（信号与信息处理专业论文）手持式iptv测试仪视频流的监测与分析.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 i p l v 相关技术的飞速发展推动着i p t v 业务逐渐走出试验网络，正式步入商 业运营阶段。向终端用户提供具有q o s 和q o e 保障的综合业务是i p t v 业务评估 中的最终目标，为此，业务运营商必须要有一整套分布式唧监控系统对网络和 设备进行全业务质量的监测。 家庭网络是端到端i p l v 系统中的关键部分，手持式i p l v 测试仪作为监控系 统的一部分，主要应用于家庭网络的故障诊断和排查，确保用户获得高品质的服 务体验。本文以手持式i p l v 测试仪的研发为背景，通过阅读、分析相关协议和测 试标准，对i p t v 系统中传输的码流进行了分析和检测，完成了测试仪中视频流监 测和分析功能的设计与实现。 论文在介绍l p l v 网络概况、系统架构和流媒体技术的基础上，详细分析和研 究了m p e g 2 传输流的语法和语义以及程序专用信息和业务信息中各信息表的语 法结构。然后，针对性地阐述影响i p t v 系统中视频流质量的因素和视频流监测的 标准规范，并根据测试仪的特定功能需求提出软件总体框架设计。论文重点介绍 了测试仪中视频流监测与分析功能的总体设计方案和具体实现方法，将码流的告 警检测与信息表语法结构的分析作为一个整体以实现用户在实时监测的同时也能 及时掌握码流信息。为了提高代码的效率和模块的独立性，论文设计三个子功能 模块分别实现传送流包头解析、包标识的管理更新和信息表的解析，将各项错误 的检测嵌入子功能模块的解析过程中实现。论文分别给出各功能模块的设计思想 和处理流程图，按照相关标准，实现了码流的分析和三级错误的监测。 为验证论文设计方案的正确性，通过对现网中采集到的真实数据作为案例进 行了分析。测试结果表明，各功能模块工作正常，能够正确的解析码流信息，清 楚的显示传输流中的内容，能检测传输流中出现的错误和异常，显示和记录错误 事件信息。论文最后总结了研究工作并提出下一步工作展望。 关键词：唧，测试仪，m p e g 2 ，传送流，监测 重庆邮电大学硕士论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g yp r o m o t e s t ve m e r g i n gf r o mt h et e s t n e t w o r k ，i n t ot h ec o m m e r c i a ls t a g e p r o v i d i n gt h es e r v i c ew i t hq o sa n dq o et ot h ee n d u s e ri st h eu l t i m a t ec r i t e r i ai ni p t vs e r v i c ee v a l u a t i o n t h es e r v i c eo p e r a t o rm u s th a v ea c o m p l e t es e to fd i s t r i b u t e dl p t vs u r v e i l l a n c es y s t e mt om o n i t o rt h en e t w o r k sa n d e q u i p m e n t sw i t ha f u l ls e r v i c eq u a l i t y h o m en e t w o r ki sac r i t i c a ls e c t i o ni nt h ee n d t o e n di 州s y s t e m a sap a r to f s u r v e i l l a n c es y s t e m ，h a n d h e l dl p t vt e s t e ri sa p p l i e dt ot h eh o m en e t w o r kt od i a g n o s e a n dr e s o l v ef a u l t st oe n s u r et h eh i g hq u a l i t ys e r v i c ee x p e r i e n c eo fu s e r s i nt h ep r o c e s s o ft h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h eh a n d h e l dl 刖t e s t e r , t h i sd i s s e r t a t i o nd e s i g n s a n dr e a l i z e st h ev i d e os t r e a m i n gm o d u l et h r o u g ha n a l y z i n gt h er e l e v a n tp r o t o c o l sa