（计算机应用技术专业论文）基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现.pdf

摘要 计算机技术、电视技术以及通信技术的飞速发展使得人们能够享受各种信 息化增值服务，其中的两个典型服务是数字电视接入和视频点播。与传统电视 相比，数字电视介入具有信号不易在传输中失真、清晰度高、占用频带窄等优 点；而视频点播改变了传统的被动观看节目方式，不但实现了“想看什么就看 什么，想什么时候看就什么时候看”，而且可以对节目进行相应的控制。 本文首先分析了数字化服务的现状，研究了数字电视、i p t v 、机顶盒、视 频点播等数字化服务中采用的关键技术，探讨了在局域网中建立数字电视服务 体系的思想，进而提出了一种融合视频点播、机顶盒、数字电视和网络计算机 等技术的数字化服务体系结构，并对该体系结构的实现方法进行了论述。这样， 一套由数字化服务器、终端电视和数据库服务器组成的数字化服务系统被建立 起来。通过终端电视和服务器局域网内利用t c p i p 和r t p r t c p 进行实时通讯， 用户就可以享受高质量的视频点播、收看数字电视节目和上网等服务。 在此基础上，通过终端技术的研究，本文提出了一种简化电视终端的思想： 将数字电视接收中信道解码部分的处理放到服务器完成，在终端电视上只完成 视音频的解码工作。这样，就通过简化对接收部分的处理从而实现了简化电视 模型( 又称瘦型电视) 。 接下来，本文详细描述了系统中几个重要模块：视频采集模块、组播模块、 命令管理接口模块、终端接收模块，探讨了其中涉及的关键问题，给出了实现。 最后，对研究工作做了总结，并对下一步工作做了展望。 关键词：数字电视，机顶盒，r t p r t c p ，m p e g 一2 a b s t r a e t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e r , t h et va n dt h ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , k i n d so f i n f o r m a t i o nv a l u e a d d e ds e r v i c e sa r ep r o v i d e df o rt h ep e o p l eo f m o d e ms o c i e t ya sw e l la st h et w or e p r e s e n t a t i v e sa r et h ed i g i t a lt va c c e s sa n dt h e v o d ( v i d e oo nd e m a n d ) c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lt vt e c h n o l o g y ，w h i c ha d o p t s a n a l o gs i g n a l s ，t h ed i g i t a lt v h a st h ea d v a n t a g e s ，s u c ha st h el e s ss i g n a ld i s t o r t i o n ， t h eh i g h e rd e f i n i t i o na n dt h el e s sc o n s u m e db a n d w i d t h ，e t c m o r e o v e r , t h et r a d i t i o n a l p a s s i v e - m a n n e ro f w a t c h i n g t vf o r p e o p l e i sc h a n g e d g r e a t l yu n d e r t h en e wm o d e lo f t h ev o d b yw h i c ht h e yn o w n o to n l yc a ne n j o yt h ep r o g r a m sw h a t e v e r t h e yw a n ta t a n y t i m e ，b u ta l s oc a nc o n t r o lt h ep r o g r a mi nt h em s l l n e rt h e yf a v o r a t f i r s t ，t h et h e s i sa n a l y z e st h es t a t eo f t h ea r tf o rt h ed i g i t a ls e r v i c e ，e s p e c i a l l y f o c u s i n g o nt h ek e y t e c h n o l o g i e sf o rt h ed i g i t a lt v , t h ei p t v t h es e t - t o pb o xa n dt h e v o d t h e n ，a f t e rd i s c u s s i n gt h ec o r ei d e ao ft h e a r c h i t e c t u r eo fd i g i t a lt e l