一种基于HFC双向网络的流媒体业务实现方法及设备

摘要

本发明提供了一种基于HFC双向网络的流媒体业务实现方法及装置，属于数字信息的传输技术领域。该方法包括：分离视频点播的交互处理与音视频数据流化服务，音视频数据采用MPEG－2 TS规范来实现，引入ISMA规范中的RTSP协议，从而标准化视频点播流程，RTCP控制协议的上下行传输分离，即将上行利用双向信道传输，将下行封装在TS的私有数据中利用广播信道传输，并且结合RTCP的QoS信息交流功能，可实现对频谱资源利用率的有效监控，从而可以有效地在HFC双向网络中开展视频点播业务，并且实现带宽的可靠管理，为用户提供可靠的服务保障。

说明书

技术领域

本发明涉及数字信息的传输技术领域，尤其涉及一种基于HFC双向网络的流媒体业务实现方法及设备。

背景技术

流媒体技术是网络技术和多媒体技术发展到一定阶段的产物，IPTV(Internet Protocol Television，简称网络电视)，就是利用流媒体技术通过宽带网络传输数字电视信号给用户，从而向用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务，用户终端设备可以是计算机，也可以是TV+STB(电视机+机顶盒)。

目前，电信运营商提供的IPTV运营在支持组播的可管理的IP(互联网协议)网上，其主要业务为直播电视、时移电视、VOD(视频点播)以及交互信息服务等。这类视频点播系统通常采用流媒体控制协议来实现，例如可采用RTP/RTCP/RTSP(实时传输协议/实时传输控制协议/实时流协议)。

为了给用户提供高清的电视服务，有线数字电视的广播网可采用HFC(光纤同轴混合网络)网络架构，即，采用光纤作传输干线，如图1所示，为现有的基于HFC网络的视频点播系统示意图，图中通过同轴电缆作接入介质，在有线电视前端用光发射机将视频信号转换成光信号，然后用光纤传输到服务小区的光接收机，由光接收机将其接收并转换成电信号，再用同轴电缆网传输给用户。

下面介绍现有的基于HFC网络视频点播的交互流程，如图2所示，具体步骤如下：

步骤21、视频服务器广播菜单和系统信息；

步骤22、用户在选择菜单时选中了VOD节目，STB申请上行时隙，并利用分配到的时隙将请求发送给前端的接入服务器；

步骤23、接入服务器将用户的有关信息交给目录服务器处理，若系统还有VOD资源，则一方面通知视频服务器播放，另一方面将资源信息通过下行系统数据链路广播，以通知机顶盒调整到特定的频道去接收视频流；

步骤24、在视频流播放的过程中，系统每隔一段时间发送探针(probe)信号给在线的机顶盒，以确认机顶盒一直在进行视频解码，防止掉电等非正常原因而造成不必要的纷争；

步骤25、播放完毕，视频服务器会和目录服务器进行交互，此时目录服务器广播播放完毕的信息给机顶盒，机顶盒回到最近的菜单。

HFC是目前有线电视网络数字化改造的主要模式。原有的550MHzCATV(有线电视)网扩展为750MHz的HFC双向CATV网，其中5～42MHz用于上行信道，高端的200MHz作为下行数据流，在下行信道的传输采用MPEG-2TS标准。

由上所述，可以发现现有技术存在至少以下问题：

在HFC网络中，虽然由多个用户共同享有一根同轴电缆，但是下行传输的频谱分配并没有进行有效地控制，导致IP网络的视频点播模式并不完全适用于双向HFC网络。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于HFC双向网络的流媒体业务实现方法及设备，使其具备完整的视频点播方法。

本发明实施例提供一种基于HFC双向网络的流媒体业务实现方法，所述方法包括：

在HFC双向网络中，通过互联网流媒体联盟ISMA规范中的流媒体协议RTSP实现视频点播操作，且在实现所述视频点播操作过程中，通过实时传输控制协议RTCP控制上行利用双向信道传输信息，下行利用广播信道传输信息，以实现上、下行传输的分离。