n d t e s t i n gs t a n d a r d b a s e do nt h es u r v e yo ft h el p t vn e t w o r ks t r u c t u r e ，s y s t e ma r c h i t e c t u r ea n d s t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g y , t h i sd i s s e r t a t i o ne l a b o r a t e st h eg r a m m a t i c a ls t r u c t u r eo ft h e m p e g - 2t r a n s p o r ts t r e a ma n di n f o r m a t i o nt a b l e so fp s i s i t h e n ，w i t ht h ec l e a rt a r g e t ， t h ed i s s e r t a t i o ne x p o u n d st h ef a c t o r sw h i c hd e t e r m i n e dt h ev i d e oq u a l i t ya n dt h e m o n i t o rc o n t e n t s t om e e tt h es p e c i f i cf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h et e s t e r , t h ew h o l e s o f t w a r eo ft h es y s t e mi sp r o p o s e d t h ed i s s e r t a t i o n m a i n l yi n t r o d u c e dt h ed e s i g n p r o p o s a la n di m p l e m e n t e d m e t h o d so ft h ev i d e os t r e a mm o n i t o ra n da n a l y z e ，t a k i n gt h e t e s t i n go fs t r e a ma n d t h ea n a l y s i so fp s i s ia saw h o l et oa c h i e v et h er e a l - t i m ed e t e c t i o n a n da n a l y z i n gs i m u l t a n e o u s l y t oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ec o d ea n dt h ei n d e p e n d e n c e o ft h em o d u l e ，t h ed i s s e r t a t i o nd e s i g n st h r e es u b m o d u l e st or e a l i z et h ed e c o d i n go ft s h e a d e r , t h em a n a g e m e n to fp i da n dt h ea n a l y s i so fp s i s ir e s p e c t i v e l y , e m b e d st h e e r r o rd e t e c t i o ni n t ot h ed e c o d i n g t h ed e s i g na n dt h ep r o c e s s i n gf l o wc h a r to ft h e m o d u l e sa r ep u tf o r w a r di nt h ed i s s e r t a t i o n ，a n dt h e nr e a l i z et h ea n a l y s i so fc o d es t r e a m a n dt h et h r e e 1 e v e le r r o rd e t e c t i o n t ot e s tt h ea c c u r a c yo fp r o p o s a l ，b a s e do na n a l y s i so ft h ea c t u a ld a t ac o l l e c t e df r o m i p t 、，n e t w o r k ，e x p e r i m e n t ss h o wt h a t ，t h em o d u l ed e s i g n e di nt h ep a p e ro p e r a t e s s m o o t h l ya n dp a r s e st h es t r e a mc o r r e c t l y , d i s p l a y st h ec o n t e n t so fs t r e a me x p l i c i t l y , a l s o a b l et od e t e c te x c e p t i o ni nt h et r a n s p o r ts t r e a ma n dd i s p l a yt h ee r r o re v e n t f i n a l l y , t h e p r i m a r yc o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e da n df u r t h e rr e s e a r c hw o r ki sp r o s p e c t e d k e yw o r d s ：州，t e s t e r ，m p e g 2 ，t s ，m o n i t o r 重庆邮电大学硕士论文 缩略语 英文缩写 b 灯 c a t c d n d r m d v b e 1 1 r e m m e t s i i 刑 l s m a m d i m p e g n i t 中文译文 业务群关联表 条件接收表 内容分发网络 数字版权管理 数字音频广播 事件信息表 授权管理信息 欧洲电信标准委员会 互联网协议电视 互联网流媒体联盟 媒体传输质量指标 运动图像专家组 网络信息表 节目关联表 节目时钟参考 包标识符 节目映射表 节目特定信息 时间同步信息 运行状态表 实时传输协议 实时控制协议 实时流协议 业务描述表 业务信息 填充表 时问和日期表 传输流 时间偏移表 缩略语 v 1 英文全称 b o u q u e ta s s o c i a t i o nt a b l e c o n d i t i o n a la c c e s st a b l e c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k d i 舀t a lr i g h tm a n a g e m e n t d i 舀t a la u d i ob r o a d c a s t i n g e v e n ti n f o r m a t i o nt l b l e e n t i t l em a n a g em e s s a g e e u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o n s t a n d a r di n s t i t u t e i n t e r n e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n i n t e m e ts t r e a m i n gm e d i aa i l i a n c e m e d i ad e l i v e r yi n d e x m o v i n gp i c t u r ee x p e r tg r o u p n e r w o r ki n f o r m a t i o nt a b l e p r o g r a ma s s o c i a t i o nt a b l e p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e p a c k e ti d e n t i f i e r p r o g r a mm a p p i n g1 r a b l e p r o g r a ms p e c i f i ci n f o r m a t i o n p r e s e n t a t i o nt i m es t a m p r u n n i n gs t a t u st a b l e r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l r e a lt i m ec o n t r o lp r o t o c o l r e a l t i m es t r e a m i n gp r o t o c o l s e r v i c ed e s c r i p t i o n1 r a b l e s e r v i c ei n f o r m a t i o n s t u f f i n gt a b l e t i m ea n dd a t em l b l e 砌n s p o r ts t r e a m t i m e0 f f s e tt a b l e 附嗽m m嘟隅浙m一一舛吼盯研鸭研 重庆邮电大学硕士论文 插图清单 插图清单 第二章 图2 1i f f v 平台总体结构4 图2 2i p t v 网络结构。5 图2 3 流媒体业务结构图6 图2 4m p e g 2 系统简化框图7 图2 5m p e g 2t so v e ri p 方式的流传输协议栈。