Wi－Fi技術(shù)與HLS協(xié)議在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的融合應(yīng)用

張屹松

(太原有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司，山西太原 030024)

目前，國內(nèi)有線電視發(fā)展已進入數(shù)字化的后期。據(jù)業(yè)內(nèi)調(diào)查機構(gòu)統(tǒng)計:截至2013年11月底，我國有線電視用戶總數(shù)為21 459萬戶(來源于國家廣電總局)，有線數(shù)字電視用戶達到15 862.3萬戶。但是，國內(nèi)有線電視網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況不容樂觀，三網(wǎng)融合的深入推進、松散的整合關(guān)系、簡單的業(yè)務(wù)模式、競爭對手的強烈沖擊等因素，為有線電視的發(fā)展蒙上了陰影。

針對當前智能終端和手機視頻逐漸普及的現(xiàn)狀，基于有線電視行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，可以充分利用有線電視下行傳輸，以及智能終端交互優(yōu)勢，為有線數(shù)字用戶提供通過智能終端收看數(shù)字電視節(jié)目的服務(wù)。既可以充分利用有線電視網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，又可以最大限度地發(fā)揮用戶現(xiàn)有家庭設(shè)施的作用，同時能夠提供用戶體驗良好的視頻服務(wù)，是一種在過渡時期提升有線電視網(wǎng)絡(luò)營收能力的良好方式。

1 國內(nèi)有線電視網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀介紹

1.1 國內(nèi)數(shù)字電視技術(shù)簡介

目前，國內(nèi)有線數(shù)字電視信源編碼主要采用MPEG2標準，傳輸層采用MPEG2復(fù)用標準，信道編碼遵循DVB－C標準。有線電視運營商主要通過衛(wèi)星接收方式接收碼流信號，經(jīng)過重新復(fù)用、加擾、調(diào)制后進行傳輸。本地節(jié)目一般采用MPEG2編碼方式或者H.264編碼技術(shù)，通過實時編碼器，與其他節(jié)目復(fù)用加擾后進入傳輸網(wǎng)絡(luò)。在信道編碼層主要采用QAM64調(diào)制方式，一般規(guī)劃使用碼率36 Mbps，傳輸6～8套標清節(jié)目。

隨著編碼技術(shù)發(fā)展，有線電視運營商為節(jié)省信道，提高信道利用率，逐漸采用H.264編碼技術(shù)。相比MPEG2編碼，H.264編碼技術(shù)可以節(jié)省大量傳輸帶寬，提高有線電視下傳信道的利用率。采用MPEG2編碼技術(shù)，標清節(jié)目一般需要占用4～8 Mbps帶寬，高清節(jié)目需要占用16～20 Mbps左右?guī)?。而采用H.264編碼后，標清節(jié)目一般只需要占用1.5～2.5 Mbps帶寬，高清節(jié)目一般占用 6～8 Mbps帶寬。

隨著高清機頂盒成本的逐漸降低，以及有線運營商為今后開展雙向業(yè)務(wù)和交互業(yè)務(wù)提前布局，同時支持MPEG2和H.264解碼方式的高清機頂盒逐漸被廣泛應(yīng)用。H.264在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用越來越廣泛。

1.2 網(wǎng)絡(luò)視頻、手機視頻對有線電視網(wǎng)絡(luò)的沖擊

隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能手機的普及，網(wǎng)絡(luò)視頻和手機視頻對有線電視業(yè)務(wù)形成了強大的沖擊。尤其是越來越多的企業(yè)加入了視頻傳輸領(lǐng)域，使得針對家庭用戶視頻收視的競爭愈演愈烈。但是，基于當前的互聯(lián)網(wǎng)條件，網(wǎng)絡(luò)視頻也并非完美無缺，其收視效果和用戶體驗相比有線電視的實時性和流暢度尚有差距。

網(wǎng)絡(luò)視頻和手機視頻最大的問題是帶寬問題和費用問題。基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)視頻極大地受制于接入帶寬和接入時段，雖然在用戶接入低峰期的視頻收視體驗尚可，一旦在休息時間等高峰期收看視頻，絕大多數(shù)情況下會不斷地遇到卡殼現(xiàn)象。同樣，OTT機頂盒、網(wǎng)絡(luò)機頂盒也面臨同樣的問題。

