CN101350911A - 控制提供给sdv系统中的边缘设备的sdv节目安排的带宽的方法和装置 - Google Patents

控制提供给sdv系统中的边缘设备的sdv节目安排的带宽的方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种交换式数字视频(SDV)系统，其包括SDV管理器，用于协调与服务组相关的订户终端所请求的SDV会话。提供了输入端，用于接收要在SDV会话期间广播的内容。提供了至少一个边缘设备，用于接收传送流，传送流包括由输入端提供的SDV节目安排，并用于将每个传送流通过接入网发射到在多个SDV频道之中的一个频道上的至少一个订户终端。SDV管理器被配置成(i)监视边缘设备所使用的带宽，以将SDV节目安排提供给服务组，并且(ii)根据监视到的带宽使用，对提供给边缘设备的至少一个SDV节目的比特速率进行调整。

Description

控制提供给SDV系统中的边缘设备的SDV节目安排的带宽的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及交换式数字视频系统，用于将内容通过诸如卫星或有线电视系统之类的系统分发给订户，并且尤其涉及包括将内容提供给订户的多个边缘设备资源的交换式数字视频系统，当边缘设备资源的可用带宽变得有限时，其资源需要被重新分配。
背景技术
交换式数字视频(SDV)是指这样一种配置，其中仅当一个或多个订户请求广播频道时，广播频道才切换到网络上，由此使得系统运营商可节省其分发网络的带宽。在常规的有线电视或卫星广播系统中，每个广播频道总是对所有的授权订户可用。与此相反，仅当被一个或多个授权订户请求时，交换式数字视频频道才可用。并且，与将单播交互式节目切换给用户的视频点播不同，交换式数字视频切换广播流，使得每个流对简单地加入广播流的一个或多个订户可用，正如其对于普通广播服务一样。也就是说，一旦交换式服务流向订户，与相同于第一订户的服务组相关的后继订户可调整到相同广播流。交换式数字视频将经常与其它点播服务共享相同的资源管理器和底层资源。
如上所述，交换式数字视频很大程度是上节省带宽的工具。从订户角度看，当他或她使用交换式广播技术时，仍接收同样的广播视频服务，理想情况是用户完全不会察觉到流已经被交换了。如果在相同服务组中的订户正在观看每个数字广播频道，交换式数字视频方法不节省任何带宽。但是，统计学上更可能的情形是，在给定的时间，仅有一定数量的数字广播频道正被相同服务组中的订户观看。不需要广播那些未经订户请求的频道，于是节省了带宽。
一种支持交换式数字视频的方法是使用会话管理器来管理广播会话。对每个频道变化，订户将与会话管理器建立广播会话，会话管理器将确定被请求的频道是否已经被发送给订户所属的对应服务组。如果被请求的频道在该服务组中可用，那么就分配订户加入已有的广播会话，或者如果被请求的频道在该服务组中不可用，那么就将订户分配到新的广播会话。会话管理器将与边缘设备进行协商，以分配会话所需的资源。边缘设备(例如，诸如QAM调制器的数字调制器)需要动态检索承载所请求广播节目(可能通过IP多点传送)的MPEG单个节目传送流，并生成MPEG多节目传送流。作为会话建立响应消息的一部分，诸如频率和MPEG节目号之类的视频调谐参数被回送给订户，用以接入所请求的广播频道。
当观众开始观看SDV频道时，分发SDV频道的QAM调制器的带宽就减少了。也就是说，每当SDV频道绑定到QAM调制器时，QAM调制器剩余的可用带宽就减少了。由于带宽资源是有限的，所以可能产生阻塞情况，在该情况中，由于缺少带宽，所以新的SDV频道不能绑定到QAM调制器。如果观众频繁在“长尾”(long tail)(即很少被查看的)内容中频繁地“频道冲浪”，或者在关闭他们的电视后仍然让其机顶终端保持开启，故机顶终端继续接收SDV频道时，那么此情况尤其实际。增加使用DVR来录制节目安排(如果录制的是非流行的节目安排)也会对可用带宽造成负面影响。
有时，使用统计复用器来减少出现阻塞情况的可能性。统计复用器尝试估计SDV频道上的视频流的复杂程度，并分配带宽，以使得在所有的已复用流上，提供水平大致稳定的视频质量。具体说来，统计复用器采用多个MPEG2流(例如，14个可变比特速率流，每个有最大8Mb/s，并且平均为4Mb/s)，并且调整流(仍旧使用可变比特速率)来相加为总的固定带宽(例如，对QAM256为38.8Mb/s)。但是，统计复用涉及的复杂性和成本会很高。