8 图2 6m p e g 2t s 语法结构图9 图2 7p s i 表与传送流对应关系1 1 图2 8 程序关联表语法结构1 2 图2 9 程序映射表语法结构1 3 图2 1 0i p t v 监测场景1 6 表2 1 程序专用信息1 0 表2 2d v b s i 信息表1 4 表2 3 第一等级告警错误。1 5 表2 4 第二等级告警错误。1 5 表2 5 第三等级告警错误。1 6 第三章 图3 1 测试仪软件结构框架图1 9 图3 2 系统软件处理流程图2 1 图3 3w i n d o w sc e 应用程序的开发流程2 3 图3 4v i s u a ls t u d i 0 2 0 0 5 应用程序的开发环境2 4 第四章 图4 1 视频流监测分析处理流程2 6 图4 2 数据包解码流程示意图。2 7 图4 3 同步丢失错误、同步字节错误检测流程图2 9 图4 4 数据传输错误检测流程图3 0 图4 5p i d 模块管理流程图。3 2 图4 6 连续计数错误检测流程图3 5 图4 7p s f s i 解析模块框架图3 8 图4 8p a t 表解析流程图4 0 图4 9p a t 表相关错误检测流程图。4 1 v h 重庆邮电大学硕士论文插图清单 图4 1 0p m t 表解析流程图4 3 图4 1 1p c r 错误检测流程图。4 8 表4 1 计数器定义3 7 第五章 图5 1 现网数据采集示意图4 9 图5 2 程序启动主界面5 0 图5 3 视频流检测结果。5 0 图5 4 视频流检测结果5 1 图5 5p s 骆i 语法分析结果。5 2 图5 6p m t 表详细解析结果5 2 图5 7p m t 表中描述子结构5 2 图5 8p m t 表中单元流结构5 2 图5 9s d t 表中单元流结构5 2 图5 1 0s d t 表中业务描述子5 2 l l 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 在电话和电力两大网络的建设之后，作为最大技术基础建设之一的电视分发 网络在全球迅速部署开来。随着信息技术的飞速发展，社会信息化的不断推进以 及新业务的不断涌现，人们已无法满足于传统电视节目单一、“你播我看 的收看 模式，对内容的多样化，个性化，画面的质量，用户体验等各方面提出了更高的 要求，广播电视网络正进行着一场数字化的革命【1 1 。 互联网协议电视，简称i p l v ，融合了电信业务和数字电视分发业务，向用户 提供一种全新的，更具个性的交互式服务，真正的实现家庭宽带多媒体体验。目 前，市场上i p t v 和有线电视数字化的竞争较为激烈，两者各具特色，从技术和应 用的角度比较来看，i p t v 有其独特的优势和挑战。i p t v 以目前应用最广泛的i p 网络为支撑，以用户为中心，向终端用户提供交互性强、资源丰富的节目内容， 与数字电视的广播方式相比，i p t v 的体系结构能够有效的使用网络带宽1 2 1 。i p t v 提供的业务既与i p 网有关，又涉及到t v 网络及其业务，显而易见，i 玎v 业务不 是某一领域的业务，而是一个融合的业务，它与目前的三个运营网络及其业务直 接相关，i p l v 将成为三网融合的最佳切入点。 近年来，随着技术的不断发展，以基于t c p i p 协议网络为承载基础的视频业 务i p t v 开始步入商业运营阶段。与此同时，去年国家相关政策的颁布和出台，支 持了i p l v 业务在全国的开展，使得i p t v 获得更大的发展空间。2 0 0 9 年4 月1 0 日，电子信息产业调整和振兴规划正式发布，规划中明确指出：支持i p l v ( 网 络电视) 、手机电视等新兴服务业发展，建立内容、终端、传输、运营企业相互促 进、共赢发展的新体系。i p t v 被作为产业振兴计划中新兴服务业的典型业务代表， 首次出现在正式的国家规划之中 3 1 。2 0 0 9 年5 月1 9 日，国务院批准了由发改委提 交的关于2 0 0 9 年深化经济体制改革工作意见，在本次改革工作意见中，首次 对广电和电信的双向进入问题做了明确指示，要求“落实国家相关规定，实现广 电和电信企业的双向进入，推动三网融合取得实质性进展 。极大地支持了新 媒体产业，等新兴业务也将获得更好的产业支撑。 据相关统计和预测，2 0 0 9 年底全球的i p t v 用户数量约为3 3 0 0 万，到2 0 1 4 年将增长到1 2 3 亿，中国的州用户数2 0 0 9 年约为4 7 0 万，比2 0 0 8 年同期增 长7 6 3 ，预计2 0 1 0 年将增长到9 0 0 万，到2 0 1 4 年中国的i p t v 用户数将超过3 3 0 0 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 万。面对这样飞速的发展，i f y v 作为一项新推广的增值业务，在业务的运营过程 中必须要有一整套的监测方案对运营网络和设备进行监测和故障诊断，以提高服 务质量，保证终端用户体验质量。