（计算机应用技术专业论文）基于ipv6的iptv流媒体播放器的研究与实现.pdf

武汉科技大学硕士学位论文 第1 页 摘要 随着信息产业的发展，i p t v ( 交互式网络电视) 逐渐成为将互联网、多媒体、通信融 为一体的新型技术，它能够通过宽带网络向用户提供广播电视、视频服务、电子商务等宽 带业务，具有较好的实时性和交互性。i p t v 以数字机顶盒为硬件依托，完成平台搭建和硬 件解码功能，成为提供视频，语音，和数据融合业务的纽带，然后通过个性化的软件界面 结合宽带接入和无线网络，完成数字功能的的多样化。 同时，i p v 6 作为下一代网络协议，具有比i p v 4 更优越的安全性，组播能力和质量保证， 为口t v 的良性发展提供较好的网络环境。 本文旨在研究基于i p v 6 的i p t v 流媒体播放器的解决方案。该播放器的硬件平台是恩智 浦州解决框架s t b 8 1 0 和带1 2 8 m 内存的芯片p n x 8 9 5 0 ，采用内核为2 6 的l i n u x 操作系统进 行设计。设计思路是：首先，利用德国c o n v e r g e n e e 公司的d i r e e t f b 库，作为播放器界面设 计函数库，实现硬件加速和图形操作。然后，以包含流媒体协议( r t p r t e p r t s p ) 的l i v e 5 5 5 库，实现流媒体播放的服务器端和客户端的衔接，完成流媒体传输。最后，将l i v e 库所支 持的i p v 4 改成i p v 6 ，重新实现公共的底层s o c k e t 调用封装，类的定义和实现。 本文主要完成以下工作： 1 ) 研究嵌入式流媒体播放器的关键技术 2 ) 介绍基于i p t v 流媒体播放器的软硬件环境 3 ) 研究播放器界面部分设计的框架 4 1 研究播放器流媒体部分的设计框架 5 ) 研究基于i p v 6 的播放器上的协议转化 系统设计符合实际标准，采用的技术方案可行。为i p t v 播放器的性能升级提供借鉴。 关键字：m t v ，s t b 8 1 0 ，d i r e c t f b 函数库，l i v e 5 5 5 库，i p v 6 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o ni n d u s t r y ，i p t v ( i n t e m e tp r o t o c o lt vo r i n t e r a c t i v ep e r s o n a lt v ) h a sg r a d u a l l yb e c o m en e wt e c h n o l o g yt o i n t e g r a t et h ei n t e r a c t ， m u l t i m e d i a ，a n dt e l e - c o m m u n i c a t i o n s ，i tc a l lp r o v i d eu s e r sw i t hb r o a d c a s tt e l e v i s i o n ，v i d e o s e r v i c e s ，e - c o m n l e r c 2a n do t h e rb r o a d b a n ds e r v i c e st h r o u g ht h eb r o a d b a n dn e t w o r k h a v i n g g o o dr e a l - t i m ea n di n t e r a c t i v e ，i ti st h ef o r e f r o n tt e c h n o l o g yo ft e l e v i s i o ns e r v i c e s i ti sb a s eo n d i g i t a ls e t t o pb o xt oc o m p l e t et h es t r u c t u r eo fp l a t f o r ma n dt h ed e c o d i n gf u n c t i o n s ，a n d b e c o m et h et i e sf o rp r o v i d i n gv i d e o ，v o i c e ，a n dd a t ai n t e g r a t i o nb u s i n e s s ，a n dt h e nt h r o u g h p e r s o n a l i z e ds o f t w a r ei n t e r f a c ec o m b i n e dw i t hb r o a d b a n da c c e s sa n dw i r e l e s sn e t w o r k s ，i t c o m p l e t e dt h ed i v e r s i f i c a t i o no ff u n c t i o nf i g u r e a st h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kp r o t o c 0 1 口v 6i sb e t t e rt h a n 