NGB下的视联网

全交换数字电视打造家家户户的高清视频通信
杨春晖 北京视联动力国际信息技术有限公司

       摘要:本文阐述了在视联网®全交换式数字电视技术以及给三网融合带来的全新机遇。新三网融合的核心不是简单重复已有的业务模式,而是诞生全新的、可以普及到家家户户的高清视频通信。全交换的视联网®在保留所有交互式电视功能的同时,提供几乎无限量的全新视频业务,开启了大规模的高清视频通信时代。视联网®可以直接在广电现有的EPON网络上部署,其发展可以遵循“先商用后民用”的模式,是广电运营商主导三网融合难得的历史机遇。

       关键词:NGB 三网融合 V2V 视联网® 下一代数字电视 交换式对称电视 第三代数字电视 视频通信统一视频

NGB下呼之欲出的全民高清视频通信时代

       在全球经济一体化的大环境下,融合的趋势是不可阻挡的。在当前技术融合、业务融合、网络融合、终端融合乃至监管政策方面的融合,并向NGB下一代广播网络演进的发展趋势下,广电运营商的发展方向指向何方?这是值得我们认真思考的重大问题。电信网、计算机网、有线电视网三大网在原有技术体制、业务模式以及网络的结构、安全、管理等诸多方面都存在不同的缺陷和问题,有些甚至是无法从根本上彻底克服和改变的,难以适应下一代网络业务模式的需求和发展。因此,都面临着业务和技术转型的挑战。只有立足创新的思维,采用创新的技术体制和经营模式才能迈向下一代网络。

       在NGB的发展进程中,全交换的视频网络是必然的趋势。在全交换的视联网®上,将出现人类历史前所未有的家家户户之间的全高清视频通信。三网融合的竞争新核心不是简单重复已有的广播、语音和上网的业务模式,而是诞生全新的、可以普及到家家户户的高清视频通信时代。广电运营商可以利用最新的视联网®技术成果,在现有的数据宽带网和HFC网络上打造出NGB新一代全交换视联网®,适应发展、变革和竞争需要,实施业务和技术转型,确立广电运营商在新信息产业中不可替代的地位。

 

 
什么是视联网®? 

       “全高清视联网”采用北京视联动力开发和推广的V2V视联网®全视频交换技术。V2V视联网®技术是目前世界上最先进的实时视频交换技术,将任何所需的视频服务,如数字高清电视、延时电视、现场直播、VOD点播、电视电话、视频会议、视频监控、智能化播控、电视邮件、个性录制(PVR)等功能全部整合在一个网络平台,通过电视或电脑实现高清DVD或高清品质视频播放。视联网®组网结构简单、扩展容易且价格低廉。视联网®系统非常适合在全国和全省范围内组建大规模的、以高品质视频沟通为目的的视频服务平台。系统越大,单位成本越低。

       视联网®是网络发展的重要里程碑,是互联网的更高级形态,是一个实时网络,能够实现目前互联网无法实现的全网高清视频实时传输,将众多互联网应用推向高清视频化,高清面对面。最终将实现世界无距离,实现全球范围内人与人的距离只是一个屏幕的距离。

 
 