目前国内的i p t v 业务处于运营初期阶段，缺乏 系统的监控方案，测试和维护工作很大程度上依赖于州测试仪，各种类型的 i p t v 测试仪应用于l p ，r v 业务运营全过程中，在不同网络结点、不同阶段统筹、 有效地对各项指标进行测量，迅速定位故障源并排查，帮助运营商高效地实现对 i p t v 网络的管理和维护工作，推进i p t v 产业健康发展和走向成功。 1 2 选题背景 i p l v 测试仪是i p l v 业务开发和应用中必不可少的测试和调试工具，它广泛 应用于l p ，r v 系统设备的研发( 如交换机、接入设备、语音网关、负载均衡器等) 、 系统集成、i p t v 网络的安装和开通( 模拟大规模的i p t v 用户流量，验证网络性能) 以及业务正常运行监控维护等领域。 目前国外已有的i p l w 测试仪包括安捷伦的n 2 x 仪表，可模拟复杂的三重播 放业务，主要用于对l p t v 网络设备进行性能极限测试；安捷伦公司的j 6 9 0 0 a 三 重播放分析仪；i n e o o u e s t 公司的i q v i s i o n p r o b e 便携式l p t v 质量分析仪1 4 1 ；美国 认公司的l x c h a r i o t ；国内也有一些公司开发出州测试仪，北京立信的 c o u 4 5 0 p 测试仪；山东信通的s 1 3 6 0i p t v 测试仪，兼备x d s l 测试功能，可同 时测试视频流的网络传输质量、码流质量和网络配置。国内的手持式i p t v 测试仪 市场，进口仪表占据了大部分市场份额。国外的手持式i p t v 测试仪均为英文界面， 按键操作，显示界面小，人机接口的不人性化，且价格昂贵，难以满足国内需求 量日渐增长的要求。另一方面，i p t v 全网监测系统的监测单元仅限于网络节点， 运营商不可能在每个终端用户的家庭网络中配置监测点，在最后一公里的测试和 维护中运营商更多依赖于手持式i p l v 测试仪，因此研制一款价格相对低廉，使用 方便，适合中国人使用的手持式l p t v 测试仪是十分必要的。 本文的研究方向基于上述背景下提出，刚系统架构从业务网、核心网到用 户接入网，网络拓扑结构复杂，在传输过程中很容易出现抖动、丢包等故障，丢 失一个承载了州视频信息的数据包就可能在州终端出现马赛克、黑屏等现 象，对视频流的显示造成不可恢复的损伤。而传统的服务质量分析只停留在数据 链路层和网络层，未能结合业务层面进行综合评测分析，不能有效的了解l p l v 业 务的服务质量。在手持式i p t v 测试仪中通过对网络中传送流关键数据的采集、分 析和统计合成，测试l p 视频流量化参数，发送告警消息，实现视频流的监测和分 析，使运维人员能够快速判断当前i p l w 服务质量和故障定位，保证运营商提供高 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 品质的i p t v 服务。 1 3 主要研究内容 本文研发的手持式i p t v 测试仪重点实现线缆测试、x d s l 测试、网络层指标 测试和视频流指标的测试功能。在整个仪表的研发过程中，本人主要承担视频流 监测技术的研究、对传送流信息的分析与应用以及程序代码的算法设计与实现等 工作。通过对标准输入视频流的分析，以及对e t s it r l 0 12 9 0 标准中规定的三级 错误1 5 j 和m p e g 2 中的多种错误的分析记录，实现对i p t v 业务平台中视频流的监 控和实时解码，全面掌握码流信息，检测码流状态，对传送流中出现的异常发出 报警信息，并记录监测过程中发生的事件和消息，以形成各种可维护的日志文件。 1 4 论文组织与结构 本文不仅介绍了i p t v 相关的基本理论知识，同时重点分析了在相关的协议规 范和测试标准下监测技术的研究、程序代码的设计与实现等过程，文章具体组织 结构如下： 第一章：绪论。阐述了i p l v 的背景和发展，介绍了口t v 测试仪表的研究现 状与需求，提出了课题的研究背景、意义和主要研究内容。 第二章：i p t v 体系及视频流结构分析。在介绍i p l v 系统架构的基础上，全 面分析了i p t v 系统中传输流的语法结构和p s i s i 信息表，并对影响视频流质量 的因素和相关监测标准作了阐述。为视频流监测和分析模块的开发提供理论依据。 第三章t 测试仪软件体系结构。首先介绍了测试仪的功能需求，根据测试仪 需要完成的功能设计测试仪的软件体系结构，并阐述了软件部分的处理流程和测 试仪开发平台的选择。 第四章：视频流监测分析功能的设计与实现。本章为论文的重点，在介绍模 块研发思路的基础上，重点论述了三个子功能模块：t s 包头处理模块、p i d 模块 和p s i s i 解析模块的整体设计方案和具体的实现过程。 第五章：测试过程与结果分析。通过对现网中采集到的真实数据的分析，验 证模块开发的正确性，并对测试结果进行了分析。 第六章：对本文所做的工作进行总结，并对未来彤r v 测试仪表的发展方向和 下一步工作进行了展望。 