口v 4o ns e c u r i t y , m u l t i c a s t a n dq u a l i t ya s s u r a n c eq o st e c h n i c a l l y , a n dp r o v i d eag o o dn e t w o r ke n v i r o n m e n t sf o rt h e d e v e l o p m e n to fi p t v t h i sp a p e ra i m st os t u d yt h es o l u t i o no fi p v 6 - b a s e di p t vs t r e a m i n gm e d i ap l a y e r s ，t h e h a r d w a r ep l a t f o r mo ft h ep l a y e ri sb a s e do ni p t vn x ps t b 810s o l u t i o nf r a m e w o r ka n d p n x 8 9 5 0w i t l l12 8 mm e m o r yc h i pp l a n n i n g ，u s i n gt h ev e r s i o n2 6o fl i n u xk e r n e lf o rt h e s y s t e mp l a t f o r mf o rd e s i g n s p e c i f i cd e s i g ni d e a sa r e ：t h ef i r s tw eu s ed i r e c t f bo fg e r m a n c o m p a n yc o n v e r g e n c e ，a st h el i b r a r i e si fi n t e r f a c ed e s i g n e d ，i tc a ns u p p o r tt h eh a r d w a r e a c c e l e r a t i o na n dg r a p h i c so p e r a t i o n a n dm a k eu s eo ft h el i v e 5 5 5l i b r a r yi n c l u d i n gt h e s t r e a m i n gm e d i ap r o t o c o l ( r t p r t c p r t s p ) t oa c c o p l i s ht h ec o n v e r g e n c eb e t w e e nt h es t r e a m i n g m e d i a p l a y e r o ft h es e r v e r - s i d ea n d c l i e n t ，a s w e l la sf i n i s h s t r e a m i n g m e d i a t r a n s m i s s i o n f i n a l l y , i tc h a n g e si p v 4s u p p o r t e db yt h el i v ed a t a b a s et oi p v 6 ，a n dr e i m p l e m e n t s t h ep u b l i cb a s es o c k e tp a c k a g e , c l a s sd e f i n i t i o n sa n di m p l e m e n t a t i o n t h et h e s i si sm a i n l yd o i n gt h ef o l l o w i n gw o r k ： 1 ) ，n l ei n t r o d u c t i o no ft h ek e yt e c h n o l o g i c sw h i c ha c h i e v ee m b e d d e ds t r e a m i n gm e d i ap l a y e r 2 ) t h ei n t r o d u c t i o no fi p t v - b 嬲e ds o f t w a r ea n dh a r d w a r ee n v i r o n m e n to ft h es t r e a m i n gm e d i a p l a y e r 3 ) n ei n t r o d u c t i o no f t h ef r a m e w o r ko nt h ep a r to f p l a y e r si n t e r f a c e 4 ) t h ei n t r o d u c t i o no ft h ef r a m e w o r ko nt h ep a r to fs t r e a m i n gm e d i a 5 ) t h ei n t r o d u c t i o no ft h ep r o t o c o lc o n v e r s i o no ni p v 6 - b a s e dp l a y e r t h ed e s i g no fs y s t e mi