附图说明
图1示出用于将交换式数字视频内容传递给订户的系统体系结构的一个示例。
图2示出图1所述的头端(headend)的一个示例。
图3和4示出图1的系统体系结构的简化版本，以用于示出调整SDV节目安排的带宽的技术。
图5a和5b示出当每个节目流的多个副本可用时，在用较低比特速率的频道代替高比特速率频道的之前或之后，在SDV频道中的带宽分配。
图6示出图2所示的头端的一个替代示例，其中采用了代码转换器。
图7是示出用于在SDV系统中管理带宽的方法的一个示例的流程图。
具体实施方式
如下细述，当带宽变得有限时，通过调整编码比特速率而不是使用统计复用器来动态地减少SDV频道的带宽，可使用反馈控制速率限定器(clamp)来调整带宽。在如下所示的一个示例中，通过会话或SDV管理器来提供反馈。但是，更一般地，可通过任何适当的配置、以任何合适的方式来提供反馈。
图1是用于在交换式数字视频(SDV)会话期间，将交换式数字频道传递给订户的系统体系结构100。SDV会话通过服务提供来实施，其中由机顶终端生成的应用层面数据发起SDV会话请求，并且SDV管理器根据提供服务的请求来路由数据。除其它部件以外，系统体系结构100还包括内容源，例如连接到诸如集线器1201、1202、和1203的多个中间实体的头端110。头端110分别通过链路L1、L2和L3与集线器130、132和134中的交换机或路由器170进行通信。头端110和集线器1201、1202、和1203可通过使用例如IP多点传送寻址的分组交换网，例如有线电视数据网、无源光网络(PON)等，来进行通信。
一些或甚至所有的集线器都连接到多个用户，典型地是通过分散式网络，例如本地有线电视接入网(例如，HFC网)。仅仅是为了说明上的简洁，每个集线器被示为连接到不同的HFC网，如图所示，HFC网接下来与终端用户设备通信。具体说来，图1中的集线器130、132和134分别与接入网140、142和144进行通信。每个接入网140、142和144接下来与诸如机顶终端或订户终端之类的多个终端用户设备通信。在图1的示例中，接入网140与机顶终端1201、1202、1203、1204和1205进行通信，接入网142与机顶终端1221、1222、1223、1224进行通信，而接入网144与机顶终端1241、1242、1243进行通信。
除了交换机和路由器170以外，每个集线器可包括诸如边缘QAM调制器150之类的射频发射机边缘设备的阵列。在每个集线器中的边缘设备150的数量可按需求所规定的进行变化。依此处所用，术语“QAM”指用于通过有线电视接入网来发送信号的调制方案。这类调制方案根据有线接入网的具体情况，可使用任何星座水平(例如QAM-16、QAM-64、QAM-256等)。QAM还可指根据这类方案被调制的物理频道。典型地，单个QAM调制器可输出十个或十二个节目的复用，尽管实际的数量将由多种因素支配，包括所采用的通信标准。边缘QAM调制器通常适于：(i)接收封装传送分组的以太网帧，(ii)解封装这些帧，并且移除网络抖动，(iii)通过HFC网络，将代表传送流分组的射频信号发送给终端用户。每个传送流映射到下游(downstream)QAM频道。每个QAM频道具有与其它频道的载波频率不同的载波频率。根据由操作网络的MSO所设计的频道规划来映射传送流。
每个集线器130、132和134还包括边缘资源管理器160，用于分配和管理边缘设备150的资源。边缘资源管理器160与位于头端110中的会话管理器进行通信，并从其接收指令。
图2示出头端110的一个示例。头端110包括广播内容源210，举例来说，广播内容源210可包括卫星接收机、无线(off-air)接收机和/或诸如服务器的内容存储器设备。SDV管理器215用于确定在任何时间正在发射哪个SDV传送流，并且用于将机顶终端导向合适的流。SDV管理器215还跟踪哪个订户正观看哪个频道，并且其与集线器中的边缘资源管理器160进行通信，这样，在SDV管理器215的控制之下，可以接通或断开内容。另外，交换式数字频道的所有订户请求都要通过SDV管理器215。通过使用例如IP多点传送寻址，将交换式数字频道转发到速率限定器220以及一个或多个加密器225。随后内容由加密器225来加密，并且被发射到合适的一个或多个集线器。典型地，目前将标准清晰度(SD)频道的速率限定为3.75Mbps，而目前将高清晰度频道的速率限定为大约12Mbps与15Mbps之间。加密器225常常在条件接收系统(conditional access system)(未示出)的控制下，对被数字编码的内容进行加密。