3 重庆邮电大学硕士论文第二章l p l v 体系及视频流结构分析 第二章i p t v 体系及视频流结构分析 2 1i p t v 系统 i p t v 是基于i p 网络的电信级业务，它的主要特点在于交互性和实时性，与 传统的i n t e r n e t 业务相比，i p t v 业务对承载网络提出了更高的要求，体现在带宽、 服务质量、可靠性、安全性以及可控组播等方面1 6 l 。i p t v 提供多种形式的内容服 务，电视节目只是州业务中的一小部分，目前电信部门提供三类l p t v 业务： 电视类业务、通信类业务以及各种增值业务。l p l v 业务系统中的数据传输和接收 完全基于i p 网络结构的特点，将视频内容按i p 协议封装成数据包，通过广播、组 播和单播等多种方式传送，按照用户需要动态适应各种业务请求，高效灵活地占 用网络的带宽。l p t v 中的终端用户可以非常方便的实现电子菜单、节目预约、快 进、后退、并参与讨论以及节目编排，满足观看节目的个性化需求，实现真正意 义上的互动。 2 1 1l p t v 体系架构 按照视频头端到用户接收终端的业务流程划分，l p l v 系统平台总体结构可分 为以下四层，如图2 1 所示：后台支撑层、业务运营层、网络承载层和用户终端用。 统计分析 。瞒_ 蟹 视频内容制作和管理 电视氲播 _视频点播 网页测览游戏 _ 其釜蔫值 流媒体服务管理w e b 、s o c k e t 等服务 电子节目菜单( e p g ) 内容分发网络( c d n ) 骨干网 i i i 簟i i i 簟i i j i i i i i i 簟i _ i i l 广一 城域网 i 1 阿络承载层 p 急需尸絮震产1 t 愿贾i 1 雩烹j t v + 机顶盒 p c 3 g 手机 图2 1i f r v 平台总体结构 4 重庆邮电大学硕士论文第二章i p t v 体系及视频流结构分析 后台支撑平台：该平台是运营商的业务管理和控制的核心平台，位于用户的数 据中心和网络管理中心，为业务运营和网络管理服务。该平台包括的功能模块 有：用户管理、认证授权、计费结算、数字版权、统计分析、平台管理等模块。 业务运营平台：业务运营平台由一些与媒体相关的服务器组成，为i p t v 系统 提供流媒体业务( 如电视直播、视频点播) 和增值业务( 如游戏、股票、天气预报 等) 服务，并通过内容分发网络，将制作好的各类内容源推送到网络边缘，为 用户提供就近服务，有效提高了服务质量，降低骨干网络的传输压力。 网络承载平台：主要基于宽带网络的平台建设，为i p t v 业务提供承载网络， 主要包括骨干网、城域网和各种宽带接入方式，如a d s l 接入、l a n 接入、 p o n 接入和w l a n 接入。 用户终端平台：目前i p ，r v 系统支持的业务的终端形式包括电视+ 机顶盒、个 人电脑和3 g 手机三种形式，随着3 g 网络的大规模建设和使用习惯的养成， 通过3 g 手机观看i p t v 的用户数将会大大增加，成为推广i p t v 业务的一大动 力。 图2 2 是l p l w 网络结构，i p t v 网络中业务请求主要有点播和直播两类l 剐，数据 的处理流程大致是：首先是视频前端对节目内容的制作和采集、将原始数据编码、 压缩、流化，存储到流媒体服务器中，由加密服务器完成对流数据的加密，授权 管理服务器提供密钥，e p g j 艮务器显示新发布的节目。c d n 管理服务器通过核心 网将节目从中心节点流媒体服务器按策略分发到边缘节点上，由网络边缘上的服 务器向终端用户提供服务，并通过接入设备将流媒体引入终端显示。 2 1 2i p t v 流媒体 图2 2i f t v 网络结构 家庭月络 靠翥 机顶盒s n： 矗 一彳圣弓 作为以提供交互式音视频数据服务为主流业务的i p l v 系统，流媒体技术的进 步和发展推动着i p t v 系统的推广和广泛的应用。流媒体指的是一种新的数据传送 方式，而不是一种媒体。流媒体业务系统架构图如下图2 3 所示，服务端首先对原 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章l p l ：v 体系及视频流结构分析 始的音视频数据进行压缩编码，对于点播业务，事先对点播文件压缩流化，并把 压缩好的文件放到流媒体服务器上，对于直播业务，由直播服务器把采集到的音 视频数据进行压缩编码，把压缩的数据进行打包，发送给流媒体服务器。当客户 端发送收看节目请求时，流媒体服务器根据o o s 要求和当时网络状况查找配备的 媒体流，找到配备的媒体流之后，传输层把媒体数据打包通过网络发送给客户端。 当数据成功到达到客户端后，客户端的传输层先对这些数据包进行解析，然后传 给应用层进行解码和音视频同步处理。 图2 3 流媒体业务结构图 l p t v 系统中流媒体技术的作用是将数据流化，完成媒体数据从服务器侧以流 方式传输到用户端，为终端用户实现边下载边观看的体验。