（计算机应用技术专业论文）基于rtsp和dvbc协议的vod系统.pdf

武汉科技大学 硕士学位论文第1 页 摘要 视频点播即v o d ( d e 0o nd e m a n d ) ，它是一种交互式多媒体信息点播系统，其本质是 信息使用者可根据自己的需求主动获取多媒体信息。视频点播的网络选择与方案实现是目 前v o d 系统实现的技术关键和研究主要方向。本文建立一种基于r t s p ( r e a ln m e s t r e 锄i i l gp r o t o c 0 1 ) 和d c ( d i 酬d e ob r o m c a s t m g c a b l e ) 协议的v o d 系统，主要是 在现有互联网和数字电视广播网基础上实现一个易于管理，效果流畅，功能完善的v o d 系统。 我国目前v o d 建设还处在发展初期，尽管在我国一些城市小范围内已有实验性的视 频点播系统，但大多数应用仍以高档酒店、大型写字楼、高档生活小区等局域网内应用为 主。但从长远来看，视频点播具有巨大的潜在市场和深远的发展前景，因为从深层次来看， v o d 不仅仅是视频节目点播的问题，它代表未来全功能网络化和数字交互式信息的应用发 展趋势，是一种从内容、形式上更深层次上的互动，也是数字影院、交互视频新闻，广告等 新应用的基础，具有广阔的发展潜力。 本文研究了v o d 系统的基本原理、相关技术，分析了v o d 系统构建需要考虑的相关 问题，并提出了解决方案。在这些研究和分析的基础上，本文解决了基于r t s p 和d v b c 协议的v o d 系统的一些关键技术。在本文最后对系统的使用性能进行了评测。 关键字：v o d ，r t s p ，d v b - c ，h f c ( h y 晰df i b 盯一c ) d a ) ，m p e g - i i 中图分类号：口3 9 3文献标识码：a 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ev o dr v i d e oo nd e m a n d ) i sak i n do fe x c h a n g em u l t i m e d i ai n f o r m a t i o ns y s t e m ， w h o s ee s s e n c ei st h ei n f o r m a t i o nu s e r sc a l lo b t a i nm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o na c t i v e l ya c c o r d i n gt o w h a tt h e yn e e d v i d e o - o n - d e m a n dn e t w o r ks e l e c t i o na n di m p l e m e n t a t i o np r o g r a mv o d s y s t e mi sk e yt oa c h i e v i n gt h et e c h n i c a la n dr e s e a r c hm a i nd i r e c t i o n s t h i st e x ti sb u i l tu pak i n d o fv o d s y s t e mb a s i n go i lt h er t s p ( r e a l r i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) a n dd v b - c ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n gc a b l e ) a g r e e m e n t ，m a i n l yt a l k sa b o u to nt h ef o u n d a t i o no ft h ee x i s t i n gi n t e r a c ta n d n u m e r i c a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s tn e tt od e v e l o p eak i n do fv o ds y s t e mw h i c hm a yb ee a s y m a n a g e d ，h a ss m o o t he f f e c ta n dp e r f e c tf u n c t i o n c h i n asc u r r e n tv o dc o n s t r u c t i o ni ss t i l l e a r l ys t a g eo fd e v e l o p m e n t ，a l t h o u g hi ns o m e c i t i e s i nc h i n aw i t h