视联网®的主要特点 

       视联网®的第一个特点是全交换。顾名思义,视联网®就是所有联网视频终端都可以开展全面的点对点或点对多点的多种高品质视频业务,也被称为第三代“交换式数字电视”。举例而言,目前我国流行的IPTV和互动数字电视都属于第二代的“交互式数字电视”,其特点是每点都只能向一个服务中心请求服务(例如点播),而点和点之间则没有业务。“交互式”系统的主要业务为双向数据和单向的视频广播/点播业务,并不支持大规模的高清品质对称视频业务,例如视频通信。而视联网®则完全实现了大规模视频终端之间的全交换。“交互式”数字电视和“交换式”视联网®的形象比喻就好比呼机网和手机网,每个呼机和呼叫中心有业务但呼机和呼机则无法直接开展业务,手机是则互相之间都可以通过交换机直接找到对方并且开展业务,服务费总量呈现的是几何级差异。在视联网®上广电不但可以延续现在的数字广播和高清互动,还可以诞生大规模的高清视频通信业务,从而衍生出大量的全新增值业务。视联网®的第二个特点是大规模、全覆盖。传统的高清视频通信系统由于价格昂贵(1080高清视频会议每终端价格在10万-15万人民币),交换能力有限(一般为数十到数百点),一般只局限于首都、省会城市之间的高端政府和企业会议室使用。互联网虽然可以给众多用户提供几十K码流品质的低端视频聊天,但是由于品质低劣、延时明显、唇音不同步等原因而无法成为主流的沟通应用。而视联网®的出现使得家家户户之间的高清视频通信近在眼前。视联网®在商业应用上不但可以纵向覆盖从省会、地市、区县、乡镇一直村,横向每层还可以连接数百个、乃至数千个相关单位。在民用上,视联网®的目标就是让广电利用自己的网络直接用高清视频连接千家万户,让人类社会从此进入全高清视频通信时代。

       视联网®的第三个特点是全高清。有别于之前其他商业和民用的视频通信品质,视联网®720p-1080p全高清视频广播、点播和视频通信服务。 不但可以提供标清DVD品质的编解码和传输,更可以为每家每户提供2M-8M的720p-1080p全高清视频广播、点播和视频通信服务。

       视联网®的第四个特点是全功能、全运营。在视联网®包括海量的数字电视频道、时移电视、视频点播、远程医疗、视频会议、远程培训、视频点播、视频监控、智能化播控等20余种专业服务。用户更无需建设自己的视频会议和点播培训系统,直接向视联网®的建设者-广电运营商进行“报装”,交付低廉的月租费就可以使用全部的视频服务功能,节省了大量的一次性投资和繁重的系统维护升级费用。而广电运营商则可以大大增加自己的运营收入。 个人和企业用户都可以享受全交换视联网®带来的众多功能。

       视联网®平台上采用的专利技术,包括服务器技术、网络技术、交换机技术和储存器技术等在很大程度上突破了现有网络流媒体技术的瓶颈,能够在现有物理宽带网络上实现高清品质的视音频实时传输并且具备结构性的安全性和可靠性。视联网®上结构性没有黑客、病毒等问题,无需杀毒软件、防火墙,个人和企业用户无需担心通信的保密性和储存视频信息的安全性。

       从技术角度,因为视联网®所有设备支持热插拔,网管系统功能强大,所有设备无需任何配置,即插即拔,系统所需运维成本极低。而普通视频会议和视频点播系统均需要复杂的系统设置和设备调试,通常占用大量的运维资源(人力和成本)。

视联网®的主要功能

       V2V全高清视联网®的主要功能体现在其高品质的电视娱乐功能、视频通信功能和其他互动类功能。

电视娱乐类功能

       视联网®提供前所未有的电视收看体验。视联网®不但可以提供数百路乃至上千路的数字电视频道,还可以对频道选择性地进行长达数天或数周的时移电视服务。视联网®系统更可以为每个用户提供个性化的即时录制和预约录制服务。用户无需购买昂贵的硬盘和PVR设备,即可对所有瞬时即失的电视节目或定期播放的电视栏目进行录制,以满足在方便时间和亲人一起收看和保存的需求。 视联网®提供的各项电视娱乐功能大大地反复了电视的收看体验。

  •  海量广播电视频道。只需在总前端将电视频道信号或卫星电视信号统一编码并输入这套系统的城域编码中心,就可以通过城域分配网络为所有连接此系统的节点服务器和每个终端用户提供所有的广播电视频道。视联网®节点服务器可以支持上千路高标清频道的直播。用户切换频道时间小于一秒,使用习惯和体验与普通模拟电视一样。

  • 视频点播。视联网®的城域媒体中心和节点储存器可提供海量视频点播功能。所有联网终端可随时点播,高清节目点播响应时间小于0.2秒,为全球最快。视联网®节点可以提供高达数万小时的内容和高达100%的高并发点播服务率。个人可以充分享受在家里收看高标清大片的服务;企业也可以用视频点播来作为培训的最佳手段。

