广播电视节目点播化原理及应用前景

摘要：随着针对直播节目内容的点播需求日益增长，产生了将直播内容录制下来，提供给用户随时进行点播的回看点播化功能。本文阐述了该功能的具体内容、国内外的发展形势和主要技术理论。

关键词：回看点播化广电网络NGOD内容分发网络

1引言

传统电视直播节目是单向传输模式，用户只能在固定的时间观看固定的节目，只有对频道的选择权，没有对节目的播放控制权，交互性差。随着人们精神文化需求的日益增长，针对直播节目内容的点播需求也越来越多，回看点播化功能应运而生。回看点播化是电信运营商对直播节目进行录制和编辑后，传送到相关的服务器上，并把节目单展现给用户，让用户以视频点播的方式观看已经播出过的直播节目内容的功能。直播回溯点播是电视直播业务与视频点播业务融合形成的功能模式，让用户可以在节目完整播出后的任意时间，使用直播回溯点播功能，根据需求选择对应的视频节目，并可以控制视频节目的播放、暂停，指针的前进、后退[1]。与直播回溯点播相似的功能模式还有时移功能。时移是在直播节目正在播放的同时进行暂停和后退等操作的功能。直播回溯点播功能与时移功能的共同点是都对直播源进行了实时录制和存储，最终用户都能对直播节目内容进行播放、暂停和回退的操作，都可以在不同程度上实现对直播节目的点播功能。二者的差异有以下几个方面。第一，最终呈现给用户的展示效果不同。直播回溯点播业务在录制和存储直播源信息后，会对节目信息进行编排处理再展示给用户，有多层次属性分类和多种门户功能的交互点播界面；而时移业务只能通过简单的时间排序查找已经播过的用户节目。第二，节目单信息准确度不同。直播回溯点播业务是在直播节目完整播出后，生成节目单信息，并且根据节目单信息对节目内容进行编排和展示；而时移业务是预设的节目单，无法根据实际情况对节目单进行调整，对节目时间变动的容错率较小。第三，直播回溯点播业务是在节目完整播出后，进入点播界面进行操作；而时移业务只能在直播界面进行实时操作。综上所述，直播回溯点播业务交互体验效果更好，适合用户在节目播放后按照自己的时间安排完整观看节目内容；而时移业务只适合于正在观看直播节目的同时对已经播出的片段进行回看。二者所针对的用户需求是不同的。

2国内外的发展现状分析

直播回溯功能起源于20世纪初美国时代华纳有线公司（TimeWarnerCable）在MystroTV项目中取得的成果[2]。在此之前，用户能点播的视频内容，都是由内容提供商通过卫星网络发送到各电视运营商的视频点播系统后，才能进行点播操作。20世纪末，国内多个地市的有线电视台（广电网络的前身）出现了点播频道，很受电视观众欢迎。这些频道对直播内容点播功能的实现采用了单向点播模式，即用户通过电话、短信、网站等渠道与点播系统头端交互，获取即时点播服务。单向点播模式不需要网络和机顶盒支持双向功能，投资较少且实施简单，符合当时的中国国情和广电网络的状态，是国内直播回溯点播功能的雏形。2000年左右，上海东方有线作为国内最大的有线电视运营商之一，在国内较早地开始建设互动电视平台，发展了互动电视点播业务。2006年，依托该平台建成了面向互动机顶盒的直播回溯点播系统。该系统可实现对于50个直播频道的录制和回溯点播功能，采用了两路服务器同时录制的备份保障模式。但是在业务开展的过程中，系统稳定性不佳、故障排查困难，阻碍了直播回溯点播业务的快速发展。经过2009年和2010年两次扩容，该平台目前支持超过70000并发的点播业务。现阶段，国内的直播回溯点播系统如雨后春笋般出现，市场竞争激烈，行业内的软件产品质量参差不齐，相关的技术要求也不尽完善。运营商虽然已经意识到了直播回溯点播功能良好的市场发展前景，但是只有重视对软件系统本身的研发，才能促进行业的良性发展。在5G时代严峻的市场竞争形势下，广电网络如何更好地满足用户需求，利用直播回溯点播业务打破市场的不利局面，对广电来说既是机遇也是挑战。

