（计算机应用技术专业论文）iptv系统的epg模块api设计与实现.pdf

摘要 摘要 i p t v 是一种基于流媒体技术的网络多媒体服务，用户可以通过网络观看到 自己想要看的电视节目或者电影。目前已经有许多国家和地区的电信运营商开始 运营坤t v 服务。e p g 系统是向用户展示运营商特色的窗口，所以每个运营商都 有制作一套具有自己特点的e p g 系统的需求。一方面运营商想要掌控e p g 系统 设计与实现，另一方面e p g 系统是与整个口t v 系统紧密结合的子系统。这就要 求e p g 系统的实现既要提供与球t v 系统的全部功能接口，又要易于实现和维护。 为此，向运营商提供一套e p g 系统a p i 是一个很好的折衷办法。 本文在设计e p g 系统a p i 方面进行研究，对一些常用机制的开发做了一些 工作。工作主要包括三个方面，首先分析多个运营商设计的口t v 业务流程，找 到e p g 开发过程中可能遇到的具有一定开发难度和影响系统性能的因素，根据 分析结果确定a p i 中重点设计部分：然后分析了a p i 的设计原则，参照m v c 开 发模式对e p g 系统进行功能层次划分，使用面向对象技术从代码级进行层次划 分，在代码级别规范编码，保证a p i 具有良好的封装、可复用、易使用、易维护 与扩充等特点；最后设计与实现了数据库操作、网络通信、e p g 缓存、页面状 态保持、光标循环逻辑控制等重要机制。数据库与网络部分使用a p l 分层设计， 很好的对底层进行了封装；使用后台进程缓存e p g 数据有效提高了服务器的性 能；通过设计参数栈保存页面参数实现页面状态保持机制；设计移动逻辑矩阵实 现a p i 对光标移动的控制。 关键词口t v ；e p g ；a p i ；w e b 缓存：状态保持 a b s t r a c t a b s t r a c t i p t vi sam u l t i m e d i ai n t e m e ts e r v i c eb a s e do ns t r e a mm e d i at c c t m o l o g y 口t v u s e r sc a ne n j o yt h e i rf a v o r i t et vp r o 哥a m sa n dm o v i e sv i ai n t e n l e t a tp r e s e n t ，m a n y i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r sa l lo v e rt h ew o r l dh “ed 印l o y e dm ei p t vs e r v i c e i s p s d e m o n s t r a t et l l e i rb u s i j l e s sc h a r a c t 嘶s t i c st h r o u 曲e p gs y s t e mt ou s e r s ，t h e r c f o r ee a c h i s pw o u l dl i k et oh a v ea i le p gw i mo w nf b a t u r c s ，o nt h eo n eh a i l d ，i s pw a n t st o h a n d l ed e s i 譬皿a n di m p l e m e n t a t i o no f e p gs y s t e m ，o nt h eo t h e rh a j l de p gs u b s y s t e m i sc l o s ei n t e 目a t i o nw i t l lo m e rm o d u l e so f 口t vs y s t e m s oe p gs y s t e ms h o u l dn o t o n l yp m v i d em l l 如n c t i o n 出i n t e r f a c e so fp t vs y s t e m ，b u ta l s ob ee 髂yt oi m p l e i l l e n t a 1 1 dm a i m a i n t 1 l e r e f b r e ，p m v i d i n gi s p sas e to fe p gs y s t 锄sa p ii sa ne c l e c t i c s 0 1 u t i o n t h i st l l e s i s 锄a l y z e dd e s i 鲫i n go fe p gs y s t e m sa p i ，a n dd o n es o m ew o r k0 n c o m m o n l yu s e dd e v e l o p m e n tm e c h a l l i 锄s t h es t i l d vi sf o c u s e do nm r p a n s ，f i r s t o fa l l ，d i m c u l t i e si ne p gd e v d o p m e n ta n dp r o b l 锄sw h i c hw