一.交互式电视系统的功能
  交互电视系统要适应广泛的应用领域,其许多功能分散在各子系统内。这些功能有共性功能和特殊功能,未来应用还将定义和增加新的功能。
  从系统的操作、完整性和开发方面看,交互电视系统核心功能应包括:位传输、会话、访问控制、导航与节目选择、应用启动、媒体同步链、应用控制、表现控制、使用数据(用户使用系统信息)和用户概况等。
  从交互电视应用与服务角度上看,交互电视系统应具有如下公共功能:
  ·导航与交互功能:导航是指在菜单等导航信息引导下提供内容的查找、选择。交互功能包括交互演播控制(如仿真VCR控制回放)和多媒体交互表现。
  ·服务与内容管理:交互电视是大众家庭消费应用,除提供应用服务外还需要考虑用户使用服务的记账和用户的付费等;为此系统应标识、定位和跟踪内容材料的管理。此外系统应具有能指明错误并恢复、插播商业信息、收集和统计使用信息、多重内容访问及进行监控操作和维护等能力。
  ·知识版权(IPR)和安全 交互电视应用应能提供安全的进程、机制、协议、通用和专用的算法及对象(如密钥与随机数、安全盒、安全卡等),进而保证应用与系统的安全。交互电视系统还要保护内容的版权和任何合法者使用系统的权力。
  除此之外,复杂的交互电视系统还应解决分系统之间信息的互通性,应用在异种平台的可移植性,以及交互信息在传递过程中的延迟等应用问题。
  交互式电视系统最常用的是节目间的交互,又称点播电视(VOD),它可以通过:电话系统、有线电视系统;蜂窝电视系统(美国联邦通信委员会FCC-- Federal Commuincation    Commission,最近通过了将27.5MHz~29.5MHz频带范围用于实验性蜂窝电视);宾馆按次付费系统以及混合系统,提供较好质量的、数字式压缩的VOD电视节目。
  VOD系统需求如下:
  ·需要支持200~75000个用户;
  ·应该支持不同的用户可选20~2000个节目资源;
  ·系统必须在任何时候同时向所有用户设备提供服务;
  ·系统必须允许用户和系统间进行实时交互;
  ·提供给用户的基本服务包括:视频娱乐节目、视频教育节目、交互式游戏、混合媒体信息服务以及购物服务;
  ·系统必须具有基本的导航功能,允许用户在VOD系统中选择服务,导航系统必须使用简单,应考虑选用与Microsoft Windows IBM OS/2或Macintosh System7.5类似的图形用户界面GUI (Graphical User Interface);
  ·每个居住单元必须支持不止一个交互式用户设备;
  ·采用开放式机顶盒结构,以利于不同的压缩解压缩算法,HDTV、PAL、NTSC及其他制式的兼容性,适应不同电视机的分辨率和纵横比以及技术进一步发展和更新换代。

  二.交互式电视系统的体系结构
  为了说明VOD系统的工作原理和结构的组成部分,我们先给出通用点播电视系统主框图和通用系统图。如图8.16通用VOD系统主要的组成部分有:
  l 视频服务器;
  l 编码器/路由器;
  l 用户请求计算机和记账计算机;
  l 位于用户处的机顶盒。
  较详细的通用VOD系统结构如图8.17所示,它把系统分成两部分:一部分是节目分配的设备,它包括:信号融合打包器、接收器、用户选择计算机、记账和登记计算机、服务器、编码器、混合器、调制器以及传送器;另一部分是用户部分,它包括:信号解包器、解调器、解压缩、宽带视频/音频电视接收机,用户接口及节目选择接口。
   8.16通用点播电视系统方框图
  
  1.视频服务器
  VOD系统为了进行点播电视服务需要一个大容量存储器,并具有高速传输能力的快速检索系统,这就是视频服务器,它的主要功能是:
  (1) 大容量视频存储:典型的视频存储器可以有20GB的存储空间(20部90分钟的影片),采用多重单元互连可以提供几倍20部影片。视频服务器选用存储体有磁盘、磁带和RAM,为了提高性能价格比,较多的采用温彻斯特硬盘,现在单盘可以以2Mbps速度产生8路视频数据流。为了提高数据传输率、I/O响应时间、可靠性、存储容量及降低费用,大量采用廉价磁盘冗余陈列RAID(Rcdundant Array of Inexpensive Disks)技术,制作视频阵列盘。要满足对不太流行视频节目的需要,必须有二级存储器,通常采用智能化磁带(robotic tapc librarics)。由于RAM费用太高只少量用在Cache缓存中。
  (2) 节目检索和服务:视频服务器接收所有用户的全部的信号对服务器进行控制,服务器控制处理能力要根据应用的不同进行设计,例如,交互较少的点播影片,只需要较少的控制处理能力;而对交互式较多的交互式学习,交互式购物及交互式视频游戏,就需要高性能的计算平台。
  (3) 快速的传输通道:视频服务器有一个高速、宽带的下行通道与编码路由器相连,把服务数据(视频、音频及嵌入控制信号的数据)传送给各个用户。Silicon graphics宣称它的Challenger XL系列(用在Time-Warner的Full Service Network系统中),通过总线每秒可以传送大约1GB数据。同时,视频服务器接收来自用户请求计算机来的各种反向通路信号,每个用户要求的带宽较低(16kbps),当然数据量和速率也取决于用户的多少。
   8.17 通用点播电视系统节目分配设备和用户终端方框图
  
