（计算机科学与技术专业论文）移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现.pdf

北京d g t e 人学硕i ：学位论文移动i j ；c 媒体选播系统中控制j j i 务器的设计j 实现 移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 摘要 随着3 g 网络技术和视频压缩技术( m p e g 一4 ，h 2 6 4 等) 的发展， 流媒体技术快速发展，与之相关的应用也得到了极大的推广。另外， 移动终端处理能力不断提高，在移动设备上进行视频流媒体解码已经 成为可能。于是，将移动通信技术和流媒体技术相结合的移动流媒体 业务便得到了快速发展，尤其是考虑了交互性的移动流媒体选播业 务，更是获得了人们的喜爱，变得越来越流行。 目前，移动流媒体业务的下载对象多数是整个媒体文件，供预览 的最多只是媒体文件的一张图片，用户并不能准确把握整个媒体文件 的信息，更不能进行片段式选择播放，下载效率低下。本文所述移动 流媒体选播系统是一种可交互式下载的媒体选播系统，它提取媒体文 件的多个关键帧作为预览图片，用户下载之前先进行预览，再选择喜 欢的j | 见频片断下载播放，提高了下载效率。其中，控制服务器是该系 统的重要组成部分，负责整个系统中媒体文件信息的维护，协助媒体 数据服务器和移动终端进行数据传输。另外，控制服务器还充分地考 虑了用户的兴趣特征，通过分析用户的行为记录，建立用户兴趣模型， 将用户合理分类，为不同类用户提供个性化的媒体推荐内容，提高了 系统的服务效率。 本文首先概述了移动流媒体应用和个性化服务技术，描述了移动 流媒体选播系统的整体架构和业务流程；然后详细分析了控制服务器 的功能需求以及各功能模块问的交互关系；接着细述了控制服务器的 具体设计与实现，包括系统结构设计、模块详细设计和实现、个性化 推荐和数据统计等内容；最后通过对测试结果的分析，对控制服务器 各部分功能进行了验证，证明其功能达到了设计的要求。 本文最后对全文做出了总结，并罗列了控制服务器存在的不足和 进一步的研究方向。 关键词：移动流媒体选播个性化推荐用户兴趣建模 北京邮f 【i 人学顾l 学位论文移动流媒体选播系统中控制服务器的i 5 2 计j 实现 d e s i g na n di m p l e m e n to fc o n t r o ls e r v e r i nw i r e l e s s i n t e r a c t i v es t r e a m i n gm e d i as y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f3 gn e t w o r k s ，a n dt h ee x i s t i n gv i d e oc o d i n g s t a n d a r d i z a t i o n s ，e g m p e g 一4 ，h 2 6 4 ，e t c ，s t r e a m i n gm e d i aa p p l i c a t i o n s g r o wr a p i d l y i na d d i t i o n ，t h ec a p a c i t yo fm o b i l et e r m i n a l sh a si m p r o v e d s om u c ha n dv i d e od e c o d i n gb e c o m e sp o s s i b l eo nt h o s et e r m i n a l s t h u s ， m o b i l es t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g y , c o m b i n e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g ya n ds t r e a m i n gm e d i as e r v i c e ，g e t sar a p i d l yd e v e l o p m e n ta n d s t r e a m i n gm e d i as e r v i c eb e c o m e sn e c e s s a r yi np e o p l e sl i v e s ，e s p e c i a l l y a f t e rt a k i n gi n t e r a c t i o ni n t oa c c o u n t n o w , u s i n ge n t i r e f i l ed o w n l o a d i n gm o d e l ，m o s tw i r e l e s ss t r e a m i n g m e d i as e r v i c e sp r o v i d eu s e r sw i t hn om o r et h a no n ep i c t u r ef o rb r o w s i n g n oe n o u g hi n