i l li m p a c to nt h c p e 响m a i l c eo fs y s t e ma r ef o 唧do u tb ya n a l y z i n g 也eb u s i n e s sn o wo f 口t v s d e s i 匦e db yv 撕o u si s p s ，柚dt h em a i np a no fe p ga p id e s i 弘i n gc a nb ed e t e n n i n 酣 a c c o r d i n gt ot h er e s u l t ；s e c o n d l y ，t h em l e so fa p id e s i 印a r e 孤a l y z c dt oe n s l l r ei t s w e l le n c a p s u l a t i o n ，r e u s a b i l 主ty ， m a i n t e n a l l c e ，e x t e n s i b i l i t ya n ds oo n ，s u c ha s f i l n c t i o n a l1 a y e r i n go fe p g a c c o r d i n gt om v cd e s i 印p a t t 锄，c o d el e v e l l a y e r i n gb y o b j e c t o r i e n t e dp r o 乒猢i n ga n dc o d i n gs t a n d a r d i z a t i o n t h el a s t ，s e v e m li n l p o r t a n t m e c h a n i s m ss u c ha sd a t d b a s eo 口e r a t i o n s ，n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，e p gc a c h e ， p r e s e a t i o no fp a g es t a t u sa r ed e s i 即e da 1 1 di m p l e m e n t e d t h er a wd a t a b a s ea n d n e 时o r k 如n c t i 锄sa r ee n c a p s u l a t e db ya p il a y c r e dd e s i 鲷i n g ，a i l dt h a tm eu s i b i l 畸o f d a t a b a s ea n dn e t 、v o r ka c c e s sm o d u l ei se n h a n c e d ：p e d 0 m l a l l c eo fs e r v e ri si m p r o v e d e 脏c t i v e l yb yd e s i 弘i n g ab a c k g r o u n dp r o c e s st oc a c h ee p gd a t a ；d e v e l 叩e r s e f i i c i e n c yi se n h a l l c e db yd e s i 伊i n gas t a t u s s t a c kt op r e s e n ，et 1 1 es t a t u so fe p gp a g e ； f o c u sm o v i n gc o n t r o l l e ri si m p l e m e n t e db yd e s i g n i n gaf o c u sm o “n gl o 彰c a 】m 删x k e y w o r d si p t v ；e p g ；a p i ；w e bc 础1 e ；s t a t u sh 0 1 d i n g 1 i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个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，也不包含为获得北京工业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了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：垄包箧l 导师签名：善绐望立k 日期：丝堑乡 第1 章绪论 1 1 课题背景 1 1 1i p t v 概述 1 1 1 1 数字电视的兴起 电视，被世人公认为是二十世纪最为伟大的发明之一。人们对电视的研究工 作起源于十九世纪，那时人们开始讨论和探索将图象转变成电子信号的方法，在 1 9 0 0 年出现“t c l e v i s i o n ”一词。1 9 2 5 年l o 月2 日，苏格兰人约翰洛吉贝 尔德( j o h nl 0 9 i eb 枷) 在伦敦的一次实验中“扫描”出木偶的图象。这次试验 被看作是电视诞生的标志，而贝尔德也被称做“电视之父”。电视改变了人们的 生活，随着科学技术不断的发展，人们对电视的要求也不断提高，期望能够进一 步提高电视清晰度、进一步丰富电视节目、拓展新的电视业务。 