张屹松

(太原有线电视网络有限公司，山西太原 030024)

目前，国内有线电视发展已进入数字化的后期。据业内调查机构统计:截至2013年11月底，我国有线电视用户总数为21 459万户(来源于国家广电总局)，有线数字电视用户达到15 862.3万户。但是，国内有线电视网络的发展情况不容乐观，三网融合的深入推进、松散的整合关系、简单的业务模式、竞争对手的强烈冲击等因素，为有线电视的发展蒙上了阴影。

针对当前智能终端和手机视频逐渐普及的现状，基于有线电视行业的发展现状，可以充分利用有线电视下行传输，以及智能终端交互优势，为有线数字用户提供通过智能终端收看数字电视节目的服务。既可以充分利用有线电视网络的优势，又可以最大限度地发挥用户现有家庭设施的作用，同时能够提供用户体验良好的视频服务，是一种在过渡时期提升有线电视网络营收能力的良好方式。

1 国内有线电视网络现状介绍

1.1 国内数字电视技术简介

目前，国内有线数字电视信源编码主要采用MPEG2标准，传输层采用MPEG2复用标准，信道编码遵循DVB－C标准。有线电视运营商主要通过卫星接收方式接收码流信号，经过重新复用、加扰、调制后进行传输。本地节目一般采用MPEG2编码方式或者H.264编码技术，通过实时编码器，与其他节目复用加扰后进入传输网络。在信道编码层主要采用QAM64调制方式，一般规划使用码率36 Mbps，传输6～8套标清节目。

随着编码技术发展，有线电视运营商为节省信道，提高信道利用率，逐渐采用H.264编码技术。相比MPEG2编码，H.264编码技术可以节省大量传输带宽，提高有线电视下传信道的利用率。采用MPEG2编码技术，标清节目一般需要占用4～8 Mbps带宽，高清节目需要占用16～20 Mbps左右带宽。而采用H.264编码后，标清节目一般只需要占用1.5～2.5 Mbps带宽，高清节目一般占用 6～8 Mbps带宽。

随着高清机顶盒成本的逐渐降低，以及有线运营商为今后开展双向业务和交互业务提前布局，同时支持MPEG2和H.264解码方式的高清机顶盒逐渐被广泛应用。H.264在有线电视网络中的应用越来越广泛。

1.2 网络视频、手机视频对有线电视网络的冲击

随着互联网和智能手机的普及，网络视频和手机视频对有线电视业务形成了强大的冲击。尤其是越来越多的企业加入了视频传输领域，使得针对家庭用户视频收视的竞争愈演愈烈。但是，基于当前的互联网条件，网络视频也并非完美无缺，其收视效果和用户体验相比有线电视的实时性和流畅度尚有差距。

网络视频和手机视频最大的问题是带宽问题和费用问题。基于互联网的网络视频极大地受制于接入带宽和接入时段，虽然在用户接入低峰期的视频收视体验尚可，一旦在休息时间等高峰期收看视频，绝大多数情况下会不断地遇到卡壳现象。同样，OTT机顶盒、网络机顶盒也面临同样的问题。

另一个对有线电视网络业务形成冲击的是3G手机视频，但是，限制其使用规模的是其通信费用。在手机视频巨大的流量影响下，用户往往不能随心所欲的通过3G或者4G方式观看视频节目，除非其资费水平能被广泛接受。

1.3 用智能终端和有线电视网络收看H.264视频节目

有线电视网络有其广播下行传输优势，智能手机有其开放平台的强大优势，尤其是DVB+OTT机顶盒的出现，无疑为有线电视运营商拓展业务提供了很好的参考。在三网融合大背景的驱动下，越来越多的企业投入到融合相关业务的探索中。

有线电视网络有其广播信道优势，通过一个QAM64信道，可以提供36 Mbps的广播传输通道。H.264编码技术有其效率优势，通过使用H.264编码技术，在一个QAM64广播信道中，可以传输32套左右的标清节目。用户端有无线网络和智能终端优势，越来越多的家庭为了降低上网成本和使用智能终端，而安装了Wi－Fi无线路由器，无线路由器几乎成为一个标配家用网络设备。