nl i n ew i t ht h ea c t u a ls t a n d a r d s t e c h n i c a ls o l u t i o n si su s e f u l i tc a n i m p r o v et h ei p t vp l a y e rf o rr e f e r e n c e k e yw o r d s ：i p t v ，s t b 810 ，d i r e c t f bl i b r a r y ，l i v e 5 5 5l i b r a r y ，i p v 6 武汉科技大学 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 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。 论文作者签名：囵婆坠 日期：垄! ! ：苎：! 兰 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名； 指导教师签名： 固叠墼 已立鲨血 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 课题研究背景 随着数字产业和宽带服务的发展，利用互联网实现电视服务的交互式网络电视( 口t v ) 产业正蓬勃发展。 i p t v 是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家 庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术，具备可观市场前景的增值应 用。利用现有的网络资源，以增值运营带动宽带接入，作为下一代网络( n g n ) 中最重要的 业务之一，口t v 也是未来家庭网络中非常重要的一种业务形态。它与所有的互联网上的信 息服务类业务以及n g n 的产业链模型相似，也是由四个部分组成的：内容制作、内容集 成、内容传递和用户终端【i 】o 坤t v 的终端技术是开展m ，r v 业务的关键一环。主要功能包括三个方面：首先，支持 目前的l a n 和d s l 网络传输，接受处理口数据和视频流，其次是支持m p e g - 1 ，m p e g - 2 ， m p e g - 4 ，w m v 等视频解码，支持视频点播，电视屏幕的显示，数字版权的管理，最后， 支持h t m l 网络浏览，支持网络游戏【2 1 。 目前口t v 的终端系统有基于p c 的终端和基于s t b 系统的终端，其中基于s t b 系统 的终端兼顾了p c 和电视机的功能，它同时具备p c 的强大处理能力和电视的优质观看效果。 因此，s t b 系统将成为下一代网络家庭中的媒体中心，也会成为i p t v 业务终端的主流， 使宽带网络逐步进入用户的家庭娱乐领域。开展以电视机为终端，使用机顶盒，以视频服 务为主的i p t v 服务也将成为电信运营商关注的焦点和下一步网络宽带发展的关键【3 1 。 口t v 的核心业务是采用点播和直播两种方式向用户提供高质量的数字视频服务。由于 视频数据传输对带宽的要求高，用户访问量也较大，要达到预期的效果，就要采用组播的 网络方式，减少对带宽的占用负担，提高路由效率，减少网络拥塞情况。在i p t v 开展的 初期，比较适合采用应用层的组播方式，这种方式可减少对骨干网带宽的占用，并无需对 现网进行调整，同时能充分的利用c d n 系统良好的认证计费支持【4 1 。 1 2 国内外研究的现状 i p t v 的业务起点是英国v i d e on e t w o r k s 公司在1 9 9 9 年推出的i p t v 业务，在此之后， 国外的许多电信运营商相继进入了i p t v 市场。部署i p t v 业务的运营商主要集中在欧美地 区和亚太部分的国家和地区。电信运营商通常采用高速d s l 或f t t p 技术，为用户提供 i p l v 业务。到2 0 0 4 年底，口t v 用户数最多的两大运营商是大利的f a s t w e b 和中国香港的 电讯盈科( p c c w ) 。 在北美地区，美国的i p t v 市场的发展进程较为稳定。2 0 0 1 年q w e s tc o m m u n i c a t i o n s 公司率先向p h o e n i x 地区的用户推出基于v d s l 技术的i p t v 业务。此后，美国众多的独 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 立本地运营商非常积极的在其服务区内开展d s l 网络和光纤网络上的i p t v 业务。从2 0 0 5 年开始，美国三家主要的r b o c _ 一s b c 、南方贝尔和v e r i z o n 也纷纷开始了p t v 业务的 部署。 在欧洲，许多电信运营商对口t v 业务的态度也很积极，特别是意大利的f a s t w c b 公 司在唧业务上取得的成功改变许多运营商原来持有的观望态度，几乎所有的欧洲传统 电信运营商均开展m t v 的实验，比利时电信、荷兰电信、奥地利电信和挪威电信也都在 进行f 的商用实验。 