基于 P4P架构的舰船闭路电视系统研究与实现

彭梦兰

摘要：随着远航时间延长和大型舰船点播用户的增加以及高清、蓝光等画质佳质量高的视频节目的大力推出，为了满足视频点播业务开展所需的存储和网络宽带需求，船用闭路电视系统日渐升级尤其是电视技术和网络架构的改善。当前常规网络架构无法满足日益发展的视讯业务和庞大的点播用户群体，因此基于P4P架构的舰船闭路电视系统已经成为现代舰船必不可少的装备。

关键词：P4P架构；舰船；闭路电视系统

前言：随着电视技术的进步，舰船电视已从早期的模拟电视过渡为数字电视；舰船闭路电视系统经过多年改善发展，也逐步发展为网络电视系统；电视体制随之从模拟体制发展为网络、数字、双模体制。为了丰富船上文化生活和娱乐活动，增强用户体验，电视节目内容更加丰富多彩，节目形式更加多样化，图像画质更清晰，极大满足用户生活、娱乐、教育等多方面需求。但舰船点播业务所占用的存储空间需求量大，传输网络带宽有限，无法满足日益增长的视讯互动业务。

基于P4P架构的舰船闭路电视系统依据实际情况和应用需求，对降低主干网传输带宽压力、减少点播服务器转发和支持大容量终端用户点播等方面进行改造和设计，改善现有舰船闭路电视系统技术。

基于P4P架构的舰船闭路电视系统概述

舰船闭路电视系统的发展历程

最初舰船上应用的电视以模拟电视技术为主，模拟电视采用时间轴方式，每帧在垂直方向取样，若距离稍远，信号传输必须加入放大器才能让保证观看效果。所以存在色度畸变、行串扰、大面积闪烁、清晰度低等缺点。

而数字网络电视系统发展基于数字电子技术，是相对模拟电视技术产生的。数字网络电视系统是指从电视节目采集、制作、编辑、播出、传输、用户端接收、显示等全过程的数字化，综合视频编码处理技术、网络技术、多媒体技术和广播电视传播模式。不仅改善了模拟电视的缺点，同时极大提高了视频图像清晰度，改善了节目内容和交互功能。具有清晰度高、音频效果好、抗干扰能力强、覆盖范围广等特点。

随着电子、网络、视频处理等技术手段的高速发展，数字电视系统可以实现双向信号的传输，保证最佳大容量广播网，增加视频点播节目功能，提升交互功能，满足用户个性化体验需求。交互式网络电视系统也随之产生，简称IPTV。IPTV式一种利用宽带有线电视网，集合多媒体、互联网、通信等多种技术，为用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的新技术。IPTV系统技术将音频、视频以IP包形式，从节目中心播出通过骨干网、城域网和宽带接入网传输，直到用户接收节目，拥有完整的技术解决方案。

因为舰船上网络环境较为特殊，基于多信号汇聚交换、多系统业务融合传输、网络宽带分配资源有线、网元按业务分配，舰船闭路电视系统传输网络也比一般传输网络更复杂，尤其画质高清的视频节目信号传输需要大量网络带宽资源，给传输网络造成很大压力。根据网络电视系统、数字电视系统和舰船传输网络的特质，设计出了双模式点播电视系统，保证直播电视节目信号稳定传输。

基于P4P架构的舰船闭路电视系统的分析

IPTV系统在大中型舰船上逐步得到应用，但IPTV体制的闭路电视系统仍存在大规模点播时舰船网络传输带宽遭受巨大传输压力，同时视频画质清晰度的提高对单个节目传输带宽需求进一步提高。目前舰船上给闭路电视系统划分的带宽远达不到实际要求，现有传输网络带宽明显不够。针对这一问题，视讯平台技术进一步完善了P2P技术，实现P4P网络技术的逐步应用。基于P4P架构的舰船闭路电视系统的研究要根据实际应用情况和不同电视系统的特点。