流传输制式主要有： i s m a 、m f r t p 和m p e g 2t s 三种封装格式。i s m a 即互联网流媒体联盟，它是 面向互联网应用而制定的开放标准，适合l p 网的特点，对未来的增值业务支持较 好，在p cv o d 中应用较多，但成熟度较差，厂家支持较少，且在基于宽带网络 和电视终端的数字视频广播领域应用相对较少。微软的m f - r t p 与微软，r v 2 平台 紧密结合，属于私有协议，不是一个开放的协议，因此应用较少。m p e g 2t s 流 是广播行业的通用标准，目标是基于宽带的数字视频广播，并支持多种基本媒体 流和媒体编码标准，已经有十多年实际的大规模普遍性应用，得到全球广播行业 和互联网行业的一致认同，优点在于提供方便的节目传输和增值业务。 当前在国内外应用的i l r l v 解决方案中，主要采用的流传输制式是i s m a 和 m p e g 2t so v e ri p 方式【9 l 。国内采用了i n t e r n e tt v 模式的试点网络倾向于i s m a 架构的视频封装和传输，但是，由于i s m a 的视频封装格式没有对应的视频监测 标准，对其传输质量的检测仅能通过口层判断。从目前国内州建网的情况看， m p e g 一2t so v e ri p 方式的i p t v 架构逐渐成为的主流。因此本文对视频流的监测 和分析以m p e g 2t s 流的传输方式为基础，遵循e t s it r1 0 12 9 0 测试标准对 6 重庆邮电大学硕士论文第二章删体系及视频流结构分析 d v b 、m p e g 2t s 流的规范，从i p 网络中接收t s 流，对其进行实时的监测和分 析。下面章节将从分析t s 流的结构入手。 2 2i p t v 传送流 2 2 1m p e g 2 传送流定义 m p e g 是运动图像专家组( m o v i n gp i c t u r ee x p e r t sg r o u p ) 的简称，该专家组组建 于1 9 8 8 年，其任务是制定世界通用的音视频编码标准，至今已经制订了m p e g 1 、 m p e g 2 、m p e g - 4 、m p e g 7 四个标准，m p e g 2 1 正在制定过程中。由于m p e g 1 不能满足日益发展的多媒体技术和数字电视技术对分辨率与传输速率等方面的技 术要求，1 9 9 4 年制定了m p e g 2 标准。m p e g 2 是一组用于视音频压缩编码及其数 据流格式的标准，以实现音视频服务与应用互操作的可能性，它定义了编码技术 及数据流的传输协议，制定了m p e g 2 解码器的共同标准1 1 0 l 。m p e g 2 系统是将视 频、音频及其它数据基本流组合成一个或多个适宜于存储或传输的数据流规范， 如图2 4 所示： 图2 4m p e g - 2 系统简化框图 由图中可见，视频数据和音频数据分别通过视频编码和音频编码后，生成视 频基本流e s 和音频e s 。然后，将e s 流通过各自的分组器，打包形成相应的基本流 p e s 包。最后，程序流复用器和传送流复用器分别将视频p e s 和音频p e s 组合成相 应的程序流( p s ) 和传送流( t s ) 。其他辅助数据包括满足信道传输速率要求的填充数 据，或给解码器提供同步或其他消息的数据，也可以是字幕数据等。m p e g 2 系统 规定了两种码流形式： 程序流( p s ) ：由一个或多个具有相同时间基准数据流的p e s 分组合成为一 7 重庆邮电大学硕士论文第二章伊t v 体系及视频流结构分析 路码流，程序流的包长不固定且相对较长，适用于误码较少的场合，比如 d v d 光盘上的m p e g 2 节目就以p s 格式存储。 传送流( t s ) ：由一个或多个具有独立时间基准的节目合成为一路码流，其 中属于统一节目的各个原始数据流的p e s 具有相同的时间基准。传送流的 包长固定为1 8 8 字节，通常用于错误发生较多的场合。 i p t v 系统中，将媒体数据，包括视频、音频以及其他辅助数据信息封装成 m p e g 2t s 格式承载在t c p i p 协议栈之上，在i p 层封装为i p 数据包通过网络进行传 输。由于t c p 开销较大，不适合传输实时数据，因此在传输过程中由u d p 传输音视 频数据，t c p 传输控制消剧1 1 l 。由于i s o i e c1 3 8 1 8 1 标准中未定义控制层协议， 因此在i p l v 系统中，控制平台采用实时控制协议r t c p 和实时流协议r t s p 负责管 理和控制数据包的发送，在数据平台中采用实时传输协议r t p 以防止网络的抖动， 保证实时数据的传输。m p e g 2t so v e ri p 方式流传输协议栈如图2 5 所示： 媒体数据、 p s i s i 信息 上 传输协议栈 数据平台控制平台 r t pr t c pr t s p 千千 上 u d p t c pl a y e r 3 i p l a y e r c 刁羔d 抟j 1 1 显示以下输出旺) w i n d o w sc ed e b u g - ，夏习 3 代码爱。