f o r m a t i o n ，u s e r sc a nn o ta c c u r a t e l yg r a s pt h ew h o l em e d i a f i l ea n df r a g m e n td o w n l o a d i n gi sa l s oi m p o s s i b l e s o ，t h ed o w n l o a d i n gi s i n e f f i c i e n t t h i sp a p e ri n t r o d u c e sa ni n t e r a c t i v em e d i ad o w n l o a d i n g s y s t e m ，w h i c ha l l o w su s e r st o d o w n l o a da n dp l a yo n l yt h ei n t e r e s t e d m e d i ac l i p sa f t e rp r e v i e w i n gan u m b e ro fk e y - f r a m ep i c t u r e s t h i s m e t h o di m p r o v e st h ee f f i c i e n c yo fd o w n l o a d i n g t h ec o n t r o ls e r v e ri sa n i m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h ei n t e r a c t i v es t r e a m i n gm e d i as y s t e m ，a n di t m a i n t a i n sm e d i ai n f o r m a t i o no ft h ew h o l es y s t e ma n da s s i s t s d a t a t r a n s m i s s i o nb e t w e e nm e d i as e r v e r sa n dm o b i l ed e v i c e s i na d d i t i o n ，b y a n a l y z i n go fu s e rb e h a v i o r , u s e ri n t e r e s tm o d e li s s e tu pa n du s e r sa r e c l a s s i f i e d b a s e do nt h o s eu s e rc l a s s e s ，t h ec o n t r o ls e r v e rp r o v i d e su s e r s w i t hp e r s o n a l i z e ds e r v i c e s ，i m p r o v i n ge f f i c i e n c yo ft h es e r v i c e t h et h e s i sf i r s t l yi n t r o d u c e st h em o b i l es t r e a m i n gm e d i aa p p l i c a t i o n s a n dr e l a t i v et e c h n o l o g i e so fp e r s o n a l i z e dr e c o m m e n d a t i o ns e r v i c e ， p r o p o s e ds o l u t i o no fm e d i ac o n s u m p t i o ns y s t e m t h e ni t i n t r o d u c e st h e i i i c o n t r o ls e r v e rs u b s y s t e m ，i n c l u d i n gr e q u i r e m e n t a n a l y s i s ，d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n ，e s p e c i a l l y a b o u tt h e p e r s o n a l i z e dr e c o m m e n d a t i o n s u b s y s t e m f i n a l l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h et e s tr e s u l to ft h es y s t e m a tl a s t ，t h et h e s i sm a k e sas u m m a r y , a n dd e s c r i b e st h es h o r t a g ea n d t h ef u t u r ew o r k k e yw o r d s ：i n t e r a c t i v es t r e a m i n gm e d i a p e r s o n a l i z e dr e c o m m e n d a t i o n u s e ri n t e r e s tm o d e l i n g i v 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：盈磁，日期：丝2 ：至：! 