数字电视是在研究高清晰度电视的基础上提出并发展起来的。数字电视技术 泛指将音视频信号数字化传输到最终用户，再由专门的解码设备进行解码还原的 视频传输技术，其数据传输可由有线电视网、互联网、移动电话网等通信网络承 载，其中的有线电视网的数字电视在我国应用最为广泛，若未明确说明，本文以 下部分所说的“数字电视”均指的是有线电视网的数宁电视。全球数字电视包括 欧洲d v b ( d i 垂t a lv j d e ob m a d c a s t ) 组织的数字视频广播d v b 标准、美国的 a r s c ( a d v a n c e dt c l c v i s i o ns y s t 钮l sc o m m m e e ) 标准和日本的i s d b ( h i t e 洲c d s e n ，i c e sd 西t a lb r o a d c a s t i n g ) 标准等。d v b 是由欧洲广播联盟组织的一个项目， 日前已有世界3 3 个国家2 2 0 多个组织参加，中国采川的就是d v b 标准。d v b 标准除了定义音频与视频传输标准外，还定义了带回传通道( d v b r c ) 的数据通 信标准( d v b d a l l a ) ，用下建立双向通信，为拓展新的电视业务打下基础。d v b 标准定义数据以m p e g 2 传输流的方式传输，数字电视再对数字信号进行解码， 其清晰度火大高于采用模拟信号的普通电视服务。在数字电视技术不断进步之时 i n t e e t 技术也取得飞速发展，渐渐具备了传输多媒体业务的能力。 i n t e m e t 技术也取得飞速发展，渐渐具备了传输多媒体业务的能力。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 1 1 2 下一代网络( n g n ) 二十世纪束时h i t e m e t 在人们的概念中仍然是纯粹的数据业务网络，人们对 i n t e m e t 的使用仍然仅限于对带宽要求不高的数据传输业务，如浏览新闻、收发 电子邮件、下载资料等。国际电信联盟( i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ， l t u ) 提出了发展下一代网络技术( n c x t g c n e r a t i o nn e 咐o r k s ，n g n ) 的计划【。吲， i t u t 定义的n g n 具有以下几个主要特点： ( 1 ) 基于包交换技术提供各种远程通信服务。 ( 2 ) 可使用q o s 对带宽进行控制。 ( 3 ) 服务相关的功能与底层传输技术分离。 ( 4 ) 具有通用移动性，允许用户自由地接入不同业务提供商。 从字面上理解，n g n 是以当前网络为基点的下一代网络，标志着新一代电 信网络时代的到来。从意义上讲，n g n 是基于1 d m ( t 恤争d i v i s i o nm u l t i p l e x i n 曲 的p s i n ( p u b l i cs w i t c h e dt c l 印h o n en e t w o r l 0 语音网络和基于p ，朋m 的分组网络 融合的产物，它使得在新一代网络上语音、视频、数据( 尉p l ep 1 a y ，即三网合一) 7 ，8 】 等综合业务成为了可能，是可以同时提供话音、数据、多媒体等多种业务的综合 性的、全开放的宽频网络平台体系。三网合一使得传统的电信网、广播电视网和 计算机网络运行的业务相互渗透融合，在未来的“三网合一”网络平台上用户将 得到种类和内容更加丰富的服务，口t v ( h t e r n e t p m t o c o l t e l e v i s i o n ) 是这类融合业 务中较早出现的一种。 1 1 1 3p t v 的兴起 i p t v 也是数字电视的一种形式，由于其承载网络是h l t e m e t ，数据以p 数 据包方式传输，故被称作疋t v 。碎t v 用户通过普通电视机+ 机顶盒+ 宽带网络的 方式收看各种节目。口t v 又称交互式网络电视，与传统电视相比，其最大特点 是交互式的全新电视观看体验。“今天的电视机能让你控制亮度、音量和频道， 而明天却能让你改变电视节目中性与暴力的程度和政治倾向。”【9 j ，l o 年前人 们展望的未来电视会在用户需要的时刻把节目传送过来，完全不再受电视台节目 播放时间的限制，也可以观看数天甚至数月前的节目，人们还能够对节目内容进 行控制。现在，i p t v 系统具有的时移电视( t i m e s h i 舭dt v ) 功能，不但能选择 第1 章结论 以前任何播出过的节目，还能对所有的节目进行暂停、倒退和快进等操作，完全 把播出节目的控制权交到用户手中。此外，口t v 还可提供节目级别控制、用户 定购节目、查询余额、缴纳费用和查看使用详细清单等私人服务。口t v 已经基 本实现了1 0 年前人们所描述的未来电视的功能。 1 1 2i p t v 发展现状 1 9 9 9 年英国的v i d e o n e 铆o r k s 公司首先向用户提供口t v 服务，随后m 在世界范围内受到电信运营商的熏视。