VOD

VOD

视频点播（VOD，Video On Demand）指的是用户可以请求访问视频服务器上提供的视频节目，是网络多媒体技术的一个典型应用。

第一代VOD系统是"半自动"的，主要应用于卡拉OK点播房中。硬件设备是一台位于控制中心的影碟机，由操作员根据用户点播请求向影碟机中放置相应碟片，并管理影碟机运行。这种VOD系统由于要借助手工操作，稳定性差，且当多个用户点播同一节目时，排队等待时间较长。

第二代的VOD系统是将所有节目放在服务器硬盘中，点播终端通过局域网或有线电视同轴电缆（HFC）将点播请求上传至服务器，服务器进行相应播放。第二代VOD系统未对视频文件进行充分优化，客户端需专用视频压缩卡及专用程序，难以支持大规模的并发点播，维护量大，不适于在较大规模的环境中应用。

第三代的VOD系统是目前最先进的，基于Web平台进行设计，可与Internet接入平滑地结合在一起；客户端采用浏览器方式进行点播，基本无需维护；由于采用了先进的机群技术，可对大规模的并发点播请求进行分布式处理，使其能适应大型住宅小区及城域级的应用环境。VOD的应用早已突破了其最初的点歌的范围了，它将作为一种新的信息交互的理念。

关于视频点播，有以下几点说明：

第一，视频点播所访问的对象一般是带有音频的运动视频，但也可以仅仅是运动视频或是静止图像。

第二，视频点播基于一个网络环境，但并没有规定网络的种类和规模，也没有规定视频服务器安放的位置。事实上在城域网、园区网及小型局域网上提供VOD的例子都有。

第三，视频点播是按需要访问视频节目，所以它隐含了交互性。但VOD并没有规定所提供的交互性的程度。事实上VOD提供的交互程度可以有很大的区别。这一点可以从后面的讨论中看出。

（一）视频点播系统的分类

一般把视频点播系统分为3类：

第一类称为真视频点播（TVOD，True Video On demand）。TVOD要求系统对任一用户的点播请求立即作出响应。不同的用户即使点播同一视频节目，系统也必须分别发送视频流，除非视频服务器精确地在同一时刻接收到他们的点播请求。可见TVOD系统中网络上的数据流量十分大，特别是那些有数以万计用户的大型系统，对网络的要求很高(当然，具有多点播送能力的网络可以缓解网络上数据流量大的问题)。

第二类称为准视频点播（NVOD，Near Video On demand）。NVOD是针对一般网络无法满足TVOD的通信要求而提出来的。在NVOD中一个节目用多个视频流来发送，每个相隔一段时间，但都是从头开始播送。例如一个2h的节目，用间隔10d的12个视频流周而复始播送。这样一个用户如要从头开始观看或者在观看到某一处时离开一段时间之后想再从原来的地方继续观看下去，他最多只要等待10d。这种做法在宽带有限的网络上用来滚动播出新闻或教学节目还是有实用价值的。

第三类称为交互式视频点播(IVOD，Interactive Video On demand)。IVOD不仅要像TVOD一样对每个用户的点播立即响应，而且要给用户提供较好的交互性。例如提供录像机那样的快进、快退、慢速、快速、暂停、检索等功能以及图像缩放、摄像机镜头角度改变等较高级的功能。某些用于培训或游戏目的的VOD还需更多的交互性。IVOD中除了每个用户有自己专用的视频流外，还有实时交互的要求。

（二）视频点播系统的组成

在视频点播系统中向用户提供视频流，典型的为MPEG-1或MPEG-2位流。VOD系统要解决视频数据的存储、传送和显示等问题，并要提供交互性。一个视频点播系统主要由视频服务器、网络和用户终端3个部分组成（图07-07-1）。

图07-07-1  VOD系统的一般结构

1) 视频服务器

其中视频服务器是视频点播系统的关键部件。它是一种专门的服务器，存储量大，存取时间短，而且能处理多重访问，并具有数据检索功能。由于视频服务器要存储和管理的是视频、音频这样的连续媒体，必须能实时进行视频、音频数据流的存储和访问。视频服务器要能同时处理大量用户的访问，及时作出响应，这其中包括数据检索、数据流的组织和分配等等。而在节目传送过程中必须保证数据流的连续，即延时抖动很小。专门的视频服务器从硬件结构、控制软件、到数据存放和读取的方法都不同于一般的服务器。好的专用视频服务器能同时支持几千个用户的访问。视频服务器常采用磁盘阵列作为存储部件，为了兼顾性能和价格，不少视频服务器采用RAM、硬磁盘和光盘阵列相结合的分级的存储方式。