e v i s i o n s e r v i n gs y s t e m i nl a n ，an e wd i g i t a l s e r v i n ga r c h i t e c t u r e ，w h i c hi n t e g r a t e d t h e t e c h n o l o g i e so f t h es e t - t o pb o x ，t h ev o d ，t h ed i g i t a lt v a n dt h en e t w o r k c o m p u t e r , i s d e r i v e d a n d ，t h ed e t a i l sh o wt or e a l i z e 也es y s t e ma r c h i t e e t u r ei sa l s od e s c r i b e d t h u s t h e d i g i t a l s e r v i c e s y s t e m ，w h i c hc o m p o s e do fd i g i t a ls e r v e r s ，t e r m i n a lt v sa n d d a t a b a s es e r v e r s ，c a nb ee s t a b l i s h e d a n dt h e n ，u s l w sc a ne n j o yh i g hq u a l i t ys e r v i c e s o ft h ev o d ，t h ed i g i t a lt v p r o g r a ma n dv i s i tt h ei n t e m e tt h r o u g ht h er e a l - t i m e i n t e r a c t i n gb e t w e e nt h et v t e r m i n a la n dt h es e r v e r si nl a n u s i n gt h et c p i pa n d r t p r t c p p r o t o c 0 1 o nt h eb a s i so fa l lt h ew o r ka b o v e ，as i m p l i f i e dt vt e r m i n a lm o d e li sp r o v i d e d t h r o u g h t h er e s e a r c hi n t ot h et e r m i n a lt e c h n o l o g y i nt h i sm o d e l ，t h es e r v e rc o m p l e t e s t h ec h a n n e l d e c o d i n gp r o c e s s i n gt h a ti sa l w a y sd o n ei nt h ed i g i t a lt v r e c e i v i n gp a r t ， a n dt h et e r m i n a lt vo n l ya c c o m p l i s h e st h ef u n c t i o no fv i d e oa n da u d i od e c o d i n g t h u s ，t h es i m p l i f i e dt vt e r m i n a lm o d e lc a nb er e a l i z e do nt h et e c h n i q u ep o i n to f v i e w b yt h em e a n s o f s i m p l i f y i n gt h er e c e i v i n gp a r t so f t h et v t e r m i n a l ( a l s oc a l l e d t h i nt v l t h e n ，t h et h e s i se m p h a s i z e d o nt h e i m p l e m e n t i n g d e t a i l sf o rs o m ec r i t i c a l f u n c t i o n a lm o d u l e si nt h es y s t e m ：t h et vr e c e i v i n g ，t h ec h a n n e lm u l t i c a s t i n g ，t h e l l i c o m m a n d m a n a g i n g ，t h et e r m i n a lr e c e i v i n g ，a n da l s oi l l u m i n a t e dt h ek e y t e c h n o l o g y a n dt h ec o n c r e t e r e a l i z i n gm e t h o df o re a c hm o d u l e a tl a s t ，s o m ec o n c l u s i o n sw e r ed e r i v e d t h ef u t u r ew o r ki nt h i sa r e aw a