视频云服务：主机-客户端模式在广电网络大有可为

作者：北京永新视博数字电视技术有限公司 刘达

　　摘要：随着网络资源越来越完善，应用不断发展，PC每隔2年就会换代过时，这些综合因素反过来推动20年以前主机－客户端模式的回归。目前企业中早已出现了瘦客户机的解决方案，主要是利用Microsoft RDP协议，将前端的显示操作发送给终端，终端完成具体的显示功能。这种方式的缺点就是，只支持普通应用程序，例如：字处理等。对3D游戏、视音频、图片显示处理等应用无法提供令用户满意的效果（因为瘦客户端的处理能力有限）。另外该方式仍然需要客户端具备一定的计算能力，包括：CPU, 内存, 操作系统, RDP协议, 显卡功能等等。

　　据此，我们提出了“视频云计算”的理念。即将所有的计算能力全部集中在中央服务器端，将前端应用的运行显示输出视频编码后传输给终端。终端只需要有一个解码芯片，即可感受到完全的应用显示效果。终端同时具备双向回传功能，将控制操作回传给中央服务器端。

　　这种方式下，用户面对的是一个“云服务”，他只要连接到服务器，即可获取一路计算资源，运行任意应用（包括所有PC上的应用），其感受效果与自己拥有的PC相当。其优点：资源共享、终端轻量化、服务随时随地、...

　　一、主机-客户端模式的回归

　　主机-客户端模式在1960－1980年代是非常主流的计算机访问模式。那时的计算机非常昂贵、笨重、稀缺，因此如何有效利用计算机资源是一个重要的课题。主机-客户端模式解决了这个问题。这种模式中，每一台主机都可以被多个客户端访问。客户端只具备输入输出功能（包括：显示器、键盘、鼠标等），主机则具备强大的计算能力。通过网络协议将主机和客户端连接在一起。这样多个客户端可以访问并控制主机的计算资源，并行处理，有效完成各种任务。

　　这种主机-客户端模式衍生出很多我们现在仍然在使用的技术，包括：TCP/IP协议、互联网、UNIX操作系统、X Window协议、远程访问技术等等。即使在现在，在大型机系统，科研、IT等许多领域中，主机-客户端模式仍然是非常实用的访问控制方式。

图为：早期的电子计算机

图为：现在的大型机

　　从1980年代开始，个人电脑（PC机）技术开始迅速普及。由于具备外观小巧、功能丰富、价格低廉等很多优点，个人电脑基本上占据了家用、普通商用领域的市场，并且衍生出了一系列产品：移动个人电脑（例如：笔记本、PDA）、移动通信电脑（例如：智能手机）、专用终端（例如：机顶盒）等等。催生出相关的一系列技术：个人操作系统、x86 CPU、主板、硬盘、显卡、声卡、USB、各种应用软件等等。

图为：个人电脑

图为：笔记本电脑

　　但是，个人电脑也有缺点。
　　（1）更新换代频繁。大约每隔2年，个人电脑的硬件就无法满足最新软件的需求，需要更新。
　　（2）资源有限。不同的个人电脑处理能力不同，低端的个人电脑无法运行很多应用软件。
　　（3）产品形态功能各异。计算机、笔记本、手机、机顶盒...每个人面对的个人电脑越来越多，它们之间很难做到协调统一。
　　（4）资源浪费。每个人的个人电脑使用率只有10％甚至更低。

　　这时，主机-客户端模式的优点体现出来：主机的计算资源丰富；客户端可以共用并共享主机资源；客户端访问的是统一的主体；客户端的硬件需求不高，基本不用考虑更新问题。另外，网络资源的大幅度提高也使主机-客户端模式有了更广泛的应用背景。目前，局域网的网络带宽基本可以达到1Gbps，甚至10Gbps。广域网的带宽也从2Mbps、4Mbps，到8Mbps、16Mbps、32Mbps甚至更高。

　　因此，在2010年代，主机-客户端模式逐渐开始回归。在企业领域，利用远程访问技术+瘦客户机技术的产品已经有了大规模的部署。瘦客户机就相当于客户端，具备显示、输入输出的功能。瘦客户机通过网络连接到一台服务器上，服务器就相当于主机。这样多个瘦客户机可以同时访问一个服务器的计算资源。访问的协议主要是类似RDP的远程访问技术。