2) 网络

VOD系统对网络的要求是吞吐量、延迟和延迟变化等性能指标和等时性、多点播送等特性。VOD系统的通信方面的特点之一是收发(上行／下行)数据流量的不对称性。

大型的VOD系统可能由有线电视台经营，并以城域宽带网为基础，范围可以覆盖一个城市。在这种情况下，视频服务器和前端设备常常接到宽带主干网(如ATM网)上，而用户(一般是住户)通过HFC或ADSL或FTTH，FTTB等接入网接到主干网上。园区范围的VOD系统可直接采用HFC，ADSL，ATM LAN。而宾馆和大楼内的用于娱乐和教学目的的小型VOD系统可以采用ATM LAN，千兆以太网，帧中继，FDDI等。其中千兆以太网性能价格比较高，是近来采用最多的方案。

3) 用户终端

VOD系统的用户设备可以是多媒体PC机、工作站，也可以是电视机的机顶盒。这些用户终端应具备相应的网络接口，如Cable Modem，ADSL适配器，网卡等。

VOD系统还要有软件的支持才能工作。通常需要一个网络操作系统平台加上点播和管理、记费等专用软件。视频服务提供商提供视频资料源及其视频服务系统的管理，其设备一般由视频服务器、辅助存储服务器、记账计算机和节目选择计算机组成，如图07-07-2所示。用户终端也要运行相应的用户界面。

图07-07-2  视频服务和管理设备

（三）视频点播系统的应用和相关系统

1) 视频点播系统的应用

视频点播系统最主要的应用还是在于娱乐，人们希望通过VOD来点播自己想看的节目，而不必使用录像机、光盘机和磁带、碟片。前面已说到VOD可以是大型的、面向公众的系统，也可以是个小型的面向一个园区，或一幢大楼的用户。VOD的另一应用是教学，VOD还有一类应用是用于多媒体查询、广告系统。

2) 视频点播系统的相关系统

与视频点播相关的系统有电影点播、音乐点播。它们与视频点播的原理相同，只是点播的对象被限定。这里的音乐点播指MTV音乐点播。单纯的音乐点播不涉及视频，在网络上有更多的选择。

二．交互电视

交互电视（ITV，Interactive TV）从纯粹意义上讲是指观众和电视屏幕交互、互动，观众用遥控器在屏幕上显示菜单、问题及选择。例如，通过电子节目单选择自己感兴趣的节目，浏览当前播放节目的所有相关信息，或者在某一特定频道上显示当天所计划播出的全部内容。

交互电视是一个与视频点播关系密切的系统。ITV主要也是提供视频节目，而且提供交互性，这与VOD，特别是IVOD很相似。一般认为两者的区别在于ITV与电视有着渊源关系，它们是借助电视的网络(特别是CATV)，主要面向公众，用户端主要是（带接口设备如机顶盒的）电视机。而VOD建立在多种网络的基础上，主要面向局部用户，用户端可能是PC机或工作站。实际上，这主要是广播电视部门和电信部门从不同的角度产生的不同称呼。随着数字技术、多媒体技术、网络技术的迅速发展，电视网络和计算机电信网络的结合，带有通信接口的数字式电视机的出现，上面的区别就越来越小了。

（一）数字交互电视系统

数字交互电视系统包括用于解释和执行交互式应用的机顶盒软件；卫星、有线网络和地面广播传输应用的广播服务器软件；以及集成化的交互应用开发环境（图07-07-3）。

图07-07-3  数字交互式电视系统（Canal+Technologies公司提供） 

数字机顶盒（Digital Set top Box，简称DXTB）在软件上有五个层次（图07-07-4）：

• 应用层

• 应用程序接口层（API，Application Programming Interface）

• 虚拟机

• 设备接口层（DLI，Device Layer Interface）

• 系统软件/硬件

  
  

图07-07-4   机顶盒中间件

广播应用服务器软件（Broadcst Application Servers，简称BAS）是一套能通过卫星、地面广播站或有线网络以MPEG-2数据流传送交互电视应用及应用和数据注射器。注射服务器完成应用的认证，组织应用和数据到MPEG-2标准片段，并调度这些片段的副本。同时，它分发这些数据到MPEG-2复用器，再由复用器将TS流复用后广播出去。

图07-07-5示意了BAS将数据和应用发送给复用器，然后再由卫星，地面广播站或有线网络广播出去。

图07-07-5   广播应用服务器软件

（二）交互式应用

有两种交互技术，即“数据广播交互”和“在线交互”。“数据广播交互”是指类似电子节目指南的数据信息被周期性地广播到用户处，这样用户可以在本地交互使用。“在线交互”意味着应用需要与远端服务器连接，并交换数据。通过远端服务器，类似网络游戏的交互式应用可以动态下载，而后通过Internet与世界上的任何一台服务器连接。