兰 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：盈逝、日期：型2 ：! 竺 导师签名：匠l 匿遮同期：巡：! ：f 北京邮i u 人学硕i q o d c 生学位论文 移动流媒体选播系统中控制服务器的没计与实现 1 1 课题背景 第一章绪论 随着时间的推移，无线移动通信技术日渐成熟，无线接入速度也得到不断的 提高。移动终端的高速接入使得之前因为带宽不可能或受限的各种无线应用成为 可能。比起传统的话音通信，基于无线网络的视音频通信成为更加吸引人的通信 手段，而移动流媒体业务则成为下一代无线应用中最大的亮点。 移动流媒体业务中的视频业务发展非常迅猛，被视为无线环境下的一种新的 杀手级应用，其主要应用可以简单分为3 种： ( 1 ) 信息业务：包括财经信息、新闻和体育等。 ( 2 ) 娱乐：包括卡通、音乐视频和电视节目的精彩片断。 ( 3 ) 通信：包括视频信息和视频电话会议。 简单说来，用户可以通过这一应用享受到电影预告和体育赛事等实时的流媒 体服务，而不再受地点限制，也无需配置电缆和p c 。视频业务不仅是人们娱乐 消遣的工具，而且已逐渐融入人们的生活所需之中，例如用于家庭远程监控，公 路和隧道的交通拥塞监控等。 在移动流媒体业务的蓬勃发展中，接入终端的多样性和灵活性起到了非常重 要的作用。其中，手机终端又以其携带方便的优点以及处理能力的提升，成为移 动流媒体最合适的终端载体，于是，手机流媒体成为继手机短信之后，手机平台 内容开发的又一次进步。从技术上讲，手机流媒体是一种实时传输数据的方法， 主要提供信息、娱乐、通信、监控和定位五大项服务内容。手机流媒体业务可以 高速率在线观看电视、电影、新闻以及各种娱乐、体育节目，也可以进行 v o d a o d 视频点播，从而使用户与手机媒体进行互动。随着增值业务在技术基 础和传输速率方面的极大改善和提高，手机流媒体在移动网络里变得切实可行， 成为无线增值内容提供商的业务新宠儿。 移动流媒体选播是一种新型的手机流媒体业务，它结合了视频摘要技术瞳1 与 流媒体技术，基于分层编码机制，为用户提供可交互式的流媒体下载。它支持移 动终端对服务器媒体文件的片段式浏览下载，也就是说，它支持在下载媒体之前， 通过预览文件关键帧图片，了解媒体文件大概内容，根据用户意愿，选择喜欢的 文件片段进行下载观看。 本课题研究移动流媒体选播系统中的控制服务器部分，它与一个或多个媒体 数据服务器协作，实现在移动环境下为多个移动终端用户提供流媒体文件的下载 北京邮电人学硕士研究生学位论文 移动流媒体选播系统中挖制服务器的设计j j 实现 播放，同时，该控制服务器系统还具备为用户提供个性化的内容推荐和进行系统 数据统计显示等多项功能。 1 2 课题研究内容 本论文基于北邮与n o k j a 研究中心的合作项目“移动流媒体选播系统的设 计与实现，文中所提控制服务器，是该合作项目的重要组成部分，主要研究移 动流媒体选播系统中控制服务器端各项功能的设计与实现，其研究内容包括以下 几点： 1 控制服务器和媒体数据服务器、控制服务器和移动终端的信令交互。 主要研究为实现整个系统功能，控制服务器、媒体数据服务器以及移 动终端所需信令以及信令的交互流程。 2 系统信息的维护管理。研究控制服务器需要管理的信息分类、信息结 构和存取方式等。 3 系统数据统计分析。综合控制服务器收集记录的系统运行历史信息， 进行用户分布、用户媒体播放、媒体文件播放等信息统计工作，方便 服务器管理员实时监控系统。 4 个性化推荐服务的研究与实现。研究个性化推荐的实现模式，包括用 户兴趣模型的建立，用户聚类、个性化推荐的内容以及推荐方式的选 取等，为用户提供个性化的服务。 5 友好的u i 呈现。分析需要呈现的系统信息，设计友好的u i 界面。 1 3 主要工作内容 在项目期间，我参与了控制服务器端从系统分析、设计、编码实现到测试和 系统联调的全过程，主要完成的工作内容为： 1 分析控制服务器功能需求，划分控制服务器功能模块，各个模块之间 的交互关系，完成控制服务器整体架构的设计。 2 分析控制服务器需要存储的数据内容，设计数据库表结构，通过数据 库管理模块维护数据库，实现对数据库数据的查询存取。 3 按照控制服务器与媒体数据服务器以及移动终端之间的交互关系，设 计控制服务器内部模块问的交互流程，实现系统基本功能。 4 5 通过分析控制服务器记录的历史信息，对系统中用户播放以及媒体文 件等数据进行统计分析，获取更加直观的统计数据结果。 分析并提出了一种实现个性化媒体推荐的方案。通过收集用户历史行 为数据，提出了一种适应于媒体类应用的用户兴趣建模方法，在此基 础上对系统用户进行合理划分，实现了针对不同用户类提供个性化媒 2 北京邮l 乜人学硕j ：研究生学位论文移动流媒体选插系统中控制服务器的设计。j 实现 体推荐的功能。 