图为：瘦客户机产品

　　这种方式的主要优点是：
　　（1）管理成本低。企业中的管理员只需要统一配置服务器的资源即可，管理方便。
　　（2）价格低。瘦客户机的价格只有个人电脑的1/5甚至更低。
　　（3）资源共享。一台服务器可以同时支持数十台瘦客户机。
　　（4）统一资源访问。无论在什么地方，使用什么瘦客户机或终端软件，用户访问的都是服务器上的统一资源。

　　因此，在IT标准统一化的企业领域，这种现代的主机-客户端模式具有其非常明显的优势，正在被越来越多的企业所采用。

二、云计算的兴起

　　云计算的概念在最近几年勃然兴起，这不是偶然的。同主机-客户端模式的类似，云计算实际是主机-客户端模式的扩展。原来的主机是单台的，一台主机服务多个客户端。云计算中，主机实际是一个计算节点组成的网络，类似一个计算节点云，因此称为云计算。

　　云计算的计算节点可以是任何具有计算能力的计算机，包括：大型机、服务器、个人电脑，虽然每一台的计算机能力参差不齐，但是众多的计算节点组成的云却可以带来总体上惊人的计算能力。同时云计算继承了主机-客户端模式的并行处理能力，允许多台客户端同时访问云服务。这种特性使云计算可以应用于众多的服务领域。

图为：云计算主机与客户端

　　利用云计算方式提供的服务多种多样。有的提供CPU计算能力，有的提供存储能力，有的提供数据库能力，有的提供网络服务能力，有的提供应用软件能力...。不管怎样，利用大规模的网络计算节点，为多个用户同时提供服务的处理方式，都可以称为云计算技术。

　　目前，云计算基本上还是在企业领域应用，为个人提供云计算服务的有Google提供的网络应用。利用这种云计算服务，用户只要能够上网，只要计算机具有能够访问Google的浏览器，就能够运行提供的应用程序，包括字处理应用等等。

　　三、视频云计算的概念

　　上面提到的主机-客户端模式和云计算技术，对客户端仍然有一定的技术能力要求：要具有自己的操作系统，要具有显示模块，要具有浏览器等软件等等。因此，通常的客户端是PC机或者瘦客户机，运行Windows或linux操作系统。

　　另外，目前的远程访问技术能够实现的是基于简单图形界面的服务。例如：字处理、浏览器等等。对于游戏、影音播放、图片处理等等多媒体效果的应用则无法做到良好的显示处理效果。因为客户端的显卡处理能力有限，无法进行处理。而主机端通常并不具备多媒体效果的处理能力。

这就是云计算技术在个人用户、家庭用户中推广的障碍：人机交互效果不如个人电脑，这样用户宁可选择价格昂贵一些但更适合使用的PC机。

　　是否能够让云计算同个人电脑一样，能提供高质量的人机交互效果，同时具备云计算技术的优点呢？

　　这就是本文提出的“视频云计算”的技术。

[FS:Page]　　视频云计算技术就是将所有的计算能力（包括显示能力）全部集中在中央服务器端，将前端应用的运行显示输出经过视频编码后传输给终端。终端只需要有一个解码芯片，即可感受到完全的应用显示效果。终端同时具备双向回传功能，将控制操作回传给中央服务器端。只要用户控制和显示效果的延时非常小，用户根本感受不到本地操作还是远程访问，就可以做到利用云计算技术提供应用服务。
在这种方式下，用户面对的是一个“云服务”，他只要连接到服务器，即可获取一路计算资源，运行任意应用（包括所有PC上的应用），其感受效果与自己拥有的PC相当。其优点：资源共享、终端轻量化、服务随时随地、...