典型的应用举例

■ 浏览应用

◆ TV节目浏览

这些应用显示每个频道当前的和将要播出的节目信息，而且可以在频道间切换，这些信息通过标题条或镶嵌式菜单方式显示在电视机屏幕上。

◆ 音频浏览

这些应用提供了当前播出和将要播出的音乐或其他音频节目选择的能力，同TV浏览一样，可以在频道切换。

◆ 节目指南

这种应用能够以全屏方式显示未来一星期的每个频道的所有节目清单。

◆ 多频道切换

这种应用使用户能够在同一时刻关注多个频道，它利用事件消息在TV屏幕上通知用户其他频道将要播放的节目，如果用户需要观看，可立即切换到该频道。

■ 付费应用

◆ 在线的购买节目（PPV，Pay-Per-View）

这种应用能够显示详细的被出售的节目信息，同时也能够通过在线方式或基于称为电子货币购买节目，电子货币储存在用户的智能卡中。

◆ 在线订购文件（PPF，Pay-Per-File）

与广播订购文件方式不同，PPF让用户能够象上面描述的PPV方式一样，下载文件到用户与DSTB相连的PC中。

◆ 电子购物

使用户能够通过电视交互订购商品，比如书籍、CD或其他任何东西。付费是通过信用卡方式，而且由于有条件接收系统，这种付费是很安全的。

■ 数据广播服务应用

这类应用提供给用户连续的数据流信息，如股票交易信息和赛马信息等。

■ Internet应用

◆ PC高速互联网接入

把PC与DSTB连接，这个应用能够提供给用户更高的Internet访问速度和IP多播服务。这也使运营商能够提供实时的视频服务和Push服务。

◆ TV高速互联网接入

这种应用使用户能用TV在Internet上冲浪，而无须通过PC。卫星、有线电视网和地面广播都可以作为这个应用的传输介质。

◆ 电子邮件

基于标准的电子邮件协议，这个应用允许用户在电视机上收发电子邮件。

■ 信息显示应用

有三种交互应用使用户能够搜索和获取相关的信息：

◆ 电子银行

这使用户能在TV上查讯其银行账务信息，进行转账等交易。DXTB的信用卡阅读器使用密码认证用户，来确保交易的安全。

◆ 按需天气预报

这个应用与天气预报频道相连接，用户可以通过遥控器来选择获取某个地区或城市的天气预报信息。

◆ 数据库信息服务

这类应用使运营商能够提供某些特殊数据库存信息的浏览服务，例如招聘信息的搜索服务。

■ 娱乐应用

◆ 游戏

这种应用能够使TV和STB成为游戏平台。它也支持多个参与者的网络游戏。

◆ 竞猜

用户可以利用这个应用参与各种竞猜活动，回答问题同时得到实时结果。

■ 产品促销应用

有两种应用能够用于产品促销：

◆ 试听室

这种应用让用户能够试听新CD的片段和观看产品图片等。

◆ 交互式广告

这种应用能够在TV上显示一个广告服务扉页，如果用户需要某个详细的信息，可以用遥控器选中进入。然后，DSTB就与相应的服务器连接，这样广告商就能收到来自用户的信息。

三．机顶盒

机顶盒(STB，Set-Top Box)是适合普通电视用户使用的终端设备，它是信号传输介质与电视机的一种接口，让数字化的信息被模拟装置显示出来，并提供附加服务。机顶盒的最初引进是为了弥补电视调谐器能力的不足。如果调谐器屏蔽不够好，那么无线广播的电视信号就会混入电缆传输的有线电视信号中，影响电视的图像质量。于是，就出现了一个类似于黑盒子的设备，用于接收电缆信号，进行外差振荡，把信号的频率移到广播所不占用的频带上。这便是最早的机顶盒。

第二代机顶盒增加了可编址的能力，即每个机顶盒对于视频服务器具有惟一的地址。这样，用户可以从有线电视的信号中选择接收与自己地址匹配的数据。通过这种方法，第二代机顶盒无论在解码能力、显示效果方面，还是在交互性方面都远远超过了第一代机顶盒机。

目前，机顶盒的功能已从一个多频率的调谐器和解码器演变成为一个可以访问和接收包括电影、新闻、数据等大量多媒体信息的控制终端。

按照接收源划分，机顶盒可分为如下几类：

（1）卫星直播数字电视广播系统（DVB-S）机顶盒：此类机顶盒又称为综合业务接收机，用来接收数字卫星广播节目。该类机顶盒的主要功能是接收数字电视广播，同时也支持数据广播、图文电视等应用。但由于它的传输平台是卫星信道，支持交互式应用比较困难。