sa l s o d i s c u s s e d k e y w o r d s ：d i g i t a lt v , s e t t o pb o x ，r t p r t c p , m p e g 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 为获得电子科技大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名：墨：童：翌i日期：西年亨月嵋日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：昱之：旦立导师签名：塞型纽 日期：i 时年s 月巧曰 第一章引言 1 1 概述 第一章引言 数字电视正在向着数字化、网络化和信息化发展，通信、广播和计算机正 因数字电视逐步走向融合。随着生活水平的提高，人们越来越来不能满足只能 通过电视机收看电视这种简单服务，迫切要求能通过电视获得上网、点播节目、 网络游戏、电视购物等服务。为此，需要在数字电视中融入计算机、通信和网 络的技术。 从技术条件看，很难在短期内全面达到这个目标。但如果考虑局域网环境， 则增加这些服务相当现实，也将大大推进电视数字化的进程。 目前电视上的数字化服务越来越多，如视频点播、数字机顶盒、上网和视 频电话等。但是，上述服务大都各自为战，自成体系，相互没有一个融合。用 户为获得这些服务需要多次投资，安装多种服务部件，使电视与计算机的竞争 处于十分不利的地位。 本文提出了一种新的数字化服务体系结构。在保证以低廉的投资收看数字 电视的基础上，融合视频点播、上网等技术。本系统特点是价格低廉化和服务 统一化，其结构吸取了嵌入式系统、网络计算机等的技术优点，可以很好地实 现各类数字服务的目标。 1 2 数宇化服务现状 电视上数字化服务简单来讲就是服务单一化、设备复杂化、价格高昂化。 1 服务单一化 电视上的数字化服务越来越多，如视频点播、数字机顶盒、上网和视频电 话等。但是，上述服务大都各自为战，自成体系，相互没有一个融合。用户为 获得这些服务需要多次投资，安装多种服务部件，使电视与计算机的竞争处于 十分不利的地位。例如目前市场的机顶盒有几种，一种是能接收数字电视，一 种是能上网，还有一种有视频点播功能，但集几种功能于一体的机顶盒还很少 见。可是用户上网要买一种机顶盒，而看数字电视时又要另一种机顶盒，当要 求视频点播时候又要新的机顶盒，对用户来讲要不但要多次投资，在使用的时 电子科技大学硕士论文：基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现 候还要根据其体需要更换设备带来很多的麻烦。 2 设备复杂化 由于服务的单一化势必造成多种服务部件的安装，许多功能相同或重叠的 组件重复安装，甚至可能带来冲突，所以必然会带来很多的复杂和冗余问题。 特别是电视终端部分，由于数字电视要完成很多的功能和服务，要不断提高相 应的软硬件水平，这样就导致终端电视是越来越复杂，要用高性能的处理器， 容量更大的存储器同时可能要提供更多的接口设备等。 3 价格高昂化 服务单一化和设备复杂化的结果就是价格的提升。由于单一化你就必须多 次投资，由于设备复杂化你就必须为功能更强的软硬件多投资，而且如果今后 更新换代的话你就必须更多的投资。 1 3 研究背景和意义 本课题的研究背景有以下几点： 1 良好的发展环境 随着数字电视的不断发展，围绕着数字电视的新技术和新业务不断涌现。 中国有步骤的推进数字电视传播的消息无疑将加快数字电视的推广，也为无数 厂商孕育了商机。电话，计算机和电视三网合一的日子也渐渐离我们临近。这 一切都说明了一个更大的数字电视空间正在为我们创造更多的发展空间。数字 电视的发展为计算机技术与之相融合提供一个前所未有的机遇。 最近i p t v 发展很快，i p t v 即交互式网络电视，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。 以上表明把计算机的高速c p u 、大容量内存和硬盘、以及各种处理技术应 用到电视中将是一个前景可观的发展方向。 2 可观的经济价值 我国拥有世界上最大的家电市场，有3 亿多台电视机，4 0 0 0 万台v c d ，2 0 0 0 多万台学习机。在家电应用从数字化转向信息化的进程中，这些设备将广泛采 用嵌入式软件，既有操作系统。拿机顶盒来说，据估计，未来十年是其发展的 黄金时期，我国8 0 0 0 万户的有线电视网用户，1 亿多的有线电话网用户为其提 第一章引言 供了有利的市场条件，十年间其需求总量可达到1 亿1 5 亿台。p c 有作为服务 器和信息家电连接起来形成家庭网的趋势，它拥有足够的带宽和存储空间，把 消息、音乐、电影等送到每个房间，这将为家庭服务器提供巨大的市场。 这里所设想的服务器虽然和家庭服务器有所不同，但是目的都是使用户得 到更多更好的服务。由于本系统把电视信号处理的很多的部分交给服务器处理， 这将会降低电视机本身的价格，而电视机就相当于一个扩展的显示终端。这样， 本系统的升级和维护费用都要比现有的模式要低，非常适合在酒店、学校和小 区等地点推广使用。可以讲是一次投资，长期受益。 3 集成服务的需要 服务单一化，目前电视上的数字化服务越来越多，如视频点播、数字机顶 盒、上网和视频电话等。