6 设计并实现了控制服务器界面，用以呈现系统同步运行信息、历史信 息和统计信息，同时还实现了对这些信息的查找和过滤功能等。 1 4 论文结构 本论文的结构和主要内容安排如下： 第一章 绪论，介绍本论文的课题背景，课题目标和主要的研究工作等 内容。 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 简要介绍移动流媒体应用和个性化服务技术等相关技术背景知 识。 介绍移动流媒体选播系统的总体解决方案，分析了该系统的系 统结构以及系统的主要业务流程。 介绍控制服务器的功能需求；并且对各项功能模块问的交互进 行了分析，为下一章的设计和实现奠定了基础。 详细介绍控制服务器的设计及实现，包括系统整体架构，注册 认证模块、信息提供和更新模块、数据库管理模块、个性化推 荐、数据统计以及界面呈现等，还详细描述了控制服务器的系 统处理流程。 控制服务器端单元测试和系统测试，系统联调。 对全文进行总结。 3 北京邮电大学硕士研究生学位论文移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 2 1 移动流媒体应用 第二章相关技术背景 移动流媒体应用是随着技术的发展而发展的，到目前为止经历了两个阶段口1 。 第一个阶段采用声音加图片的模式。最初的无线带宽只有1 2 k b s ，推出的移动 流媒体应用主要是天气预报、图片新闻等。在保证声音传输质量的前提下，采用 几秒一帧的视频。若采用r e a l a u d i o 技术，声音只需8 k b s 就可以达到比较好的 效果，剩余的带宽供视频使用。像天气预报这类应用主要的信息来源是声音，视 频只是用来提供辅助信息。而时事新闻、体育新闻等也同样如此，采用声音进行 新闻内容的介绍，视频信息由几张关键的图片提供。这类应用，用户主要以获取 信息、知识为主，称为获知性应用，很少有娱乐的内容。 第二个阶段也就是目前正在经历的一个阶段，带宽达到了2 0 6 0 k b s 。这种 带宽类似于互联网发展初期的拨号上网带宽，但由于编解码技术的发展与成熟， 当初无法使用拨号上网来提供的多媒体服务在当前移动网络上则可以实现。如 今，流媒体的应用种类很多，从内容上分为获知性应用和娱乐应用，从时效上分 为直播、点播和下载等。 获知性应用和第一阶段并不相同，第二个阶段真j 下实现了流媒体服务，像天 气预报和新闻节目，在声音j 下常的前提下，视频一般可以达到3 1 0 帧秒。同时 比较受欢迎的应用还有视频监控。在道路拥堵的城市里，司机如果能通过手机提 前获取到前方路段的交通情况，就可以避开拥挤路段，从而有效地减少阻塞的发 生；出差在外的人或者上班族如果能通过手机监控家里的孩子和家庭财产的状 况，则可以更加安心地专注与工作了。娱乐方面的应用则包括赛事直播、电视电 影预告等。 直播类应用主要包括：演唱会，重大赛事、电视节目、视频监控等；点播包 括：m t v 、电视电影精彩片断的预告；下载播放类的应用，其码率比较高，音 视频质量比较高，这类多媒体节目超出了无线网络带宽的承受能力，点播和直播 不能实现的应用，就可以下载到手机上再进行观看。 移动流媒体的应用目前正处在第二阶段的发展之中，主要使用移动2 5 g ，包 括：g p r s 、c d m a i x 网络，终端则需要支持数据业务的高档手机，因此，流媒体 应用的普及还需要一段时问。但越来越多手机开始支持流媒体应用，而以多媒体 应用为主的3 g 时代的到来，则会使多媒体成为手机必备的功能，从而进一步推 动移动流媒体的发展。 4 北京邮电人学硕i ：研究生学位论文移动流媒体选橘系统中控制服务器的设计j 实现 2 2 个性化服务技术 2 2 1 个性化服务概述 w e b 2 0 技术提高了人们对信息获取手段和效率的要求，传统的互联网服务正 在逐步向个性化和高效率模式转变。个性化服务技术使得互联网信息海量增长与 用户获取信息手段相对简陋之间的矛盾得到了一定程度的缓解。 个性化是使事物的个性得以凸显，每个个体都具有一定的个性的，让这种个 性得到别人的认可，并在一定的空间得以展示，是每个个体都拥有的潜在需求， 这个过程我们也称之为个性化的过程1 4 】。个性化信息是指反映个体特征的各种个 体属性描述，或者指由个体特性所决定的个体需求的一组信息组合。因此，个性 化信息服务首先应该是能够满足用户的个体信息需求的一种服务，即根据用户提 出的需求提供确定的信息服务，或通过对用户基本信息和使用历史信息的分析， 主动向用户提供其可能需要的信息服务。其次，个性化信息服务应能够根据用户 的知识结构、心理倾向、信息需求和行为方式等来充分激励用户需求、促进用户 有效检索和获取信息1 5 j ，促进用户对信息的有效利用。个性化信息服务是网络信 息环境发展的产物，是信息服务发展的必然趋势，其主要目的是为用户提供个性 化的信息。个性化服务分两个层次，第一个层次是为用户提供个性化定制的接口， 系统根据用户定制需求，向每个用户提供符合要求的个性化信息；第二个层次是 通过对用户基本信息以及使用历史信息的分析和跟踪，获取用户潜在的兴趣特 征，主动向用户推荐其可能感兴趣的信息，这种信息服务方式相对较为智能。从 以上可看出，个性化信息服务具有几个非常明确的特剧6 j ：针对性、可定制性、 主动性和智能性。