（2）有线电视数字视频广播（DVB-C）机顶盒：现有的有线电视采用模拟信号，用户无法直接收看数字电视节目，此类机顶盒能将接收的数字视音频信号解码为模拟信号再输送到现有的模拟电视机上，从而达到用模拟电视机收看数字电视节目的目的。此外，有线电视网络较好的转输质量以及电缆调制解调技术的成熟，通过该类机顶盒可充分利用有线电视网络的较宽带实现各种交互功能。

（3）地面数字电视广播系统（DVB-T）机顶盒：用于接收和转换地面广播的数字信号。目前大约有60%以上的用户仍然利用无线特高频和超高频接收电视节目，地面无线电视广播改用数字式以后，将要求所有的普通电视机加装DVB-T来将数字信号转变为模拟信号。

交互式电视中的机顶盒既是用户选择节目的选择器，又是保障用户终端正常运行的控制器。按照此要求，机顶盒应具有如下功能： 

(1) 能指示用户室内设备、CATV网络和节目资源的状态，能利用用户电视屏幕显示服务公司及信息提供者发出的消息和菜单。 

(2) 将用户的选择信息传送到服务中心或信息提供者。 

(3) 能向用户提供基本的终端控制功能，如在选择收看视频点播 (VOD) 节目时，能进行快进、快倒、暂停和记录等 VCR 所具有的功能，以及电源的开/关、选择 VOD 或标准电视操作。 

(4) 具有双向通信能力，能实现电视购物、远程教学和VOD等。 

(5) 能与家用电脑相连。 

(6) 能进行信号传输、调制和解调，能处理 ATM 协议。 

(7) 能监控公用设备，进行信号传输性能的遥测和反馈。 

机顶盒设计有如下特点： 

1）芯片应具有处理多媒体数据的能力； 

2）OS容量不宜太大，一般在几十K字节； 

3）初期可以不用IC卡，而用将缴费信息储存在EEPROM中的办法减少机顶盒的成本； 

4）应用程序设计成可下载，灵活使用； 

5）应用程序选用HTML或MHEG。

DAVIC规定用MHEG语言，资源消耗小，适合小容量STB使用，但实现较为复杂，目前，没有厂家采用这种语言。HTML消耗资源较大，交互性由C/S方式实现。一般有两种方法实现：

1）将有关超连接数据下载，机顶盒与本地内存交互；

2）直接与码流交互，使用特别的方法解决超连接问题。 

一般机顶盒的硬软件层次结构由硬件、嵌入式操作系统、表述引擎和执行虚拟机、中间件及应用程序组成，见图07-07-6。

图07-07-6  机顶盒

四．多媒体家庭平台

（一）DVB的MHP方案

利用MHP（Multimedia Home Platform，多媒体家庭平台），你只需要一个机顶盒（Set Top Box）就能接受所有的服务和应用。

DVB-MHP (TS101-812) 定义交互数字应用和执行这些应用的终端之间的通用接口。这些接口将不同提供商的应用与特定的硬件和不同的MHP终端具体实现软件分开。它使得数字内容供应商能够处理各种类型的终端，包括从低端到高端的机顶盒，集成数字电视装置和多媒体PC等等。MHP扩展了现有的成功的DVB开放标准，这些标准是用于所有传输网络（包括卫星、电缆、地面和微波系统等）的广播和交互服务。

图07-07-7  MHP的轮廓

1. 轮廓

（1）增强的广播（轮廓1）

需要有限的交互作用（电话/缆线调制解调器返回通道）。

（2）交互TV（轮廓2）

这一轮廓使用与上述方案相似的返回通道路径，但是交互活动更大。因此，对交互应用的软件平台需要更强大的支持。

（3）Internet轮廓（轮廓3）

最复杂的轮廓。它考虑的是宽频带交互和返回通道，符合缆线调制解调器或其他的比较大的带宽返回波道技术。此外，这些平台也将不得不支持直接从因特网商下载的Internet类型内容。随着时间的推移，问题变得越来越清晰：仅需要2个规范就可以覆盖这三个轮廓。轮廓1和2在技术上是十分相似，并被嵌入在MHP1.0中（TS 101 812 V1.1.1，2000年6月出版）。轮廓3在MHP1.1中说明（TS 102 812 V1.1.1, 2001）（图07-07-8）。