另一個對有線電視網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)形成沖擊的是3G手機視頻，但是，限制其使用規(guī)模的是其通信費用。在手機視頻巨大的流量影響下，用戶往往不能隨心所欲的通過3G或者4G方式觀看視頻節(jié)目，除非其資費水平能被廣泛接受。

1.3 用智能終端和有線電視網(wǎng)絡(luò)收看H.264視頻節(jié)目

有線電視網(wǎng)絡(luò)有其廣播下行傳輸優(yōu)勢，智能手機有其開放平臺的強大優(yōu)勢，尤其是DVB+OTT機頂盒的出現(xiàn)，無疑為有線電視運營商拓展業(yè)務(wù)提供了很好的參考。在三網(wǎng)融合大背景的驅(qū)動下，越來越多的企業(yè)投入到融合相關(guān)業(yè)務(wù)的探索中。

有線電視網(wǎng)絡(luò)有其廣播信道優(yōu)勢，通過一個QAM64信道，可以提供36 Mbps的廣播傳輸通道。H.264編碼技術(shù)有其效率優(yōu)勢，通過使用H.264編碼技術(shù)，在一個QAM64廣播信道中，可以傳輸32套左右的標清節(jié)目。用戶端有無線網(wǎng)絡(luò)和智能終端優(yōu)勢，越來越多的家庭為了降低上網(wǎng)成本和使用智能終端，而安裝了Wi－Fi無線路由器，無線路由器幾乎成為一個標配家用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

如何能三者關(guān)聯(lián)起來，取長補短，提供一種新的業(yè)務(wù)模式，不失為一個有益的探索。

2 智能終端普及帶來的行業(yè)變化

2.1 Wi－ Fi

Wi－Fi是IEEE 802.11b的別稱，是由一個名為無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance，WECA)的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語，中文譯為“無線相容認證”。它是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在百米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線信號。隨著技術(shù)的發(fā)展，以及IEEE 802.11a及IEEE 802.11g等標準的出現(xiàn)，IEEE 802.11標準已被統(tǒng)稱作Wi－ Fi。

Wi－Fi因其以下優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用:

其一，無線電波的覆蓋范圍廣，Wi－Fi的半徑則可達100 m，辦公室自不用說，就是在整棟大樓中也可使用。

其二，雖然由Wi－Fi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù)安全性能比藍牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進，但傳輸速度非?？?，可以達到150Mbps甚至300Mbps，符合個人和社會信息化的需求。

其三，廠商進入該領(lǐng)域的門檻比較低。廠商只要在機場、車站、咖啡店、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置“熱點”，并通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場所。這樣，由于“熱點”所發(fā)射出的電波可以達到距接入點半徑數(shù)十米至100 m的地方，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。

2.2 智能終端

智能終端設(shè)備是指那些具有多媒體功能的智能設(shè)備，這些設(shè)備支持音頻、視頻、數(shù)據(jù)等方面的功能。智能終端一般采用開放式的操作系統(tǒng)，可裝載相應(yīng)的程序來實現(xiàn)相應(yīng)的功能，為軟件運行和內(nèi)容服務(wù)提供了廣闊的舞臺，很多增值業(yè)務(wù)可以就此展開，如:新聞、天氣、交通、商品、股票、應(yīng)用程序下載、音樂圖片下載等等。結(jié)合3G通信網(wǎng)絡(luò)的支持，智能手機的發(fā)展趨勢，勢必將成為一個功能強大，集通話、短信、網(wǎng)絡(luò)接入、影視娛樂為一體的綜合性個人手持終端設(shè)備。

智能終端的特點:

●具備無線接入互聯(lián)網(wǎng)的能力，即需要支持GSM網(wǎng)絡(luò)下的GPRS或者CDMA網(wǎng)絡(luò)下的CDMA 1X或者3G網(wǎng)絡(luò)。