本发明实施例还提供一种基于HFC双向网络的流媒体业务实现的设备，包括，

上行传输处理单元，用于在通过ISMA规范中的RTSP协议实现视频点播操作过程中，基于RTCP协议控制上行利用双向信道传输信息；

下行传输处理单元，用于在通过ISMA规范中的RTSP协议实现视频点播操作过程中，基于RTCP协议控制下行利用广播信道传输信息。

由上述技术方案可以看出，在本发明实施例HFC网络上开展视频点播业务时，分离视频点播的交互处理与音视频数据流化服务，将音视频数据采用MPEG-2TS规范来实现，通过ISMA(互联网流媒体联盟)规范中的RTSP(实时流协议)协议标准化视频点播流程，同时为了适应HFC网络上下行不对称的传输限制，可将RTCP(实时传输控制协议)控制协议的上下行传输分离，即将上行利用双向信道传输，将下行封装在TS(传输流)的私有数据中利用广播信道传输，并且结合RTCP的QoS(服务质量)信息交流功能，可实现对频谱资源利用率的有效控制，从而可有效地在HFC双向网络中开展视频点播业务，并实现带宽资源管理，为用户提供可靠的服务，同时由于本发明实施例基于现有标准协议实现，所以适合第三方扩展。

附图说明

图1为现有的基于HFC网络的视频点播系统示意图；

图2为现有的基于HFC网络视频点播的交互过程示意图；

图3为本发明实施例视频点播流程示意图；

图4为本发明实施例流媒体服务器系统架构示意图。

具体实施方式

本发明实施例在HFC网络上开展视频点播业务时，分离视频点播的交互处理与音视频数据流化服务，将音视频数据采用MPEG-2TS规范来实现，通过ISMA规范中的RTSP协议标准化视频点播流程，同时为了适应HFC网络上下行不对称的传输限制，可将RTCP控制协议的上下行传输分离，即将上行利用双向信道传输，将下行封装在TS的私有数据中利用广播信道传输，并结合RTCP的QoS信息交流功能，实现对频谱资源利用率的有效控制。

为了使基于HFC双向网络的流媒体业务具备完整的点播方案，从而可以有效地在HFC双向网络中开展视频点播业务，在本发明实施例中提供了一种视频点播流程，如图3所示，具体步骤如下：

步骤31、STB连接上HFC网络后，检测IPQAM(边缘调制器)的轮播信息，并利用双向信道，将上述轮播信息对应的IPQAM标示返回给SRM(会话管理服务器)，并且将该用户的信息记录在SRM数据库中，然后执行步骤32。

步骤32、判断SRM是否具有可用资源，若有，则SRM向STB返回IPQAM的接收端参数(IP，Port)和下行参数(frequency，symbol rate，QAMVPID，QAMAPID，...)以及VS-Manager的参数(IP，Port)；否则，返回资源分配失败的消息给STB。同时，SRM标识该资源被暂时分配，然后执行步骤33。

步骤33、STB携带IPQAM的接收端参数(IP，Port)和点播的节目信息(contentID，...)向VS-Manager请求影片资源。如果VS可为STB提供影片资源，则返回影片资源对应点播的URL(统一资源定位符)，类似rtsp://IP地址/SessionID_string/ContentID格式；否则的话，返回失败消息。同时VS向SRM返回该次点播未成功的消息。SRM将对应的资源标记释放，然后执行步骤34。

步骤34、STB通过双向信道，使用标准RTSP协议进行点播控制，同时在指定的频点进行TS流接收和播放。点播成功后，VS向SRM发送会话成功消息，SRM标示该资源被占用。

步骤35、若STB点播流程结束，STB向VS发送点播结束的RTSP消息。VS确认结束后，停止节目流的发送，同时向SRM发送资源释放的消息。

上述步骤中的STB与SRM以及VS-Manager的通信采用TCP短连接方式，可实现私有报文，并利用双向信道传输。STB与VS-VOD的通信采用标准RTSP协议实现。VS-VOD的音视频数据下发采用TS标准。整个系统的带宽资源由SRM负责管理，资源的占用和释放由VS最终确认。