  • 时移电视(电视回看)。作为增值服务,时移电视播放功能可以为用户播放几十路频道昨天、前天或上周的电视节目。 用户再也不用担心错过昨天的喜爱的电视剧、股市点评和精彩球赛。

  • 即时录制。经常碰到电视上正在直播精彩节目想保留下来给其他亲人收看或私人保存? 视联网®的一键录制功能可以让用户随时录制自己喜欢的电视节目。可以暂停,可以累积录制,录制完毕后还可以输入索引标题以供以后收看方便。

  • 预约录制。视联网®的预约录制功能,可以预约录制未来播出的电视节目,并且将录制的节目储存到视联网®个人空间中随时播放,播放时可以实时快进、暂停或倒退。

电视通信类功能
  • 视联网®提供强大的DVD品质至全高清1080p的视频通信功能,包括电视电话、视频会议、视频邮箱、视频监控等等。亲朋好友之间、商业客户的分支机构、供应链上的厂家、经销商和客户都可以利用视联网®系统强大的视频通信功能提供人性化的沟通服务,节省时间、空间,大大提高沟通效率和效果。

  • 高清视频电话/会议。在每家每户的电视,或者企业的会议室、领导办公室或任意办公桌上,通过显电视均可以发起可视电话或视频会议,全部为DVD品质至1080p全高清。支持多种会议模式。 会议过程可以进行录像,存入视联网®系统资料库内,并且可以通过电视邮件来发送,日后可以在任意终端(点)上随时播放。

  • 远程和本地安全监控。用户可以在授权的情况下,可通过电视或电脑收看任意监控终端:家庭、单位、园区、厂区、仓库等等。监控视频可以进行录像,储存至视联网®系统资料库中。用户或监控管理人员可以选择观看之前的监控录像,可以按日期时间浏览,并且实时快进、倒退或暂停。

  • 电视邮箱。 “电视邮箱”类似于因特网上的Email使用方式,只是邮件内容全部是DVD品质至1080p全高清的视频录像。

  • 视频博客。个人用户或企业可以允许每个联网终端将事先录制好的内容上传到指定的目录,内容经审核后,以供所有其他联网终端收看和相互交流。

其他互动类功能
  • 作为交换式最为独特的优势,视联网®系统支持强大的互动功能。

  • 智能化播控。使用视联网®服务的企业可以在某一时间,由任一点发起,可在所有企业视联网®终端统一播放宣传片。企业将宣传片存放在全省统一存储平台上,只须对平台内容更新就可以下发到所有的同步终端;内容在播放时实时传输,终端可不配置电脑。系统稳定,所有系统即插即拔,易于维护。

  • 视频/字幕插播广告。视联网®系统还支持插播式视频/字幕广告。 系统在任何服务状态下均可插播字幕通知和广告。
  • 公共区域导览/广告/户外大屏幕管理。视联网®系统还可以对联网的户外大屏幕进行一对一的管理以实现其公共信息发布功能、商业广告功能和公益插播广告的功能。
           视联网®技术也可以适用于局域网办公环境,面向政府、医疗/医院、教育/学校、场馆等提供最先进的企业级全视频解决方案。基于视联网技术开发的Univideo® 统一视频产品可以在一个网络平台上将任何所需的视频服务,如高清视频会议、视频监控、应急指挥、数字广播电视、延时电视、现场直播、VOD点播、电视邮件、个性录制(PVR)、内网频道、智能化视频播控、远程信息发布等全部整合在一个系统平台,通过电视或电脑实现高清品质的视频播放,极大地提高了企事业单位的视频应用效率和信息化水平。

视联网®主要网络和终端指标
  • 视联网®可以比现有数字电视提供更多的广播功能和对称视频功能。下表列举了视联网®和一个典型省级广电网络公司数字电视发展规划能力的比较。
           由上表比较可以看出,视联网®的服务能力在现在就远远超过普通数字电视未来五年的能力规划。更为重要的是,视联网®可以立即开启高清视频通信的市场而传统数字电视鉴于技术的发展局限性却根本没有任何大规模视频通信的能力和规划。
    视联网®网络主要服务技术指标:

