，并设置账号、密码、用户类型（免费用户或一般用户）、机顶盒获得途径以及分配安装组。
然后，营业网点提交至运营管理系统等待批准。
运营管理系统管理员进入系统Subscriber/Auditting子菜单，审核账户信息及操作记录，批准或拒绝该账户的申请，并把该用户分到相应的用户组比如成人组或儿童组。
管理员批准后，安装组人员为用户安装机顶盒，待用户机顶盒安装完毕，该账号进入开放运营状态。
整个开户流程非常清楚，分工明确，职责清晰，操作简单。
此外在运营系统Subscriber——UserGroup中可以将用户按需求分组：
例如6岁以下儿童用户、7-15岁青年用户、成人用户等，可以细分为若干等级，以便分级节目控制。
在Subscriber——BatchGrouping中可以成批更改用户的分组。
在Subscriber——Searching中可以按各种分类来搜索用户，例如搜索未开放用户、超期用户或者搜索指定用户、某一组用户等。
方便对用户的管理和分类查看。
4.6.2.3媒体设备分组管理
首先是服务范围分组（ServiceArea）的管理，如东城区/西城区等，可以随着覆盖网络的拓展增加数据库的记录。
其次更重要的是媒体服务器（MediaServer）的管理设置，如图，可以查看媒体服务器的名称、所属区域、IP地址、端口、服务类型及当前状态。
可以添加、删除、修改、锁定指定的服务器。
4.6.2.4节目管理
节目管理是提供点播节目的管理，包括节目等级设定、节目分类、海报模板、节目发布四个功能模块
✓ProgramLevel
✓ProgramCategory
✓Postertemplate
✓Programpublish
ProgramLevel是对节目级别进行设定，例如可以将节目分为成人节目和一般性节目，或进行一些针对性的设定。
可以增加新的级别或对已有的级别进行修改。
ProgramCategory是对节目按节目内容进行分类，方便用户通过EPG系统查找希望收看的节目，例如将节目分为音乐、电影、体育、游戏、成人电影等，每一类还可以细分，如电影可以分为爱情、枪战、恐怖、动画、健康等等，并且可以给每个类别指定等级ProgramLevel。
在这里预先设定节目的种类，后面就可以按这里的定义给每个节目具体归类了。
Postertemplate是对海报模板进行管理，可以添加修改或删除已有模板。
Programpublish是点播节目发布系统，是节目管理的核心。
首先要将点播节目通过ftp上传至指定媒体服务器，然后在这个发布系统里添加节目时需要输入节目的名称，所属分类、导演、演员、片长、收费模式选择（单
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