在亚太地区，宽带的发展大大的促进i p t v 在亚太地区的部署，电信运营商都进入口t v 市场，这些电信运营商通常应用d s l 或者光纤接入技术，为用户提供高速数据、v o i p 以 及视频业务，其中开展较好的运营商是中国香港的电讯盈科以及日本的y a h o o 。 其实国内和国外在口t v 方面发展的差距并不大，只是在产业方面存在一定的差距， 主要原因是跟美国的风险投资有关系，国内的产业建设偏研究方面一些，尽管目前国外的 i p t v 的具体产业化应用还不是很多，但政策相对简单，网络条件也比较好，口t v 的发展 势头会比较快。 目前，国内由于行业间对i p t v 的理解不同，设计的理念会有差异，致使口t v 机项盒 产品在功能、性能等方面差异较大，需要建立一个稳定的产业链模式，并进行有效引导， 制定统一的m l v 国家标准。正因为缺乏一致的标准，许多终端设备企业尚没有进行大规 模的推广，但是也有部分口t v 机顶盒设备企业和电信运营商进行小规模捆绑定制合作， 积累技术和市场经验，为以后大规模的应用做铺垫。这种定制合作的关系也反映出：尽管 电信运营商面临竞争压力，但是凭借巨大潜在的客户群体，先进的传输网络，完善的收费 渠道等诸多资源优势与和合作优势，电信运营商将会在m t v 的产业链中处于核心位置， 其能够通过协调各方面的力量，给产业链带来更多的商业机会。 目前，国内的口t v 机顶盒已经开始应用，国家也开始在部分省份进行试点，相信在 不久的将来，口1 v 机项盒的终端会不断壮大，承载更多应用，未来的d t v 业务的发展也 会呈现多样化。据i n - s t a t m d r 公司预测：2 0 0 8 年，全球口t v 市场价值总计将达到3 7 亿 美元。市场调研公司i s u p p p l i 公司也预测，2 0 0 8 年中国将拥有3 6 0 万口t v 用户，到2 0 1 0 年，用户数将达到1 7 4 0 万。 1 3 研究价值 由于i p t v 所涉及的业务用户量大，竞争力度强，网络复杂度高，要求流媒体播放器 拥有较高的安全机制，完备的身份验证体制，同时界面设计与流媒体的接收处理模块的软 件成熟度高，本文在系统构建方面引入诸多新的解决方案，为i p t v 终端流媒体播放器的 设计提供新的借鉴思路，具备良好的研究价值，主要体现在下面几个方面： 1 ) 研究i p t v 适用的界面设计。利用n x p ( 恩智浦) 公司的s t b 解决方案，以d i r e c t f b 作为图形界面的开发工具，将硬件加速和支持高级图形操作的优势引入图形界面 模块，使界面能最短时间最高效率的反应用户的输入请求，以此来改进现有的基 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 于l i n u x 上的g u i 完成的口t v 流媒体播放器的界面设计。同时利用d i r e c t f b 的 接口的多元化和良好的封装性，为程序提供简洁的接口【5 1 。 2 ) 研究口t v 适用的网络协议。将流媒体协议库1 i v e 5 5 5 中相关的网络协议进行修改， 把原有的i p v 4 协议更换为i p v 6 协议，以此来满足口1 v 较高的系统安全性和服 务质量q o s 要求，拚弃i p v 4 带来的增加更多网络硬件消耗的不良因素，改良现 有的p t v 网络系统。 3 ) 研究口t v 适用的流媒体传输协议库。流媒体协议库l i v e 5 5 5 具有良好的封装性和 开源性，比较适合嵌入式或者是低成本嵌入式应用。本文中作者将研究把1 i v e 5 5 5 应用于口1 v 的流媒体架构。 综上，在口t v 播放器技术较成熟的前提下，进一步改进界面设计，网络协议，流媒 体协议库等要素，使各个模块的封装性更加完备，功能更加完善，同时修改后的网络协议 能够提高路由效率，缓解网络负载。 1 4 创新点 本文所设计的流媒体播放器区别于传统流媒体播放器。它的创新处主要表现在下面 四个方面： 1 ) 口t 、厂流媒体播放器所依托的硬件体系是机顶盒s t b ，只能完成视频数据的传输，认证 及解码，图形媒体的表现形式较差，我们利用d i r e e t f b 作为显示设备的图形库，具备 硬件加速功能，能使上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写和控制等 操作，加快播放器图标的现实速度，减小直接操作硬件的开销。 2 ) 界面设计部分，将播放器的核心部分和界面显示分离开，使播放器的子系统更加容易 使用。 3 ) 流媒体设计部分，系统设计比较完善，增加信息管理，缓存管理的功能模块，系统更 加实用化。 4 ) 流媒体的传输协议由i p v 4 改为i p v 6 ，将l i v e 5 5 5 库中的s o c k e t 封装和底层的宏定义，协 议转换后，能提高路由器的效率，完成组播的功能，增加质量保证和安全机制。 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 第二章关键技术分析 嵌入式口t v 流媒体播放器在总体架构上由界面设计和流媒体数据传输两个核心部分 构成，界面设计部分是为了将遥控器传导的控制信息以最高效率实时的反应在播放器界面 上，而流媒体音频数据传输部分主要依靠实时流媒体传输协议，将客户端和服务器端的数 据进行交换，实现i p t v 的点播功能。 