有线网络双向化互动电视困局及出路

      引言

      在2010年3月CCBN主题报告会上，广电总局张海涛副局长指出我国目前已经有1.74亿有线电视用户，其中6500万已经完成了整体平移（即数字化整体转换）。在这6500万数字有线电视用户中，双向覆盖用户达3000多万，但双向机顶盒用户只有200多万。这意味着，有线数字电视用户实际双向化比例仅为3.1%，占全部有线电视用户的1.15%。因此在广电网络双向化进程中，如何处置约6200万存量单向机顶盒是一个不得不研究的话题。其次双向化过程中互动电视业务是采用IPQAM技术，还是IPTV技术也是需要探讨的。在讨论如何处置现存单向机顶盒问题时必须先讨论清楚采用何种技术体制实现双向互动业务。本文将首先讨论双向互动技术体制（IPQAMorIPTV），在此基础上进一步讨论如何处置现存单向机顶盒。

      IPQAM和IPTV技术体制

      目前一般对IPTV的理解不够严格准确，在广电体系大家谈得更多的是IP+TV，而在电信体系谈得更多的TVoverIP，实际上前者就是指基于IPQAM的双向互动电视，后者指的是基于纯IP的双向互动电视。下面分别论述两种技术体制并阐述二者的区别联系。

      IPQAM

      广义的IPQAM指的是一种互动电视的技术体制，示意图如图1。狭义的IPQAM指的是IPQAM调制设备。IPQAM调制设备集“复用、加扰、调制、频率变换”功能为一体，它将DVB/IP自IP骨干网输入的节目流重新复用在指定的多业务传输流中，再进行QAM调制和频率变换，输出RF。在使用IPQAM之后，STB和CDN边缘视频服务器(CACHE)之间的控制信息和视频流分别通过不同的通路传输：STB的接入认证、EPG信息浏览等流程通过IP双向回传通道交互；CDN边缘视频服务器收到用户的请求后将音视频流以恰当的封包形式输出至IPQAM设备，IPQAM将音视频流调制为RF信号后通过HFC网络传输给STB，STB根据头端返回的PID锁定对应的音视频流来进行解调和解码以实现互动。图1中用于交互的IPnetwork即可以是EPON+LAN独立的物理网络，也可以是EPON+EOC的IPoverHFC的复用网络（光纤部分可以光缆中的不同光纤空分复用或者同纤波分复用，同轴部分则可以频分复用）。IPQAM体制中典型的特征是电视机顶盒拥有RF和IP两个输入接口，所有的音视频流无论是直播（广播）还是点播均来源于RF输入接口。IP双向通道仅用于互动回传或其他IP增值业务。一般的直播的数字节目使用550MHz以下的频率，点播节目使用的IPQAM调制的频点，使用550MHz以上的频率。目前国内大多使用的是24路/64QAM调制的IPQAM，拥有24个模拟频点，每个频点通常拥有38Mbps的网络带宽速率，按照MPEG2节目源的峰值5Mbps计算（标清），每个频点可以容纳7个VODMPEG2的节目，则该IPQAM可同时播放168路节目。考虑到开通率一般低于20%，同时并发率小于20%，则该IPQAM可以覆盖的用户数为168/（0.2*0.2）=4200户。考虑到一般的分前端用户数从几万户到几十万户不等，此种IPQAM需要用到几十到数百。因此当用户数更多的时候需要考虑使用128QAM或者256QAM又或者频点更多的IPQAM设备。

      图1 IPQAM示意图

      IPTV

      IPTV是另一种技术体制(参见图2)，和IPQAM相比其最大的特点就是无论是音视频还是双向互动信号均使用IP信道。IPTV的视频节目主要分实时直播和点播（包括VoD和时移节目）。其中直播需要用到组播技术，同时观看一个频道的用户可以共享带宽。点播使用的还是单播技术，每个用户均需要单独的带宽资源。对于IPTV技术体制，HFC网络不是必须的。对于仅使用IPTV技术体制进行互动业务的运营商来说同轴电缆不是必须的，即使使用也只是使用的IPoverCoax技术，其本质还是IP网络。使用IPTV技术的机顶盒是无需RF输入接口的。