i nt h ef r a m e w o r ko fe x i s t i n gs m a l le x p e r i m e n t a lv i d e o o n - d e m a n ds y s t e m s b u tm o s ta p p l i c a t i o n ss t i l ll u x u r yh o t e l s ，l a r g eo f f i c eb u i l d i n g s ，l u x u r yl i v i n gw i t h i nt h ed i s t r i c t ， a n do t h e rl a n - b a s e da p p l i c a t i o n s l o n gt e r m ，h o w e v e r , v i d e o - o n - d e m a n dm a r k e th a s t r e m e n d o u sp o t e n t i a la n dp r o s p e c t sf o rt h ed e v e l o p m e n to ff a r - r e a c h i n g ，s i n c em a d ea ni n - d e p t h v i e w , v i d e o o n * d e m a n dv o di sn o tj u s tt h ep r o b l e m ，i tr e p r e s e n t st h en e x tf u l l f e a t u r e dd i g i t a l i n t e r a c t i v en e t w o r k i n ga n dt h ea p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o nd e v e l o p m e n tt r e n d s ，i sac o n t e n t , f o r m ah i r g h e rl e v e lo fi n t e r a c t i o n ，b u ta l s od i g i t a lc i n e m a , i n t e r a c t i v ev i d e oj o u r n a l i s m a d v e r t i s i n g a n dt h eb a s i so f t h en e w a p p l i c a t i o na n dh a sv a s tp o t e n t i a lf o rd e v e l o p m e n t t h i sp a p e rs t u d i e st h ev o ds y s t e mt ot h eb a s i cp r i n c i p l e so fr e l e v a n tt e c h n o l o g i e s a n a l y z e dt h ev o ds y s t e mb u i l d e r sn e e dt oc o n s i d e rr e l a t e di s s u e s ，a n dp u tf o r w a r ds o l u t i o n s i n t h e s es t u d i e sa n da n a l y s i s0 1 1t h eb a s i so ft t i i sp a p e rt or e s o l v eb a s e d0 1 1r t s pa n dd v b c a g r e e m e n tv o ds y s t e ms o m eo f t h ek e yt e c h n o l o g y i nt h i sp a p e r , t h ef i n a lt e s tu s e o f t h es y s t e m p e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：v o d ，r t s p ，d v b c ，h f c ( h y b r i df i b e r - - c o a x i a ) ，m p e g i i 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 第一章绪论 电视机己走进了千家万户，电视己成为家庭文化娱乐活动的业要内容。长期以来广播 电视是单向广播式的，人们只能被动地收看电视台播出的节目，在时间和节目的选择上缺 乏主动性。近年来随着数字技术的发展，广播电视与计算机和通信业相互汇聚融合，一种 按用户要求播放视频信号的视频点播系统( v i d e oo l ld e m a n d ) 应运而生。 视频点播是近年来新兴的传媒方式，该技术是计算机技术、网络通信技术、多媒休技 术、电视技术和数字压缩技术等多学科、多领域交叉融合的产物。