  2.编码器/路由器
  编码器/路由器是按用户的需要,将节目和服务数据编码经过路由选定分配到用户。TELCOVOD系统按用户的需要将节目和服务数据分配到不同的双绞线进行空间划分,每根双绞线通过这种方式携带一个节目,送到用户家中。其他的VOD系统,有的采用时分和频分复合方法,将节目送到目的地,还需要用户机顶盒中信号分离器和解码器才能最终把需要的节目唯一的送到用户的电视机上。
  节目线路确定在分组交换网中得以最佳实现,这是路由的自动实现,每一个分组都含有目的地,信息源及节目地址等信号,SONET、FDDI和ATM都是很有生命力的实现方法,但对于视频分配,ATM可能是较好的方法。
  异步传输模式ATM是由许多53个字节的定长包组成,可以异步地插入数字信号和它们的路由信息。虽然每个单元与其他单元之间是异步的(没有联系),但特定用户或服务所使用的单元,保持在一个固定的顺序和时间域中。ATM的单元有53个字节长,其中5个字节是含有地址的首部和一个固定48个字节的信息域。
  ATM路由器提供ATM节目数据单元和路由选定,由ATM单元首部中的地址控制,通过自选定的程序段与视频服务器进行传送。ATM路由器提供必要的电气接口,从视频服务器接收数据并分配到用户网络中去。ATM由交换器通过外部的ATM到OS-S多路转换器直接连到电话交换载体进行远距离服务。
  ATM调换器/路由器将需要:
  ·53字节单元、格式符合CCITT和ANSI规定;
  ·物理接口符合DS-1、DS-3及STS-3C;
  ·视频服务器接口兼容性;
  ·可扩展和模块化结构;
  ·容错能力;
  ·基于应用标准,开放系统设计(包括交换控制器和操作系统软件)。
  3. 用户请求和记账计算机
  在VOD系统中每台用户请求计算机可以支持6000个用户,多个用户请求计算机可以将几倍的6000用户增加到VOD系统中,每台计算机需要足够的物理空间支持6000个19.2kbps的逻辑端口。(一块印刷电路板有200个端口,共有30块通信板),并有能力允许同时进行分组通信。用户请求计算机将通过机顶盒提供立即或接近立即响应,就像在多用户分时系统中一样,当不能提供立即响应时,需要一些提问,叙述和其他短节目插入,这仍会使用户感觉到能够得到立即响应。当选中一项到接收到新的菜单或节目,不会超过6秒种的延迟。
  信息传输的延迟是由于过多的用户同时访问系统,而大部分延迟是由于用户请求计算机正处理大量事件。例如,一个有4500个用户正观看的视频精彩节目在晚上8点结束,节目结束后,有4300个用户在1分钟之内选择新的节目。这样一秒种之内将有72个复杂事件等待处理,用户请求计算机将能很好地满足这些需要。
  用户请求计算机和记账计算机还解决服务管理问题,它包括服务类型,更新修改服务及各种服务的收费问题。
  4.电视机机顶盒
  电视机机顶盒(TV Set Top Box)是VOD系统用户购置的用于节目选择与VOD系统交互通信的用户室内设备CPE(Customcr Premises Equipment)。它应该具有以下功能(详细结构见第五节):
  (1)指示用户室内设备,网络传输和节目资源的状态,在用户的电视屏幕上显示服务公司及信息提供者所给出的信息和菜单;
  (2)把用户的选择传送给服务中心或信息提供者;
  (3)提供用户基本的控制功能,如电源的开/关,选择VOD或标准电视操作;
  (4)控制用户的电视或盒式录像机;
  (5)交互式购物;
  (6)交互式教学;
  (7)与家用计算机接口;
  (8)数据传输;
  (9)公用设备监测;
  (10)传输性能的遥测反馈。

  点播电视的系统结构原理
   点播电视的系统结构图
  
  VOD系统主要由下述几部分组成:
  ·视频服务器;
  ·编码器/路由器;
  ·用户请求计算机和计帐计算机;
  ·机顶盒STB(Set Top Box)
  (1) 视频服务器:主要解决大容量的视频数据存储、节目检索和服务;快速的传输通道;
  (2) 编码器/路由器:编码器/路由器是按用户的需要,将节目和服务数据编码经过路由选定分配到用户。节目线路确定在分组交换网中得以最佳实现,这是由路由器自动完成,每一个分组都会有目的地址、信息源及节目地址等信息。
  (3) 用户请求和记帐计算机,用户请求和记帐计算机主要解决服务器管理问题,服务类型的确定、更新修改服务及各种服务的收费问题。
  (4) 机顶盒STB(Set Top Box)是VOD系统的用户终端,主要用处是用户节目选择、接收及与VOD系统通信用的室内设备CPE(Customer Premises Equipment)。