交互电视技术

交互电视技术

交互电视技术

    交互电视是数字电视的一种应用。现时的普通电视不但向着高清晰度电视方向发展，同时将发展成可提供丰富信息和娱乐业务的双向交互式媒体，它在单向分配业务的基础上，增加交互功能，形成双向信道。这样不仅用户可通过上行返回信号参与选择，通过下行节目信息收看节目，提供点播电视、电视购物、电视教育、电子银行、多媒体电子邮件，交互式游戏等各种交互服务。这就是交互电视（iTV）。

一、交互电视概念
1、 基本形式
    对于交互电视而言，完全交互方式是交互的极致，具有按需获取的全部优点，但是其服务成本也非常高。除了在前端需要大量的设备之外，还需要占用大量的频谱资源。以典型的安全交互式业务-视频点播为例，每一个点播用户将占用一个独立的流。因此，前端必须具有足够的流播放能力。其次，每一个流会占用相应的频谱，即占用一个传输通道。如果按IP方式运行，同样会占用相应的数据带宽。在有线网络中，可以拿出来用的频谱大概能够支持数百个独立通道，仅仅能够满足相当与小规模用户数量的水平，甚至无法实现对城市一级的服务，更谈不到面向全省、全国。
    广播方式交互电视的实质是在广播端发出更多的内容，由用户根据需要通过机顶盒进行选择。

    例如，典型的交互体育节目形态之一是多角度节目。在这
类型的节目中，电视台将提供多个不同角度的摄像机图像信号，用户可以利用遥控器选择。
其特点是：
（1） 服务成本低。
无线广播方式下的服务成本与用户数量无关，有线电视的基础建设费用虽然与用户数量有一定关系，但广播方式运营成本仍然较低，例如有线电视的月收视费用只有十余元。完全交互方式将占用大量资源，同时服务成本与用户数量成正比。
（2） 适用于当前的单向网络
广播方式只需要单向传输通道，因此，目前未改造的单向有线电视网络可直接使用，不需要投入大量资金进行双向改造。
（3） 继承传统电视
这种方式下的制作和播出系统，与传统的电视制作播出系统相同，原有的软硬件资源均可以直接迁移到广播方式的交互电视相同中使用。

    基于广播方式的交互电视可以视作由若干个视频通道和一个图文/数据通道的组合。如上图1所示。
将若干个视频通道与图文捆绑，组成一个传输流，并在用户机顶盒上实行交互操作。这一捆绑并不意味着简单的叠加，而是要根据内容和交互操作的要求进行细致的安排。
3、 体系结构
    交互电视的体系结构可以仿照网络的开放系统互连（OSI）七层参考模型，分为以下几个层次来描述，如下图2。

    节目层所涉及的是节目的软体。在交互电视系统内，节目
    可以简要地分为影音节目和图文节目两大类。
    影音节目与传统的电视节目一样，以图像和声音作为表现手段。原有的大量资料、素材以及制作好的节目均可以使用。
    图文节目以静止图像和文字为表现形式，适用于新闻、广告、天气预报等，这部分的制作大致与网页制作类似最终形成数据文件。
（2） 编码层
    编码层是将节目层的内容通过编码形成符合DVB标准的MPEG/TS流。
    其中，影音层内容经过MPEG-2编码器，压缩成指定带宽的传输流。图文内容或数据则通过多协议封装程序形成符合MPEG/TS流的数据包。一般采用私用数据协议或DSM-CC。为了控制图文、数据内容的传输速度，必须采用特定的数据打包程序。
    编码器的输出一般为ASI接口，直接连接到复用器。
    接收端则处理相应的解码功能，分别重新形成视频、音频和图文数据。
（4） 复用层
    复用层很简单，只是将编码层的结果，包括影音和图文，复用成为一个传输流。
    由于交互节目中实际使用的影音内容会有多个信道，例如适用于多角度竞赛节目的情况中可能有3个以上的附加信道，所以复用器将具有多个输入端。
    在接收端，这一层负责解复用，将一个MPEG/TS流恢复为若干个MPEG-2影音和图文、数据流，是发送端的逆过程。
（5） 传输层
    传输层处理将MPEG/TS流传输到户。这一层抽象地定义了传输的功能，这些功能包括信道编码和调制等。对于光缆，这部分可以是G . 703接口或QAM 调制器；对于卫星传输则是QPSK调制器；对于地面广播则是COFDM或8VSB，取决于采用哪种类型的传输方式。
    对应于接收端，传输层负责相应的解调和信道纠错等。
    在整体上看，发端的内容是从上至下逐层处理，直至到达传输层后经由物理通道传送到接收端，接收端则按照相反的次序，从下至上逐层逆处理，最终还原为影音和图文节目内容。从图中可以看出，在发端最先处理的功能在接收端必定是最后处理的功能。