个性化服务在当前学术界和商业界应用中都是很热门的研究领 域。 2 2 2 关键技术 实现个性化服务，首先需要跟踪和学习用户的兴趣和行为，并设计一种合适 的表达方式。个性化服务的目的是为用户提供合适的资源，所以必须先组织好资 源，再采用合适的推荐方式为用户进行推荐。下面所述为实现个性化服务所需的 几个关键技术1 7 1 。 2 2 2 1 用户描述文件 用户描述文件( u s e rp r o f i l e ) ，是指在个性化服务系统中为了跟踪用户的兴趣与 5 北京邮电大学硕士研究生学位论文 移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 行为，为每个用户建立的特征文件。用户描述文件刻画用户的特征与用户之间的 关系，它没有统一的标准。制定用户描述文件分为两步，即收集用户数据和组织 用户数据。 用户描述文件的表达 用户描述文件随个性化服务系统的不同而呈现不同的特征，从内容上可将其 划分为基于兴趣和基于行为两种类型。基于兴趣的用户描述文件可以表示为加权 矢量模型、类型层次结构模型、加权语义网模型和目录结构等。基于行为的用户 描述文件可以表示为用户浏览模式或访问模式。两种表达方式可以综合使用。 用户描述文件可以通过文件或数据库来组织。表2 1 从用户描述文件的表达 方式、学习的信息源两方面比较了几个典型的个性化服务系统。 表2 - 1 典型的个性化服务系统的用户描述文件对比 夺用户信息的收集与更新 用户信息可以显式或隐式地收集，显式指用户在注册使用个性化服务系统的 时候，要求用户填写自己的基本信息并选择兴趣类型；隐式指在用户一段时间的 使用期间，系统自动收集能够反映用户兴趣的行为信息。根据用户描述文件创建 方式的不同，其修改方式可以分为用户自主修改和系统自适应修改两种，使系统 用户描述文件随用户兴趣的变化而不断更新。系统自适应修改用户信息的方式， 前提是根据学习的信息源分析当前用户的行为，不断调整用户兴趣的权重或调整 用户兴趣层次结构。根据学习的信息源，用户跟踪的方法可分为两种：显式跟踪 6 北京邮电大学硕j l 研究生学位论文移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 和隐式跟踪。显式跟踪是指系统要求用户对推荐的资源进行反馈和评价，从而达 到学习的目的。隐式跟踪不要求用户提供什么信息，所有的跟踪都由系统自动完 成，隐式跟踪又可分为行为跟踪和日志挖掘。 显式跟踪简单而直接，方法是系统要求用户反馈自己对推荐资源的喜好程 度。一般情况下，这种做法效果不是很好，因为很少有用户向系统主动表达自己 的喜好。较为实际的做法是行为跟踪，因为用户的很多动作都能暗示用户的喜好。 拿用户网站访问来讲，用户行为可以表现为查询、浏览页面和文章、标记书签、 反馈信息、点击鼠标、拖动滚动条、前进、后退等等，文献【8 】的研究表明，简 单的动作不能有效地揭示用户的兴趣，而浏览页面和拖动滚动条所花的时间则可 以有效地揭示用户的兴趣。文献【9 】的研究表明，用户查询、访问页面、标记书 签也能有效揭示用户的兴趣。所以，行为跟踪的关键是找到系统中哪些用户行为 能够有效地反映用户的喜好。 2 2 2 2 资源描述文件 个性化服务系统的应用领域决定了其处理的资源类型。c i t e s e e r 应用的领域 是科技文档；a n a t a g o n o m y 应用的领域是报纸；f i r e f l y 应用的领域是音乐和电 影；e b a y 应用的领域是电子商务：还有一些个性化服务系统并不面向特定的某 个领域，它们所处理的资源也不相同，比如w e b s i f f 处理w e b 访问日志； s i t e s e e r 处理b o o k m a r k 和相关文档；还有一些处理e m a i l 等等。目前，个性 化服务系统所处理的资源都属于文本范畴，f i r e f l y 虽然是面向音乐和电影的， 但其实现是通过用户评价喜欢的音乐家和电影来进行协作过滤，所以仍然属于文 本范畴，这也j 下是本文所提个性化服务方案的一个重要原因，即为了弥补多媒体 个性化方面的缺陷。 资源的描述与用户的描述密切相关，一般采用相同的机制来表达用户和资 源，资源描述文件可以用基于内容的方法和基于分类的方法来表示。 2 2 2 3 个性化推荐 个性化推荐可以采用基于规则、基于内容过滤和协作过滤几种不同的技术， 下面从实现角度具体分析这几种技术。 夺基于规则 个性化推荐中采用的规则可以由用户定制，也可以利用基于关联规则的挖掘 技术来发王见【1 0 l ，利用规则来推荐信息依赖于规则的质量和数量，其缺点是规则 数量越多，系统将变得越来越难以管理。一个规则本质是一个i f - t h e n 语句，规 7 北京邮电大学硕士研究生学位论文 移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 则可以利用用户静态属性来建立，也可以利用用户动态信息来建立。为了利用规 则来推荐资源，用户描述文件和资源描述文件需用相同的关键词集合来进行描 述。