j 窗口：3 埔用洌览器 输出习靠窑口岛培淳5 i 蒂 就绪行l列1c h1i n 3 4 本章小结 本章首先根据调研情况确定测试仪的功能需求，在此需求的基础上设计出测 试仪的软件部分的功能框架结构，并对各模块完成的主要功能和软件的处理流程 进行了描述。然后介绍了测试仪的嵌入式开发平台，包括硬件平台的选择，操作 系统和应用软件的开发环境。 重庆邮电大学硕士论文 第四章视频流监测分析功能的设计与实现 第四章视频流监测分析功能的设计与实现 4 1 视频流监测分析功能需求 视频流的监测与分析功能作为测试仪中一个独立的子模块( t s 模块) ，其开发 必须符合测试仪整体的研发规范和接口需求。手持式i p t v 测试仪的软件研发采取 瀑布模型设计思想，因此，针对t s 模块的研发而言，首先需要确定模块需要完成 的具体功能。t s 模块中需要完成功能有： 对m p e g 2t s 码流信息的分析，这里包括实时分析和离线分析两种； 根据t r1 0 12 9 0 测试标准对输入的视频流进行错误检测并报警，显示检 测和分析结果； 对p s i 和s l 中各种信息表的数据结构进行分析，深入到描述子的数据结 构，显示表中的所有信息，便于用户全面的掌握码流信息； 存储p s i 和s l 中各表的结构，便于结果的分析； 计算并统计码流中的相关参数，包括数据包数目，p i d 个数，节目数等。 为保证软件开发过程的有序高效性和程序代码的可维护性【2 刀，t s 模块可划分 为t s 包头处理模块，p i d 模块、p s i s 1 分析模块三个子功能模块，下面着重分析 几个子模块之间的相互调用关系： t s 包头处理模块负责实现接收双方t s 码流的同步，通过检测码流中是否出 现连续的5 个同步字节0 x 4 7 来判断是否达到同步。 i s 包头处理模块另一功能是解 析t s 码流中4 字节包头信息，按照包头的语法结构提取各参数，并完成与包头信 息相关的错误检测，包括同步丢失错误，同步字节错误和数据传输错误三项检测。 p i d 模块用来存储和管理各p i d 值，包括p s i s i 中信息表的特殊p i d 值以及 从p a t 、p m t 和c a t 表中解析得到的p i d 值。p i d 值标明了数据包的类型，当有 新的数据包到来时，通过查询p i d 模块来确定当前数据包的类型，决定该数据包 是丢弃还是交由哪个模块进行下一步的处理，起到过滤数据包的作用。与p i d 相 关的错误检测在p i d 模块完成。 p s i s i 解析模块完成对信息表的完全解析，以及与信息表相关的错误检测。错 误的检测和信息表的解析是针对同一段数据流作不同程度的解码，在监测告警时， 只需对信息表进行粗解码提取相关字节即可，而码流的分析则是对信息表和描述 子的详细解析，存储和提取各表中数据结构信息。因此在该模块中将这两部分看 作一个整体，把t r1 0 12 9 0 中规定的各表项的监测内容嵌入到各信息表的解析函 重庆邮电大学硕士论文第四章视频流监测分析功能的设计与实现 数中实现。 4 2t s 模块处理流程 在完成t s 模块的功能需求分析和模块架构的概要设计的基础之上，可得到 t s 模块实现视频流的监测和分析过程中的处理流程图，如下图4 1 所示： 图4 1 视频流监测分析处理流程 首先，数据采集卡从网络中采集到的数据包经过滤后保存到缓冲器中，数据 包解码模块从缓存中取出数据并进行相关的解码，这里的解码目的是从i p 封包中 定位t s 包的起始字节，便于后续模块的分析。t s 包头解析模块在获得 i s 封包后 开始对包头进行分析，通过查询p i d 模块判断该p i d 值所对应的 i s 包封装的是原 始音视频数据，或p s 瞒l 信息。若是原始节目流，则将数据送入系统中的音视频 解码模块进行解码，并在界面上显示该节目。若该t s 包的负载是p s i s i 信息，则 将数据包送入p s 邪i 解析模块，进行码流的解析，若解析得到新p i d 值则通知p i d 模块更新其中的p i d 列表。各模块在处理过程中分别完成相关的码流错误检测， 最后将检测结果和码流分析结果显示在界面上。 4 3t s 包头处理模块的设计与实现 4 3 1 数据包预处理 对视频流的监测和分析首先要从数据包中找到髑码流的起始位置，数据包的 预处理则完成从接收到的数据包中定位t s 包的操作。根据图2 5 所示的州传 重庆邮电大学硕士论文第四章视频流监测分析功能的设计与实现 输协议栈可知，原始媒体数据和p s i s i 信息封装并承载于r t p 中通过u d p 进行传 送，相关的控制信息由r t c p 或r t s p 承载并通过t c p 传输。在接收端通过对数 据包的上述协议的层层解封装得到t s 包负载。数据包预处理的解析流程如下图4 2 所示： 貅 r t c p r t s p 的解析h 获得r t p 端口号 r t