  •  每节点支持高达数千路高标清频道

  • 支持数千至数万路终端间的任意高清电视电话和电视会议

  • 任意联网终端间高清电视邮件发送、接收、转发能力

  • 数十万小时高清品质视频节目储存能力(可随时扩容至任意大)

  • 支持DVD品质-1080P全高清视频播放和视频通信能力

  • 丢包率<1/1000000,稳定性是普通IPTV的1000倍以上

  • 超低网络延时:微秒级全线速交换机

  • 服务响应时间:1秒钟内(换频道、视频点播、开启视频通信等)

  • 退网或故障检测响应时间: 5秒钟内

  • 系统故障率:每年少于1小时(0.9999)

  • 运营商级严格管理与控制

  • 结构性杜绝黑客、病毒攻击、盗播、插播和非法窃听

           视联网®高清对称终端主要技术指标:

  •  支持1080P High Profile解码(蓝光品质解码)

  • 支持H264、MPEG4/2/1、AVI、RMVB 等主流视频格式

  • 支持720P或1080P 同时编解码的高清视频通信

  • 支持OpenGL ES 1.1&2.0,2D/3D图形加速

  • 支持画中画(PIP)、多达16路频道显示、电视墙功能

  • HDMI/YPbPr/CVBS/VGA/USB 多种输入输出接口

  • RS232串口,支持远程控制和低速数据传输

  • 支持SATA硬盘和SD卡 支持WIFI802.11b/g/n,支持无线高清视频播放

  • 电子音乐铃声,无需开电视就知道视频呼叫

       可以看到,视联网®的高清对称终端具备顶级的蓝光媒体播放能力和1080P的对称视频通信能力,用户界面也可以达到几乎PC机级别的质地和动感。可以预见这样的终端配置,结合强大的视联网®网络服务能力,能够给电视收看用户带来的超乎寻常的使用体验震撼。

 

视联网®的组网
       广域和城域组网设计

       “V2V全高清视联网®”由多个市级网、省级网通过国家骨干连接组成全国网。每个省网由位于省中心的核心交换机和多个地市级节点连接而成。国家网在各省级网之间由百兆、千兆或万兆环网/传输带宽连接。省中心和地市节点通过省级环网/传输由百兆、千兆或万兆环网连接。地市级以下可以由城域环网、EPON、光纤或专线连接至客户端。 视联网®硬件包括国家级、省级和节点级各类核心视频服务器、交换机、硬盘阵列、专线链路、用户终端等部分组成。其中核心服务器、交换机、硬盘阵列在运营商核心机房或者边缘机房;用户终端在用户家或企业。视联网®视频要求透传百兆、千兆或万兆以太帧传输,凡是符合以上要求的网络均可驳接视联网®系统。 目前视联网®视频服务系统已经成功运行在广域VPLS、SDH、MSTP、EPON、裸纤、EOC、E1和普通局域以太网等网络环境中。

       目前各地区广电网络基本是为适合广播电视传输的基于光纤同轴混合传输的HFC网络。通常由一个总前端和若干分前端、一级和二级光链路干线、用户分配网三大部分组成。典型的做法在HFC网的光缆网上直接架设宽带IP城域网,提供高速上网和宽带交互业务。这种实现方案实际上是在CATV网上迭加了一个IP网,是两个网在并行运行。1550nm光链路用来传输CATV,1310/1490nm波长的用来传输互联网业务和其他IP数据业务。

       传统有线电视双向改造的方式是采用DOCSIS技术的CMTS系统的双向HFC网络,但由于CMTS技术对HFC网的线路改造成本较高、运维成本高、不适应中国密集用户的城市住宅小区,在中国没有被有线电视运营商普遍采用推广,同时多户共享型带宽以及有限的上行带宽也不适合对称类业务,故不适合视联网®建设采用。 本文主要讨论视联网®EPON+LAN和EPON+EOC的接入方式。