3相关技术理论

3.1NGOD架构

直播回溯点播业务是视频点播业务的一种。目前，全球对点播业务架构没有统一的行业标准，比较有影响力的是NGOD架构。NGOD（NextGenerationOnDemandVideoArchitecture）是由北美最大的通信运营商Comcast公司提出的视频点播服务基本架构。在NGOD架构中，每个业务功能由一个到多个具体的模块组件实现，允许不同的模块组成大体系，体系内各功能模块接口必须按照严格的标准来设计。NGOD的特点是：架构中的组件和接口符合高内聚、松耦合的要求；系统中的模块可以由多个厂商提供；共同接口的模块组件可被引入到系统的其他工作体系中[3]。基于NGOD架构的特点可以得知：该架构可扩展性强，可以支持多种功能的实现和扩展；组件和接口的定义非常明确，安全性和可靠性强；支持流服务功能，适合作为直播回溯点播业务的视频架构[4]。

3.2内容分发系统（CDN）

CDN（ContentDeliveryNetwork），是NGOD架构中的主要模块，是架构在IP基础网络之上的叠加网络。该模块通过将内容按策略到网络的边缘，实现内容网络的分布式就近服务。CDN的工作原理是在网络各节点放置内容缓存服务器，由中心控制系统实时地根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离等信息，将用户的请求导向到最佳的服务节点上。基于NGOD架构的内容分发系统（CDN）将在线内容统一地注入到存储中并保存，通过标准NGOD接口（A3），可连接任意内容管理系统和业务管理系统（BO），对内容管理系统和业务管理系统（BO）的多种类型内容统一注入管理；通过标准NGOD接口（C2），可以连接任意的VSS服务器系统，让VSS服务器共享内容存储，展现了统一存储的架构[5]。CDN从根本上区别于传统的内容模式，它的提出突破了传统的技术瓶颈，强调了网络在内容中的重要性和承载作用。通过引入主动的内容管理层和全局负载均衡，并结合内容缓存等技术，CDN构建了一个在现有的IP网络基础上为宽带业务支撑而优化的中间层，使用户能以最快的速度，从最接近用户的地方——网络边缘获得所需的内容信息，彻底解决了网络拥塞，提高了响应速度和服务质量[6]。对用户来说，CDN系统缩短了用户请求的响应时间，提高了数据传输的稳定性，从而提高了网络服务的总体性能。

3.3FTP协议

FTP（FileTransferProtocol）文件传输协议是用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，允许用户以文件操作的方式（文件的增、删、改、查、传送等）与另一主机相互通信。在操作时，用户并不真正登录到自己想要存取的计算机上成为完全用户。FTP协议的优点是即使双方计算机可能配有不同的操作系统和文件存储方式，也可用FTP程序访问远程资源，实现用户往返传输文件、目录管理以及访问电子邮件等操作[7]。