图07-07-8  MHP1.1

2. 总的关键需求

MHP的总的关键需求包括：

o 互操作性（ interoperability ）

o 渐变，伸缩性，向后（evolution, scalability, backwards）

o 模块化，稳定度（modularity, stability ）

o 迁移路径（migration pat

h）

o 基於开放的标准

o 提升/下载性（upgradability/ downloadability）

o 被控开发路径

o 简单化和费用受约束的运算

    宽带效率格式: 数据和应用程序之间的分离

o 一般API从CA分开

MHP的体系结构是根据三层来定义的（但是规范本身没有定义硬件）：资源，系统软件和应用程序。 典型的MHP资源是MPEG处理、I/O设备、处理器、內存和一个图形系统。系统软件使用可用的资源以便给应用程序提供平台的抽象视图。实施包括一个应用程序管理器（也称为"导航器"） 控制MHP和在它上面运行的应用程序。

 

图07-07-9  MHP的系统核心

3. 系统核心

MHP的核心是基于平台DVB－J。这包括一个虚拟机，就像升阳微系统公司（Sun Microsystems）Java虚拟机规范定义的一样。许多的软件包都为这个平台各个方面特性提供通用应用程序接口（APIs）。 MHP应用程序 只能通过上述API访问平台。MHP的实现需要在这些特定的API和支撑资源与系统软件之间完成映射（图07-07-9）。

（二）MHP体系结构

MHP 规格的第一个版本的主要元素是:

·   MHP体系结构

（图07-07-10）

·    增强的广播和交互式广播轮廓的详细定义

·   内容格式，包括 PNG、 JPEG、MPEG-2视频/音频、子标题以及驻留的和可下载的字体

·   强制性的传输协议，包括DSM-CC对象汇集（广播）和 IP（返回通道）

·   DVB-J应用模型和信令

·   HTML内容格式钩子（DVB- HTML应用模型和信令）

·   DVB-J平台，带DVB定义的API以及从现存的Java APIs、JavaTV、HAVi（用户接口）和 DAVIC APIs选择的部分

（图07-07-11）

·   安全框架结构，用于广播应用程序或数据认证（签名，证书）以及返回通道加密码（TLS）

（图07-07-12）

·   图形参考模型

·   附件，带DSM-CC对象汇集（object carousel ）轮廓、文本表现、最小平台能力、各种API。 

MHP规格提供一组一致的特征及功能，这些是增强的广播和交互式广播轮廓所需要的。增强的广播轮廓主要用于广播（单向）服务，而交互式广播轮廓支持附加交互式服务中并且允许MHPs使用因特网提供的遍及全球的通信网络。新的轮廓以后将基于DVB项目的工作再添加新内容。

非技术性方面的特征：

• MHP（家庭复合媒体平台）是一个完全独立于它运行的硬件平台上的公用API。

• MHP（家庭复合媒体平台）是一个开放的标准平台，将会改变专有的或垂直的现存软件平台市场为这样一个市场，此市场能够使内容创作一次就能到处“运行”。

• 来自不同的供给者的增强的广播、交互式广播和Internet内容经过一个使用此公共DVB-MHP API的单一装置（例如机顶盒或IDTV）就能被访问。

• 它将会真正用通过多重递交机制（缆线、卫星、地面等)的内容、应用程序和服务环境使水平市场发挥作用

• 业务含意是巨大的，因为新的和激动人心的内容和应用将会刺激广播工业的生长，进入多媒体时代，将广播和Internet世界联接在一起。 

(a)

（b）

图07-07-10  MHP 体系结构 

（a）不带Plug-ins

（b）带plug-ins

图07-07-11  DVB-J平台

 

图07-07-12  安全框架

（三）MHP支持的应用

MHP支持多种类型的应用，包括下述的典型例子：

·电子节目指导（EPG，electronic program guides ）（图07-0713）

图07-07-13  ZDF显示EPG

·  信息服务 (“超级电传文本（Super teletext）”, 新闻自动收报机，股票自动收报机)（图07-07-14）

（a）

（b）

图07-07-14  机场信息系统

·与电视内容同步的应用----记分卡，本地玩游戏（图07-07-15）

图07-07-15  与电视内容同步的应用：高尔夫赛

·电子商务（e-commerce）和安全交易（图07-07-16）

交互广告:

  根据进入的增强内容,视频大小发生变化...

  观看的同时，音频视频继续可用。

（a）

(b)

(c)

图07-07-16  电子商务

·教育（图07-07-17）

图07-07-17   Top of the pops

例

图07-07-18给出了MHP电视屏幕可能提供的一些服务。

图07-07-18  MHP电视屏幕可能提供的一些服务（承蒙德国RTL准许使用）