4、 交互方式与实现方法

    采用何种交互方式主要是由提供何种类型的服务决定的。对于视频点播之类的服务，必须采用实时交互方式，而对于根据用户选择决定剧情发展的应用而言，就不一定采用实时方式。

（1） 实时方式

    用户信息可以直接地、立即地影响信息或节目选择和传送，例如：节目选择、速进、速退、静止等控制，也可以是电视邮件或即时的电视购物。采用实时交互方式具有较好的响应速度，观众的要求可以立即得到满足，但是也需要具有相应的通信线路和足够的处理能力。例如，对于少量的请求是可以做出实时回应的，而对于数万或数十万用户的同时请求，几乎没有任何一种实时系统具有足够的能力和资源做出实时响应。一个简单的例子是现在经常提到的视频点播。这是一个典型的实时交互应用，由于每个用户要占用一个独立的视频流，所以无论是频谱资源或带宽资源和服务器处理能力都无法有效地满足大量用户。

    在实时交互系统中，返回通道可以采用双向有线电视网络、电话以及互联网。

（2） 非实时方式

    系统采用非实时的方式对用户的选择做出响应。如根据观众的意见决定剧情发展、节目内容的选择等。在这种方式中，不要求有非常高的响应速度，所以处理能力也没有很高的要求。由于用户请求不必立即影响信息或节目传送，所以可以在稍晚的时间中，根据统计数据决定传送内容。
非实时交互系统可以选择电话或互联网作为返回通道。

二、交互电视技术的标准

    在交互电视技术中，数据广播是下行信道协议中对传统电视广播的重要扩展，这个数据广播包括传输数据的低层协议和标准，也包括上层的应用。分别称其为数据广播标准和数据广播应用。目前，在国内没有指定统一的交互电视系统的标准，现在分别对国外的交互电视技术的标准作以介绍。

DVB关于数据广播协议方面的标准主要围绕着物理层和传输层，主要包括：
（1） ISO/IEC 13818-1：Systems-International　Standard（IS）
（2） ISO/IEC 13818-6：Digital Storage Media Command and Control（DSM-CC）
（3） ETS 300 800 ：DVB interaction channel through CATV Networks
（4） ETS 300 801 ：DVB interaction channel through PSTN/ISDN
（5） ETS 300 803 ：DVB interaction channel for Satellite Master Antenna TV distribution system （SMATV）
（6） ETS 300 802 ：DVB Network-independent protocols for DVB interactive services
（7） TR 101 194 ：DVB Guidelines for the use of the DVB network-independent protocols for interactive services
（8） EN 301 192：DVB；Specification for Data Broadcasting Services in　DVB
（9） DVB SI-DAT：Implementation Guidelines for Data broadcasting
（10） EN 300 468：DVB；Specification for Service Information （SI）in DVB streams

    其中，（2）是整个数据广播标准的基础；（3）（4）（5）是与低层网络相关的协议；（6）是与低层网络无关的协议，规定了参考模型中各信道实现数据传输所使用的协议栈；（8）是如何在广播信道中封装数据的标准。以上标准都应归属于传输层，为上层应用提供数据通道。
对于广播电视系统，（2）（8）是最为重要的标准，（2）是DCM-CC标准，（8）是DVB的数据广播标准，其中在DSM-CC的基础上规定了DVB Object Carousel和DVB Data Carousel，并且定义了DVB Multiprotocol Encapsulation 协议。

2、 交互通道协议

    交互通道的采用是交互电视区别于传统电视系统的重要特点，通过交互通道，接收机可以主动地和服务器进行通信，从而实现用户完全主动地获得服务的目的。关于这部分协议DVB组织进行了详细的规定，主要分为与具体网络接口相关的协议和与具体网络无关的协议。
    针对CATV，PSTN/ISDN，DECT，GSM,LMDS和SMATV的网络接口，分别在ETS300 800,ETS300 801,EN 301 193,EN 301 195,EN301 199和TR 101 201中进行了规范。
    与具体网络无关的协议基于主要包括TCP/IP协议簇，图2中的空白部分做扩展之用。UNO-RPC指的是Internet Inter-ORB协议。

    3、应用层标准（MHP）
    多媒体家庭平台（Multimedia Home Platform, MHP）定义了交互数字应用与其所运行的终端之间的通用接口，这一接口解除了不同的应用提供商与不同的MHP终端实现中特定的硬件和软件细节间的耦合关系。它使数字内容提供商可以使用各种各样的终端，从低端到高端机顶盒、数字电视机，从而实现了内容只需创作一次就可在"任何"地方运行。MHP的第一个版本多媒体家庭平台规范提供了基于Java，在广播网络上为应用提供交互能力的应用程序接口（API）。MHP系统由用户终端、中间件和一组开放的支持广泛业务的标准API集合组成。符合MHP规范的交互应用应该能够在不同的广播网络和软硬件环境下正常运行，MHP机顶盒使得交互应用能够在一个相对于应用的提供商、创作者和广播网络完全中立的环境中接收和呈现。MHP规范的核心是基于DVB-Java平台的，该平台包括一个符合Sun公司定义的虚拟机。
    MHP作为一个开放的中间件标准，它使得机顶盒的开发者不需要任何的移植工作就可以为所有符合MHP标准的机顶盒开发应用。同时MHP也为不同的广播网络如电缆、卫星和地面广播上的应用开发提供了一个通用平台。
    MHP标准采用了层次（Profiles）结构，使得它可以不断的增加新的功能和要求。根据不同的功能需求和所支持应用的类型，MHP被划分为增强广播、交互广播和因特网访问3个主要的层次。