头端110还可包括网络DVR240。网络DVR240存储下述内容，该内容响应于播放存储在DVR240内的节目的订户请求，可经由集线器和接入网被发送到机顶终端。其它订户输入请求也由网络DVR240所服务，包括，例如在前进方向(例如，提示)上以及在后退方向(例如，回顾)上来加速节目播放的请求。用户请求时，就由网络DVR240来存储该内容。该内容可从任何可用的内容源(包括例如内容源210)被提供给网络DVR240。
应当注意，在一些情况中，可将一些或所有的SDV管理器215的功能转移到每个集线器130、132和134。例如，如下所述，可在集线器处执行网络带宽的监视和/或对此响应的比特速率的控制。
头端110还可包括多个其它部件，用于提供其它服务。例如，在图2中，视频点播(VOD)服务器230被示为用于存储节目或基于点播分发到订户的其它内容。尽管未示出，本领域的普通技术人员将理解用于实现头端110的各种功能的其它部件和配置是可能的。例如，头端110可包括典型的头端部件及服务，包括计费模块、广告插入模块、订户管理系统(SMS)、条件接收系统以及用于使各种部件可相互数据通信的一个或多个LAN。还应当理解，图2所示的头端配置是高级的、概念上的体系结构，并且每个网络可具有使用不同体系结构来部署的多个头端。
当观众使用诸如机顶终端的订户终端来选择SDV频道时，SDV系统将频道主动切换到服务该特定机顶终端的QAM之一上。一般将机顶终端配置到服务组中，并每个服务组被指配到一个或多个QAM调制器，并且由其来服务。例如，在图1所示的配置中，将机顶终端1201、1202、1203、1204和1205指配到位于集线器130中的QAM调制器150，将机顶终端1221、1222、1223、和1224指配到位于集线器132中的QAM调制器150，将机顶终端1241、1242和1243指配到位于集线器134中的QAM调制器150。典型地，为每个服务组部署四(4)或八(8)个QAM调制器，以承载SDV频道。SDV服务组当前包括大约500到1000个机顶终端。根据系统拓扑，在集线器和服务组之间可能有，也可能没有一对一的对应。例如，典型地情况是，每个集线器服务于多个服务组。
如前所述，当被指配给服务组的一个或多个QAM调制器的带宽变得十分有限使得可能出现阻塞情况时，情况会发生，由此阻止了附加的SDV频道被提供给该服务组。通过在带宽有限的情况出现时，对提供给服务组的SDV频道进行速率限定，可避免此问题。SDV管理器或其它合适的实体可用于通过跟踪或监视每个服务组的带宽使用，来确定何时会发生或将会很快发生这种情况。例如，在如图1和2所示的头端中，SDV管理器215可直接从速率限定器220接收带宽使用信息。替代性地，在一些情形中，SDV管理器可监视QAM调制器150和/或机顶终端，这样其就知道当前正在使用哪个SDV频道，并且新的SDV频道何时被请求。SDV管理器215还可基于其从QAM调制器或机顶终端所获取的带宽信息，来指示速率限定器220在必要时调整比特速率。应当注意，与统计复用器不同，速率限定器获取具有恒定或可变比特速率的单个流，并且将该流调整为恒定比特速率(例如，3.75Mb/s的恒定比特速率)。
在一些情形中，SDV管理器215本身可选择将要被速率限定的一个或多个节目安排流。可基于正呈现的内容的属性来进行该选择。例如，新闻节目、卡通等是典型的低带宽节目，不必以全速率或最高速率来对其进行编码。当为节目选择合适的比特速率减少时，使用关于内容类型的共性，除此之外，或者作为对此的替代，SVD管理器或其它实体可通过使用诸如在电子节目指南中可用的信息，以节目为基础做出这种选择。替代性地，SDV管理器215可允许速率限定器220来确定要减少哪个节目安排流的带宽。
如果选择是基于内容的属性的话，可通过任何合适的方式来轻易地识别在任何节目流中具体包含的内容类型。例如，可通过使用从元数据源，例如Tribune TV Data(http://www.tvdata.com/ipgdata.html)，或是从诸如TV指南的电子节目指南(EPG)所导入的节目计划表来确定内容的不同类型。