      图2 IPTV示意图

      IPQAM和IPTV的区别和联系

      IPQAM和IPTV最大的区别还是在于音视频流一个是从HFC信道下行，一个是从IP信道下行。二者的头端系统是类似的，图3给出的是IPTV媒体和交互信息信息流。对于IPQAM数字电视DVB头端的角色类似于图3中的MulticastServer主要完成实时直播节目的广播。IPQAM的中心流服务器（CenterStreamingServer）和边缘流服务器(EdgeStreamingServer)和图3中是类似的，但边缘流服务器（图1中的CACHE）和MulticastServer之间没有图3中组播流汇流，IPQAM中直播（DVB头端）节目和点播（IPQAM）节目是在HFC的入口处混合汇流的。电子节目单服务器（EPGServer）二者是类似的。可以看到对于IPQAM和IPTV来说，IPTV对IP信道的带宽要求更多。对于广电运营商来说，HFC是现成的网络，采用IPQAM体制可以充分的利用现有的投资，假如不考虑宽带数据接入业务，则对于IP通道仅需进行少量投资即可以完成电视业务的双向互动。考虑到以后所有的网络融合方向在逻辑层面均为IP，长远来看高清的IPTV必将是最终的方向，这正好和FTTH的物理网络融合方向是一致的。尽管如此，但对于广电运营商来说，HFC是广电最好的资源，也很容易做到100%覆盖，而FTTH要做到100%覆盖投资将是非常巨大的，因此采用类似于EPON+EOC的技术将能够充分挖掘同轴电缆的潜力。同轴电缆的频谱资源高达1GHz，某些地区的电缆甚至高达1.5Hz，而目前的调制技术（如1024QAM）调制效率已达10bps/Hz，因此同轴电缆的带宽潜力可达10G~15Gbps。当前的EPON+百兆EOC已经满足IPQAM的需求并能开展宽带接入服务也可以支持标清的IPTV，随着技术的进步，10GEPON+千兆EOC将能够满足未来更大的带宽需求，到那时基于同轴电缆的高清IPTV技术也将是可行的。因此当前选择一个IPQAM、IPTV兼容的平台将更有利于保护广电运营商的投资，图4给出的EPON+EOC的结构可以实现IPQAM也可以实现IPTV。如果采用EPON+LAN，在不使用HFC的时候仅能实现IPTV（图5），当使用HFC的时候可以实现IPQAM。

      图3 IPTV媒体和交互信息流示意图

      图4 使用EPON+EOC实现IPQAM/IPTV示意图

      图5 使用EPON+LAN实现IPTV示意图

      机顶盒的分类和处置策略

      机顶盒的分类

      当前市场上的有线机顶盒主要分三大类，具体分类参见表1，当前市面上主要还是以基于DVB-C的单向标清机顶盒为主，这些用户主要是广电运营商的用户。IP机顶盒也是以标清为主，主要用户集中在电信运营商，广电方面华数也有不少的用户。自广电总局前年提出发展高清电视以来，去年共在8个省市开通了13套高清电视节目。考虑到当期大部分的机顶盒是以标清为主，而未来的发展方向是高清节目，同时我们注意到当前双向化改造是当前的热点，因此双向高清机顶盒应该是推广的重点，如目前北京歌华有线主要发展双向高清互动机顶盒，双向标清作为中间过渡状态仅发展了4个月。

      表1有线机顶盒的分类

      现有机顶盒的处置策略

      图6 广电有线电视用户构成

      按照2010年CCBN张海涛副局长的主题报告数据（参见图4），我们国家当前有1.74亿有线电视用户，其中已经完成整转平移的有6500万户，这些平移的6500万数字有线电视用户中有6300万使用的是单向标清数字机顶盒，仅有200万的双向标清数字机顶盒。如何处置现有的这些机顶盒是需要十分重视的问题。

      首先讨论还没有完成数字平移的有线电视用户，对于这部分用户我们的建议是使用双向高清数字有线机顶盒一部到位的建设，这其中对于不需要进行双向高清互动电视的用户可以差别定价，使用此前6500万用户置换下来的单向数字机顶盒或双向标清机顶盒。理由如下：1.2009年广电总局在《关于加快广播电视网络发展的若干意见》中明确要求“尚未完成整体转换的有线网络，网络建设和改造要直接向双向化过渡”，意即数字化和双向化同步完成。2.2009年广电总局在《广电总局关于促进高清电视发展的通知》中要求大力推广高清频道。目前8个省市开通了13套高清电视节目，高清将是不可逆转的趋势，而且推广的速度会比想象的快。

      对于6300万已经完成了数字化平移单位完成双向化的用户，建议对其中部分有双向互动点播需求的用户换发双向高清机顶盒，置换下来的单向机顶盒即可以给尚未完成数字平移的用户使用，也可以给家庭第二台电视使用。按照统计在类似于北京等城市，有80%的家庭拥有两台电视，可以一台双向高清，一台单向标清。

      对于200万已经完成了数字平移和双向改造开通的用户（双向覆盖用户已达3000多万户），考虑到这部分用户经济基础较好，是最有意愿也最有条件做双向高清互动电视业务的，我们建议对于这部分视营销策略决定是否尽快换发双向高清机顶盒。换下来的双向标清机顶盒可以给其余有双向点播需求但无高清需求的用户使用。

      目前业界有一种提法是采用单向机顶盒改造来做双向互动电视业务。图7-9比较几种不同的实施方法，表2比较了三种方案的不同改造成本。可见当仅仅开展双向互动电视业务的时候，已有单向机顶盒用户的改造使用窄带EOC+单向机顶盒的方案表面上有成本优势，但对于同时需要开宽带和双向互动电视业务的新用户使用宽带EOC+双向机顶盒的成本是最低的。