如何能三者关联起来，取长补短，提供一种新的业务模式，不失为一个有益的探索。

2 智能终端普及带来的行业变化

2.1 Wi－ Fi

Wi－Fi是IEEE 802.11b的别称，是由一个名为无线以太网相容联盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance，WECA)的组织所发布的业界术语，中文译为“无线相容认证”。它是一种短程无线传输技术，能够在百米范围内支持互联网接入的无线信号。随着技术的发展，以及IEEE 802.11a及IEEE 802.11g等标准的出现，IEEE 802.11标准已被统称作Wi－ Fi。

Wi－Fi因其以下优势而被广泛应用:

其一，无线电波的覆盖范围广，Wi－Fi的半径则可达100 m，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。

其二，虽然由Wi－Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到150Mbps甚至300Mbps，符合个人和社会信息化的需求。

其三，厂商进入该领域的门槛比较低。厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100 m的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。

2.2 智能终端

智能终端设备是指那些具有多媒体功能的智能设备，这些设备支持音频、视频、数据等方面的功能。智能终端一般采用开放式的操作系统，可装载相应的程序来实现相应的功能，为软件运行和内容服务提供了广阔的舞台，很多增值业务可以就此展开，如:新闻、天气、交通、商品、股票、应用程序下载、音乐图片下载等等。结合3G通信网络的支持，智能手机的发展趋势，势必将成为一个功能强大，集通话、短信、网络接入、影视娱乐为一体的综合性个人手持终端设备。

智能终端的特点:

●具备无线接入互联网的能力，即需要支持GSM网络下的GPRS或者CDMA网络下的CDMA 1X或者3G网络。

●具备一个具有开放性的操作系统平台，可以安装更多的应用程序，从而使智能手机的功能可以得到无限的扩充。

● 具备PDA的功能，包括PIM(个人信息管理)，日程记事，任务安排，多媒体应用，浏览网页。

●具有人性化的一面，可以根据个人需要扩展机器的功能。

●功能强大，扩展性能强，第三方软件支持多。

2.3 H.264 编码技术

H.264是一种高性能的视频编解码技术，是由国际电联(ITU－T)和国际标准化组织(ISO)联合组建的联合视频组(JVT)共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU－T的H.264，又是 ISO/IEC的 MPEG－4高级视频编码(Advanced Video Coding，AVC)，MPEG －4 AVC、MPEG －4 Part 10，以及ISO/IEC 14496－10，都是 H.264概念所覆盖的范围。

H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG－2的2倍以上，是MPEG－4的1.5～2倍。和 MPEG－2和 MPEG－4 ASP等压缩技术相比，H.264压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。H.264在具有高压缩比的同时还拥有高质量流畅的图像，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。

2.4 HLS 协议

HLS即:Http Live Streaming，是由苹果公司开发的一个基于HTTP的流媒体传输协议。该协议将一个传输流分成一连串的小文件，每个文件包含一个简短的有限或无限传输流的一部分。客户端应用程序通过HTTP协议下载文件，并将文件重新合成为一个连续的传输流。相对于常见的流媒体直播协议，HLS直播最大的不同在于，直播客户端获取到的，并不是一个完整的数据流。

HLS协议在服务器端将直播数据流存储为连续的、很短时长的媒体文件(MPEG－TS格式)，而客户端则不断地下载并播放这些小文件，因为服务器端总是会将最新的直播数据生成新的小文件，这样客户端只要不停地按顺序播放从服务器获取到的文件，就实现了直播。由此可见，HLS是以点播的技术方式来实现直播。

由于数据通过HTTP协议传输，所以完全不用考虑防火墙或者代理的问题，而且分段文件的时长很短，客户端可以很快地选择和切换码率，以适应不同带宽条件下的播放。不过HLS的这种技术特点，决定了它的延迟一般总是会高于普通的流媒体直播协议。