结合图3描述了一种用于调整带宽的技术，图3示出了图1的系统体系结构的简化版本，仅示出了单个集线器330。为了简明，仅示出了那些为本讨论所需的实体。具体说来，在头端310中仅示出了SDV管理器315和速率限定器320。集线器330包括提供节目安排给三个服务组的六个QAM调制器。QAM调制器对专用于每个服务组。在本示例中，SDV管理器315指示速率限定器320将新闻源(本示例中是CNN)的带宽从3.75减少到3.0Mbps。如果减少了数个这类频道的带宽，那么可恢复足够的带宽来支持其它SDV频道。当然，当以此方式来减少带宽时，所有的服务组都经历CNN带宽的减少。
与通过对与单个SDV频道相关的单个节目安排流进行速率限定来保存带宽不同，可提供每个节目安排流的多个副本，每个副本被限定(clamp)为不同的比特速率。图4示出本方法的一个示例。在图3和4中，相同的标号标识相同的元素。在本示例中，速率限定器将新闻源(CNN)的节目安排流的三个副本提供给集线器。每个副本以不同的比特速率(例如3.75、3.0和2.0Mbps)进行编码。SDV管理器将通常把最高比特速率(即最高视频质量)流绑定到服务一个或多个服务组的合适的一个或多个QAM调制器，该一个或多个服务组请求特定SDV频道上的节目安排流。但是，随着可用的QAM调制器带宽减少，SDV管理器可开始用较低比特速率的流来代替发送到QAM调制器的较高比特速率的流，以防止发生阻塞情况。也就是说，当带宽有限时，SDV管理器将绑定到QAM调制器的节目安排流的副本切换为相同节目安排流的较低比特速率的副本。例如，在本例中，SDV管理器可用被速率限定在3.0或甚至2.0Mbps的CNN节目流来代替被速率限定在3.75Mbps的CNN节目流。
使用被速率限定在不同比特速率上的每个节目安排流的多个副本所带来的一个好处是，影响一个服务组的低带宽情形不必影响所有的服务组。也就是说，当一个服务组的带宽变得有限时，将对那个服务组提供节目流的低比特速率版本，而对具有更多可用带宽的另一个服务组，提供相同节目流的较高比特速率版本。本方法的一个不足之处是，其在头端和边缘设备之间需要额外的带宽，以支持每个传送流的多个副本，但是这实际上相对小的成本，因为很多这些频道都以降低的比特速率被发送，并且因为在头端和集线器之间增加带宽相对容易和便宜，因为其是基于分组的(例如IP)。
图5a和5b示出当每个节目安排流的多个副本可用时，SDV管理器如何能将带宽分配到单个边缘设备的示例。在本示例中，边缘设备可支持的总比特速率是38.8Mbps。在图5a中，开头的5个SDV频道被限定为3.75Mbps的比特速率。在这点上，大约使用了50％的可用带宽。基于这种使用程度，SDV管理器将即将绑定到边缘设备的其它频道速率限定到3.0Mbps比特速率。这允许将有11个SDV频道绑定到边缘设备，而不是10个3.75Mbps的频道。当所有的带宽被耗尽时，SDV管理器主动换出(swap out)3.75Mbps的频道，以给其它SDV频道留出空间。图5b示出在用3.00Mbps的频道代替所有的3.75Mbps频道之后，在不同频道之间的比特速率分配。SDV管理器可在商业或节目安排的其它暂停期间将较低比特速率的节目调换为较高比特速率的节目，以最小化对观众的人为影响。在本示例中使用3.0Mbps版本的SDV频道而不是3.75Mbps版本，增加了20％可支持的SDV频道的数量。具体说来，对38.8Mbps的QAM调制器，在3.0Mbps比特速率上可支持12个SDV频道，与之相对的是，在3.75Mbps比特速率上可支持10个SDV频道。当然，当订户停止其SDV会话时，速率限定器可开始用较高比特速率的节目代替较低比特速率的节目。
图6示出图2所示的头端的一个替代示例，其中在内容源210和速率限定器220之间采用了代码转换器235。例如当MPEG-2和MPEG-4传送流二者都可用时，可使用代码转换器235。通过将MPEG-2流转换为MPEG-4流，代码转换器235可用于节省带宽，MPEG-4流仅需要同样质量的MPEG-2流的大约一半比特速率。所以，为保存带宽，无论何时只要在服务组中的所有机顶终端都遵从于MPEG-4，就可发射MPEG-4流。但是，一旦仅支持MPEG-2的机顶终端请求该频道时，SDV管理器215将流转换回MPEG-2流，以使得新的机顶终端将能够调谐并解码该频道。
