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摘 要：IPTV头端系统作为整个IPTV集成播控平台直播信源引入系统，直接关系到安全播出，其重要性不言而喻。IPTV头端系统中的直播、轮播如何利用IP组播技术面向下游运营商实现节目信号的安全高效分发，如何利用IP组播技术实现直播、轮播等业务的多节点监测。本文将结合江西IPTV播控平台中的头端系统建设的实际情况，从系统设计与建设的角度出发，详细阐述基于组播技术的IPTV头端系统实现方式，希望能为其他兄弟省份的IPTV头端系统建设提供一定的借鉴与参考。
关键词：IPTV头端系统;IP组播技术;设计与实现
一、组播技术之于IPTV头端系统建设的优势
单播、广播、组播是网络通信的三种模式，单播模式情景下，IPTV视频流的接收和传递只在视频服务器和机顶盒之间进行，机顶盒端与服务器之间必须建立点对点的双向连接。单播传输不管是基于TCP还是UDP，都是一种稳定高效且无延迟的直播传输技术，但是使用单播技术构建的头端信源直播体系在实际运行中会暴露出两个比较严重的缺陷：首先使用单播方式构建的直播体系，每个用户都要与服务器建立一对一的通讯线程，当用户量上来时，对线路及 CDN 服务器会有较大压力，此时可能会出现网络拥塞的情况。既然使用单播模式构建的IPTV头端系统有诸多缺点，那么“广播”模式构建的IPTV头端系统是否足够稳定、安全呢。广播通信是一种“一对所有”的通信模式。即无论用户是否请求收看直播节目，视频直播信号都在网络设备中进行每时每刻地无限制、无差别的复制分发，所有的IPTV机顶盒都可以收到直播频道。由于广播模式下不涉及路由选择，所以使用广播模式构建IPTV头端系统，优点是网络设备简单，维护简单、部署网络成本低廉，传统的有线电视就是典型的广播型的直播网络。
但是采用广播方式实现IPTV直播频道的下发，也会存在两个问题。首先广播模式下，频道的下发复制是无条件的，不管用户是否请求，频道都一直处于分发的状态，这对网络带宽是一种严重的浪费，且也存在一定的安全隐患，由于江西IPTV播控平台分别和三家电信运营商进行了平台的对接，如果实行无差别的直播频道的下发传输，这对提倡IPTV个性化、差异化的运营宗旨是背道而驰的。
组播作为一种与单播和广播并列的通信方式，可以有效地解决视频流单点发送多点接收的问题。组播的工作模式是“一度一组”的通讯模式，加入同一组的用户可以收到某个组内的所有直播频道数据。网络中的交换机、路由器只向有需求的用户复制并转发其请求的直播频道，用户可以根据实际情况自由的选择加入或者退出某个直播频道的组播组。这样既能一次将数据传输给多个加入了组播组的用户，又能保证不影响未加入该直播组的其他用户，同时有效地节约网络带宽、降低网络负载。
二、组播技术在IPTV头端系统中应用
（一）IPTV头端系统组成 江西IPTV头端系统主要包括四大子模块：卫星接收机集群，编码、转码集群、CDN服务集群设备、组播交换机集群等模块，这四大模版主要功能是完成卫星直播信号、本地轮播频道、本地SDI信号的引入IPTV播控平台工作。
（二）构建基于组播技术直播、轮播频道下发链路 IPTV头端系统最核心最基本的功能就是向下游的电信运营商提供直播频道业务，直播频道的稳定与否直接关系到IPTV业务质量，更关系到IPTV受众体验度，因此IPTV头端系统中设计中首先需要考虑的问题便是直播节目信号采用何种方式向电信侧的运营商进行一对多的传输分发。通过以上的分析讨论，IP组播技术无疑是最佳的选择，既可以实现一对多的传输直播频道，也可以最大程度地节约带宽、降低网络负载。
对于IPTV头端系统和运营商之间采用何种组播模式进行直播频道的传输，这需要根据具体的情况，双方具体协商可采用二层组播模式，或者3层组播PIM-SIM模式。江西IPTV头端系统根据运营商提出的需求，二层组播、三层组播模式都有采用，主要考虑依据为电信侧的传输大网的一些历史遗留因素，比如环境不支持采用二层主播传输等。
（三）基于组播技术构建IPTV直播频道监播监看系统 江西IPTV使用组播技术，分别在卫星接收机直播信号汇聚交换机、编码器直播信号汇聚交换机、头端系统输出交换机、用户终端设备等四处设置了直播信号采集点。采用多节点监测方式将大大的提升日常直播频道的运维效率.