电信运营商通过p 宽带网络提供的腰t v 业务也在迅速发展。截至2 0 0 3 年5 月，全球已有3 3 家电信运营商推出口t v 业 务。除此以外，各国的电信运营商均密切关注肼v 业务发展情况，有些运营商 已经积极开展口t 、，业务测试。2 0 0 3 年瑞士领先的电信公司s 稍s s c o m 与微软公 司合作测试微软的新一代口t v 产品“m i c r o s o f tt v ”。2 0 0 4 年1 月，以色列的 两大运营商b e z e q 和y e s 采用o r c a 公司的口t v 解决方案“黜g h t vs o f t w a r e s o l u t i o 璐”在以色列的部分地区测试口业务。随着2 0 0 5 年5 月国家广电总局 颁发第一张口t v 牌照，国内的口t v 厂商之间的竞争也出现白热化的局面，目 前从事口t v 设备制造的厂商多达几十家，中国电信首先在杭州、上海、哈尔滨 等5 省1 7 市完成p t v 局部试点，随后将试点城市扩至2 3 市，中国网通也将试 点城市的数目扩至2 1 个，目前国内口t v 用户超过百万。 现阶段部署实施的口t v 方案已经融合了很多方面的技术： ( 1 ) 宽带网络，a t & t 和纽约电信服务商v c 埔z o n 等实力较雄厚的公司已经在 考虑使用光纤架设网络以取得更高的速度，而多数的电信商采用双绞线或d s l 线路提供2 m 3 m 网络带宽。 ( 2 ) 流媒体编码，i p t v 视频流一般使用技术较成熟的m p e g 2 格式，但目前 已经有很多l p t v 厂商在系统中加入对h 2 6 4 流媒体格式的支持。 ( 3 ) 各种网络技术，如i p t v 系统的用户交互系统通常采用h t t p 协议实现， 流媒体传输采用单播、多播技术，并依靠q o s 保障流媒体传输效果。 1 1 3i p t v 发展趋势 随着口t v 业务的不断发展和拓宽，p t v 将不仅仅再是收看电视，它提供 北京工业大学工学硕士学位论文 的流媒体服务平台上将会为用户提供视频电予邮件、游戏、个人视频录制、电视 商务、v 0 口、i m 等丰富的口t v 服务。 i p t v 本质是一个开放的综合服务平台，电视+ 机顶盒是其主要终端。口t v 之所以成为关注的焦点，最主要的一点在于它的宽带服务模式即将形成一个极具 前景的产业。在国内，i p t v 引起极大重视的最为直接原因就是宽带互联网的快 速发展和用户群的扩大，使得宽带应用成为运营商关注的主要问题，p t v 被固 网运营商认定为最有潜力的增值业务。 i p t v 市场大规模启动将在2 0 0 6 年，i p t v 全球业务收入将达到8 0 亿美元， 用户数将达到8 0 0 万以上。预计，全球m t v 用户数将从2 0 0 5 年的3 7 0 万增长 到2 0 0 9 年的3 6 9 0 万：来自最终用户的销售收入将从2 0 0 5 年的8 8 亿美元增长 到2 0 0 9 年的9 9 亿美元。在国内，全国有3 0 0 0 多万的宽带用户，但目前只有l o o 多万的妒t v 用户，可见p t v 在国内市场仍然存在巨大的发展空间。 d t v 在现阶段仍然是一个刚刚起步的电信产业，没有统一的行业标准。目 前已经有许多公司进行口t v 系统研发，参与国内市场竞争的就有华为、中兴、 u t 斯达康、贝尔阿尔卡特和西门子等技术实力雄厚的公司，这些公司都是按照 自己的设计方案开发i p t v 系统。p t v 的快速发展使得制定统一的行业标准迫 在眉睫，目前我国在这方面也做了一些积极的工作，2 0 0 5 年1 1 月2 4 日中国计 算机用户协会多媒体应用专业委员会主办召开了中国球t v 产业政策及技术、标 准研讨会，推动了未来m t v 行业标准的制定。 网络、流媒体等方面的技术发展也会迅速被应用于口t v 系统中，如h 2 6 4 编码标准已经被上海电信确定为其母t v 系统的视频标准；从媒体编码和网络技 术等方向优化口t v 系统性能i l l ，2 】；未来的m t v 系统会考虑采用p 2 p 技术【1 3 1 4 】 进行媒体内容分发，从而利用有限的服务器资源为更多用户提供服务，同时已经 有人着手研究p 2 p 网络中的知识产权问题，提出p 2 p 网络下的数字版权管理 ( d i g i t a l 砌曲t sm a i l a g e m e n t ，d r m ) 方案【1 5 t 1 6 】。 1 2 课题来源 本课题来源于u t s t a r c o m 公司的电信运营级i p t v 系统r o l l i n g s t r e 枷系 统，它是一套完整的端对端系统，提供从运营商到最终用户全部的软件与硬件解 第1 章绪论 决方案，该系统已经提供给f i 本y 扑0 0 1b b 、美国d s s i 、墨西哥t c l e m a ) ( 、危 地马拉t e l g t l a 、巴西t e l e m a r 、中国电信、中国网通等多家运营商，系统稳定性 经受了大规模商用的考验，是目前全球范围内最大规模商用的解决方案之一。