通过上述视频点播流程可知，在HFC网络上开展视频点播业务时，通过ISMA规范中的RTSP协议标准化视频点播流程，实现了一种可在HFC网络和IP网络视频点播系统，同时由于上述技术方案是基于标准协议实现的，适合第三方扩展，有利于视频点播技术方案的推广应用。

为了使上述的视频点播技术方案能够实现HFC双向网络的交互，将ISMA规范制定的RTSP协议引入TS标准中，并且为适应HFC双向网络的要求，在本发明实施例中对RTSP做了以下修正：

1、URL的修改：

标准格式：rtsp_URL＝(″rtsp:″|″rtspu:″)″//″host[″:″port][abs_path]

修正后格式：

rtsp_URL＝(″rtsp:″|″rtspu:″)″//″host[″:″port][SessionID_string][abs_path]

其中SessionID_string用于在整个系统中确定一次点播的唯一标识。该标示由SRM统一生成，具有全局唯一性。

2、SETUP的修改：在HFC网络的视频点播系统中，RTSP交互报文与音视频数据分配从两个信道传输，音视频数据通过广播信道传输。对于视频服务器而言，两者的发送信道也不相同，RTSP交互报文直接与STB客户端通过TCP/UDP连接，而音视频数据发送到HFC网络中的IPQAM的某端口上。为了实现RTSP交互报文与音视频数据的分离，在本发明实施例中通过两种模式来实现，而其他RTSP中的方法可参照标准协议实现。

模式一、利用STB与VS-Manager交互时，将IPQAM的(IP，port)发送给VS-Manager，再由VS-Manager发送给VS-VOD，VS-VOD在初始化点播会话时，设置RTP/RTCP的发送地址为IPQAM的(IP，port)；

模式二、扩充标准RTSP协议的SETUP处理。

原始的SETUP：

C-＞S：SETUP rtsp://example.com/foo/bar/baz.rm RTSP/1.0

       CSeq：302

       Transport：RTP/AVP；unicast；client_port＝4588-4589

S-＞C：RTSP/1.0200OK

       CSeq：302

       Date：23Jan 1997 15:35:06GMT

       Session：47112344

       Transport：RTP/AVP；unicast；

       client_port＝4588-4589；server_port＝6256-6257

client_port指定STB的数据接收端，但未指定数据接收IP。在HFC双向网络的视频点播系统中，本发明采用TS传输方式，音视频为一个流，故只需要一个目标端口。修改后的SETUP为：

C-＞S：SETUP rtsp://example.com/foo/bar/baz.rm RTSP/1.0

    CSeq：302

    Transport：

RTP/AVP；unicast；client_port＝4588；ipqam_ip＝192.168.0.1

S-＞C：RTSP/1.0200OK

    CSeq：302

    Date：23Jan 1997 15:35:06GMT

Session：47112344

Transport：RTP/AVP；unicast；

client_port＝4588；server_port＝6256

服务器段在处理SETUP时，设置RTP/RTCP的发送地址为IPQAM的(IP，port)。

通过上述对RTSP的修改，可实现HFC双向网络的交互，可以有效地在HFC双向网络中开展视频点播业务，为用户提供了可靠的服务保障。

由于双向HFC网络上行和下行的不对称性，导致IP网络的视频点播并不完全适用双向HFC网络，所以在本发明实施例中可通过RTCP控制协议的上下行传输分离，即上行利用双向信道传输，下行封装在TS的私有数据中利用广播信道传输。

由于在HFC网络下行信道数据传输必须采用TS标准，对于由TS格式封装的数据，考虑网络最大字节数和发送效率的因数，每次发送7个TS包，即188×7＝1316个字节。对于其他非TS包的数据，如服务器到客户端的RTCP包，封装在TS包的私有数据中，不足188个字节的，补零处理。