第一层直播信号采集节点设置在卫星直播信号汇聚交换机。在交换机上选取一个端口，將所有的直播频道的组播流汇聚于该端口，该端口和博汇的监看系统交换机直连，将卫星接收机输出的组播流传输给博汇监播监看系统，博汇系统通过TrinityAres多画面监看分析软件，可以实时从卫星组播流获取所需的mpeg-2 TS流数据，将所有的频道展示在大屏上，并实时预警，一旦有频道出现因卫星接收机故障的直播断流，该监测节点下的软件会发出语音告警，监看大屏相应的频道画面也会丢失。
第二层直播信号采集点设置在编码器信号汇聚交换机，方法与第一层类似，通过将频道udp组播流接入博汇的监看系统，直播信号经过博汇的码流分析软件、多画面软件后将直播频道投射在监看大屏之上，通过该监测节点我们可以判断出编码器直播频道出流是否正常。
第三层直播信号采集点设置在组播核心输出交换机上，这是直播频道在广电侧传输链路中的最后一跳交换机，设置这个监测节点有助于判断下发给电信侧的直播流是否正常。此层监测采用码流探针的方式监测，并不对码流进行解包，不监看视频，只是判断具体组播地址有没有流，确保输出安全。
第四层监测信号采集点为用户终端机顶盒，通过采集部署在江西省多个县市的机顶盒信号，使用ffmpeg开源软件搭建一套转系统，将机顶盒回传的电视画面信号转码成需要的信号格式发回IPTV监测中心。通过在用户终端设置监测节点可以完成最后一环的直播信号监测，同时该层监测节点还可以完成对EPG信息的监播监看，防止EPG模板发生串改。
通过将直播频道的UDP组播流传输给博汇的监播监看系统，我们设置了四层监看体系，这是一个IPTV信源从头到用户终端的闭环体系，是一个含电信分发网络在内的全链路监测系统，所见即所得。
三、结束语
综上所述，在IPTV头端系统中运用组播技术可以高效的实现IPTV直播、轮播频道的分发，并且完成直播、轮播业务的全链路监测，提升了IPTV直播业务的稳定性，加固了安全播出的护城河。
关键词：IPTV头端系统;IP组播技术;设计与实现
一、组播技术之于IPTV头端系统建设的优势
单播、广播、组播是网络通信的三种模式，单播模式情景下，IPTV视频流的接收和传递只在视频服务器和机顶盒之间进行，机顶盒端与服务器之间必须建立点对点的双向连接。单播传输不管是基于TCP还是UDP，都是一种稳定高效且无延迟的直播传输技术，但是使用单播技术构建的头端信源直播体系在实际运行中会暴露出两个比较严重的缺陷：首先使用单播方式构建的直播体系，每个用户都要与服务器建立一对一的通讯线程，当用户量上来时，对线路及 CDN 服务器会有较大压力，此时可能会出现网络拥塞的情况。既然使用单播模式构建的IPTV头端系统有诸多缺点，那么“广播”模式构建的IPTV头端系统是否足够稳定、安全呢。广播通信是一种“一对所有”的通信模式。即无论用户是否请求收看直播节目，视频直播信号都在网络设备中进行每时每刻地无限制、无差别的复制分发，所有的IPTV机顶盒都可以收到直播频道。由于广播模式下不涉及路由选择，所以使用广播模式构建IPTV头端系统，优点是网络设备简单，维护简单、部署网络成本低廉，传统的有线电视就是典型的广播型的直播网络。
但是采用广播方式实现IPTV直播频道的下发，也会存在两个问题。首先广播模式下，频道的下发复制是无条件的，不管用户是否请求，频道都一直处于分发的状态，这对网络带宽是一种严重的浪费，且也存在一定的安全隐患，由于江西IPTV播控平台分别和三家电信运营商进行了平台的对接，如果实行无差别的直播频道的下发传输，这对提倡IPTV个性化、差异化的运营宗旨是背道而驰的。
