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基于IP ABR视频分发技术的新兴有线电视边缘QAM高清电视平台(三)

基于HTTP协议传输系统的视频广告插播
 
与传统的在MPEG-2 TS(传输流)之中插入视频广告的方式相比,在IP多播与单播视频传输/分发系统之中,多种基于标准化技术的解决方案被提出并得到了部署,视频广告的插播流程由此得到了简化处理。
 
在HTTP视频广告插播解决方案之中,对于ABR(自适应传输码流)编码器/转码器以及线性音视频打包器/封装器的流处理能力提出了更高的要求。ABR编码器/转码器必须要检测带内的SCTE-35信息,并对已编码的视频帧进行对齐/同步处理,以确保在插入视频广告之前与之后,GOP(Group-of-Pictures,图像组)的完整性。线性打包器/封装器也必须能够识别到视频广告帧的具体插入位置以及由ABR编码器/转码器所划定的原有视频内容帧与视频广告帧之间的界限——这样一来,其就可确定下发至用户终端设备的播放列表/清单之中的可替换视频分段。
 
这样,ABR编码器/转码器与线性打包器/封装器就对视频广告帧在IP视频帧序列中的起始位置与终止位置进行了明确定义。用户终端设备仅需自动地检查播放列表/清单即可选择是播放还是不播放相关的视频广告内容,从而就为个性化的智能广告商业模式奠定了技术基础。
 
其实,上述这些技术都已经得到实现与行业部署,不存在新兴技术。那么,对于不能识别HTTP数据流以及ABR(自适应码流)流的边缘QAM(正交调幅)调制器而言,如何从采取HTTP以及ABR技术的CDN(内容分发网络)边缘节点之中接收IP视频信号呢?实现此目的的相关技术手段很简单:如图3所示,研发一种复用型的网关设备,将以HTTP/TCP协议传输的ABR视频流转换成以IP协议承载的UDP视频流,然后将其输入到边缘QAM调制器。
 
通过相关网关设备实现HTTP ABR IP视频传输/分发系统与边缘QAM调制器的对接
资料来源:编译自参考文献[1]Figure 3(第5页)
 
HTTP ABR转UDP网关必须要执行HTTP ABR客户端功能以及HTTP ABR视频广告插播客户端功能。对于输出SPTS(单节目传输流)的UDP/IP光信号的情况,HTTP ABR转UDP网关仅需要简单地从CDN(内容分发网络)边缘节点检索指定的ABR信源编码档次,采取视频广告内容编码档次(要比线性电视内容的编码档次低)进行HTTP插播广告视频编码(其码率要低于或者等于线性电视内容的码率),并将其作为一路TS(传输流)以流媒体方式以及UDP/IP协议传输至边缘QAM调制器。在此过程之中,HTTP ABR转UDP网关还应该执行这样的操作:对视频广告内容的PID码以及节目序号进行重新映射。
 
而以MPTS(多节目传输流)形式输出视频流则更为复杂一些。此时,对于插播视频广告的处理方式与上述的相同,相关处理也是在HTTP域内进行的,但是,有线电视网络运营商们也希望能够于其中部署统计复用器。然而,有线电视网络运营商们又不希望部署可扩展性/可伸缩性较差/很差的厂商专有/私有硬件设备/平台。幸运的是,ABR编码器/转码器与线性打包器/封装器已经编码并封装了多个具有相同分辨率的视频分段,并对视频广告帧的具体插播位置进行了标记。相关的解决方案之中,HTTP ABR转UDP网关先对ABR视频播放列表/清单进行评估,选择一种最合适的编码档次的码流,执行统计复用功能——可见,相关过程是在通用型的COTS设备平台之中进行的,而不是在传统上的厂商私有/专有硬件设备之中进行的。
 