●具備一個具有開放性的操作系統(tǒng)平臺，可以安裝更多的應(yīng)用程序，從而使智能手機的功能可以得到無限的擴充。

● 具備PDA的功能，包括PIM(個人信息管理)，日程記事，任務(wù)安排，多媒體應(yīng)用，瀏覽網(wǎng)頁。

●具有人性化的一面，可以根據(jù)個人需要擴展機器的功能。

●功能強大，擴展性能強，第三方軟件支持多。

2.3 H.264 編碼技術(shù)

H.264是一種高性能的視頻編解碼技術(shù)，是由國際電聯(lián)(ITU－T)和國際標準化組織(ISO)聯(lián)合組建的聯(lián)合視頻組(JVT)共同制定的新數(shù)字視頻編碼標準，所以它既是ITU－T的H.264，又是 ISO/IEC的 MPEG－4高級視頻編碼(Advanced Video Coding，AVC)，MPEG －4 AVC、MPEG －4 Part 10，以及ISO/IEC 14496－10，都是 H.264概念所覆蓋的范圍。

H.264最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG－2的2倍以上，是MPEG－4的1.5～2倍。和 MPEG－2和 MPEG－4 ASP等壓縮技術(shù)相比，H.264壓縮技術(shù)將大大節(jié)省用戶的下載時間和數(shù)據(jù)流量收費。H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質(zhì)量流暢的圖像，經(jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟。

2.4 HLS 協(xié)議

HLS即:Http Live Streaming，是由蘋果公司開發(fā)的一個基于HTTP的流媒體傳輸協(xié)議。該協(xié)議將一個傳輸流分成一連串的小文件，每個文件包含一個簡短的有限或無限傳輸流的一部分?？蛻舳藨?yīng)用程序通過HTTP協(xié)議下載文件，并將文件重新合成為一個連續(xù)的傳輸流。相對于常見的流媒體直播協(xié)議，HLS直播最大的不同在于，直播客戶端獲取到的，并不是一個完整的數(shù)據(jù)流。

HLS協(xié)議在服務(wù)器端將直播數(shù)據(jù)流存儲為連續(xù)的、很短時長的媒體文件(MPEG－TS格式)，而客戶端則不斷地下載并播放這些小文件，因為服務(wù)器端總是會將最新的直播數(shù)據(jù)生成新的小文件，這樣客戶端只要不停地按順序播放從服務(wù)器獲取到的文件，就實現(xiàn)了直播。由此可見，HLS是以點播的技術(shù)方式來實現(xiàn)直播。

由于數(shù)據(jù)通過HTTP協(xié)議傳輸，所以完全不用考慮防火墻或者代理的問題，而且分段文件的時長很短，客戶端可以很快地選擇和切換碼率，以適應(yīng)不同帶寬條件下的播放。不過HLS的這種技術(shù)特點，決定了它的延遲一般總是會高于普通的流媒體直播協(xié)議。

3 H.264、HLS融合應(yīng)用的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)原理

利用數(shù)字電視下行信道優(yōu)勢，在前端通過H.264實時編碼器，將數(shù)字電視節(jié)目進行編碼或者轉(zhuǎn)碼，經(jīng)過復(fù)用、加擾、調(diào)制后，與其他有線數(shù)字電視信號一起進入有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸。用戶端通過機頂盒或者網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收并解碼H.264編碼的節(jié)目，通過以太網(wǎng)輸出到家庭無線路由器，智能終端通過無線方式接收并實現(xiàn)視頻收看。

由于其下行信道采用了與普通數(shù)字電視相同的傳輸方式，因此與網(wǎng)絡(luò)視頻相比，其最大的優(yōu)勢是節(jié)目質(zhì)量高，實時性好，與用戶接入數(shù)量沒有關(guān)系，用戶切換節(jié)目流暢，不存在緩沖問題。并且，其由于其核心部分采用了與普通數(shù)字電視前端兼容的技術(shù)，在節(jié)目加密、用戶授權(quán)等方面，完全與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容?？梢酝ㄟ^節(jié)目打包方式進行銷售，便于開展業(yè)務(wù)推廣。

3.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要組成部分由H.264實時編碼器、復(fù)用加擾器、CAS系統(tǒng)、IP－QAM、無線路由器、智能終端等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下:

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

H.264實時編碼器實現(xiàn)對節(jié)目源的重新編碼，輸入方式可以是IP數(shù)據(jù)包或者TS傳輸流。一般一臺實時編碼器可以同時對16套或者24套節(jié)目進行實時編碼?？紤]到智能終端屏幕大小，一般一套標清節(jié)目編碼到500 kbps～1 000 kbps即可滿足收視需求。H.264實時編碼器的關(guān)鍵要求是編碼穩(wěn)定性和輸出碼率精度，由于其輸出碼率在用戶端需要重新改寫為視頻小文件，所以其穩(wěn)定性對系統(tǒng)運行效率至關(guān)重要。

復(fù)用加擾器和CAS系統(tǒng)實現(xiàn)對節(jié)目的加擾控制，一般采用IP方式進行連接。同時，與EPG系統(tǒng)連接后，用戶端可以通過EPG信息進行導(dǎo)航收視，同時便于用戶進行節(jié)目檢索。經(jīng)過復(fù)用加擾后的傳輸流由IPQAM調(diào)制后進入有線電視網(wǎng)絡(luò)中傳輸。

用戶終端可以通過在機頂盒中集成HLS分發(fā)服務(wù)器或者單獨的視頻網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)對前端H.264節(jié)目的解碼轉(zhuǎn)發(fā)。由于HLS協(xié)議核心是以文件分片的方式進行點播式轉(zhuǎn)發(fā)，所以在機頂盒中需要集成HLS媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和第二個高頻頭。機頂盒通過網(wǎng)絡(luò)接口連接到無線路由器，機頂盒中集成的HLS轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器可以通過無線網(wǎng)絡(luò)向智能終端推送節(jié)目流，用戶終端通過軟件向機頂盒內(nèi)集成的HLS發(fā)出請求，機頂盒內(nèi)部通過HLS媒體服務(wù)器向智能手機推送節(jié)目。

3.3 功能介紹

系統(tǒng)可以在基于有線電視網(wǎng)絡(luò)的情況下，利用下行信道傳輸H.264編碼后的節(jié)目，在用戶端通過無線路由器向智能終端傳輸節(jié)目流?？梢酝ㄟ^在機頂盒中集成HLS媒體服務(wù)器和增加一個高頻頭的方式實現(xiàn)傳輸，也可以通過單獨的視頻網(wǎng)關(guān)方式實現(xiàn)。通過占用一個傳輸信道，可以傳輸32套標清電視節(jié)目。

用戶終端可以是智能手機或者PAD等智能終端設(shè)備，通過下載運營商提供的特定軟件，在獲得節(jié)目授權(quán)之后，就可以通過用戶家中的無線網(wǎng)絡(luò)收看電視節(jié)目。尤其下行采用的是有線電視網(wǎng)絡(luò)，其實時性非常好，節(jié)目非常流暢，且不會占用用戶的上網(wǎng)帶寬，完全基于用戶家中的無線局域網(wǎng)部分進行視頻傳輸。

3.4 系統(tǒng)總結(jié)

由于采用HLS點播技術(shù)，可以同時提供32套節(jié)目共用戶同時收看，互相之間不會受到影響，在普通家庭3～5個智能終端的情況，可以實現(xiàn)非常流暢的節(jié)目收看。也可以部署在商場、學(xué)校等公共場所，為客戶提供基于HFC網(wǎng)絡(luò)的手機視頻點播服務(wù)。

由于系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮有線電視網(wǎng)絡(luò)的傳輸優(yōu)勢，使得有線電視網(wǎng)絡(luò)運營商在目前業(yè)務(wù)比較單一的情況下，為用戶提供一種新穎的用戶體驗方式，不僅可以在普通用戶中推廣，而且可以在公共場所、商業(yè)場所提供視頻傳輸服務(wù)。系統(tǒng)投資較少，充分利用現(xiàn)有資源，容易快速部署業(yè)務(wù)，可以快速實現(xiàn)投資回收，可以增強有線電視網(wǎng)絡(luò)運營商的競爭力。

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