但是，上述服务大都各自为战，自成体系，相互没有 一个融合。用户为获得这些服务需要多次投资，安装多种服务部件，使电视与 计算机的竞争处于十分不利的地位。 所以迎合这神需要，就开发一种集电视直播，上网和视频点播为一体的电 视服务器。让用户使用电视并不知晓需要买何种设备的情况下自动完成上网， 看电视和视频点播等各种服务。而且以后的升级等。 在如此良好的背景下本课题有以下的意义： 1 - 推动电视和计算机融合 该课题将有助于推动数字电视和计算机技术的尽快融合。随着数字电视的 不断发展，电视机和计算机的界限将越来越模糊，大容量的内存，硬盘和更快 的中央处理技术以及计算机的各种数字处理技术都将应用到数字电视机中。在 本系统中服务器中融合了电视和计算机的技术，这也为电视和计算机融合提供 了一个新的思路，也必将会对此方面起到推动作用。 2 低廉的价格优势 由于服务器完成了电视处理的大部分功能，其实也就是将各个电视处理的 一部分拿到服务器去做，这样就大大降低了终端电视的价格，从而减少整个系 统的投资。 3 易于维护 由于服务器是集中管理和控制中心，所以系统升级，控制和维护等大部分 都在服务器端处理，只要在服务器端进行相应的处理就可以完成。 4 服务的集成 电子科技大学硕士论文：基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现 该系统融合了用户的视频点播，上网，看数字电视等多方面的需求，极大 的方便了广大用户，有着前景可观的经济和社会价值。将来下一步还可以在服 务器上开发新的业务，比如服务器的集中监控与防盗，小区内部的视频电话服 务，小区的信息交换中心等。所以还存在很大的发展和开发空间。用户将会在 享受更多的服务的同时却不需要更多的投资。 1 4 研究现状 目前针对数字电视系统的研究主要集中在高清晰度电视、高显示属性图文 电视、多媒体电视和交互式电视几个方面。而融合各种先进技术为一体数字电 视是未来电视的发展方向。 高清晰电视目前在画面方面，清晰度可超过1 3 0 0 线，采用1 6 ：9 的图像模式 的宽屏显示效果更符台人们的视觉习惯：在音频方面，高清晰电视采用a c 一3 解 码技术，具有极好的音质和真正的环绕音效。如何进一步提高电视的视频和音 频质量是一个不断研究的课题。 图文电视业务是处于电视信号系统中的种数据广播业务，主要利用电视 信号场消隐期间的某几行传送图文和数据信息。随着电视技术的飞速发展，宽 屏幕电视( 1 6 ：9 ) 已经成功地推向市场，这就对图文功能及屏幕显示功能提出了 更高的要求。主要是图文显示属性要提高，高级别的图文显示标准要推广，图 文显示方式要扩展。图文电视是一个重要的发展方向，并且将是一种应用于宽 屏幕电视的具有屏幕显示功能的新技术。 多媒体技术是一门综合的高新技术，它把微电子、通信和数字化声像等技 术融为一体，利用计算机对文字、声音、数据图像等各种信息进行综合处理、 存储与传输，目前己广泛应用于商业、教育、电子出版等系统。未来家用广播 电视接收机将与计算机和信息网络配合，作为多媒体的终端显示器，并与交互 式信息传输网络相连，成为信息高速公路的终端显示设备。发展与新型显示器 件相关联的配套技术将为以后的主攻方向，电视图像的信号的显示器件要向大 屏幕化、超薄化、轻量化发展。 交互式电视是一种受观念控制的现代高新技术电视，在节目间和节目内观 众能够做出选择和决定，是一种非对称双工形式的新型电视技术，是在数字技 术、网络技术、计算机技术等十分完善的基础上构想而成的。现在全世界已有 4 第一章引言 1 7 个国家正在开发或提供交互式电视试验和服务。交互式电视具有较好的应用 前景和经济效益，目前我国正处在蓬勃发展的初期。美国已经有美国电话公司 点播电视( t e l o v o d ) 系统、有线电视公司点播电视( c a t v v o d ) 系统、蜂 窝电视点播系统及宾馆点播系统。在交互式电视系统中，关键设备是：视频服 务器、通信设备、机顶盒以及节目选择和收费计算机，这些技术正随着计算机 技术、通信技术、多媒体技术及半导体技术的发展而不断更新换代。 随着数字视频压缩技术的不断发展，模糊逻辑控制技术的逐渐成熟，通信 技术及计算机网络技术的蓬勃发展，高清晰电视、高显示属性图文电视、多媒 体电视和交互式电视等多种技术先进的电视技术已成为未来电视发展的必然趋 势。电视应用的发展必须建立在图像编码技术、现代电子技术与通信技术等诸 多高新技术上。由此而引发的技术革命，最终将导致融各种技术于一体的数字 电视的迅速发展与普及。 1 5 本课题来源和完成的主要工作 嵌入式实时系统研究承接了国家8 6 3 重大专项的一个课题“面向p d a 的嵌 入式l i n u x 软件操作平台”( 项目编号2 0 0 3 a a l z 2 2 1 0 ) ，其中的一个重要部分就 是提供新型p d a 应用构件，如m p e g 4 、m p 3 、无线上网、无线可视电话等。考 虑到国家三网台一的需求，准备进一步搭建数字电视服务器开发平台，以便今 后以有线或无线的方式为嵌入式设备( 电视终端等) 或移动设备提供数字电视 服务。 基于上述需求，本文对局域网中数字电视服务体系的建立进行了探讨和分 析，提出了一种融合视频点播、机顶盒、数字电视和网络计算机等技术的数字 化服务体系结构，并介绍了基于该体系结构的数字电视系统的实现方法。 