（1） 增强广播

    该层次描述了提供或者仅需要本地接收机内完成交互的接收机和应用，在这一层次中所使用的网络接口为单向的网络广播。
（2） 交互广播
该层次描述了提供或者需要使用（双向）回传信道提供交互服务的接收机和应用。
（3） 因特网访问
该层次描述了需要提供或者访问因特网内容和服务的接收机和应用。
从MHP规范的作用范围来看可将MHP模型分为3层：
（1） 资源
包括硬件资源和软件资源，如机顶盒、操作系统和驱动程序等。
（2） 系统软件和API
包括MHP中间件API，应用导航（或者称为应用管理器）等部分。
（3） 应用
是相互作用共同运行于同一环境下的Java类的集合。

三、交互电视技术的现实应用和展望
    目前，交互电视的应用集中在以下几个方面：

用户控制功能：屏幕指南（EPG） 视频点播（VOD）
个人录像机（PVR）
信息功能：新闻点播、天气预报、体育、教育、电影预告
通讯功能：电子邮件、分类广告、商品零售、聊天
游戏功能：互动游戏、电视猜谜
客户服务：帐单、电视银行以及其它各种帮助
    交互电视最早在欧洲产生并实际使用。在法国，将近20%的数字用户在电视上登录银行。这种定期的使用模式产生了可预测的财源。世界上最大的互动电视游戏频道PlayJam是最热门的游戏场所，每年美国、英国和法国的玩家在上面玩的游戏超过14亿次。一天中每次游戏的时间平均为25分钟。在西班牙，有关ITV的统计表明，典型的互动广告每六个用户中有一个用户回应。直接营销得到的回应率也不过如此。
    Forrester研究院将把iTV称为新型电视商务模式，到2004年预测产值将达200亿美元。（Strstegy Analytics）公司估计，到2005年，84%的数字电视用户将用上交互式服务。Datamonitor公司预测，到2006年，iTV将成为世界上最大的交互式平台，甚至超过因特网。
    交互电视的潜力在近期最有力的证明，是英国数字卫星电视营运商BskyB在2001年推出的交互电视系列剧《Big Brother》。交互方式是信号输入采用机顶盒调制解调器，以英国电信的电话线路回传。该节目让12个年轻人同处一室，面对实况摄像机生活两个月；而电视观众则观察他们的一举一动，通过电话投票选择让谁留下来，谁离开。最后留下的人，获得巨奖。该节目一经播出，引起轰动,高峰收视人数仍上升到高达50%。在2000万人次的电话投票中，大约25%是通过交互式服务进行的，它还提供了不同的机位选择、时延录制、来自《Big Brother》房子的新闻及所有参赛者信息的定期更新。《Big Brother》每到一处放映，就会产生大量的模仿者。其中最主要的是于2001年年底用DTT平台在ITV2频道播出的《百万富翁》的交互版本。观众被英国最大的商业地面电视频道ITV1上的独立的地面电视版本吸引过来。起初，参与采用交互式答问形式的比赛是免费的。但一旦事实证明它受人喜爱的程度足以将它转换成一个有偿播放节目，真正的创收能力随之而来。

    在英国，2001年兴起的另一个ITV领域就是新闻。Sky News Active频道是2000年6月开播的，现在已成为BskyB订户最多的频道之一。通过固定的Sky News频道接入的Active频道，对标题新闻、体育、娱乐和气象进行24小时的随时更新。对新闻事件进行交互式投票是每天进行的。多达9万人回答了9月份的一个关于英国是否应该参加美国反恐怖主义活动的问题。以一个通常最大收视人数为10万人的频道来说，这是一个引人注目的数字，它证实了刺激性内容的重要性。
    以上说明交互电视提供商必须提供用户方适当的交互形式，特别是返回的意向性信息的形式（比如大数判决），以适应交互电视提供和应用的不对称性，使提供商的投入得到回报。否则，过度的用户交互性，按需所取的完全交互方式，即每用户都实现点对点独立设计交互内容，将使整个交互系统复杂庞大，系统投入资金过大，从而限制提供商的积极性，超出提供商的能力，使得交互电视的发展进入误区。
    交互电视提供了丰富的表现手段。交互电视将永久性地改变人们使用和欣赏电视的方式。被动的印象将转变为主动的体验。当人们的娱乐越来越丰富，参与度越来越深的时候，也产生了崭新的收益源泉。这反过来，会促进交互电视的发展。

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