本章中的关键技术是为第三章的界面设计和第四章的流媒体核心部分的理论。第一部 分所述的f i a m e b u f f e r 是图形函数库d i r e c t f b 体现绘图优势的关键所在，正是f r a m e b u f f e r 独特的硬件加速功能，能让d i r e c t f b 借助显示芯片实时完成控制消息的绘图。这部分内容 会在第三章中应用。第二部分所述的流媒体协议r t p r t c p , r t s p 都是包含在第四章所述的 f i v e 5 5 5 库中，r t p r t c p , r t s p 只是单纯实时流媒体传输协议，而1 i v e 5 5 5 将各种协议的功 能进行整合，定义自身的功能类，实现流媒体服务器和客户端以及媒体流的编码，丽会话 协议s d p 会出现在1 i v e 5 5 5 中m e d i a s u b s e s s i o n 类应用中，包含传输中流媒体的具体信息。 2 1 基于f r a m e b u f f e r 的硬件加速 流媒体播放器的界面设计部分所采用的图形函数库是d i r e c t f b ，它依赖l i n u x 内核中的 f r a m e b u f f e r 驱动( d e v f b ) 提供现在的接口来访问图形硬件。也就是说必须使f f a m e b u f f e r 驱动正常工作，d i r e c t f b 才能正常运行。d i r e c t f b 会利用f r a m e b u f f e r 设置视频的模式( 分辨 率，色深，计时) ，来完成从f r a m e b u f f e r 至g 显示卡的内存映射，同时设置双缓冲【5 】。 在应用程序中使用f i a m e b u f f e r ，用m m a p 系统调用完成地址映射，用m e m s e t 将屏幕 清空，提供若干i o c t l 命令，通过这些命令，可以获得显示设备的一些固定信息( 比如显示 内存大小) ，与模式相关的可变信息( 比如分辨率，像素结构，每扫描线的字节宽度) ，以 及伪彩色模式下的调色板信息等。 f r a m e b u f f e r 是一种驱动程序的接口，它将显示设备抽象为帧缓冲区，将它看成是显示 内存的映像，将其映射到进程地址空间后，就可以直接进行读写，将写操作反应在屏幕上。 通过f i a m e b u f f e r 设备，能获得当前内核所支持的加速显示卡的类型，这种类型通常是和特 定的显示芯片相关的，在获得加速芯片类型之后，应用程序就可以将p c i 设备的内存i o ( m e m i o ) 映射到进程的地址空间，这些m e m i o 一般是用来控制显示卡的寄存器，通过对 这些寄存器的操作，应用程序就可以控制特定显卡的加速功能。 f r a m e b u f f e r 模仿显卡的功能，将显卡硬件结构抽象掉，可以通过f r a m e b u f f e r 的读写 直接对显存进行操作。这种操作是抽象的，不必关心物理显存的位置，换页机制等细节， 这些都是由f r a m e b u f f e r 的驱动设备完成。 同时，不同的显示芯片具有不同的加速功能，那么对m e m i o 的使用和定义就不同，需 要编写不同的驱动程序来完成不同的加速功能，同时对不同形状的硬件加速的支持，每个 芯片实现的方式也不相同。 f r a m e b u f f e r 只是一个提供显示内存和显示芯片寄存器从物理内存映射到进程地址空 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 间的设备，在f r a m e b u f f e r 上的图形编程，还是需要根据不同的需求来完成。 在l i n u x 模式打开f r a m e b u f f e r 的支持，需要首先在终端运行u s r s r c l i n u x - 2 6 x 然后进 行配置编译“m a k ex c o n f i g ”就能看到q c o n f , 这样在d e v i c ed r i v e r sg r a p h i c ss u p p o r t 中选择 f r a m eb u f f e rs u p p o r t ，就能够在l i n u x 系统中植入对f i a m e b u f f e r 的应用，从而在d i r e c t f b 中完成硬件加速的功能【6 1 。 2 2 流媒体协议 2 2 1r t p r t c p 协议研究 r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 是一种用于i n t e r n e t 上针对多媒体数据流的传输协 议，其目的是提供时间信息和实现流同步，通常用u d p 来传送数据。应用程序开始一个r t p 对话时，使用r t p 和r t c p 两个端口。r t p 不能按顺序为传送数据包提供可靠的机制，也不 能控制流量和拥塞控制，而是依靠r t c p ( r e a l t i m e t r a n s p o r t c o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 提供这些服务 的。