在本发明实施例中，由于在HFC网络中同一根同轴电缆下的用户，共享频谱资源。例如，如果采用MEPG2编码格式，可取得比较理想的画质，影片的平均码率在3.75MHz左右；如果采用64QAM调制，符号率为6.875，有效带宽为38M，即一个频点可以服务10路点播用户。然而，如果某用户点播资源没有安全释放，则在该用户对应频点上将超过10路用户，影响IPQAM的正常工作，导致该频点上其他用户的视频点播受到影响。由于现有的IPQAM产品，通常没有控制带宽资源的外部接口，需要用户在IPQAM以外来实现带宽资源的管理。

本发明实施例中提出由SRM分配带宽资源，VS控制带宽资源的占用和释放。VS为实际使用带宽的设备，由VS控制可以实现占用资源的安全控制。

在本发明实施例中，将带宽资源管理分为两种处理流程，一种为带宽管理正常处理流程，另一种为带宽管理的异常处理流程，下面将分别介绍两种流程的步骤。

带宽管理正常处理流程：

1、STB点播前，需要首先向SRM申请合适的带宽资源，若SRM有带宽资源，将对应资源信息返回给STB，同时设置对应资源为临时状态；否则拒绝用户申请。

2、STB获得资源使用许可后，向VS-Manager请求服务消息，VS-Manager向STB返回负载最轻的VS-VOD的点播URL。

3、STB根据上述URL向VS-VOD点播节目，点播成功后，由VS-VOD产生点播开始的消息(实际上是资源正式被占用的开始)，SRM收到对应消息后，则将对应资源设置为占用状态。

4、STB点播正常结束后，由VS-VOD确认结束，停止向IPQAM对应端口发数据后，产生点播结束的消息(实际上时资源被释放)，SRM收到对应消息后，将对应资源设置为空闲状态。

在上述流程中，资源的最终状态都是由带宽的实际使用者VS-VOD来控制，能够确保资源的使用状态为真实状态。

带宽管理的异常处理流程：

一、STB异常：

1)STB获取带宽资源后，到正式点播前，在一定时间内如果没有点播成功，VS向SRM发送点播未成功的消息。SRM收到该消息后，设置对应的资源为空闲状态。

2)STB正常点播开始后，由于异常中止，利用RTCP控制协议来处理。STB在正常点播过程中，需要定时向VS-VOD发送RTCP的RR分组，VS-VOD如果超时未检测到RR分组消息，则认为STB异常退出，主动结束该点播。向SRM发送点播结束的消息，SRM收到对应消息后，将对应资源设置为空闲状态。

二、VS异常

1)VS-Manager异常：VS-Manager需要在数据库中保存点播用户的状态，如果出现当机，VS-Manager需要从数据库中恢复点播用户的回话状态。对于已结束的点播向SRM发送资源释放消息，未结束的点播，向VS-VOD查询该回话是否存活，并做出相应处理。

2)VS-VOD异常：VS-Manager检测到对应的VS-VOD当机后，将维持的回话中对于与该VS-VOD的回话设置为结束，并向SRM发送点播结束消息。

3)正常状态：VS-Manager定时向VS-VOD查询会话是否存活，如果3次查询失败后，认为该回话结束，向SRM发送点播结束消息，同时向VS-VOD发送一个主动结束该回话的消息。

三、SRM异常：

VS-Manager维护了正在点播中的用户状态，SRM无论当机还是正常状态，均可查询回话的状态，如果查询到回话已经不存在，则设置对应的资源为空闲状态。

四、IPQAM异常：

如果网管检测到IPQAM异常，向SRM，VS发送IPQAM异常消息，VS收到异常消息后，主动结束对应于该IPQAM的所有回话，并向SRM发送点播结束的消息，SRM收到消息后设置对应的资源为空闲状态。