       视联网®在城域总前端建立城域媒体中心。在城域媒体中心配置GE/10G/40G 光接口城域服务器和城域储存器,同时配置城域总编码中心,用于所有广播频道的高清、标清和CIF多地址编码。所有频道通过城域环网广播至光节点处。在城域媒体中心视联网®还提供IP数据出口以和广域IP网相连接。为增加冗余保护,可以配置环网双城域媒体中心。

 

       在接入网层面,视联网®可以利用现有的EPON网络直接跨接在OLT和ONU上提供视联网®服务和普通IP数据业务。在OLT处旁接视联网®节点服务器和节点存储器,在LAN端或者EOC用户端接入视联网®机顶盒,用户PC可以直接接入楼层二层交换机或者EOC用户端的数据口。底层汇集的IP数据业务可以通过视联网®节点处的IP网关直接进入IP网络或者可以通过视联网®继续上行至城域媒体中心的IP网关再接入互联网。

视联网®利用EPON组网的优点:

  • 完全利用现有的EPON网络,保护已有投资;

  • 平滑升级,节约投资;

  • 可以逐步增加OLT节点数或者减少ONU覆盖数以提高服务率;

  • 可以立即开始实施,迅速增加ARPU值;
           EPON融合了PON和以太数据产品的优点,不采用昂贵的ATM和SONET设备,并且可以和现有的以太网(包括视联网®)相兼容,大大简化了系统结构,成本低,易于升级。随着光通信技术的发展,波分复用多址具备强大的发展空间,PON自身即具备较强的网络可升级性,只要更换终端设备就可以将网络升级到10Gbps或者更高,完全适应未来的接入需求。

视联网®入户接入方式

           EPON+LAN入户方案。EPON+LAN是理论上视联网®入户成本最低的方案。这种方式数字信号在5类线上没有调制解调环节,视联网®采用的也是改良的以太网格式。如果不考虑重新布线,EPON +LAN是性价比最高的。种方式的最大优势是入户带宽高,最高可以达到100M-1000M/户,完全可以满足相当长一段时间内的视联网®全业务需求。但是EPON+LAN模式经常存在的最大问题是时间成本和隐性成本太高:由于需要重新布线,常常需要很长的协调和施工时间,造成客户不满,甚至流失。而为了解决这一问题进行大规模布线,又会造成在用户开通率低时成本过高。所以EPON +LAN只推荐在已经敷设好5类线的建筑当中,或者新建小区和商业区使用。

           EPON+EOC入户方案。EoC使用频率有两个部分,一是低频5~65MHz(基带EOC),另一个是从800MHz到1500MHz(MoCA)。现阶段由于多数EoC方案刚刚起步、不够成熟。由于基带方案只做物理变换,不涉及任何协议转换,因此不增加任何网络层次,和LAN的管理完全相同,而且性价比也比较高,在许多情况下基带方案是一种不错的选择。比如5类线布线碰到困难的时候或距离较长时,可以利用同轴电缆代替作基带传输。目前视联网®已经在基带EOC测试顺利通过,MoCA的测试也将于近期进行。各种无源同轴网接入与交换机+基带转换方案各有长短,可以结合运营模式、业务需求、网络结构、频带资源等因素灵活应用或混合应用,以适应不同环境,获得较高的投资效益。

入户接入到底需要多少带宽?

       在广播式技术体系下,要想增加频道数就要增加频率资源。按照国家行业标准,完成数字电视整体转换后,广电网络频率资源将重新分配调整:87-120MHz用来传送广播节目;120-320MHz用来传送200套广播式数字电视和付费节目;320-750MHz有430M带宽53个频点用于IP QAM来传送互动节目。 在假设使用1310光发射机、每个发射机连接5个光节点、每个光节点覆盖500户的情况下,2Gbps的带宽大约可以提供530路3.5Mbps的标清频道或8Mbps码流的高清频道265路。看上去这样的服务似乎可以满足现在的收视需求了。不过这样的假设实际上是在只有广播式技术的框架内成立:即有限的视频源提供给无限的用户,提高频道服务能力的唯一途径就是提高到每户的带宽。带宽越大,可以提供的频道就越多,服务就越好,是完全的正比关系。

       在视联网®的全交换技术下,每个用户都可以发起一个视频服务,几百路的频道能力在成千上万个视频源面前一下子变得微不足道,而且无限制地扩展入户接入带宽在超过一定程度之后就变得没有实际意义了。交换式视频网的服务特点是:无限的视频资源提供给无限的用户,每户的所需带宽只和本户的使用带宽有关,和视频源的多少无关!