1 6 章节安排 在论文的引言部分，简要地介绍了当前数字化服务的现状，指出当前服务 所存在的弊端，引出为什么要设计本系统，同时也介绍了研究本系统的背景和 意义。接下来，在第二章，简要介绍了目前存在的数字化服务的相关技术，其 中包括数字电视、网络计算机、机顶盒和视频点播等。在第三章提出了一种新 型的数字化服务体系结构。接下来几章分别介绍了该体系结构中一些重要模块 电子科技大学硕士论文：基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现 的设计与实现，包括该视频采集模块、组播模块，命令管理模块和终端模块的 设计与实现。最后一章是全文总结和进一步的展望。 第二章相关技术 2 1 数字电视 2 1 1 数字电视简介 第二章相关技术 数字电视是指把模拟电视信号( 包括图像与伴音信号) 转换成数字信号， 并以数字形式进行处理、储存或传输。数字电视系统主要由编、译码器及信道 三部分组成，如图2 1 所示。以电视信号数码化传输为例，模拟的电视信号先经 脉冲编码调制( 缩写为p c m ) 由模拟形式转换成数字形式，中间经信源编码、 信道编码，然后送入信道传输。信源编码的作用是去除电视信号中的多余度， 降低传输码率，节省频带。信道编码的作用是抗御信道干扰，降低传输过程中 的码率。在这里所说的信道，是指数字通信中的离散二进制信道，它除了包括 传输线路( 如光纤、波导等) 外，在其两端还包含了调制、解调器，用来将数 字信号转换成适宜在信道内传输的码型。数字电视的接收端是发送端的反过程， 经过译码后得到的数字信号又经数模转器转变为模拟电视信号输出。 图2 - 1 数字电视原理图 数字h d t v 是继黑白模拟电视、彩色模拟电视之后的第三代电视，其图像清 晰度在水平和垂直方向比现行的彩色模拟电视提高一倍以上，象素和信息量比 现行电视增加约5 倍。如果采用3 0 英寸以上的1 6 ：9 宽高比的大屏幕显示器观看， 图像细腻逼真，在视觉效果上达到或接近3 5 r a m 宽银幕电影的水平，配以多路环 绕立体声音响，会产生很强的临场感。 数字高清晰度电视集成了近年来高速发展的超大规模集成电路、高分辨率 电子科技大学硕士论文：基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现 大屏幕显示器件、高密度数字记录、 数字压缩与解压缩技术、激光技术、 生产技术更趋向于数字化、集成化、 面转向数字技术的一场革命。 2 1 2 数字电视标准 计算机多媒体技术、数字通讯与传输技术、 数模转换技术等方面的最新成就，使电视 模块化，是电视技术领域内由模拟技术全 在图像信号编码压缩标准提出的同时，为了实现图像数字化传输，各个国 家都在紧锣密鼓地工作，制定出适合本国或本地区利益的传输标准。到目前为 止，主要有三个数字电视传输标准。 1 美国的a t s c ( a d v a n c e d t e l e v i s i o ns y s t e m s c o m m i t t e e ) 标准 该标准于1 9 9 5 年4 月制定。其技术要点为： 1 )信源编码和压缩：视频编码采用m p e g 2 ，音频编码采用d o l b y a c 一3 。 业务复用和传输：视频码流包、音频码流包、辅助码流包复用成一个单 码流，数字电视系统用m p e g 2 传输码流语法打包和复用，形成复合广 播系统，还考虑能与a t m 有互操作性。 3 )射频发送( 包括信遒编码和调制) ：数字调制采用8 - v s b 和1 6 - v s b 残 留边带调制方式，信道编码采用r s 码( 2 0 7 ，1 8 7 ) ，为提高抗干扰能 力，还采用格状编码( t c m ) 、数据随机化及数据交织等措施。 2 欧洲的d v b ( d i g i t a l v i d e o b r o a d c a s t i n g ) 标准 该标准于1 9 9 3 年9 月制定。其技术要点为： 1 ) 视频编码、音频编码及系统复用均遵循m p e g 2 标准。 孙提出三种传输方式：d v b s 、d v b c 、d v b - t 。 3 ) 信道编码和调制：信道编码采用r s 码( 2 0 4 、1 8 8 ) ，在地面广播时采 用的数字调制方式为正交频分多路调制( o f d m ) 和格栅编码( t c m ) 级连方式。卫星信道采用的数字调制方式为q p s k ；有线电视网中的数 字调制方式采用q a m 。 3 日本的i s d b ( i n t e g r a t e d s e r v i c e sd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ) 标准 该标准于1 9 9 3 年9 月制定。其技术要点为： 1 ) 既传数字电视节目，又传其他数据的综合业务服务系统。 2 ) 视频编码、音频编码及系统复用均遵循m p e g 2 标准。 3 1 传输信道以卫星为主。 第二章相关技术 在传输方面，美国首先考虑的是地面广播信道；而欧洲和日本首先考虑是 卫星信道。在图像规格方面，美国考虑地面广播h d t v ；欧洲强调图像可分级 性：日本强调多种数字业务集成，不只传一种h d t v 信号。