基于數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)可視電話的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

金 純 ，王 曉 ，何音建 ，盛 謙

（1.重慶郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065；2.重慶廣電手持電視有限公司，重慶 401121；3.重慶有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司，重慶 400051）

1 引言

利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息通信成為近些年來(lái)出現(xiàn)的一種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括即時(shí)通信、視頻會(huì)議，IP語(yǔ)音技術(shù)（VoIP）等。然而在國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)的普及遠(yuǎn)不如廣電網(wǎng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行的可視電話在很多地區(qū)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

筆者基于SIP和數(shù)字電視點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（TVPP）[1-2]，提出了一個(gè)通過(guò)廣電網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)可視電話的設(shè)計(jì)方案?；诂F(xiàn)有的有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行寬帶接入，在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行通話，通話時(shí)運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音傳輸協(xié)議。利用電視機(jī)作為可視電話的顯示屏幕，用遙控器來(lái)?yè)艽螂娫?，在有電話?lái)臨時(shí)，用戶能夠?qū)?shù)字電視節(jié)目切換到通話狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)打電話和看電視兩不誤。這一方案，同樣可以應(yīng)用在即時(shí)通信和視頻會(huì)議等領(lǐng)域[3]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于數(shù)字電視的可視電話方案以TVPP協(xié)議作為支撐，它完成了數(shù)字電視間數(shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向傳輸，其TVMMS （Television′s Multimedia Message Service System）系統(tǒng)進(jìn)行的統(tǒng)一編尋址保證了用戶能夠準(zhǔn)確地找到通信對(duì)方，在業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)了與電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的橋接，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在CAM中，圖像通過(guò)鏡頭生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面，然后轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，送到數(shù)字信號(hào)處理芯片中加工處理，再通過(guò)USB接口傳輸?shù)剿{(lán)牙接入設(shè)備。

遙控器同時(shí)具有藍(lán)牙和紅外兩種遙控功能。它是學(xué)習(xí)型的，能夠?qū)⒔^大多數(shù)遙控器和機(jī)頂盒上的功能拷貝到自己的按鍵上，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。利用它，不僅可以遙控?cái)?shù)字電視，還可以打接可視電話、發(fā)送互動(dòng)短信。

藍(lán)牙電纜調(diào)制解調(diào)器帶有藍(lán)牙功能，可以接收藍(lán)牙遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)。遙控器通過(guò)它可把數(shù)據(jù)傳到廣電網(wǎng)上的數(shù)字電視，還可以經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)與電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的用戶實(shí)現(xiàn)互通[4]。

對(duì)于終端用戶來(lái)說(shuō)，只需擁有一套低價(jià)的通話設(shè)備（包括遙控器、信號(hào)自動(dòng)切換設(shè)備、藍(lán)牙接入設(shè)備和攝像頭等），按動(dòng)遙控器即可完成可視通話及相關(guān)的各種服務(wù)。終端用戶間直接利用TVPP協(xié)議在廣電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)可視電話的情況如圖2所示。