组播作为一种与单播和广播并列的通信方式，可以有效地解决视频流单点发送多点接收的问题。组播的工作模式是“一度一组”的通讯模式，加入同一组的用户可以收到某个组内的所有直播频道数据。网络中的交换机、路由器只向有需求的用户复制并转发其请求的直播频道，用户可以根据实际情况自由的选择加入或者退出某个直播频道的组播组。这样既能一次将数据传输给多个加入了组播组的用户，又能保证不影响未加入该直播组的其他用户，同时有效地节约网络带宽、降低网络负载。
二、组播技术在IPTV头端系统中应用
（一）IPTV头端系统组成 江西IPTV头端系统主要包括四大子模块：卫星接收机集群，编码、转码集群、CDN服务集群设备、组播交换机集群等模块，这四大模版主要功能是完成卫星直播信号、本地轮播频道、本地SDI信号的引入IPTV播控平台工作。
（二）构建基于组播技术直播、轮播频道下发链路 IPTV头端系统最核心最基本的功能就是向下游的电信运营商提供直播频道业务，直播频道的稳定与否直接关系到IPTV业务质量，更关系到IPTV受众体验度，因此IPTV头端系统中设计中首先需要考虑的问题便是直播节目信号采用何种方式向电信侧的运营商进行一对多的传输分发。通过以上的分析讨论，IP组播技术无疑是最佳的选择，既可以实现一对多的传输直播频道，也可以最大程度地节约带宽、降低网络负载。
对于IPTV头端系统和运营商之间采用何种组播模式进行直播频道的传输，这需要根据具体的情况，双方具体协商可采用二层组播模式，或者3层组播PIM-SIM模式。江西IPTV头端系统根据运营商提出的需求，二层组播、三层组播模式都有采用，主要考虑依据为电信侧的传输大网的一些历史遗留因素，比如环境不支持采用二层主播传输等。
（三）基于组播技术构建IPTV直播频道监播监看系统 江西IPTV使用组播技术，分别在卫星接收机直播信号汇聚交换机、编码器直播信号汇聚交换机、头端系统输出交换机、用户终端设备等四处设置了直播信号采集点。采用多节点监测方式将大大的提升日常直播频道的运维效率.
第一层直播信号采集节点设置在卫星直播信号汇聚交换机。在交换机上选取一个端口，將所有的直播频道的组播流汇聚于该端口，该端口和博汇的监看系统交换机直连，将卫星接收机输出的组播流传输给博汇监播监看系统，博汇系统通过TrinityAres多画面监看分析软件，可以实时从卫星组播流获取所需的mpeg-2 TS流数据，将所有的频道展示在大屏上，并实时预警，一旦有频道出现因卫星接收机故障的直播断流，该监测节点下的软件会发出语音告警，监看大屏相应的频道画面也会丢失。
第二层直播信号采集点设置在编码器信号汇聚交换机，方法与第一层类似，通过将频道udp组播流接入博汇的监看系统，直播信号经过博汇的码流分析软件、多画面软件后将直播频道投射在监看大屏之上，通过该监测节点我们可以判断出编码器直播频道出流是否正常。
第三层直播信号采集点设置在组播核心输出交换机上，这是直播频道在广电侧传输链路中的最后一跳交换机，设置这个监测节点有助于判断下发给电信侧的直播流是否正常。此层监测采用码流探针的方式监测，并不对码流进行解包，不监看视频，只是判断具体组播地址有没有流，确保输出安全。
第四层监测信号采集点为用户终端机顶盒，通过采集部署在江西省多个县市的机顶盒信号，使用ffmpeg开源软件搭建一套转系统，将机顶盒回传的电视画面信号转码成需要的信号格式发回IPTV监测中心。通过在用户终端设置监测节点可以完成最后一环的直播信号监测，同时该层监测节点还可以完成对EPG信息的监播监看，防止EPG模板发生串改。
通过将直播频道的UDP组播流传输给博汇的监播监看系统，我们设置了四层监看体系，这是一个IPTV信源从头到用户终端的闭环体系，是一个含电信分发网络在内的全链路监测系统，所见即所得。
三、结束语
综上所述，在IPTV头端系统中运用组播技术可以高效的实现IPTV直播、轮播频道的分发，并且完成直播、轮播业务的全链路监测，提升了IPTV直播业务的稳定性，加固了安全播出的护城河。