使用户可以根据自己的 时间、兴趣，直接在电视上自由选择节目的交互系统。它是世界各国软、硬件开：发人员近 年来重点研究的应用项目。在一些发达国家，已开通了一些试验性的v o d 系统。n c u h e 公司是美国最早开始研究v o d ) 的公司之一，它以u p 巨型机为视频服务器建立v o d 系统。 s g l 公司以s g i 工作站或s g im p p 巨型机为视频服务器，以i n t e m e t 网为传输媒体，建立 m e d i a b a s e v o d 系统。s t a r l i g h t 公司为实现多媒体数据在网上高速传输，专门提出了m 伊 协议。i b m 公司在香港建立3 t i g e r s h a r k v o d 系统，它以i b ms p 2 为视频服务器，在交 换网上提供上千用户的点播近两年，国内也开始研制国产v o d 系统，上海、广州等城市 在视频点播方面己进行了一些有益的试验，取得了一些成功的经验，但目前国内所有的 v o d 系统几乎都是服务于宾馆、酒店、娱乐场所等的试验系统，在业务发展与推广上都面 临着无法回避的困难：v o d 系统容量有限、造价高昂、终端价格用户无法接受，使之成为 只能在小范围内使用的试验系统我们通过考察了解各城市的v o d 系统，广泛深入的研究 国内外各种v o d 技术的特点及性能，结合我国的实际情况，从有线电视的发展角度出发， 把用户需求和市场接受程度作为一个重要因素来考虑，提出了一种经济实用的视频点播系 统方案 正如前面提到过的，人们日常欣赏电视节目的方式是一种被动的方式，节目的播放时 间是预定好的，观众也不可能改变节目的播放过程。而视频点播系统中，所有的电视节目 都被数字化压缩后存入视频库当中，观众可以在家里通过多媒体终端查找和观看视频库中 自己喜爱的节目或其中的某个片段，还可以任意快进、快倒、慢动作和观看静止画面。现 阶段互联网上视频点播业务己经比较流行，但如果要给用户提供活动的、高图像质量的电 视图像，则需要较高的传输带宽。因此，真正能替代传统电视的视频点播系统必定是基于 宽带通信网的，需要通过宽带接入设备将用户的终端与通信网络相接。目前，解决宽带接 入问题的现实方案主要有两种，其一是非对称数字用户线路( a d s u ，其二是光纤一同轴电 缆混合方式( h f c ) 。这两种方式分别是以电话网和有线电视网为基础而研究的，由于两种 网络的特点有着不同问题。未来的用户接入方式将是光纤直接铺设到用户家中。到那时， 光纤的巨大通信能力将会促进多媒体应用的飞速发展。 本文从介绍v o d 的基本知识出发，分析了v o d 的关键技术。然后从分析r t s p 协议 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 和d v b c 协议入手进行了协议的分析和实现。解决了v o d 系统的关键技术成功的实现了 一个高效的v o d 系统。 本文在第二章对v o d 的现有情况进行了整体介绍，在第三章进行了对所要实现的 v o d 系统结构进行了分析并且分析了其中的关键技术。在接下来的三章中通过对协议的分 析和实现解决了前面所面临的关键阀题。 本文的主要研究内容是d v b c 的扩展应用和客户端解析软件的设计以及r t s p 通信协 议在 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 2 1v o d 概述 第二章数字电视v o d 及其衍生服务概述 所谓v o d 是d c 0o nd e m a n d 的英文缩写，其中文意思就是根据用户的要求播放节 日的视频点播系统。v o d 并没有一个严格的定义，泛指一类能在用户需要时随时提供交互 式视频服务的业务，即“想看什么就看什么，想什么时候看就什么时候看”。视频点播具 有提供给单个用户对大范围的影片、视频节目、游戏、信息以及其它服务进行儿乎同时访 问的能力，用户和被访问的资料之间高度的交互性使它区别于传统的视频节目的接收方 式。它是随着计算机技术( 特别是多媒体数据压缩解压缩技术) 和通信技术的发展，综合了 计算机技术、通信技术、电视技术而迅速新兴的一门综合性技术。 视频点播( d e oo nd e m 锄d ) 是一种交互型的多媒体应用业务，属于多媒体业务分类中 的检索类。所谓交互业务的概念，也就是用户与用户或用户与下位机之间提供信息双向交 换手段的业务。通过网络窄带信道发出相关的信令信息到服务提供器( 数据库) 进行控制， 点播到所需的影视节目后，由数据库通知视频服务器，并将其中被选中的活动图像( 影视) 通过宽带信道发送给用户的机顶盒( 或接受器) ，供用户观看。其间，借助应用软件，还可 通过控制信道对节目实现编辑与处理( 倒带、暂停、搜索、编辑等操作) 。因此对于该种业 务将由上行信道( 窄带信道) 及下行信道( 宽带信道) 来运营，控制信息与信号信息( 影视) 的传 递构成了双向交换j 。 