在r t p 的会话期间，参与者会周期性的传送r t c p 包，r t c p 包中包含已发送的数据包 的数量，丢失的数据包的数量的统计资料。服务器也能根据r t c p 的这些信息动态的改变传 输的速率，甚至改变有效载荷的类型。r t c p 的配合使用能有效的返回和最小开销，使传输 效率最优化p 】。 r t p 协议数据包的包头部分包含有数据包的载荷类型( p a y l o a dt y p e ) 、序列号( s e q u e n c e n u m b e r ) 、时间戳( t i m e s t a m p ) 和同步标识符( s y n c h r o n i z a t i o ns o u r c ei d e n t i f i e r ) 等。数据包可 以为实时数据的传送提供时序重组、帧丢失检测、多路复用等服务。另夕f r t p 提供端对端 网络传输功能，适合通过组播和点播传送实时数据，如视频、音频和仿真数据。r t p 没有 涉及资源预订和质量保证等实时服务。 r t c p 协议数据包的包头部分以固定部分开始，然后就是可变长的结构元素，能包含不 同控制信息类型。其中有s r ：表示发送报告，由当前活动发送者发送，接收统计；r r ： 表示接收报告，非活动发送者接收统计；s d e s ：表示源描述项，包括c n a m e ：b y e ：表 示结束；a p p ：表示应用特定函数。r t c p 的功能体现在下面： 1 ) r t c p 提供数据发布的质量反馈。r t p 传输协议与其他传输协议的流和阻塞控制有关。 反馈对自适应编码控制直接起作用。但i p 组播经验表明，发送者收到的反馈信息对诊 断发送错误有着致关重要的作用。给所有参加者发送接收反馈报告能够让问题观察者 估计那些问题是局部的，还是全局的。 2 ) r t c p 带有称作规范名字( c n a m e ) 的r t p 源持久传输层标识。如发现冲突，或程序 重新启动，那么s s r c 标识会有所改变，接收者就需要c n a m e 跟踪参加者。接收者也 需要c n a m e 与相关r t p 连接中给定的几个数据流联系。 3 ) 为了扩大r t p 的规模数量，传输速率必须受到控制。r t c p 让每个参加者给其它参加者 发送控制包，就能独立观察参加者数量，该数量可以用于计算发送包的速率。 4 ) r t c p 能传送最小连接控制信息。这点最可能用在”松散控制”连接方面，参加者自由进 入或离开，没有成员控制或参数协调，r t c p 充当通往所有参加者的方便通道，但不必 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 支持应用的所有控制通讯要求【8 】。 2 2 2 实时流协议r t s p r t s p 实时流协议是是由r e a ln e t w o r k 和n e t s c a p e 共同提出的如何有效地在口网络上传 输流媒体数据的应用层协议一个应用层协谢9 1 。在体系结构上位于r t p 和r t c p 之上，使用 t c p 和r t p 完成数据传输。r t s p 是应用级协议，控制实时数据的发送。r t s p 提供了一个可 扩展框架，使实时数据，如音频与视频，的受控、点播成为可能。该协议目的在于控制多 个数据发送连接，为选择发送通道，如u d p 、组播u d p 与t c p ，提供途径，并为选择基于 r t p 上发送机制提供方法【l o 】。 r t s p 能让服务器对流媒体进行远程控制，比如开始与终止，快进与快退，音量调节等。 它只能对对话进行控制，不包含媒体节目的压缩编码。同时它能够建立和控制一个和几个 时间同步的连续流媒体，尽管连续媒体流与控制流交叉是可能的，通常它本身并不发送连 续流【l o l 。换言之，r t s p 充当多媒体服务器的网络远程控制。 下面介绍一些r t s p 经常使用的方法，这些方法在本文中会有相关的应用。 1 ) o p t i o n ：目的是得到服务器提供的可用的方法【l l 】。 2 ) d e s c r i b e ：客户端c l i e n t 向服务器端s e r v e r 请求，为了得到会话描述信息( s d p ) ，服 务器回应一些对此对话的描述。d e s c r i b e 方法从服务器检索表示的描述或媒体对象， 这些资源通过请求统一资源定位符( t h er e q u e s tu r l ) 识别。此方法可能结合使用a c c e p t 首部域来指定客户端理解的描述格式。服务器端用被请求资源的描述对客户端作出响 应。d e s c r i b e 的答复一响应对( r e p l y - r e s p o n s ep a i r ) 组成了r t s p 的媒体初始化阶段。 3 ) s e t u p ：客户端请求服务器建立对话，并确定传输模式。既是通过请求为l 刀支l 指定流 式媒体的传输机制。客户端能够发出一个s e t u p 请求为正在播放的媒体流改变传输参 数，服务器可能同意这些参数的改变。 4 ) p l a y ：p l a y 方法告知服务器通过s e t u p 中指定的机制开始发送数据。