　　视频云计算技术与其他云计算技术的主要区别是：
　　（1）客户端没有任何处理能力
　　（2）总体延时非常小，与本地操作效果基本等同

　　四、在广电网络中应用云计算提供高品质服务

　　视频云计算技术能够应用在哪些领域呢？电信、移动、广电都可以，只要能够提供有保证的网络带宽和低时延特性。而目前，最适合的应用领域就是双向广电网络。

　　双向广电网络具有稳定的下行通路，每个频点38Mbps的带宽，以物理信号传输为主，如果采用1.8Mbps的H.264编码，可以满足20路并发视频流。充分利用边缘IP QAM技术，可以支持多路并发视频流空分复用。与电信宽带网络目前平均4Mbps的带宽比较，电信宽带网络需要经过层层交换路由，有时还要与其他数据业务共享带宽，显然广电网络的可靠性更理想。

　　另外广电网络目前都在进行数字化整体转换，已经普及了6000万的数字电视机顶盒。这些机顶盒基本都具备了MPEG-2解码能力，少数具备了H.264解码能力。这些机顶盒完全可以直接作为视频云计算的终端设备。也就是说，广电网络天然就具备了视频云计算的终端、网络两大必备条件。只要增加视频云计算的中央处理节点云，就可提供视频云计算系统。

　　基于广电的视频云系统能够提供的服务有哪些呢？可以说，无限丰富，非常多彩。下面列出一些典型应用：

　　（1）游戏，尤其是3D游戏、主机游戏。通常玩这些高端游戏需要购买处理能力强、具有昂贵显卡的PC机，或者购买PS3等游戏主机。现在，可以由视频云系统中心提供运行这些游戏的服务器，用户只要通过终端就能操控这些游戏。视频云系统中心则通过分时复用等方式，使总体成本降低。

　　（2）个人信息处理。邮件、文档等个人信息可以通过视频云服务进行处理。并且不论在何时、何地，都可以访问到统一的个人信息。

　　（3）各种增值业务。机顶盒上目前运行的各种增值业务，完全可以在视频云系统中提供，并且不受终端机顶盒的限制，能展现得更生动。

图为：机顶盒可以玩3D游戏

　　总之，凡是计算机上能够运行的应用程序，视频云系统都可以在终端展现出来。这样，用户只要有一个终端，就好比连接到一台有丰富功能的主流个人电脑上，打游戏、运行应用程序、上网、看影片...各种应用都能够进行。

　　这种视频云系统的优点显而易见：
　　（1）对终端硬件要求很低，机顶盒平台就可以满足。
　　（2）对终端软件要求很低，不需要浏览器、中间件等各种软件，省掉了移植、维护等各种环节。
　　（3）能够提供无限制的应用服务，甚至包括3D游戏。可以依托视频云系统开展各种应用服务。
　　（4）统一的应用服务。用户可以在任何时间、任何地点访问自己的统一服务。
　　（5）免维护。用户不必做PC机上原来需要进行的各种维护工作，什么杀毒、备份、安装、打补丁等等都不需要。

　　在广电网络中建设视频云计算系统需要进行的工作主要有：
　　（1）构建双向广电网络。包括频点划分、边缘IP QAM划分、回传通道建设等等。
　　（2）选择适合的终端机顶盒。机顶盒需要具有：低延时解码能力、双向通信能力、连接终端外设能力等。
　　（3）构建视频云服务中心系统。中心系统由后台管理系统、应用运行系统、编码系统等组成。能够根据负载能力部署到多个硬件节点上去，满足云服务的计算能力需求。并且能够与BOSS、CA等外围系统衔接。
　　（4）选择符合用户需求的应用。如果有用户真正需要的、独一无二满足用户需求的应用，用户会非常认可这种服务。
　　（5）推广。用户接受这种视频云服务需要推广期，需要不断给用户新的感受、满意的体验。

　　五、未来展望

　　信息技术的发展呈现一种加速、多元化的发展趋势。体现在新技术和新产品层出不穷，有时让人目不暇接、无所适从。在这种发展背景下，化繁为简是一种解决之道，是一种生活方式。

　　未来的视频云计算就是这样的一个基础平台。在这个平台之上，任何一种简约的电子终端，都可以通过任何网络访问视频云系统提供的服务，因为它们传递的都是视频，而视频是任何一种终端都可以解码播放的。这样，终端不需要具备任何强大的处理能力，它要做的只是给用户提供诱人的外观，提供清晰的画面，提高时尚+实用的操作感受。这就够了，一切的处理，交给云服务。