信息推荐的过程为：首先根据当前用户曾经关注过的感兴趣的内容，通过规 则推算出用户可能感兴趣的相关内容，然后根据规则的支持度( 或重要程度) ，对 这些内容排序并展现给用户。 基于规则的系统一般分为3 部分( 如图2 - 1 所示) ：关键词层、描述层和用户 接口层。关键词层提供上层描述所需的关键词以及关键词间的依赖关系，在该层 的个性化规则是静态的。描述层定义用户描述和资源描述，描述层的个性化规则 是动态变化的。用户接口层提供个性化服务，根据关键词层和描述层定义的个性 化规则，将满足规则的资源推荐给用户。 一 用宋藿是层 4 1 - - 用户一；j 主主、一 描述层 。主豪i 墓、 一拶一基下特定值的规则一拶一 ，暂淼耐 图2 - 1 基于规则的技术 信息过滤 信息过滤可分为基于内容的过滤和协作过滤两种，如图2 2 所示。基于内容 过滤的技术是通过比较资源与用户描述文件来推荐资源，关键是计算相似度。如 果用户的描述文件描述的用户的兴趣和行为不符，那么采用这种方法推荐的内容 可能和与用户真j 下的兴趣有很大出入。基于内容过滤的系统其优点是简单有效， 缺点是难以区分资源内容的品质，而且只能发现和用户已有兴趣相似的资源，不 能为用户发现新的感兴趣的资源。 8 北京邮i l l 人学硕， ：研究生学位论文 移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 用户 基于内容过滤 胪1 吴吴用户2人人 协作过滤 图2 - 2 信息过滤技术 协作过滤是根据用户间的相似度来推荐资源。这种过滤技术与基于内容的过 滤技术不同的是，前者比较的是不同用户的描述文件，而后者比较的是资源与用 户描述文件。协作过滤的关键是用户聚类。它根据相似用户来推荐资源，如为用 户2 推荐用户1 曾经关注过而自己并未关注的内容，所以有可能为用户推荐出新 的感兴趣的内容。 现在，应用得比较多的一种协作过滤技术是基于邻居用户的协作过滤，其核 心问题是为用户寻找k 个最相似的邻居来预测当前用户的兴趣。该方法在实践 的过程中遇到两个问题，一个是稀疏性，指在系统使用初期，由于系统资源还未 获得足够多的评价，很难利用这些评价来发现兴趣相似的用户。另一个是可扩展 性，指随着用户和资源的增多，该方法的性能会越来越低。对第一个问题，文献 【1 1 】提出了基于内容的协作过滤方法，它利用用户浏览过的资源内容来预测用户 对其它资源的评价，这样就可以增加资源评价的密度，并利用这些评价再进行协 作过滤，从而提高协作过滤的性能。为了解决可扩展性问题，人们提出了基于规 则i l2 j 和聚类方法等，它们通过预先建立反映相关性或相似性的模型，提高系统 预测和推荐的性能。 2 2 3 用户兴趣建模研究现状 由文献 1 8 1 可知，用户行为和其心理活动密切相关，针对流媒体服务，不妨 将其心理活动理解为对媒体文件的兴趣。个性化服务，通过收集和分析用户信息 和行为来学习用户的兴趣，从而实现主动推荐的目的，充分提高服务的质量和用 户的访问效率1 7 1 。现在研究的个性化服务系统一般都是针对w 曲文本服务的，以 解决网络信息资源庞大造成的用户“信息迷失”问题，例如，通过搜索引擎技术 9 北京邮电人学硕上研究生学位论文移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 结合个性化服务技术，满足了不同背景、不同目的的用户在不同时期的查询需求。 相对地，针对流媒体的研究主要集中在后期的媒体推荐上，而前期的个性化研究 则做得不够。 目前，网络流媒体服务在为用户分类提供视音频媒体文件播放的同时，还可 以向用户提供各种各样的媒体推荐服务。例如，面向音乐和电影的f i r e f l y 系统， 其实现是通过分析用户对音乐家和电影的评价，获取用户兴趣并组织媒体推荐内 容【7 l ；它的缺点是用户兴趣的分析依据只局限于用户对媒体的评价，这种方式并 不能准确全面地反映用户的兴趣偏好；而像优酷视频和d i g g 等网站，采用的均是 用户驱动的推荐机制，前者，系统统计用户对视频文件的点播率来组织主页推荐 内容，后者，系统按照用d i g g 次数的多少将视频等内容进行排列并显示在首页， 帮助用户选择播放。但是，这两种推荐机制都是建立在大众兴趣的基础上，忽略 了用户的个性特征，用户作为一个整体而存在，所有用户得到的是相同的推荐信 息。所以，为了实现流媒体服务的个性化，必须要通过分析每个用户的注册信息 ( 例如用户信息偏好) 以及用户播放行为，如用户点播、用户评价、用户已播放 历史等，获取用户的兴趣偏好，最终为用户提供其最感兴趣的媒体内容推荐。 根据用户行为或用户行为对象来分析、获取用户兴趣是目前个性化服务研究 的一个重要方向。文献【1 9 】的研究表明，用户行为分析主要有两种方法，一是直 接调查法，其基本点是必须有用户本身参与调研活动。采用该方法所获得调查资 料具有详细、可靠、具体的特点，缺点在于使用不太方便，由于受调查对象的限 制，有时对调查问题的答复率不高。二是间接调查法，通过调查用户有关的各种 资料来分析用户行为。与直接调查相比，间接调查具有调查可靠和使用灵活的特 点。它不仅克服了用户回答调查问题时的随意性，而且不受时空的限制，不予用 户接触就能掌握调研素材。该方法也是用户研究中的一种常规方法。本文所采用 的是两种方法的结合。 