其 中日本l o o ! b b 公司采用r d l l i n g s t r e 锄系统，是截至到2 0 0 5 年底全球规模最 大的商用口t v 系统。 1 3 研究内容 首先研究了p t v 系统的整体框架结构；然后按照项目需要参与e p g 模块 原型系统的开发工作，并在原型系统开发过程中总结经验，针对原型系统的不足 之处进行研究，研究工作分别从开发模式与框架结构两方面进行，涉及到m v c 框架结构、以库为核心的软件设计、面向对象程序设计、w 曲缓存机制、w 曲 程序数据保存与参数传递等知识。本文重点放在e p g 系统a p i 的设计部分，包 括数据库与网络操作的封装，e p g 数据缓存机制，e p g 的状态保持机制、光标 移动逻辑通用解决方案等模块的设计与实现。 1 1 4 文章结构 本文共分五章，第一章绪论部分介绍了本课题的研究背景、研究现状、研究 内容；第二章介绍了e p g 的基本概念与i p t v 整体结构；第三章介绍了a p i 在 软件设计中的地位，并以v o d 业务流程为例说明e p g 系统a p i 的设计目标； 第四章介绍了a p i 开发过程中所要遵循的原则；第五章介绍了e p g 系统中5 大 功能模块的详细设计方法与实现；结论部分对本课题的研究过程做出总结，并对 下步研究工作做出展望。 第2 章e p g 基本知识概述 第2 章e p g 基本知识概述 2 1e p g 概述 2 1 1e p g 的起源 e p g ( e 1 e c t r o n i c p r o 口a m g u i d e ) 源于数字电视中的电视节目导航功能。在数字 电视出现以前人们观看的是模拟信号电视，电视信号中只能传输电视节目视频音 频信号，人们只能从纸质电视报或其他途径获知电视台的节目安排。数字电视出 现之后，电视节目安排表可以通过电视信号的方式传输到用户端，用户端的数字 电视或数字电视机顶盒可以将e p g 信息从电视信号中分离出来。当用户想要查 看e p g 信息时，用户端设备把分离出来的e p g 信息以图像形式显示在电视屏幕 上，内容不仅包括传统的电视节目安排表( 节目名、播出频道、播出时间等) ，还 可包括每个节目的详细信息，用户还可以选择不同的语言来显示。 目前除了最初的数字电视使用e p g 之外，多种媒体服务如个人影像录影机 ( p e r s o n a lv i d e 0r e c o r d e r ，p v r ) 、口t v 系统中也实现了e p g ，甚至出现了一些专 门开发e p g 的公司向网络用户与w a p 电话用户提供e p g 服务。 2 1 2e p g 的应用 2 1 _ 2 1 数字电视中的e p g 按照d v b 标准，所有的视频、音频、文字、图片等资源经数字化后以m p e g _ 2 格式编码，打包形成固定长度的t s 数据流后传输给用户，m p e g - 2t s 流是根据 i t u t r e c h 2 2 0 、i s o ，i e c d i s l 3 8 1 8 2 和i s 0 i e c l 3 8 1 8 3 协议定义的一种数据流。 文献【1 7 叙述了数字电视e p g 的实现方式，d v b 标准对t s 流进行了扩展，在流 中增加了一个服务信息表( s e r v i c e i n f o n i l a i i o n ，s i ) ，数字电视的e p g 数据就来自 于s i 表。 2 1 2 2p v r 中的e p g 简单的说，p v r 是一种类似盒式磁带录像机( d e oc a s s e t t er e c o r d e r ，v c r ) 的设备。不同之处在于v c r 把电视节目以模拟信号方式存储到磁带上，而p v r 北京工业大学工学硕士学位论文 以数字格式( m p e g 一1 、m p e g 2 、h 2 6 4 等格式) 存储到硬盘上，硬盘的扩容潜力 使得p v r 有能力连续录制长达数天的电视节目。t i v o 与r 印l a y t v 是两家商业 p v r 公司，他们所提供的e p g 系统可以对p v r 录制的节目进行综合管理，用户 也可以在e p g 中设置自己的偏好，e p g 届时就会指导p v r 有选择的录制电视节 目。 2 1 2 3l p 丁v 中的e p g 与其它e p g 应用类似，l p t v 中的e p g 系统负责用户与口t v 系统进行交互， 但口t v 被称为可交互电视，从这里可以看出t v 用户可进行的操作非常多， e p g 的结构也相应复杂许多。 用户操作口t v 系统的一切行为都需要e p g 模块来参与。e p g 系统要解析 和处理用户的操作命令，并将处理后的结果发回给用户，引导用户下一步的操作。 为了使利益最大化，电信运营商会充分利用带宽向用户提供各种服务，口t v 系 统的e p g 会涉及以下宽带业务： ( 1 ) 电视服务( b m a d c a s tt v ) ：广播电视是有线电视提供商提供的传统服务， 电视业务也就成了口t v 运营商与有线电视提供商的主要竞争业务，e p g 需要向 用户提供电视节目安排表、观赏直播电视节目、节目信息简介等功能。 ( 2 ) 视频点播服务( d c oo nd e m a i l d ，v 0 d ) 【1 8 】：v 0 d 是一种与电视广播模型 完全不同的视频服务模式，它是指可以被用户自行控制视频信号流，也就是说两 个用户可以在同一时闻观看相同的视频节目，但是一个用户对视频流的控制( 暂 停、后退、快进) 不会影响到另外一个用户。用户普遍比较喜欢这种随心所欲的 观看模式，所以这种点对点传送视频信号的服务需求是非常大的。电影、连续剧 等节目适合以这种方式提供给用户，e p g 需要向用户提供搜索、预览、购买、 播放v o d 等功能。 ( 3 ) 准v o d 服务( n e a r d e 0o nd 啪a n d ，n v o d ) ：上面介绍的v o d 又称 t v o d ( t n ev o d ) ，提供1 h ev o d 服务的服务器需要为每个用户分配一定的带 宽，当用户量非常大时服务器的负担也是非常巨大的。如果可以预见某个视频节 目的点播率很高，就可以用多播的方式向用户提供视频信号，用户点播这个节目 段时间后进入等待其他用户的状态，视频服务器在预定的时问开始向用户提供 第2 章e p g 摹奉知识概述 视频信号，但用户不可以单独控制视频流的暂停、快进、后退，这种业务被称为 n v o d ，n v o d 以模拟传统电视广播的方式向用户提供服务，因此也被称为“共 享点播”。对用户来说，他们认为v o d 与n v o d 都是可以点播的视频节目，它 们应当有相同表现方式和相同的处理流程，e p g 也无须把底层的区别表现到上 层去。当用户请求播放一个v o d 时，e p g 应当告诉机顶盒v o d 的类型，如果 是n v 0 d ，还需要告诉机顶盒n v o d 的多播地址。 ( 4 ) 电视点播服务( t vo nd 锄a n d ，t v o d ) ：t v o d 也被称为网络录像机 ( n 咖o r kp e r s o n a lv i d e or e c o r d n _ p v r ) ，u t 斯达康公司也称之为时移电视服 务( t i m es h i 舭d t v ) ，如无特别说明，下文中的t v o d 表示是时移电视服务，v o d 表示1 h ev o d 。传统的个人p v r 需要用户自行配置硬盘，尽管硬件的成本一直 在下降，但用户也没有足够的空间来存储所有的视频节目。叮v 的t v 0 d 服务 器会在后台实时录制所有电视台的视频信号，将所录制的节目存储在海量存储器 中，t v o d 可以大幅降低用户机顶盒的成本。对用户来说，他们只知道t v o d 与t v 仅仅是过去的节目和现在正在直播的节目，t v 与t v o d 应当有相似的处 理流程与表现方式。但是在p t v 系统底层会用多播的方式播放t v ，以单播的 方式播放t v o d ，e p g 在处理t v 与t v o d 时需要区别的对待。 ( s ) 电视购物：口t v 可以将代售物品以视频或图片方式表现出来，用户通过 操纵遥控器即可完成购买。 ( 6 ) 视频传输：这项服务需要用户在机顶盒上安装一个摄像头。摄像头捕捉 到的画面会及时传送到使用视频会议服务的其他用户处。这项服务可以用来提供 视频会议、远程教学、城市交通监控等。 ( 7 ) 其他增值服务：i p t v 的功能有很多可扩充的余地，例如电视购物、视频 监控和网络游戏等等方面。e p g 必须要准备合适的接口，以适应越来越多的新 业务。 2 2 i p t v 与e p g 的整体架构 2 2 1 数字宽带网 电信运营商架设的宽带网是口t v 的基础设施，p t v 系统一般运行在电信 网的内部网中，只有通过网关才能接入互联网。如图2 1 所示，电信运营商使视 北京工业大学工学硕士学位论文 频信号源( 直播电视信号源或d v d 碟片等) 的信号经过编码服务器进行编码，编 码后的数据送入视频服务器，再由视频服务器向用户提供服务：用户通过专用上 网方式( 如a d s l 调制解调器、光纤等，本文以a d s l 接入为例) 接入电信运营商 的网络，d s ia m 设备将用户的信号中的电话信号与数字信号分离开来，其中数 字信号部分又可分为用户访问互联网的数据与用户使用礤t 1 v 的数据，m t v 的 服务请求会被送往t v 系统相关服务器处理。 图2 1 典型的宽带网结构 f i g i l r e2 一lt h ea r c b i t e c t i l r eo f l 卯i c a lb f o a d - b a n dn 曲o r k 2 2 2i p t v 系统四层结构 r o l l i n g s 仃e 珊系统是一套电信运营级的球t v 系统，例如日本y a h o o ! b b 公 司的m t v 业务覆盖日本全国，将达到5 0 0 万用户。提供大规模的服务需要一套 合理的服务器组织架构，r o l l i n g s 仃e a m 系统如图2 - 2 所示为四层分布式部署： ( 1 ) 后台支持层：在后台做离线支持服务，为其他层的工作提供数据。如流 媒体的制作、用户的账务处理等。 ( 2 ) 在线支持层：这部分是口t v 核心运行部分，为在线服务层提供各种系统 服务，如系统认证登录、流媒体分发调度等。 ( 3 ) 在线服务层：这部分直接面对用户，向用户提供具体的叮v 服务，如 e p g 、视频播放等。 ( 4 ) 终端用户层：i p t v 用户可以使用机顶盒、计算机等设备通过网络使用 第2 章e p g 基奉知识概述 i p t v 系统。 豢箍lj 用鑫管ll 帐螽管l 后台支持层 j 源管理l 理理 一一 j 媒体引1j 用户费i1 两络管1 擎i 用管理l 理 在线支持层 i p t v 主ll 用户自ll 认证系i i 服务器il 服系统l 统 在线服务层 圈园圈圈户层 图2 2i p t v 系统分层结构 f i g u r e2 2t h el a y e ra r c l d t e c t u r eo f 口t vs y s t 锄 在线服务层负担全部i p t v 的服务任务，这部分又分为3 层的层次结构r 图 2 3 ) 达到均衡负载的目的【1 9 0 0 】：运营商设置一个中心节点c m s ( c e n 仃a lm e d i a s t a t i o n ) 负责媒体文件的分发调度，c m s 下属多个h m s ( h o m em e d i as t a t i o n ) ，每 个卸s 下部署多个e m s ( e d g em e d i as t a t i o n ) 。实际工程中主要由e m s 向用户 提供服务，c m s 与h m s 一般只起冗余服务的作用，当下层的e m s 出现故障时 c m s 或h m s 会接管故障e m s 的用户。 图2 3 媒体工作站层次结构 f i g u r e2 3t h el a y e r 加。c h i t e c t u r eo f m e d i a s t a t i o n 每个媒体工作站均包括一套e p g 系统和一套流媒体服务系统，这样做的好 北京工业大学工学硕士学位论文 处在于： ( 1 ) 较高的性价比：把i p t v 用户分配到多套服务器( e m s ) ，每套服务器的负 担并不是很重，运营商可以采用性价比较高的主流服务器就可以承担e m s 的服 务任务。 ( 2 ) 高可靠性：可靠性对系统非常重要，部署多个媒体工作站的策略可以在 单点失效时将用户转向最近的可用服务器，大大降低了用户无法使用系统的概 率。 ( 3 ) 降低网络流量：流媒体服务对网络带宽有很高的要求，主要的流量集中 在媒体服务器和最终用户之间，层次结构的流媒体服务器可以将主要的网络负载 集中到e m s 与用户之间，避免宽带网主干道出现拥塞。 ( 4 ) 可定制的e p g ：e p g 模块部署在每一个媒体工作站上，运营商可以通过 配置系统参数的方法使每个媒体工作站具有不同的e p g 模块，这样便于运营商 为不同地域的用户定制不同的服务。 2 2 3e p g 的工作环境 e p g 是坤t v 系统中的距离用户最近的模块，i p t v 系统所有的功能都必须 通过e p g 展示出来，有很多模块在后台做一些对e p g 的支持工作( 图2 4 ) ： ( 1 ) 数据管理系统：提供给运营商对i p t v 系统中所有数据进行统一管理，包 括：营业厅节点管理、用户账户管理( 开户、销户、暂停服务、费用管理等) 、电 视节目信息管理、v o d 节目信息管理等。 ( 2 ) 计费管理模块：计费管理模块部署在在线支持层，负责管理节目费用和 用户账户余额的模块。用户购买一个节目时e p g 需要告诉用户这个节目的价格， 是否有优惠等信息，所有关于价格的信息都是从计费管理模块获得。用户购买节 目时此模块也需要判断用户账户中是否有足够的余额，购买成功后要从账户中扣 除相应的费用。 ( 3 ) 用户账户管理模块：用户账户管理模块部署在在线支持层，负责管理用 户的信息，如用户购买了哪些节目、用户的自服务密码、用户的家长控制级别等， e p g 在需要这些信息时即时向用户账户管理模块发起查询。 用户 图2 _ 4e p g 相关模块协作示意图 f i g u r e2 4t h ec o o p e r a t l o nb e t w e e ne p ga n dr e l a t e dm o d u l e s 持层 ( 4 ) 同步管理模块：坤t v 系统数据更新很频繁，每天都有新的节目不断加入 到系统中，每添加一个新的节目都要将节目的相关信息保存到数据库中，将节目 的海报更新到所有e p g 服务器上，数据同步管理机制【2 l 】的任务就是及时更新数 据库的数据或一些文件。数据同步涉及到3 个相关的模块：同步管理模块、同步 服务器和同步客户端。同步管理模块部署在c m s 服务器上，负责将数据管理系 统下发的新数据进行一定处理后放入c m s 数据库中，同时在数据库的同步事件 表( s y i l cc v e i l t ) 中插入条s q l 语句，记录下自己更新数据的操作命令。同步管 理模块还要定时监控c m s 服务器上的资源文件( 电影海报图片等) 是否被改动过， 如果文件被改动，会把文件的改动信息保存在数据库的同步事件表中。 ( 5 ) 同步服务器模块与同步客户端模块：这两个模块负责具体的数据同步工 作。