       为了说明以上观点,我们做一个计算。假设视联网®已经完成普及,每家每户都可以发起和接收高清视频服务。 那么接收家庭的带宽只需要计算本家的使用即可。在极端情况下,假设每户有一路8Mbps高清和两路2.5Mbps标清同时使用不同的视频服务,例如收看广播、点播和视频通信;同时此户还有一个4Mbps上网[1]。这时此户的接入带宽要求是8+2.5+2.5+4*0.1=13.4Mbps!目前的LAN和EOC接入能力都可以轻易满足。所以在交换式网络下,一味地扩大入户带宽能力是没有意义的!关键是要抛弃单纯的广播模式,提高视频服务源的数目和业务类型。

       NGB发展的核心重点不是简单地提高入户带宽而是引入视频全交换,网络的瓶颈不在接入带宽而且后端交换能力。 韩国和日本在宽带发展上远走在中国广电网络公司的前面,在许多地方已经开始提供20Mbps的入户接入速度。可是这些网络却至今仍然无法提供即使2Mbps标清码流的家家户户的视频通信,就是最好的证据。美国最大的电信运营商Verizon在高调地推广了几年光纤入户之后在上个月停止了FTTH的工程,从另外一个角度也说明了无限制增加接入带宽是没有意义的。问题的关键在于从网络端解决妨碍包括视频通信的大规模高清业务的瓶颈。

EPON+LAN或EOC节点服务能力

       因为目前EPON的接入能力为1.25Gbps,我们需要分析一下在采用EPON+LAN或者EOC接入的情况下,单个光节点下面视联网®的实际服务能力。
主要假设:

  • 使用H264编码,全城总前端统一编码,通过一级或二级环网广播至各节点;

  • 广播频道共有150路:20路高清频道、130路标清频道;

  • 高清频道/点播为8Mbps;标清频道/点播为2.5Mbps;

  • 每个用户数据宽带为2Mbps,集束比为1:10;

  • 业务开通率分别为30%、50%和80%;

  • 电视使用比例为80%;

    - 其中广播、点播比率为80:20

    - 广播、点播业务中标清/高清比率为80:20

       由此表看出,正常情况下一个光节点的EPON OLT和视联网®MSS-500结合可以覆盖500-1000左右用户(80%开通率以下),可以服务这些用户正常的(以上假设范围内)高标清电视直播、时移电视、视频点播和正常上网等需求。 如果开通率、并发使用率、高标清比例升高,则只需降低光节点下带的用户数、增加光节点数即可继续提供服务。在光通信和PON技术发展的情况下,单节点通道能力也可以达到10G或更高,这样原有的PON网络结构不用变化也可以提供更高的服务能力。

视联网®内的语音服务
       网内语音电话的实现

       在视联网®内,广电可以在政策允许和支持的前提下开展三网融合中的语音服务。语音的实现主要通过两种方式:

       1.视联网®内的语音通信;

       视联网®内的语音通信可以很简单地实现。视联网®的机顶盒上面可以增加RJ11接口,通过3类线和用户的普通电话连接。用户在使用此类电话机的时候只需拨打对方的视联网®号码即可激活对方的话机,对方用户拿起话筒后即可进行语音对话。这个方案的好处是无需通过电信运营商的交换网络即可给视联网®用户提供完全独立的语音服务,而且线路收费模式和收费标准也完全又广电视联网®运营商决定。缺点是无法与网外的PSTN用户号码互联互通。

 

 

2.视联网®用户和网外用户的VoIP语音通信;

       另外一个方案是在用户端完成VoIP转换,以IP数据形式接入互联网,然后通过电信运营商的IP-PSTN落地网关进行转换并实现与普通PSTN用户的语音通话。