1 0 北京邮电大学硕研究生学位论文移动减媒体选措幕统中控制服务嚣的驶计与实现 第三章移动流媒体选播系统概述 3 1 系统整体结构 3 1 1 系统结构介绍 移动流媒体选播系统采用了c s 结构，由控制服务器、媒体数据服务器以及 移动终端三部分组成。系统网络架构如图3 - 1 所示。 驵 i n t e r n e t 鼠 移动流媒体 选捕系统 系统各部分功能如下 画 w 洲矿“ 镕w l a n 图3 - 1 移动动流蝶体选播系统网络架构图 表3 - 1 系统各部分功能描述 系统组成部分功能描述 控制服务器 媒体数据服务 器 移动终端 负责控制多个媒体数据服务器和移动终端，维护系统中所有媒体 文件信息，协助媒体数据服务器和移动终端建立连接并进行数据 传输。统计系统数据，呈现给服务器管理员。 负责媒体文件的分析管理，通过控制服务器与移动终端建立连接， 响应移动终端的文件播放请求，提供片段式文件播放。 从控制服务器获取媒体文件列表，以供用户浏览选择，与文件所 在媒体数据服务器建立连接，进行媒体数据的传输和解码播放。 312 系统结构划分 移动流媒体选播系统大致可以划分为以下三个部分 北京邮电大学硕上研究生学位论文移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 控制服务器：该系统主要完成整个系统中媒体文件信息的维护，包括媒 体文件的描述信息和存储地址信息，它还协助媒体数据服务器和移动终 端进行数据传输。控制服务器接收移动终端的请求，将媒体文件相关信 息推送到终端上供其浏览选择，在接收到文件播放请求后，为终端提供 目标媒体数据服务器的访问地址。另外，控制服务器还保存了系统所有 注册用户的基本信息以及历史行为信息，这些都是系统提供个性化服务 的前提。本系统包含一个控制服务器，统一管理所有的媒体数据服务器 和移动终端。 媒体数据服务器：该系统完成媒体文件的存储，分析并提取媒体文件相 关信息，在接收到移动终端请求时，根据请求类型以及预先提取的数据 信息( 如视频关键帧序列) ，从媒体文件中读取相关数据并传送给移动终 端。系统包含多个媒体数据服务器，每个服务器存储不同的媒体数据信 息，由一个控制服务器集中管理。 移动终端：该系统具备友好用户界面，可以对媒体数据进行实时处理和 数据网络传输。系统可为多个移动终端提供服务。 3 2 系统业务描述 用户使用媒体选播系统前，媒体数据服务器需要先向控制服务器进行登记以 及媒体文件信息的更新操作，以便控制服务器记录系统中所有的媒体文件信息和 地址信息，这些操作完成后控制服务器处于监听状态，等待移动终端的接入，为 用户提供媒体选播服务。 以用户a l i c e 观看n b a 赛况为例说明系统的主要业务流程，如下图3 2 所示： 1 ) 用户a l i c e 通过手持终端向控制服务器注册，并登陆终端系统； 2 ) 用户a l i c e 订阅媒体分类并选择刷新新闻类媒体分类，以获取新闻媒体分 类中的详细文件列表信息； 3 ) 用户a l i c e 查看文件列表信息，选择新闻联播，向控制服务器发送浏览请 求； 4 ) 控制服务器接收到a l i c e 的浏览请求，将存储新闻联播的媒体数据服务器 地址提供给她，完成服务器重定向过程； 5 ) 客户端收到响应后，按照响应中包含的地址向媒体数据服务器发送请求； 6 ) 媒体数据服务器收到该请求后，向a l i c e 发送从新闻联播中提取的索引图 片序列； 7 ) 用户a l i c e 浏览图片序列，选中n b a 赛况进行播放，客户端软件便向媒 体数据服务器发起播放请求； 1 2 北京邮i u 人学顾1 ：研究生学位论文 移动流媒体选播系统中控制服务器的设汁。j 实现 8 ) 媒体数据服务器收到播放请求后，便从n b a 赛况新闻开始，向a l i c e 的 手机移动终端发送流媒体数据； 9 ) 客户端收到数据后，缓存播放文件，用户a l i c e 即可收看到自己喜欢的 n b a 赛况视频片段了。 i 。一 重定向请求 ；媒体地址服务夕 、 ，浏必沾求 、 图片序：步。数据 i _ 一 播放 请求i 媒体 数据 停ii蛸求i 停j f ! 确认：l 图3 - 2 系统业务流程 1 3 北京邮电人学硕j ：研究生学位论文移动流媒体选橘系统中控制服务器的设计与实现 第四章控制服务器需求分析 4 1 业务逻辑模型 4 1 1 用例描述 系统运行时，控制服务器等待移动终端用户和媒体数据服务器的请求信令， 并对这些信令进行处理后返回。媒体数据服务器向控制服务器发送请求，进行服 务器登记，并更新媒体信息；移动终端的用户向控制服务器发送请求，进行用户 注册，登录并获取系统中的媒体信息；控制服务器还可以发起信息同步请求，更 新系统中所有媒体信息；控制服务器还会触发系统数据的统计任务。图4 1 所示 即为控制服务器的用例分析图。 媒 图4 1 控制服务器用例分析图 下表4 - 1 是对控制服务器用例图的描述。 表4 1 控制服务器用例描述 用例名用例描述 媒体数据服务器由媒体数据服务器触发。用例任务是处理媒体数据服务器的注 登记册请求，记录位于媒体数据服务器上文件的分类信息、列表信 息和媒体数据服务器地址信息等。 用户注册由移动终端触发。