當(dāng)用戶A準(zhǔn)備向被叫用戶B撥打電話時(shí)，首先打開(kāi)電視機(jī)、Cable Modem、話筒、攝像頭之類的設(shè)備，然后Cable Modem向所在主叫視頻服務(wù)器A發(fā)送撥號(hào)請(qǐng)求，這個(gè)過(guò)程和普通打電話是一樣的。之后主叫視頻服務(wù)器A在收到請(qǐng)求后先由CA系統(tǒng)確認(rèn)用戶信息，包括撥打電話的用戶是否合法、能否使用此項(xiàng)功能等，主叫視頻服務(wù)器A然后判斷是否還有空余的通道可以給主叫用戶A使用，并返回信號(hào)，如果都正常，通道也有空閑，主叫用戶A就被允許撥打?qū)Ψ教?hào)碼，主叫視頻服務(wù)器A收到撥號(hào)的號(hào)碼后根據(jù)號(hào)碼地址查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，找到此號(hào)碼所屬的視頻服務(wù)器，然后向其發(fā)送請(qǐng)求通信。被叫視頻服務(wù)器B收到信號(hào)后也同樣先確認(rèn)用戶信息，判斷是否還有空閑的通道讓被叫用戶B通信，接著向主叫服務(wù)器A返回信號(hào)。如果主叫服務(wù)器A和被叫服務(wù)器B都確認(rèn)通信沒(méi)有問(wèn)題，兩用戶間的傳輸通道就建立好了，主叫用戶A的藍(lán)牙Cable Modem就會(huì)將話筒和攝像頭采集到的圖像發(fā)送到所屬的主叫服務(wù)器A上，通過(guò)主叫服務(wù)器A和被叫服務(wù)器B間的中轉(zhuǎn)，主叫用戶A的信號(hào)就到了被叫服務(wù)器B中，然后被叫服務(wù)器B對(duì)信號(hào)進(jìn)行加擾、加密、復(fù)用等處理后將其送入QAM調(diào)制模塊，調(diào)制成RF信號(hào)，并通過(guò)混合器與普通的電視節(jié)目信號(hào)混合，混合器輸出最終的信號(hào)通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò)以廣播模式向被叫用戶B發(fā)送。被叫用戶B的用戶單元在CA系統(tǒng)的控制下自動(dòng)確認(rèn)來(lái)自主叫用戶A的信號(hào)是否合法，如合法則對(duì)主叫用戶A傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行解碼輸出，這樣被叫用戶B就能在電視機(jī)上收到用戶A發(fā)送過(guò)來(lái)的圖像和語(yǔ)音信號(hào)。主叫用戶A接收被叫用戶B的信號(hào)過(guò)程同理[5-7]。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 實(shí)現(xiàn)原理

電視機(jī)可以同時(shí)接收音視頻信號(hào)，而且在收看電視的同時(shí)可以接聽(tīng)電話，實(shí)現(xiàn)電視和電話的自動(dòng)切換。而且，由于充分使用了有線電視網(wǎng)絡(luò)，使HFC網(wǎng)絡(luò)的帶寬優(yōu)勢(shì)得到體現(xiàn)，且廣電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互通，終端用戶之間不僅在廣電網(wǎng)之間可以實(shí)現(xiàn)可視電話，在廣電網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)之間也可以實(shí)現(xiàn)可視電話。

可視通信功能和STB功能的啟動(dòng)和切換流程具體步驟如下：

1）STB開(kāi)機(jī)時(shí)，系統(tǒng)成功初始化。

2）主應(yīng)用進(jìn)程等待用戶指令，包括用戶發(fā)起呼叫或者用戶接受來(lái)呼的指令、用戶使用STB基本功能的指令和用戶關(guān)機(jī)指令。如果檢測(cè)到用戶發(fā)起呼叫或者用戶接受來(lái)呼的指令則執(zhí)行步驟3），如果檢測(cè)到用戶使用STB基本功能的指令則執(zhí)行步驟5），如果檢測(cè)到關(guān)機(jī)指令則執(zhí)行步驟8）。

3）啟動(dòng)可視通信功能模塊后，執(zhí)行步驟4）。

4）使用可視通信功能，當(dāng)前功能使用完畢時(shí)執(zhí)行步驟 2）。

5）啟動(dòng)STB基本功能模塊后，執(zhí)行步驟6）。

6）使用數(shù)字電視或VoD功能，同時(shí)等待用戶發(fā)起呼叫或者用戶接受來(lái)呼的指令，如果收到用戶發(fā)起呼叫或者用戶接受來(lái)呼的指令則執(zhí)行步驟7），否則，當(dāng)前功能使用完畢時(shí)執(zhí)行步驟2）。

7）切換到可視通信功能模塊后，執(zhí)行步驟4）。

8）系統(tǒng)反初始化，主應(yīng)用進(jìn)程結(jié)束。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

本方案的關(guān)鍵技術(shù)包括電視機(jī)的編尋址、用戶號(hào)碼解析及路由、無(wú)縫切換、基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)系統(tǒng)等。