      图9

      表2三种方案的成本比较（单位：元）

      表3：某社区互动业务调查和上行带宽需求a

      图10详细的示意了基于窄带EOC的双向互动点播实施方案。廉价的窄带EOC方案一般选用的是ZigBee技术，我们知道ZigBee技术选用的频点是315/433/868/915MHz，为了不和广电现有的频谱资源冲突，一般选用915MHz。另外根据衰减不同窄带EOC方案的带宽（共享）为0.6Kbps~500Kbps。从表3中可以看到对于双向互动电视业务每户所需带宽需要规划为50Kbps以开展点播和其他增值业务。但是窄带EOC的带宽最大只有500Kbps，这样在同一时刻，一个窄带EOC头端（和ONU以及CATV光站均放置在光节点位置）仅能带10户，而我们知道目前一个光节点覆盖的用户至少为50户。因此窄带EOC的带宽限制还是非常大的。同时我们从图10中可以看出双向互动点播平台和EPON系统间的接口肯定是IP接口，而EPON是个二层透明传输系统，因此机顶盒232到IP信号的转换必须由窄带EOC来完成。一个理想的方案应该是机顶盒完成改造通过支持PPP来支持IP协议栈。窄带EOC终端仅负责将串口PPP信号转换成ZigBee在同轴电缆上传输，窄带EOC头端负责将ZigBee还原成PPP信号，再进行PPP终结成IP信号转发上去或者转换为PPPoE转发上去。由此可见：为了互通，必须机顶盒厂家、窄带EOC厂家和互动点播平台以及广电运营商四方充分配合，才有可能做到互通。对于单个地方广电运营商涉及到如下问题：

      机顶盒厂家的意愿和配合度，是愿意重新改造单向机顶盒还是再卖一台双向机顶盒？

      机顶盒中间件和上层互动点播平台的标准问题，能否协调？

      在机顶盒厂家和上层互动点播平台之间标准协调好后还需要中间的窄带EOC厂家的配合确保PPP协议和IP协议的正常转换。保证互动平台能够和机顶盒之间对上。

      对于915M的窄带EOC仍然需要考虑如何穿透放大器。

      另外单向机顶盒改造成双向机顶盒还存在以下的问题：

      现有单向机顶盒是不是都留了标准RS232接口，可能存在有的机顶盒RS232接口仅留置在PCB上未引出机壳，也可能存在有的机顶盒虽然留出了RS232接口，但是为焊接RS232收发芯片电平为TTL电平；

      留了标准RS232接口，机顶盒底层软件是否可以更改，因为该接口一般是给升级和调试使用的，不一定有改造成互动信道的技术可行性。

      不同机顶盒的RS232接口形式不一定一样，特别是2,3,5以外其他针的定义可能不同。

      对于省级广电运营商的技术部门还需要考虑到，下属不同的地/市/县的机顶盒CA、中间件、互动点播平台多种多样，一个地方就是一个标准，无法做到很好的统一，在此情况下，产业链上的各方很难配合好，无统一标准的情况下，将造成系统和设备厂家改造的意愿极小，实际的可操作性也极差。根据现有市场情况看，目前有窄带EOC+单向机顶盒改造的地方，一般互动点播平台+窄带EOC+机顶盒都是一个厂家的，只有EPON可能是第三方的，造成了事实上的垄断。基于以上的原因，我们认为窄带EOC+单向机顶盒改造的方案基本上不可行的，或者说难度极大，除非是从上到下都是用一个供应商的产品。

      结论

      在当前的情况下，广电可以选用IPQAM来部署双向互动电视，从而可以节约下行IP带宽供宽带接入业务使用，同时考虑到可演进性和保护现有投资，应该选用同时支持IPQAM和IPTV的互动点播平台。在处置现有单向机顶盒的问题上，首先明确几个问题：先开展宽带接入业务还是先开展双向互动电视业务或是同时开展；何时规划双向高清互动电视，现有单向标清机顶盒有无升级软件支持高清播放的可能性；双向互动点播的渗透率能到多少，是整体转移成双向互动电视还是根据客户需求来进行，宽带的渗透率能到多少？一旦有宽带需求的时候，一般不应该考虑窄带EOC。窄带EOC+单向机顶盒改造的方案存在产业链不好协调和及时协调好了在实际业务开通的时候也较繁琐的问题。因此我们的建议还是采用宽带EOC+双向机顶盒的方案来部署双改网络，采用逐步置换的方式来解决存量单向机顶盒的问题。我们需要考虑到不是所有的用户都有双向互动的需求，同时需要考虑到同一家庭可能有两台及以上的电视机，可以一台发展单向一台发展双向电视。再次对于尚未数字化的区域建议在成本允许的情况下，考虑数字化、双向化、高清化一步到位，避免以后不断的“翻烧饼”。考虑到高清互动电视的普及还有一个过程，可以当前要求机顶盒的硬件支持高清，当前可以仅支持标清，但是以后应有通过软件升级的方式支持高清的能力。

      参考文献：

      [a]天柏集团吕品《NGB之我见：历史机遇与战略思考》

      作者简介:胡保民（1977-），男，博士，武汉长光科技有限公司产品总监，主要研究方向为数据通信和接入网。