用例任务是处理移动终端的注册请求，记采 用户的用户名和密码等相关信息。 1 4 旱人一 北京邮i 乜人学硕i ：研究生学位论文移动流媒体选捅系统中控制服务器的设计。j 实现 更新媒体信息由媒体数据服务器触发。用例任务是根据媒体数据服务器上最 新的媒体文件信息更新控制服务器数据库的文件列表信息。 获取媒体信息由移动终端触发。用例任务是为移动终端提供媒体文件分类、 媒体文件列表、媒体数据服务器地址等信息。 信息同步控制服务器重启或主动要求时触发。用例任务是主动与媒体数 据服务器进行同步，保证信息同步。 统计数据 由移动终端或媒体数据服务器触发。用例任务是分析对端的请 求，记录其请求内容，以维护该用户或媒体数据服务器的历史 请求记录。 4 1 2 主要业务流程 4 1 2 1 用户注册 用户首次使用该系统时，首先需要使用移动终端向控制服务器进行注册，在 服务器上记录用户的详细信息，如用户名、登陆密码、邮箱以及其余个人相关信 息，在得到服务器的注册成功响应之后，完成注册过程，可以登陆使用系统服务。 下图4 2 描述了用户注册的过程。 囤囤 囤囤 图4 2 用户注册消息流程图 图4 3 用户登录消息流程图 4 1 2 2 登陆注销 用户注册过后，就成为了注册合法用户，可以通过注册用户名和密码登录服 务器，以获取相应的服务信息。控制服务器通过认证用户名和密码，如果合法则 为客户返回一个临时i d ；如果密码错误，则提示用户登录不成功；如果判定是 未注册用户则提示用户为非法用户，要先进行注册。 用户退出系统时，移动终端向控制服务器发送注销请求信息，控制服务器收 到注销请求后，会释放用户所占资源，完成注销，推出系统。 图4 3 描述了用户成功登陆注销的过程。 北京邮电大学硕： ：研究生学位论文 移动流媒体选播系统中控制服务器的设计与实现 4 1 2 3 信息提供 信息提供指为移动终端提供相关的信息，包括当前系统中媒体文件分类信 息、相关分类的媒体文件详细列表、存储某媒体文件的媒体数据服务器地址信息 以及一些广告信息等。 用户通过移动终端向控制服务器发起信息订阅请求，以获取系统中的媒体文 件分类信息。控制服务器的信息提供模块收到订阅请求后，将当前系统中的媒体 文件分类列表信息返回给移动终端，供用户进行订阅。 为了系统稳定良好地运行，媒体数据服务器管理员可能会对媒体文件进行导 入、删除等操作，这些操作会导致控制服务器数据库中的媒体文件信息会经常发 生变化，因此，移动终端需要向控制服务器发送刷新请求，以保证用户看到的媒 体文件分类和媒体文件列表总是最新的。当控制服务器收到刷新请求时，信息提 供模块将用户所请求媒体分类包含的媒体文件列表返回给用户，供用户选择播 放。 用户选择播放某一媒体文件时，移动终端先向控制服务器发起浏览请求，服 务器返回媒体文件的存放地址，该地址为存放该媒体文件的媒体数据服务器的地 址。收到响应后，移动终端向该媒体数据服务器发起连接请求，媒体数据服务器 将文件的关键祯序列发送给用户，以供用户浏览。 图4 4 描述了控制服务器向用户信息提供的过程。 i 榨制服雏器 壬挂终强 ，- s 出池r c q 仨i s ii 、：咖咄舭脚” 图4 _ 4 控制服务器的信息提供消息流程图 1 6 北京邮l 乜人学硕一i ：研究生学位论文移动流媒体选播系统中控制服务器的设计j 实现 4 1 2 4 媒体数据服务器登记 媒体数据服务器如果要加入该系统，需要先向控制服务器登记。收到媒体数 据服务器的登记请求后，控制服务器从请求中获取媒体数据服务器的口地址和 端口号。图4 - 5 描述了媒体数据服务器的登记过程。 囤匡习 图4 - 5 媒体数据服务器登记消息流程图 4 1 2 5 信息更新 囤囤囤 ： iil 图4 6 计时器超时引发信息更新消息流程图 信息更新指更新当前系统中的媒体数据服务器信息、用户信息以及媒体文件 信息，包括分类信息和列表信息。 控制服务器会为每个登记媒体数据服务器和在线移动终端设置一个计时器， 在终端和媒体数据服务器正常运行期间，会定期向控制服务器发送“k e e p a l i v e ” 消息，通知服务器终端在线或者媒体数据服务器“可用( 指媒体数据服务器能 够j 下常运行) ，计时器重置。如果一段时间内收不到“k e e p a l i v e ”消息，计时器 超时，服务器将判定终端离线或媒体数据服务器“不可用”，修改相应移动终端 以及媒体数据服务器的状态信息，并进行相应的资源回收措施。图4 6 描述了该 过程。 正如4 1 2 3 节所述，媒体数据服务器管理员可能会对媒体文件进行导入、删 除等操作，在这些操作完成之后，媒体数据服务器需要通知控制服务器及时更新 数据库中的相应信息。控制服务器收到媒体数据服务器的数据更新请求时，修改 数据库的相应表项，并给媒体数据服务器返回一个j 下常的确认。 信息更新分为以下三种：1 完全更新，媒体数据服务器第一次注册以及控制 服务器数据库崩溃时，需要媒体数据服务器传送所有的媒体分类信息及媒体文件 信息；2 增量更新，媒体服务器每次添加删除媒体分类信息及媒体文件信息的 操作记录都会存储在数据库中的w a i t i n g l i s t 中，信息更新时将表中更新记录发 送到控制服务器；3 用户动作信息汇报，媒体服