在尚未收到 s e t u p 请求的成功应答之前，客户端不可以发出p u 心请求。p l a y 请求将正常播放时 间( n o r m a lp l a yt i m e ) 定位到指定范围的起始处，并且传输数据流直到播放范围结束。 5 ) p a u s e ：p a u s e 请求引起媒体流传输的暂时中断。如果请求u r l 中指定了具体的媒体 流，那么只有该媒体流的播放和记录被暂停( h a l t ) 。 6 ) t e a r d o w n ：t e a r d o w n 请求终止了给定u r l 的媒体流传输，并释放了与该媒体流 相关的资源。 2 2 3 会话协议s d p s d p 是会话描述协议【1 2 1 。它主要是为会话通知，会话初始以及其他形式的多媒体会话 初始等操作提供多媒体会话服务。原本是早期互联网的组播骨干试验中应用的会议描述， 现在能为任何行为的会话提供会话描述，多媒体会话实际上就是一套针对数据流的发送器 和接收器。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 会话目录主要提供协助组播多媒体会议广告以及其它组播会话过程，并为未来参与 者传送相关会话设置信息。s d p 的提出解决这些信息到接收端的传送问题。s d p 完全是一 种会话描述格式，它不属于传输协议，其目标是适当地使用不同传输协议，包括会话通知 协议s a p 、会话初始协议s i p 、实时流协议r t s p 、m i m e 扩展协议以及超文本传输协议 h m 。 s d p 所传输的信息主要是会话的名称和目的。当会话激活时，会话中的媒体细节，比 如地址，端口，格式等，都会在会话中出现，它还能提供带宽需求等相关信息。媒体专属 的信息包括媒体类型( 音频，视频等) ，运输协议栈( r t p m d p 佃) ，编码信息( h 2 6 1 或 者是m p e g ) 。s d p 的文本信息包括：会话的名称和目标，会话活动时间，构成会话的媒体， 有关接收媒体的信息，地址等。 s d p 信息发送利用了会话通知协议( s a p ) ，它周期性地组播通知数据包到已知组播 地址和端口处。这些信息是u d p 数据包，其中包含s a p 协议头和文本有效载荷( t e x t p a y l o a d ) 。这里文本有效载荷指的是s d p 会话描述。此外信息也可以通过电子邮件或w w w ( w 矾dw i d ew 曲) 进行发送。 作为应答机制的一部分，s d p 在通话能力方面具有局限性，所以s d p 并不倾向于支持 通话，即讨论服务器和客户端的编码，速率等等，这些将在下一代协议中实现。在过渡阶 段，s d p 属性的定义只是允许s d p 能拥有最小限度和向后兼容能力的声明机制，这种声明 能力能用于后继的会话【1 3 】。 2 3 本章小结 本章首先介绍具备硬件加速功能的f r a m e b u f f e r 的原理及安装要点，然后介绍了流媒体 传输协议r t p r t s p 和实时会话协议s d p 。r t p r t s p 主要应用在第四章的流媒体传输核心 部分的设计，其中1 i v e 5 5 5 库中包含该协议的应用。 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 第三章基于d ir e c t f b 的流媒体播放器图形界面的设计 本章第一部分首先介绍软硬件环境的搭建，根据实际需求所确定的机顶盒芯片解决方 案，即选择机顶盒的类型以及其内部芯片的类型，在音频格式、协议支持、视频图形处理、 外围扩展、工作机制方面进行详细的剖析。确定l i n u x 为操作系统，引用l i n u x 上的丌发套件 e l d k ，它还提供l i n u x2 6 x 的源代码，和其他一些已预先交叉编译好的软件包。本章第 二部分介绍播放器的界面设计，图形函数库d i r e c t f b 具备对硬件加速的支持、支持高级图 形操作以及可扩展的对外接口的特点，使其能成为本文方案中界面设计中的函数库首选， 以至在许多功能模块d i r e c t f b 都会有所应用。 3 1 软硬件功能介绍 3 1 1 硬件平台的搭建 i p t v 机顶盒的核心部分是c p u 和编解码器，不同档次的机顶盒所采用的系统平台不 同，软件架构不同，从而它们所实现的功能也不同。在硬件结构上基本存在三种结构的平 台，即基于专用芯片架构、基于多媒体数字信号处理器( d s p ) 架构和基于x 8 6 架构的平 厶 口。 本次设计的基于i p t v 的流媒体播放器是采用的硬件处理模型来进行结构设计。利用专 门芯片架构，采用专用集成电路a s i c ( a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t ) 芯片，通过 c p o 内核与m p e g 2 ，m p e g - - 4 传输码流解复用器，d v b 通用解扰器，m p e g 音频，视频解 码器以及n t s c 胜l 解码器集成，形成s t b 的核心芯片，以实现实时解复用与实时信息处理 功能。所采用的机顶盒芯片是恩智浦公司的s t b 8 1 0 t 1 4 】。 