数字调制方式方面， 美国地面广播采用8 - v s b 或1 6 - v s b ；欧洲和日本地面广播采用o f d m 。其中欧 洲的d v b 标准优点较多，在中国，现在包括c c t v 等大多数电视运营商试播的 卫星或有线数字电视节目都采用了这一标准。 2 2 视频压缩标准 2 2 1m p e g - 1 该标准使得可以有效的在光盘( c o m p a c td i s o ) 上存储、检索音频和视频信 号。标准包括了系统部分、视频部分、音频部分等五个部分：系统部分为音频 和视频的基本流提供多路复用和同步的支持。视频部分提供的算法压缩的视频 图像的质量相当于家用录像系统v h s ( v i d e oh o m es y s t e m ) 的记录质量，速率 约为1 2 m b s 。空间分辨率限制为每视频扫描行3 6 0 个像素，并且在源编码器端 的视频信号为3 0 帧s ，逐行扫描。对大多数原始图像内容，可得到无人工痕迹 的图像质量。音频部分提供4 种编码模式：单声道、双声道、立体声和联合立 体声。根据应用需求，可以使用不同层次的编码系统。 该标准是v c d 工业标准的核心，现在v c d 已经走入千家万户，一个电影 经过此标准的编码压缩后可以存储在两张光盘上。到今天为止，全世界己售出 超过六千万台的v c d 机。用于电脑上的v c d 的解压软件也到处可见。利用 m p e g 1 音频的第三层的m p 3 音乐格式也倍受青睐。 2 2 2m p e g 一2 该标准克服并解决了m _ p e g 1 不能满足日益增长的多媒体技术、数字电视 技术对分辨率和传输率等方面的技术要求的缺陷。m p e g 2 标准的系统功能是将 一个或更多的音频、视频或其他的基本数据流合成单个或多个数据流，以适应 存储和传送。符合该标准的编码数据流，可以在一个很宽的恢复和接收条件下 进行同步解码。该标准的压缩编码系统是将视频和音频编码算法结合起来而开 发的。系统编码有两种方法，其编码输出保留节目流( p s ) 和传送流( t s ) 两 种定义流。m p e g 一2 标准力求满足在存储媒体、会议电视可视电话、数字电视、 电子科技大学硕士论文：基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现 高清晰度电视h d t v ( h i g h - d e f i n i t i o nt v ) 、广播、通信、网络等应用领域中对 多媒体视频、音频通用编码方法日益增长的新需要。譬如：分辨率要求有低 ( 3 5 2 2 8 8 ) 、中( 7 2 0 * 4 8 0 ) 、次高( 1 4 4 0 1 0 8 0 ) 、高( 1 9 2 0 * 1 0 8 0 ) 几个不同的 档次；压缩编码方法也要求从简单到复杂有不同几个等级。m p e g 2 标准详述了 数字存储媒体和数字视频通信中的图像信息的编码描述和解码过程。m p e g 2 标 准支持固定比特率传送、可变比特率传送、随机访问、信道跨越、分级编码、 比特流编辑以及一些特殊功能，如：快进播放、快退播放、慢动作、暂停和画 面凝固等。除了与m p e g 1 兼容以外，m p e g 2 视频标准与e d t v 、h d t v 、s d t v 等格式兼容。m p e g - 2 标准作为计算机可处理的数据格式，主要应用于数字存储 媒体、视频广播和通信。存储媒体可以直接与m p e g 2 解码器相连，或者通过 总线、局域网、电信通信线路等通信手段与其相连。所以符合该标准的数据， 可以在现在或未来的网络上传送、接收和在广播信道上传播。 2 2 3m p e g - 4 m p e g 一4 标准专家组成立于1 9 9 3 年。该标准的目标为：支持多种多媒体应 用( 主要侧重于对多媒体信息内容的访问) ：可根据应用的不同要求现场配置解 码器。 m p e g - 4 与m p e g - 1 和m p e g 一2 有很大的不同。m p e g - 4 不只是具体压缩算 法，它是针对数字电视、交互式绘图应用( 影音合成内容) 、交互式多媒体( w w w 、 资料撷取与分散) 等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。m p e g 4 标准将 众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提 供标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领 域普遍采用的统一数据格式。m p e g 4 采用基于对象的编码，即在编码时将一幅 景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象，分别编码后，再经过 复用传输到接收端，接收端对不同的对象分别解码，从而组合成所需要的视频 和音频。这样既方便我们对不同的对象采用不同的编码方法和表示方法，又有 利于不同数据类型间的融合，也可以方便的实现对于各种对象的操作及编辑。 例如，我们可以将一个卡通人物放在真实的场景中，或者将真人置于一个虚拟 的演播室里，还可以在互联网上方便的实现交互，根据自己的需要有选择的组 合各种视频音频以及图形文本对象。m p e g 4 系统的一般框架是：对自然或合成 的视听内容的表示；对视听内容数据流的管理，如多点、同步、缓冲管理等； 第二章相关技术 对灵活性的支持和对系统不同部分的配置。