模拟电视成本较低、技术成熟，适合安装于小型舰船上。但容易受到干扰、扩展性较差、系统不便升级改造。数字电视拥有良好的图像质量和较低的成本，但交互性差。而IPTV系统在图像质量、抗干扰性、功能、扩展性、发展前景等方面都优于模拟电视和数字电视，虽然前端设备和承载网络成本较高，但在终端数量较多的情况下，整个系统成本会相对降低更适合大型远海航行舰船。因此，IPTV在大中型舰船中已经广泛应用。

基于P4P架构的舰船闭路电视系统技术

P4P技术

P4P是运营商主动参与P2P网络的简称，是在P2P技术上进行改造升级。P4P的研发目的是降低骨干网络传输压力，减少运营成本，提高改良P2P文件传输的性能，加强服务端与客户端的通信。P4P协议协调网络拓扑数据，有效选择最佳节点，达到提高网络路由效率。方便用户优先选择就近用户达到实现文件片段的交换过程，同时根据用户的上行、下载带宽综合考量进行最优选择，实现整体交换效率最大化。舰船闭路电视系统和P4P技术的优化推动电视行业的蓬勃发展，综合体现基础业务、扩展业务，合理运用网络数字化电视技术运用，为用户提供更优质的服务。

内容存储及分发技术

基于P4P架构，舰船电视服务终端具有流媒体数据存储与分发的功能。应用P4P技术对电视服务终端分组，每组终端都存储约20%的热门点播片源，同组内的不同服务终端共同存储约60%的片源。在系统平台中，采用分片存储技术。将全部影片分成不同的分片，分散存储于各个电视服务终端中，并定期上报给系统智能内容存储服务器，从而控制每个自治域中内容的最优存储。同时需要一定的老化机制来确保每个自治域的点播性能正常。通过所有热门片源的老化、域内动态分发片源的老化来老化各个电视服务终端存储的内容分片。

基于P4P架构的应用场景和舰船上复杂的网络环境，内容分发分为自治域域内分发和系统平台全局分发两种方式，即约90%的片源可以通过系统每个组内电视服务终端间的互相转发，其余10%左右片源可通过系统平台转发。

基于P4P架构的舰船闭路电视系统设计

系统基于P4P架构实现视讯平台可直播电视节目和点播视频节目，采用P4P、内容存储、内容分发技术架构搭建闭路电视系统平台，使自身得到系统提供的视频数据资源，实现系统电视服务终端可直播或点播视频资源的功能。系统基于P4P架构搭建的视讯平台，降低了流媒体服务器带宽成本和传输骨干网的带宽压力。在基于P4P架构的舰船闭路电视系统中，有多个基于二层网络接入设备的自治域，每个服务终端通过资质与网络接入骨干传输网，优先为同处该域的电视服务终端提供视频。IPTV系统按功能分成电视信号接收及处理前端、服务端、电视用户终端三部分，各司其职，共同实现对电视服务终端点播服务运营和业务的管理。系统依托舰船内综合信息传输网提供的专用带宽和信息传输通道进行音频和视频信号的传播。

采用P4P架构搭建的舰船闭路电视平台，在有限传输网络带宽的限制下，实现大规模用户点播业务正常运行。

结语：综上所述，舰船上电视应用需求已经由一般的模拟电视，过渡到数字电视甚至更多交互的IPTV，舰船闭路电视系统架构形式更加完善，电视形式更加多样化，播出节目内容需求更加个性化。日益完善的舰船闭路电视系统的广泛应用得益于P4P技术，同时基于P4P架构的双模式点播舰船闭路电视系统在实际应用中与舰船上实际网络情况和电视服务终端硬件性能有关。因此，复杂的舰船上网络环境，要求较高的终端机顶盒等因素都是需要更加重视的。如何不断创新和改善技术应用，结合设备应用网络环境和用户实际需求进行研发闭路电视系统，从而提高系统可靠性、稳定性、兼容性是日后研究需要侧重的方向。

参考文献：

[1]曹永恒,刘雨轩,陈莹.基于P4P架构的舰船闭路电视系统研究与实现[J].船舶工程,2019,41(S2):163-166+215.

[2]张宁.船用IPTV关键技术分析[J].船舶,2012,23(03):68-70.

[3]张宁.电视技术在舰船上的应用[J].船舶,2011,22(06):58-61.