在音视频格式方面，恩智浦的口t v 解决方案s t b 8 1 0 支持m p e g 2 标清和高清、m p e g 4 a s p 标清、h 2 6 4 标清、d i v x 标清、w m 9 标清视频格式和m p e g l 、m p e g 2 、m p 3 、m p e g 4 a a c 、a c 3 和w m a 等音频格式。s t b 8 1 0 支持单一的p 机顶盒和混合型机顶盒( i p 机项盒 + d v b c 、d v b t 或d v b s ) 。 在协议支持方面，s t b 8 1 0 支持t c p i p 、u d p 和u s b 接口协议，并通过第三方中间件 支持r t p 、r t s p 、d h c p 、d h c p + 和p p p o e 。s t b 8 1 0 支持p c i 、u s b l 卿i d e 片上接口。 s t b 8 1 0 包含片上2 d 图形加速器。芯片采用了4 km i p s 内核，均支持w i n c e 和l i n u x 操作系 统。 在视频图像处理方面，芯片内部除了处理器以外，还集成了一些智能模块，如音视频 输入输出等，有些还集成了图像压缩、硬件加速模块。从本质上讲，专用视频压缩芯片和 通用视频处理芯片都属于s o c ，差异是前者带有固定的压缩模块、固定的处理方式和固定 的微码，后者需要产品开发商开发视频压缩算法程序，本文所使用的芯片属于前者，作为 平台的核心，如图3 1 所示，s t b 8 1 0 中的p n x 8 9 5 0 音视频解码器组合了一个m i p 3 2 应用处理 器，两个功能完备的d s p 作为音视频处理，以及专业的硬件用于提供m p e g 2 解码，m p e g 2 传输流处理，有条件的访问d v b ，d e s ，m u l t i 2 视频缩放和图形的功能。 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 s d r a m n e x p e r i a p n x 8 9 5 0 家庭娱乐引擎 u d a l 3 3 4 a d u d i od a c ke x p e r i a d i s p l a y p n x 8 5 l o 1 1 v i d e o o u t d u t i s p l 5 6 1 b 2 0lld i s c r e t e slif l a s hllh a r dd i s kd r i v e 图3 is t b s l 0 组成原理图 s t b 8 1 0 同时配置多种外置的接口，网络侧接口根据网络接入方式的不同可配置成高速 以太网接口、a d s l 接口或无线局域网接口，甚至e p o n 或电缆接口。媒体播放接口基本配 置有复合音视频端子和s 端子，较高配置可有y p b p r 、y c b c r 和数字音频输出接口。控制接 口是指用户操作控制机顶盒的接口，一般以红外遥控器为主，也有采用红外遥控键盘或 w i f i 技术的。 如图3 2 所示，图示为机顶盒所对应的网络接入方式和编解码流程。通过数字调节器处 理网络传输的音视频信息，将传输过来的调制数字信号解调还原成传输流，然后进行相应 的视频解码和音频解码，最后经过p a l 的调制解码输出节目视频，音频d a 输出声音。 c p u 1 网 络 r o m il r a m ll 红外遥控接口1 _ j l ，一t 一 数 字 调 节 器 o p s k 调制ilj 图形发生器 解调器l0l o a m 调制ua 单t m 元 = 二二= l 处理 解调 i l 1 _ 一 m p e g 一2 视频解码器 p ：a i ，n t s c 解码器 m p e g - 2 音频解码l j j 音频d a 图3 1 机顶盒工作机制 3 1 2 软件环境 作为机顶盒软件结构内核层的操作系统，选定内核为2 6 的嵌入式l i n u x 。l i n u x 环境 支持实时操作与多任务控制，为用户提供友好界面【1 5 】，为程序开发者提供面向对象，时间 驱动的环境，为用于数据交换的数据链提供一个综合的接口，支持所有的数据通信的底层 协议，同时它所建立的数据库对交互数据能够进行存储和调度，应用程序通过数据库进行 数据的输入与输出，提供控制内部视频，音频的能力。嵌入式l i n u x 的终端具备专用的多 媒体处理器为核。i 二j 1 6 l 。 一 s t b 8 1 0 具有完整的l i n u x 软件平台和基于软件的视频编解码器，可让服务提供商通 讨沅稳青背在一害转解的t p 栩而食卜讲行新标准的升级例如a v s ( 音视频编解码标 墨器量器 一c 一 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 准) 。借助于该解决方案，服务提供商无需提供机顶盒现场升级或更换服务，从而节省资 金和人力。 s t b 8 1 0 的操作系统实际上是来自e l d k t l7 】这个l i n u x 上的开发套件，e l d k 使用与 l i n u xf e d o r a7 的发行版相关的源代码。在建立软件包时，任何e l d k 所借鉴的源码都来 自于f e d o r