3.4视频服务器UCE

视频服务器UCE是基于Linux平台开发设计的一款产品，能够同时支持流业务、下载业务，并且具备良好的性能与资源控制能力，同时支持对每个用户连接进行资源限制。UCE是一个高效的引擎，所有模块都使用线程方式调用，避免调用阻塞，并通过多种机制保证高并发的服务能力，其主要优势如下。第一，多协议处理。各协议在UCE中逻辑上作为一个组件存在，相似的协议之间实现代码共享。支持在系统启动时确定是否需要启动相应的协议。业务控制上，由CDN系统决定是否开启该协议的服务。第二，磁盘I/O优化。采用异步FileI/O和预读取机制的磁盘I/O优化解决方案，使系统性能提高50%以上[8]。第三，采用epoll内核的Socket接口。epoll内核的Socket接口具有支持一个进程打开大数目的Socket描述符（FD）、IO效率不随FD数目增加而线性下降、用mmap加速内核空间与用户空间的消息传递等明显的优点。第四，具备支持动态码流自适应技术。第五，采用NPTL的线程管理。该线程管理具有以下功能特点：采用NPTL的线程管理可以解决僵尸进程的问题和避免使用信号对线程进行同步；可以在基于NPTL的应用程序上更好地利用调试器；实现了与LinuxThreads的向后兼容性；在NUMA和SMP系统上具有更好的可伸缩性和同步机制。第六，优化的Streaming。通过对Streaming的优化可以减少用户缓冲的时间，提高用户体验。优化的特性如下：快速启动，即在刚开始播放时，将适当地提高发送带宽，使客户端可以尽快启动开始播放；快速缓存，类似于快速启动，用于Seek操作后的播放；Pre-buffer，客户端保存一定量的buffer，使网络的抖动不至于影响播放效果。第七，带宽控制。带宽的控制可以分成两种类型，一种是要求特定码率（按照特定的码率进行数据的发送），另一种是尽可能服务（据当前服务情况动态调整码率）。固定带宽是以固定的速率向客户端发送数据，适用于流媒体业务；动态适配是根据网络的具体情况，尽可能的以高带宽来发送数据，适用于下载业务。外部控制是由LCM/CCM根据频道的带宽占用情况来分配带宽。UCE能够提供高并发的服务，通过带宽控制功能保证服务引擎的服务能力和用户最终服务质量，能够同时提供流媒体服务以及下载服务，避免了在组网中为实现多业务支持而分别部署不同服务引擎的尴尬，提高了资源的利用率。各业务可以实时根据服务状态动态调整各自的资源，达到资源利用最大化。

4市场前景

视频点播网站的兴起，以及新的休闲娱乐方式的出现让电视直播业务的用户越来越少。如何更好地满足用户的需求，保住老用户、发展新用户，争夺市场份额，是各大电信运营商发展的重要思路。直播回溯点播除视频点播功能外，在交互点播界面上能够集成多种应用（业务推送、广告、游戏等）。通过向用户提供直播回溯点播功能，除了能够直接带来经济效益之外，还能够带动其他业务的发展。对运营商来说，这意味着巨大的市场机会。某些建有宽带IP网络的运营商向宽带用户提供PC上的直播回溯点播功能，但是在PC上收看电视不符合人们的娱乐消费习惯。在移动、电信、联通、广电这几大运营商里，广电凭借最广泛的基础设施、多年的直播运营、稳定的网络环境，一直在国内的电视直播市场里占有重要的一席。而依托于直播的回溯点播功能，是广电网络电视业务的重要特色之一：结合广电特有的稳定高清直播源，能实现对观众需求较多的电视直播内容的直播回溯，如体育比赛高清直播、重大节日电视节目高清直播、重大事件电视节目高清直播等。可以说，直播回溯点播功能是广电在5G时代市场竞争中发展增值业务的亮点。

5结语

回看点播化功能是一个较为成熟的技术，如何使用该功能不断地发展相关技术，与其他功能平台互相融合，更好地满足用户的需求，是广电网络发展的机遇与挑战。

参考文献

[1]赵卫.时移电视和电视管理系统的设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2010.

[2]吴坚.基于流媒体的电视回看方法研究[D].上海:复旦大学,2013.

[3]李永涛,胡朋,王志谦,等.基于NGOD架构的VOD系统边缘资源会话管理方案[J].电视技术,2011(19):3.

[4]唐柳术.基于NGOD架构视频服务器的研究和实现[D].广州:华南理工大学,2018.

[5]林涛.基于NGOD架构的互动电视平台研究[D].广州:华南理工大学,2012.

[6]赵红.CDN内容分发网络技术原理[A].《建筑科技与管理》组委会.2017年8月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].《建筑科技与管理》组委会,2017.

[7]王占军,王伟,赵志刚.基于FTP协议的文件传输组件设计与实现[J].沈阳师范大学学报(自然科学版),2012(3).375-377.

[8]朱晴波,周刚,陈道蓄.VOD服务器中共享I/O流的关键技术[J].计算机工程与应用,2002(14):50-53.

作者：丁璐 王鹏 单位：河北广电信息网络集团股份有限公司秦皇岛有限公司