1ABR(自适应码流)统计复用的相关示例
 
在图2之中,10路以H.264编码的高清晰度视频流在HTTP ABR转UDP网关处被进行复用配置,得到的传输码率为38.8 Mbit/s,然后以UDP/IP多播协议下行传输/分发至边缘QAM调制器。简而言之,以CBR(恒定/固定码率)方式编码的复用视频流,平均的码率数值为3880 kbit/s。在图4所示的基本示例之中,每一路高清晰度视频流的编码档次,最高为5500 kbit/s,其他还包括3750 kbit/s、2750 kbit/s以及2250 kbit/s。ABR(自适应码流)视频内容在被打包/封装等关键处理之后,被注入到CDN(内容分发网络)之中,传输/分发至边缘缓存/高速缓存网络节点。统计复用网关设备从CDN边缘节点检索相关内容。视频内容以固定的分段/片段间隔(相关数值为两秒),这样,网关就可以向10路高清晰度视频之中的每一路增加视频片段/分片文件,并确保总的码流数值小于38.8 Mbit/s。
 
 
2  ABR(自适应码流)统计复用示例
资料来源:编译自参考文献[1]Figure 4(第6页)
 
此外,如果增加编码档次的数量,那么,就可以得到具有更高图像质量的编码视频内容,而且,对各路高清晰度视频流的统计复用粒度也可以更小,从而更为精确。另外,ABR编码器/转码器也应向HTTP ABR转UDP网关下发/提供与视频图像质量相关的元数据,以使得统计复用器对于所输入的视频片段/分片以及输出哪种档次的编码信号作出更多智能化的决策。
 
视频广告帧的边界将可添加入统计复用器的“易用性”指标评估之中——这是因为,视频广告帧中的内容可能会发生变化(比如变得全黑),而且其分片/片段的长度是可变的。视频广告内容的转码一般是离线处理的(具有非实时特性),因此,就可以多采用/准备几个编码档次的编码内容,从而具备更多的力度,以方便同时向不同的终端设备发送具有不同码率的视频广告内容。
 
2)基于通用COTS硬件设备及虚拟化的相关的工程部署实施
 
HTTP ABR转UDP网关也要必须要执行自适应码率ABR客户端功能,并以UDP/IP协议输出MPEG-2 TS传输流。其中,该客户端对于选择编码档次的决策过程与用户终端之中的ABR客户端有着很大的差异——并非根据HTTP ABR转UDP网关输入口之前的网络段的可用带宽,而是根据复用器输出端口的可用带宽情况,而且,众多条ABR数据流的编码档次决策是同步地作出的。
 
上述这些过程并不会消耗掉太多的计算能力,而且并不像传统统计复用器或者视频广告插播器那样被强制承载更多的视频数据流。当需要强制承载MPEG-2 TS传输流数据(节目序号重映射以及PID码重映射)之时,而且当必须考虑复用数据包的计时(笔者注:用以“同步”)时,有线电视网络运营商们期望上述的所有功能均可通过通用型的COTS计算机服务器硬件设备大规模地实现/实施,而且均有被虚拟化的潜力。
 
5、结论
 
随着能提供高分辨率以及高码率的HTTP ABR/H.264终端接收设备的市场普及率越来越高、具有MPEG-2解码能力的高清晰度电视广播型机顶盒市场占有率的下降,有线电视网络运营商应该把新兴的HTTP ABR技术/平台融合进其核心的电视/视频传输/分发平台,通过消除用于线性电视/视频传输/分发的冗余的IP组播/多播核心视频网络,为具有H.264解码能力的高清晰度QAM机顶盒提供电视/视频信号。在此种类型的融合电视/视频传输/分发平台之中,内容的安全加密性能得到了增强,而且还“天然”地具有QoS(服务质量)能力。采用HTTP协议传输电视/视频,不仅能够降低整个网络的管理复杂度,而且还能把视频广告插播纳入到通用型的硬件平台之中,同时还可简化统计复用流程。因此,可以预见的是,HTTP ABR系统是有线电视网络运营商线性广播电视/视频核心网络架构的下一个演进方向。
 
参考文献:
 [1] Weidong Mao, David Brouda. Leveraging IP ABR Video Delivery for Linear QAM TV[C]. 2015 Spring Technical Forum Proceedings. NY: NCTA, 2015-05-05.

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