SRM收到IPQAM异常消息后，设置对应的带宽资源为不可用状态。

通过上述技术方案可知，在本发明实施例中通过VS来管理带宽资源，使用户可以有效地在HFC双向网络中开展视频点播业务，并且实现带宽地可靠管理，为用户提供可靠地服务保障，并且，由于通过VS来实现带宽管理，使上述技术方案同样适用于IP网络的视频点播系统，适合第三方的扩展。

为了实现上述方法，在本发明实施例中提供了系统架构示意图以及其中使用到的设备实施例。

如图3所示，为本发明实施例流媒体服务系统架构示意图，图中只标示出流媒体服务所需的必要设备，从图中可知该系统包括Video Server(流媒体服务器，简称VS)，SRM，IPQAM，CMTS(Cable Modem TerminationSystem，电缆调制解调器终端系统)，节目源、内部交换机、HFC网络以及TV+STB，其中，节目源与VS连接后，再与内部交换机连接，与内部交换机连接的还有SRM，内部交换机通过IPQAM和CMTS经64QAM和QPSK调整后分别与HFC网络连接，从而将广播电视信号通过HFC传递给终端设备TV+STB。

下面将详细介绍上述设备的功能：

上述VS为用户提供视频点播服务，包括管理服务器VS-Manager和流化服务器VS-VOD两部分。

上述SRM负责管理整个系统所使用的频谱资源以及所属的STB用户。

上述IPQAM负责下行数据的传输，将VS的视频流数据(实际上包含视频数据、音频数据以及其他控制数据，统称为视频流数据)，经过64QAM调制为可以在HFC网络传输的信号，输出到HFC网络。IPQAM为现有标准设备，处理通过G比特以太网接口接收的MPEG over IP流。通过G比特接口，提取MPEG单节目传输流(Single Program Transport Streams，简称SPTS)，与其他SPTS复用到指定的QAM信道，调制到期望的RF频率上，最后输出到HFC网络。现有标准的IPQAM通过UDP(用户数据报协议)/IPGbE端口来界定IP网络上的一路节目流。目前通用的映射方案为HarmonicEdgeQAMs的Industry Standard UDP Port Default Mapping(UDP端口默认映射行业标准)。每一个QAM有独立的IP地址，使用该IP地址和UDP端口即可确定一路SPTS所对应的频率和节目号。

上述CMTS负责HFC上行数据的传输(实际上该信道提供数据的双向传输，采用QPSK(四相相移键控信号)调制方式，但带宽远小于下行信道，只用于交互信息的传输)，提供HFC网络和IP网络的互联。

上述STB调制到与接收制定节目对应的频率，接收指定节目号的节目。利用上述STB，在系统中VS只需要知道目标IP和端口，即可为STB提供服务，有效地屏蔽HFC网络的物理特性。

在上述系统中，VS和SRM运行于IP网络，与HFC网络无物理上直接联系。VS、SRM和节目源构成一个通用的流媒体业务服务平台，同时适用于HFC网络和IP网络，特别是VS采用标准协议，使基于HFC双向网络的流媒体业务的实现与物理网络无关，即可同时适用于HFC网络和IP网络。IPQAM、SRM与HFC网络构成传输系统。

为了实现上述方法，在本发明实施例中还提供了一种基于HFC双向网络的流媒体业务实现的设备，该设备包括：

上行传输处理单元，用于在通过ISMA规范中的RTSP协议实现视频点播操作过程中，基于RTCP协议控制上行利用双向信道传输信息；

下行传输处理单元，用于在通过ISMA规范中的RTSP协议实现视频点播操作过程中，基于RTCP协议控制下行利用广播信道传输信息。

以及为了能够控制带宽资源，上述设备还包括带宽资源管理装置，用于通过RTCP对所述HFC网络的带宽资源进行管理。

通过上述技术方案可知，在本发明实施例中通过VS来管理带宽资源，使用户可以有效地在HFC双向网络中开展视频点播业务，并且实现带宽地可靠管理，为用户提供可靠地服务保障，并且，由于通过VS来实现带宽管理，使上述技术方案同样适用于IP网络的视频点播系统，适合第三方的扩展。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。