图7是示出用于在SDV系统中管理带宽的方法的一个示例的流程图。当SDV管理器或其它合适的实体监视由边缘设备为将SDV节目安排提供给与服务组关联的订户终端而使用的带宽时，方法开始于步骤405。SDV管理器可通过从速率限定器接收反馈信息来监视带宽，该速率限定器用于调整SDV节目的比特速率。在判定步骤410，SDV管理器判定带宽是否超过了阈值。如果是，那么在判定步骤415，例如，SDV管理器确定提供给边缘设备的任何节目安排的内容是否是不会受带宽减少所影响的类型，例如新闻节目。如果这类节目安排正被提供，那么在步骤420中，通过速率限定器来减少其带宽。如在步骤425所确定的那样，如果仍需要进一步减少带宽，那么在步骤430中，SDV管理器可用SDV节目的较低比特速率的再现来代替正被提供给边缘设备的一个或多个其它SDV节目。为了最小化对订户的中断，SDV管理器可在商业或节目安排的其它暂停期间，用较低比特速率的节目来调换或代替高比特速率的节目(反之亦然)。
上述处理包括但不限于结合图7所展示的内容，其可以使用通用、多用途或单用途处理器来实施。这类处理器可以在汇编、已编译或机器级上，执行指令以执行上述处理。依照上述说明，这些指令可由本领域的一名普通技术人员来编写，并且可存储在计算机可读介质上或在其上传输。也可使用源代码或任何其它已知的计算机辅助设计工具来创建这些指令。计算机可读介质可以是能够承载这些指令的任何介质，并且包括CD-ROM、DVD、磁或其它光盘、磁带、硅存储器(例如可移动、不可移动、易失或非易失)、分组的或未分组的有线或无线传输信号。

Claims (10)

1.一种交换式数字视频(SDV)系统，包括：
SDV管理器，用于协调与服务组相关的订户终端所请求的SDV会话；
输入端，用于接收要在所述SDV会话期间进行广播的内容；
至少一个边缘设备，用于接收传送流，所述传送流包括由所述输入端提供的SDV节目安排，并且所述至少一个边缘设备用于将每个传送流通过接入网发射到在多个SDV频道中的一个频道上的至少一个所述订户终端；并且
其中，所述SDV管理器被配置成(i)监视由所述边缘设备为将所述SDV节目安排提供给所述服务组而使用的带宽，以及(ii)根据监视到的带宽使用，使得对提供给所述边缘设备的至少一个SDV节目的比特速率进行调整。
2.如权利要求1所述的交换式数字视频系统，其中所述SDV管理器还被配置成：当所述监视到的带宽超过第一值时，使得所述SDV节目的比特速率降低。
3.如权利要求1所述的交换式数字视频系统，还包括速率限定器，用于从所述内容源接收所述SDV节目安排，并且将对应的传送流提供给所述边缘设备，其中所述SDV管理器被配置成：指令所述速率限定器来调整所述对应传送流的比特速率。
4.如权利要求3所述的交换式数字视频系统，其中所述SDV管理器从所述速率限定器接收反馈信息，以监视所述带宽使用。
5.如权利要求1所述的交换式数字视频系统，其中所述SDV管理器从所述边缘设备接收反馈信息，以监视所述带宽使用。
6.如权利要求3所述的交换式数字视频系统，其中所述速率限定器提供包括共同节目安排内容的多个速率受控的传送流，每个所述速率受控的传送流被限定在不同的比特速率，并且进一步地，其中所述SDV管理器被配置成：基于所述监视到的带宽使用，选择要提供给所述边缘设备的所述多个速率受控传送流中的一个速率受控传送流。
7.如权利要求6所述的交换式数字视频系统，其中所述SDV管理器被进一步配置成：当出现规定情况时，使用所述速率受控传送流的较低比特速率再现来代替提供给所述边缘设备的速率受控传送流中的选定速率受控传送流。
8.如权利要求7所述的交换式数字视频系统，其中所述SDV管理器在商业或节目安排的其它中断期间，使用其他传送流来代替一个传送流。
9.如权利要求1所述的交换式数字视频系统，其中所述SDV管理器被配置成：基于包括在所述SDV节目中的内容的类型，选择要被调整比特速率的SDV节目。
10.如权利要求6所述的交换式数字视频系统，其中所述SDV管理器被配置成：选择所述多个速率受控传送流中的第一速率受控传送流，用于与第一服务组相关的第一边缘设备，并且选择所述多个速率受控传送流之中的第二速率受控传送流，用于与第二服务组相关的第二边缘设备。
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