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面向移动视听终端的电视与视频内容分发(三):六大技术解决方案

1、总体
 
考虑到基础实施建设及运维成本、可用的无线频谱资源等主要因素,采取现有的相关技术面向各类移动视听终端设备分发/传输线性直播电视以及按需点播型媒体内容将面临着商业方面的挑战(2015年~2020年期间)。
 
最近出现的几大潜在技术解决方案,将有望使得(单个或混合部署)用户以可接受的成本对电视/视频媒体内容进行消费、移动通信基础网络运营商开辟全新的盈利来源(变革商业模式),并将可最大限度地满足电视广播商/广播电视台的多屏电视/视频媒体内容覆盖需求。
 
2、移动多播/组播分发及相关国际标准的演进情况
 
作为采取其他一系列未来技术解决方案的基础,第一步就是要在核心/骨干网络及用户接入段网络部署高效的电视/视频多播系统。
 
目前,一些固定宽带网络运营商已经/正在采取IP多播技术来向其客户提供实时直播电视的分发/传输服务。也有一些移动通信基础网络运营商正在其现网中试验广播/多播技术——目前大多是在单个小区内通过部署LTE eMBMS(4G电视广播系统的核心技术)来对相同热门电视/视频媒体内容同时有着观看需求的若干用户(两个及以上)提供内容分发/传输服务。而另外一些则是通过基于DVB-T/DVB-T2等标准建设的地面数字电视广播网络进行分发/传输。
 
上述三种现有方式的实际应用均有其限制性。因此,就应该定义并研发一种经过很大程度优化的集成型多播技术方案,而且相关方案可被纳为下一代移动芯片所必须支持的一大标准特性。
 
此外,为了开发出多播/组播技术的全部潜力,政府通信监管部门以及移动通信基础网络运营商们也应该要逐步地进行商业开拓(其中包括进行频谱指配以及部署系统容量共享使用技术等)。
 
总体上,为了替代现有传统的单播传输技术,以提供更佳的QoS(服务质量),并面向每个用户降低电视/视频服务提供成本,有以下三种潜在的解决方案(其中前两种已经有较多的现网试验案例,而第三种则尚待进行现网试验,且具有最大的应用潜力):
 
(1)以移动多播/组播方式来分发/传输实时电视、视频以及无线电声音广播(包括广播直播);
 
(2)对于在同一个移动通信基站所覆盖的小区内有多位用户需要同时观看相同热门视频内容的应用场景,以移动多播/组播方式来分发/传输点播视频内容(包括此前已经播出的电视节目(电视回看)以及互联网OTT视频);
 
(3)根据用户观看移动电视/视频内容的历史行为数据记录,采取相关算法来预测其可能会感兴趣的视频节目内容,然后将其通过移动多播/组播方式预先下载并存储到终端设备之中,以备用户选择观看。
 
3、移动视听终端设备对电视/视频内容的本地缓存解决方案
 
新近对于全天移动数据需求的成本建模以及进一步分析,确定了一种针对总体移动网络数据需求的高度可预测模式。
 
相关分析结果表明,移动通信无线接入网络的成本主要来自于为满足全天中流量峰值时间段相关需求所作的网络建设成本投入,如此一来,在流量非峰值时间段(占全天中的大部分),就有较多/很多空闲的系统容量。于是,在利用此部分闲置容量方面,就具有很大的市场潜力。
 
目前,终端存储设备/模块的成本正呈现出快速下降的发展态势。随着业界对于半导体存储芯片能力需求的空前增长,根据摩尔定律,TB级别闪存模块的成本将在2020年降低至50欧元、在2025年降低至5欧元。
 
采取基于终端设备的软件或者基于“云”的软件,并部署基于网络的监测软件来实时了解广大电视/视频内容消费者的点播视频需求,可以使得具有较大存储/缓存能力的移动视听终端设备每天从网络容量闲置时间段里的多播/组播轮播中提前下载用户所需或者可能感兴趣的内容。相关后台IT系统还会及时地更新点播视频内容(精确到对于每位电视/视频内容消费者的行为进行分析、并基于此进行预测的水平)。
 
此外,对于“长尾”型的电视/视频内容,后台IT系统也可在全天中的网络容量闲置时段将其预先推送给具有存储/缓存能力的移动视听终端设备(面向相关的特定用户)。
 
在移动视听终端设备之中,对本地内容缓存进行管理的相关应用,对用户而言应该是不可视的。相关应用对每一条点播视频内容请求进行追踪,并在随时可能的时候,以单播分发/传输来替代已在本地缓存的点播电视/视频内容。
 
虽然目前在移动视听终端中内置TB级别存储模块尚不具备经济性,但到了2020年,相关成本会降低很多(根据著名的摩尔定律进行预测),从而使得“移动视听终端设备对电视/视频内容的本地缓存解决方案”具备很大的经济可行性。
 
总之,本节所述解决方案将有望以低得多的总体拥有成本(相对于对移动通信网络进行较大幅度的升级扩容)来潜在地满足主要由移动电视/视频消费所导致的移动数据流量承载能力增长需求。
 
4、移动通信边缘网络对电视/视频内容的本地缓存解决方案
 
作为最终实现上文第3部分所述解决方案的“敲门砖”,同时也作为缓解(一定程度上)固定宽带接入网络峰值容量需求压力的一种技术解决方案,“本地缓存”可以发生于部署于用户家中的Hub设备(比如具有内容存储能力的宽带路由器),也可发生于部署于移动通信基站的节点高速缓存模块/设备。
 