1）電視機(jī)編尋址

通信雙方要準(zhǔn)確找到對(duì)方就必須得讓通信雙方有一個(gè)地址，就像目前的電話號(hào)碼一樣。利用TVPP協(xié)議，其核心系統(tǒng)TVMMS能夠?qū)?shù)字電視機(jī)屏幕進(jìn)行編尋址，解決了目前傳統(tǒng)的電視機(jī)還不能進(jìn)行編尋址的問(wèn)題。

數(shù)字電視機(jī)頂盒智能卡（IC卡）含有唯一的十進(jìn)制編號(hào)。該編號(hào)可用于SMS（Subscriber Management System）和CAS（Conditional Access System）對(duì)STB 進(jìn)行尋址、授權(quán)等。

同時(shí)，TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器也實(shí)行統(tǒng)一編號(hào)，0500～9999的全號(hào)段分配給各TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器，而0000～0499作為保留號(hào)段。這些號(hào)段的具體分配辦法由國(guó)家廣播電影電視總局統(tǒng)一制定。用戶終端的識(shí)別號(hào)（ID）則是由TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器編號(hào)與機(jī)頂盒智能卡編號(hào)兩者組合而成，形成11位的號(hào)碼長(zhǎng)度，這也是為符合人們的使用習(xí)慣。識(shí)別號(hào)位數(shù)采用與手機(jī)號(hào)位數(shù)一致，而且該識(shí)別號(hào)與用戶終端具有一一映射的關(guān)系。其中TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器編號(hào)位于高地址位，智能卡編號(hào)位于低地址位。例如，某TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器編號(hào)是“1000”，機(jī)頂盒智能卡編號(hào)是 “3344556”，那么該用戶終端的 ID 為“10003344556”。

對(duì)用戶終端的具體尋址過(guò)程，首先是通過(guò)前4位數(shù)字，即TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器編號(hào)，確定用戶終端所在的TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器，再由TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器根據(jù)后7位數(shù)字即機(jī)頂盒智能卡編號(hào)唯一確定目的終端地址。

2）用戶號(hào)碼解析及路由

號(hào)碼解析實(shí)質(zhì)上就是號(hào)碼的映射，在數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的號(hào)碼解析。TVMMS系統(tǒng)的TVMMS網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器收到消息并檢查地址信息，判斷目的接收者是否位于管轄之內(nèi)，再進(jìn)行相應(yīng)的操作，接收者在正確接收后要發(fā)送應(yīng)答消息。

3）無(wú)縫切換

這里的無(wú)縫切換是指數(shù)字電視與可視電話音視頻間的無(wú)縫切換，它能夠保證用戶在通話時(shí)不掉線，而且聲音和視頻圖像的質(zhì)量不受到影響。

語(yǔ)音信號(hào)是通過(guò)遙控器輸入輸出的，視頻信號(hào)是通過(guò)攝像頭輸入電視機(jī)輸出的，因而在傳輸時(shí)音視頻信號(hào)要分開(kāi)，進(jìn)行異步傳輸；電視信號(hào)都是在電視機(jī)上輸出的，進(jìn)行的是同步傳輸。因而進(jìn)行切換時(shí)不僅要進(jìn)行音視頻的切換，還要進(jìn)行可視電話信號(hào)和數(shù)字電視信號(hào)之間的切換。

4）基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)系統(tǒng)

基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)系統(tǒng)作為可視電話業(yè)務(wù)的后臺(tái)支撐，用于搜集終端設(shè)備用戶數(shù)據(jù)，以支撐計(jì)費(fèi)、管理、控制等營(yíng)運(yùn)平臺(tái)。

4 小結(jié)

隨著廣電網(wǎng)絡(luò)雙向化改造的逐步完成，充分利用現(xiàn)有的有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)造一個(gè)全國(guó)性的可視電話網(wǎng)絡(luò)，可為人們提供新的可視電話方式，推動(dòng)國(guó)家的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程。并且，該可視電話使用的不是傳統(tǒng)的固定電話網(wǎng)，其資源更為廉價(jià)，能為用戶節(jié)約很多話費(fèi)。筆者所設(shè)計(jì)的基于數(shù)字電視的可視電話，實(shí)現(xiàn)了廣播電視網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)在業(yè)務(wù)層面上的互聯(lián)互通，對(duì)“三網(wǎng)融合”也具有一定的推動(dòng)作用。

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