同步服务器模块部署在c m s 服务器上，被动的等待同步客户端模块的连接； 北京工业大学工学硕士学位论文 同步客户端模块部署在h m s ，e m s 服务器上定时连接同步服务器，查询c m s 上 是否有更新过的数据，如果需要更新数据，同步服务器会按照同步管理模块保存 在同步事件表中的操作记录指示同步客户端如何更新数据。 ( 6 ) w 曲服务器：e p g 的特点是功能选单展示风格清晰、明快；界面上 会有大量的图片或动画；运营商为了吸引用户会定期更换e p g 界面风格。由 于h t m l 擅长表现文本、图片，而且开发难度与周期均低于应用程序，所以目 前坪t v 工程都是采用b s 结构实现e p g 。e p g 模块是一种w e b 脚本程序，w e b 服务器根据用户的请求调用e p g 生成最终的h t m l 页面，而机顶盒( s e t t o p b o x ， s t b ) 是支持标准h t m l 的浏览器。换一种方式说，m t v 用户在电视机屏幕上看 到的e p g 实际上是一张一张的网页。 2 2 4e p g 的开发环境 p t v 系统采用l a m p 架构 2 2 】实现e p g 。i 。a m p 架构是指通常一起使用来运 行动态网站或者服务器的一组自由软件：l i i m x 、a p a c h e 、m y s q l 、p h p 。由于 这四个软件都是遵循g p l 的开放源码软件而得到广泛使用，随着这些软件不断 的升级和发展，它们之间配合的越来越默契，l a m p 组合能够使用户获得很高的 稳定性与性能2 3 1 。其他的w 曲解决方案还有a p p l e 的w 曲o b j c c t s 、j a v 棚2 e e 和 微软的n e t 架构等。采用圳p 架构做为系统平台具有以下优势： ( 1 ) 开源软件是安全的，尽管每个软件都不断有新的漏洞被发现，但漏洞被 公布之后总能很快得到修补。 ( 2 ) 开源模块具有很好的扩展性，我们在很多地方对a p a c h e 、m y s q l 、p 肿 做了相应的开发和配置以满足系统需求。除此之外，开源软件也降低了搭建整个 运营系统的成本。 2 2 4 1l i n l l ) 【操作系统 l i n u x 是一种类u n 操作系统，最初版本由芬兰赫尔辛基大学的学生l i 硼s t o r v a l d s 在1 9 9 1 年丌发。l i n u x 是一个以丌源方式发布的操作系统，世界各地 成千上万的程序员共同参与设计和实现形成了现在的l i n u x 系统。“n u x 与其它 操作系统最大的不同之处在于l i n u x 不受任何商品化软件的版权制约，任何人都 第2 章e p g 幕奉知识概述 能够自由使用。由于l i n u x 的自由和开放的特点，现在有多个版本l i n u x 在流行： r e dh a t 、d e b i a n 、s l a c k w a r e 、t u r b ol i n u x 、m a n d m k e 、s u s el i n u x 等等。r e dh a tl i n u x 是全世界应用最广泛的l i n u x 版本，其稳定性及安全性在各“n u x 产品中占有一 定的优势，r 0 1 l i n g s 仃e 锄系统的软件平台搭建在r e dh a tl i n u x9 o ( 2 t 4 2 0 - 8 ) 之上。 2 2 4 2a d a c h e 服务器 a p a c l l e 是一种开放源码的h t t p 服务器，可以在大多数计算机软硬件平台 上运行，由于其优秀的多平台特性和安全性而得到广泛使用，1 9 9 6 年4 月以来， a p a c h e 一直是h l t e m e t 上最流行的h r r p 服务器：1 9 9 9 年5 月它在5 7 的网页 服务器上运行；到了2 0 0 5 年7 月这个比例上升到了6 9 。a 口a c h e 起初由l i n o i s 大学u r b a l l a c h 锄p a i 印的国家高级计算程序中心开发。此后，a p a c h e 被开放 源代码团体的成员不断的发展和加强。邸a c h e 支持许多功能，大部分通过编译 的模块实现，这个特性使得a p a c h e 从服务器端的编程语言支持到身份认证方案 都具有良好的可拓展性，如一些通用的语言接口支持p e r l 、p y t l l o n 和p h p ，流行 的认证模块包括m o d _ a c c e s s 、m o d _ a u t h 和m o d _ d i g e s t 。i 沁1 l i i 唱s 骶a l i l 系统中 的用户认证模块就是开发组根据系统需求开发的一个a p a c h e 模块。 2 2 4 3m y s q l 数据库 m y s q l 是一个开放源码的小型关系型数据库管理系统，开发者为瑞典 m y s q la b 公司。目前m y s q l 被广泛地应用在h l t e m e t 上的中小型网站中。由 于其体积小、速度快、总体拥有成本低，尤其是开放源码这一特点，许多网站为 了降低网站总体成本而选择了m y s q l 作为网站数据库，m y s q l 数据库支持多 种类型数