与m f e g 一1 、m f e g 一2 相比，m f e g - 4 具有如下特点： 1 基于内容的交互性 m f e g 4 提供了基于内容的多媒体数据访问工具，如索引、超级链接、上下 载、删除等，利用这些工具，用户可以方便地从多媒体数据库中有选择地获取 自己所需的与对象有关的内容；提供了内容的操作和位流编辑功能，可应用于 交互式家庭购物，淡入淡出的数字化效果等；提供了高效的自然或合成的多媒 体数据编码方法，可以把自然场景或对象组合起来成为合成的多媒体数据。 2 高效的压缩性 同已有的或即将形成的其它标准相比，在相同的比特率下，它具有更高的 视觉听觉质量，这就使得在低带宽的信道上传送视频、音频成为可能。同时 m f e g - 4 还能对同时发生的数据流进行编码。一个场景的多视角或多声道数据流 可以高效、同步地合成为最终数据流。 3 通用的访问性 m p e g - 4 提供了易出错环境的鲁棒性，来保证其在许多无线和有线网络以及 存储介质中的应用。还支持基于内容的可分级性，即把内容、质量、复杂性分 成许多小块来满足不同用户的不同需求。支持具有不同带宽，不同存储容量的 传输信道和接收端。 2 3 i p t v 交互式网络电视 i f t v 即交互式网络电视，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。 用户在家中可以有两种方式享受i p r i v 服务：计算机和网络机顶盒+ 普通电 视机。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。 i f t v 既不同于传统的模拟式有线电视。也不同于经典的数字电视。因为，传统 的和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点；尽管经典的数字 电视相对于模拟电视有许多技术革新，但只是信号形式的改变，而没有触及媒 体内容的传播方式。 2 3 1 l p t v 关键技术 电子科技大学硕士论文：基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现 i p t v 是利用计算机或机顶盒+ 电视完成接收视频点播节目、视频广播及网 上冲浪等功能。它采用高效的视频压缩技术，使视频流传输带宽在8 0 0 k b s 时 可以有接近d v d 的收视效果( 通常d v d 的视频流传输带宽需要3 m b s ) ，对今 后开展视频类业务如因特网上视频直播、远距离真视频点播、节目源制作等来 讲，有很强的优势，是一个全新的技术概念。 传统的电视是单向广播方式，它极大地限制了电视观众与电视服务提供商 之间的互动，也限制了节目的个性化和即时化。如果一位电视观众对正在播送 的所有频道内容都没有兴趣，他( 她) 将别无选择。这不仅对该电视观众来说 是一个时间上的损失，对有线电视服务提供商来说也是一个资源的浪费。另外， 目前实行的特定内容的节目在特定的时间段内播放对于许多观众来说是不方便 的。一位上夜班的观众可能希望在凌晨某个时候收看新闻，而一位准备搭乘某 次列车的乘客则希望离家以前看一场原定晚上播出的足球比赛录像，传统电视 是不可能的。 然而i p t v 使这一切成为可能，i p t v 主要体现其交换性上，用户可以在任 何时间和任何地点点播自己喜爱的节目。这样，用户就可以自主的来收看足球 录像赛了。 2 3 2 l p t v 特点及应用 t v 是利用宽带有线电视网的基础设施，以家用电视机作为主要终端电器， 通过互联网络协议来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。特点表现在： 1 ) 用户可以得到高质量( 接近d v d 水平的) 数字媒体服务。 2 ) 用户可有极为广泛的自由度选择宽带i p 网上各网站提供的视频节目。 3 ) 实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。i p t v 采用的播放平台将是 新一代家庭数字媒体终端的典型代表，它能根据用户的选择配置多种多 媒体服务功能，包括数字电视节目，可视p 电话，d v d v c d 播放，互 联网游览，电子邮件，以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能。 4 ) 为网络发展商和节目提供商提供了广阔的新兴市场。目前我国通信事业 正在迅猛地发展，用户对信息服务的要求越来越高，特别是宽带视频信 息。可以说中国己基本具备了大力发展l p t v 的技术条件和市场条件。 2 4 网络计算机 第二章相关技术 网络计算机n c 可以定义为：n c 是智能的客户机，不是哑终端，具有非常 低廉的价格，它支持丰富的g u i ，所有的软件可以通过网络从服务器下载，不 需要用户软件的支持吼 2 4 。1 网络计算机的发展 网络计算机n c 的提出与网络计算体系结构的演变密切相关，可以说n c 是 网络计算体系结构演变的必然结果。网络计算体系结构的演变经过了下面几个 阶段： 1 集中式 这种结构由主机和与其直接相连的终端组成，主机提供所有的应用、数据 和计算服务，终端只是数据输入输出设备，本身没有计算和存贮能力。