3 H.264、HLS融合应用的设计与实现

3.1 系统原理

利用数字电视下行信道优势，在前端通过H.264实时编码器，将数字电视节目进行编码或者转码，经过复用、加扰、调制后，与其他有线数字电视信号一起进入有线电视网络传输。用户端通过机顶盒或者网关设备接收并解码H.264编码的节目，通过以太网输出到家庭无线路由器，智能终端通过无线方式接收并实现视频收看。

由于其下行信道采用了与普通数字电视相同的传输方式，因此与网络视频相比，其最大的优势是节目质量高，实时性好，与用户接入数量没有关系，用户切换节目流畅，不存在缓冲问题。并且，其由于其核心部分采用了与普通数字电视前端兼容的技术，在节目加密、用户授权等方面，完全与现有系统兼容。可以通过节目打包方式进行销售，便于开展业务推广。

3.2 系统组成

系统主要组成部分由H.264实时编码器、复用加扰器、CAS系统、IP－QAM、无线路由器、智能终端等。系统结构图如下:

图1 系统结构图

H.264实时编码器实现对节目源的重新编码，输入方式可以是IP数据包或者TS传输流。一般一台实时编码器可以同时对16套或者24套节目进行实时编码。考虑到智能终端屏幕大小，一般一套标清节目编码到500 kbps～1 000 kbps即可满足收视需求。H.264实时编码器的关键要求是编码稳定性和输出码率精度，由于其输出码率在用户端需要重新改写为视频小文件，所以其稳定性对系统运行效率至关重要。

复用加扰器和CAS系统实现对节目的加扰控制，一般采用IP方式进行连接。同时，与EPG系统连接后，用户端可以通过EPG信息进行导航收视，同时便于用户进行节目检索。经过复用加扰后的传输流由IPQAM调制后进入有线电视网络中传输。

用户终端可以通过在机顶盒中集成HLS分发服务器或者单独的视频网关，实现对前端H.264节目的解码转发。由于HLS协议核心是以文件分片的方式进行点播式转发，所以在机顶盒中需要集成HLS媒体转发服务器和第二个高频头。机顶盒通过网络接口连接到无线路由器，机顶盒中集成的HLS转发服务器可以通过无线网络向智能终端推送节目流，用户终端通过软件向机顶盒内集成的HLS发出请求，机顶盒内部通过HLS媒体服务器向智能手机推送节目。

3.3 功能介绍

系统可以在基于有线电视网络的情况下，利用下行信道传输H.264编码后的节目，在用户端通过无线路由器向智能终端传输节目流。可以通过在机顶盒中集成HLS媒体服务器和增加一个高频头的方式实现传输，也可以通过单独的视频网关方式实现。通过占用一个传输信道，可以传输32套标清电视节目。

用户终端可以是智能手机或者PAD等智能终端设备，通过下载运营商提供的特定软件，在获得节目授权之后，就可以通过用户家中的无线网络收看电视节目。尤其下行采用的是有线电视网络，其实时性非常好，节目非常流畅，且不会占用用户的上网带宽，完全基于用户家中的无线局域网部分进行视频传输。

3.4 系统总结

由于采用HLS点播技术，可以同时提供32套节目共用户同时收看，互相之间不会受到影响，在普通家庭3～5个智能终端的情况，可以实现非常流畅的节目收看。也可以部署在商场、学校等公共场所，为客户提供基于HFC网络的手机视频点播服务。

由于系统能够充分发挥有线电视网络的传输优势，使得有线电视网络运营商在目前业务比较单一的情况下，为用户提供一种新颖的用户体验方式，不仅可以在普通用户中推广，而且可以在公共场所、商业场所提供视频传输服务。系统投资较少，充分利用现有资源，容易快速部署业务，可以快速实现投资回收，可以增强有线电视网络运营商的竞争力。

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