对于缓存于家中Hub设备内的电视/视频媒体内容,移动视听终端设备可以通过家庭Wi-Fi网络来实现便捷接入,从而就无需通过固定宽带网络或者移动宽带网络来接入,相关的家庭组网如图1所示。


 

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图1  未来的家庭网络架构(其中是以电视/视频媒体内容的消费为中心予以构建)
 

届时,家中的Hub设备可以作为一台临时的服务器流畅地、高质量地为家中的多个用户提供移动电视/视频接入服务。而移动通信基站侧也应部署相关的电视/视频媒体内容本地缓存模块/设备,以减小某些时候发生移动回程及接入网络拥塞问题的可能性,或者实现缓存热门内容以在移动数据流量高峰时段分发/传输给各类移动视听终端设备。
 
在上述两种应用场景之中,相关电视/视频媒体内容应该要一直存储于部署于家中Hub设备或者移动通信基站侧的节点缓存模块之中,直到已被人们通过本地网络消费完毕或者甚至内容热度褪去。此外,这样的缓存内容也应能被主动或者被动地预先下载到用户的移动视听终端设备之中,以使得用户能够在方便时进行观看。
 
5、面向本地缓存模块/设备进行多播/组播视频内容分发的解决方案
 
无论是移动视听终端设备内置的还是家庭Hub设备内置的本地缓存模块,均应能以接近于零的网络传输边际成本在非数据流量峰值时间段通过固定宽带接入网络或者移动宽带接入网络,对所缓存的电视/视频内容进行更新(按照一定的既定算法)。
 
面向这些本地缓存模块的电视/视频媒体内容分发,既可采取传统的单播机制,也可采取新兴的多播/组播机制。其中,前者一般是面向特定地理区域(比如对于本国电视/视频点播内容有较大需求的外籍社区)或者有限数量的特定用户(对于冷门的“长尾”型内容有消费需求的用户)提供单播分发服务。
 
然而,实际情况却是,大多数的电视/视频点播总是集中于一小部分的可用内容(通常是热门视频内容)。这样,很多用户的本地缓存模块中所存储的内容基本都是相同的。因此,如果对众多的本地缓存模块,以多播/广播方式进行热门点播电视/视频内容的分发,就将具有高得多(相对于传统的单播机制)的网络传输效率以及成本效率。
 
综上,为了进一步地优化面向本地存储模块的电视/视频媒体内容分发成本,可以混合采取单播与组播机制,前者面向“长尾”内容、后者面向热门内容。此外,很值得一提的是,在现有的地面数字电视广播网络以及卫星数字电视广播网络之中,已经采取具备非常高效率的广域多播/组播技术体制。
 
6、基于无线信道/室内中继的解决方案
 
目前,移动数据服务的室内接收(尤其是在偏远场所或者移动通信基站的边缘覆盖小区)常常被中断。为了解决这一问题,一些移动通信基础网络运营商常在用户侧安装室外天线或者室内射频中继器来增大无线信号的功率电平强度。此种解决方案的广泛部署将可促进无线频谱资源使用效率的提升——可以降低面向某些特定区域内的发射电平或者所分配的射频带宽,同时保证用于室内正常接收的射频电平功率。
 
对于直接接收UHF频段地面数字电视广播信号的移动视听终端设备或者便携式电视机终端,可于用户家中室内的适当位置部署无线中继器,以对室外屋顶天线所接收到的无线信号进行电平放大与中继处理。这种解决方案可以确保高质量接收而无需敷设室内电缆或者部署Wi-Fi信号转换设备。
 
作为上述解决方案的进一步延伸,运营商还可在用户家中部署高级Hub设备,以将所接收到的卫星电视信号、有线电视信号或者固定/移动宽带网络信号(对前两者采取现有的电视广播解调器来接收)统一转换到由位于UHF频段内的白频谱信道进行承载。
 
7、终端/前端智能切换软件
 
电视广播商/广播电视台以及互联网电视/视频内容集成服务提供商对其消费者(单个水平或者总体上)的视频观看模式有着很好的了解,从而,就可以高效地就“是采取多播/组播分发/传输机制还是采取设备缓存”进行决策。
 
对单个用户的电视/视频内容消费行为进行分析及预测,是基于对该用户通过相关APP观看历史记录的抓取而进行的。相关APP随即对哪条/哪些多播/组播内容应缓存于本地进行分析(即预测用户将要感兴趣的内容),并作出最终决策。此外,前端系统也需要探测到用户移动视听终端设备的可用存储容量以及已经缓存的高可用视频内容的字节大小。
 
然后,作为一个“虚拟管家”,相关APP或者服务提供商就会在一天中的相关时间段向其用户推荐已经缓存于本地的特定内容。这就延伸了目前已经存在的一种商业模式——在线OTT零售商向于其他用户有着相同消费行为模式的用户推荐某些具有共性的电视/视频内容。
 
此外,智能切换软件也可被部署于远离用户移动视听终端设备的云端之中,。尽管在一些国家尚存在数据安全保护问题,此种解决方案开启了面向众多个体用户进行共性内容(用户的兴趣及消费行为模式趋同)分发与传输的全新机遇。
 
 
参考文献:
 
[1] Graham Mills, Nick Wells, Andrew Dumbreck. Addressing Future Growth in Broadcast TV and Video Consumption on Mobile Devices [C]. Amsterdam:IBC 2015, 2015. 70-78.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员
 


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