这种结 构的优点是便于管理，而缺点则是过分依赖于主机。 2 分布式 微机和l a n 的出现使完全分布式计算成为可能。在这种方式中，每台机器 都对它自己的资源有绝对的控制权，应用和数据完全分布开。这种体系结构灵 活、扩展方便，但管理难度大，查找或存取关键数据极不方便，尤其不利于对 敏感数据的安全控制。 3 c l i e n t s e r v e r 在c l i e n t s e r v e r 结构中，数据被集中于数据库服务器上，统一存放、统一管 理，而应用仍然分布在客户机上。客户机有自己的存贮、操作系统和应用程序 ( 胖客户机) 。这种结构有分布式和集中管理的优点，但对胖客户机的管理和维 护仍然很困难。 4 b r o w s e r w e b s e r v e r r d b m s i n t e m e t 、w e b 服务器和浏览器的普及出现了三层体系结构，在这种结构中， 数据集中于第三层的数据库服务器上，应用以h t m l 文件和c g i 程序的形式集 中在中间层的w e b 服务器上，而客户端只有一个统一的浏览器。由于应用和数 据都集中管理，增加了系统安全性，降低了管理和维护的费用，同时对客户机 的硬件要求也随之降低，出现了瘦客户机n c 的概念。但由于该结构完全基于 h ”r p 和h t m l ，其交互能力，尤其是和r d b m s 的交互能力较差。 5 基于j a v a 的计算结构 j a v a 语言的出现改善了三层体系结构，使其趋于合理、实用。在这里第三 电子科技大学硕士论文：基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现 层仍然是集中管理数据的数据库服务器；第二层是集中存放j a v a 程序的应用服 务器：第一层是能够运行j a v a 程序的瘦客户机n c ，它只在需要时从应用服务 器下载j a v a 程序到客户机运行。作为一种平台无关的、面向网络的通用程序设 计语言，j a v a 具有很强的能力，可以实现几乎所有的应用，包括对关系数据库 的访问。这种结构具有三层体系结构的所有优点，又有足够的交互能力，是体 系结构演变的必然趋势。 如图2 2 所示，基于j a v a 的n c 系统为典型的三层模式：n c ，n cs e r v e r ， d bs e r v e r 。其中： 1 ) n c网络计算机( 客户机) ，在不同属性的硬件设备上显示网络服务器 所提供应用服务的用户界面，接收用户输入，作为和用户交互的计算机 前端。 2 ) n cs e r v e r 网络计算机服务器，使得n c 和相应的服务器通过应用服务 协议连接交互，且能够在服务器上驻留多个并发的客户端会话( s e s s i o n ， 用户在应用服务器上的次运行) ，并且客户端断开以后通过n cs e r v e r 能够重新链接到原来的会话；n cs e r v e r 同时能够为多个兼容的显示在 不同属性硬件平台的n c 服务。 3 ) d bs e r v e r 数据库服务器，是在网络服务器中为n c 提供数据服务的数 据库管理部分。 一层 n cn cs e r v e rd bs e r v e r 1 c p i p ， r l - r p j d b c 图2 - 2 网络计算机体系结构 2 4 2 网络计算机的特点 1 实现了对客户机的零管理 第二章相关技术 因为简化了客户机的硬件和软件设计，减少了客户机上可出错部件的数量， 从而增加了客户机的可靠性；由于应用和数据全部驻留在服务器上，因此当客 户机出故障时，可以随时更换其部件，甚至更换整台客户机而不用重新安装软 件：由于没有本地软件配置，所有的管理工作均可集中完成，从而实现对客户 机的零管理。 2 改进了安全性 由于数据库和应用全部驻留在服务器上，因此可以对其做更严格更仔细地 控制；利用j a v a 语言本身内建的安全机制和用户安全模型，可以防止对关键数 据的非法存取和病毒的引入。 3 好的经济效益 与胖客户机相比，n c 本身造价低，初始安装费用低，对n c 的管理和维护 费用低。 4 简化对应用的管理 由于应用总是存放在服务器上，只在运行时才下载到客户机上，所以可以 对应用集中管理，从而保证用户每次使用的总是最新的版本，克服了同一应用 多个版本共存所带来的不兼容问题。 5 可与胖客户机共存 胖客户机和瘦客户机可和平共处于同一环境中，以满足不同用户的需求， 安装瘦客户机并不要求淘汰现有的p c 。 6 完全基于开放的标准 基于j a v a 的计算结构，采用完全开放的标准，如：t c p i p ，h r r p ，j d b c ， j a v a b e a n 等。 2 5 机顶盒 机顶盒是扩展电视机功能的一种新型家用电器。它是利用有线电视网络作 为传输平台，电视机作为用户终端，把卫星直播数字电视信号、地面数字电视 信号、有线电视网数字信号甚至互联网的数字信号转换成模拟电视机可以接收 的信号，观看数字电视节目，进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消 费类电子产品 9 1 。 2 5 1 分类 电子科技大学硕士论文：基于局域网的数字电视服务系统的研究与实现 目前，已出现在市场上的机项盒基本