视频点播是9 0 年代在国外发展起来的初期v o d 业务的考虑仅局限在点播视讯( 电影、 音乐会、新闻、体育节目等) 内容。随着许多国家试验性v o d 系统的开通，以及用户对广 泛应用的需求，v o d 经营者已将v o l 业务范围包括家庭购物、远程教学、远程医疗等服务 项目。日前我国一些城市在小范围内已有试验性的视频点播系统，主要应用于宾馆、酒店、 娱乐场所等1 t u t 1 3 7 5 建议明确了智能网是支持v o d 业务的最终解决方案，智能网功能 可以支持更为广泛的多媒体业务的应用。除上述一些应用外，还包括多媒体邮件、定标广 告、连锁编辑等多种服务。对于用户而言，只需配备一台电视机、一个机项盒和一个v o d 遥控器。 2 2v 0 d 的发展和衍生服务 目| j i 我国有线网络还未全部实现双向改造，网络呈现多样化，根据实际运营需求以及 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 市场服务需求，市场上出现了多种v o d 业务模式，如n v o d 、t e l v o d 、t v o d 等，n v o d 虽然能够让用户灵活地选择收视时间，但其最终并没有改变人们被动接收方式，而对运营 商来讲，n v o d 并不能创造和v o d 同样的利润价值，故n v o d 仅作为向v o d 发展的一 个过渡，最终会被t v o d 代替“j 。 t e l v o d ( 单向网络v o d ) ： 基于单向网络及单向s t b 环境下的v o d ，实现方式相对较为低廉，用户通过数字s t b 、 电话或通讯数据接口，即可进行视频内容的点播。相对于n v o d 服务收视的灵活性， t e l v o d 在单向h f c 网络上实现了用户与系统之间的交互功能，用户可随时点播他们想收 看的节目内容。t e l v o d 系统结构流程说明如下： ( 1 ) t e l v o d 应用服务器将电子节目单发送至数据广播服务器； ( 2 ) 数据广播服务器将电子节目单发送至用户s t b ； ( 3 ) 用户通过s t b 浏览各媒体，并获得目标媒体的点播代码： ( 4 ) 用户拨打点播电话，按语音提示输入点播代码； ( 5 ) i v r 服务器将用户输入信息发送至t e l v o d 应用服务器； ( 6 ) t e l v o d 应用服务器将该信息传送至客户管理系统进行认证； ( 7 ) t e l v o d 应用服务器收集相关信息，生成播放地址码，并将该码发送至i v r 服 务器； ( 8 ) w r 服务器将播放地址码告知用户； ( 9 ) t e l v o d 应用服务器向控制系统发送点播请求，该请求进而被发送至媒体集群 服务器； ( 1 0 ) 媒体集群服务器向用户s t b 播放节目； ( 1 i ) 用户输入播放地址码收视所点播的节目： ( 1 2 ) t e l v o d 应用服务器将点播结果通知账务系统： ( 1 3 ) 1 报务商根据计费系统向用户寄发账单。 相对于n v o d 而言，t e l v o d 同样在单向h f c 网络上实现了视频点播功能，而t e l v o d 更接近于t v o d 应用，t e l v o d 系统并不需要安排播放日程，它实现了真正的即点即播， 为不同的用户播放不同的节目；相对于t v o d 而言，t e l v o d 无需对现有的单向网络进行 改造，降低了实现成本并同样具备分布式架构的扩充能力；同时，t e l v o d 对s t b 无特殊 要求，在无需为s t b 增加任何新硬件的情况下，即实现v o d 应用服务。对于目前我国大 多还没经过舣向改造的有线网络p j ，t e l v o d 拥有相当大的市场潜力。 t v o d ( 真止的v o d l ： 埘j 二经过舣政造后f 门仃线州络，川户j 。n 接利川终端砹符。系统进行。史时交忆，叮 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 随时点播自己所希望收看的视频内容，实现真正的交互功能。t v o d 系统框架如图2 所示。 图2 流程为： 0 ) s t b 开机后，先与v o d 应用服务器进行通讯，确认用户身份； ( 2 ) 如果认证成功，v o d 应用服务器确认v o d 界面服务器将用户界面信息发送至 s t b ： ( 3 ) 用户通过s t b 浏览点播界面，选择所要收看的媒体； ( 4 ) s t b 向v o d 应用服务器发出流点播请求； ( 5 ) v o d 应用服务器将请求信息传送至客户管理系统进行认证； ( 6 ) v o d 应用服务器向控制系统发送点播请求，该请求进而发送至媒体集群服务 器； ( 7 ) 通过验证后，控制系统控制流媒体服务器集群向用户发送媒体流； ( 8 ) 用户接收并播放流，同时可对流做v t r 操作( 快进、快退、暂停等) ； ( 9 ) v o d 应用服务器将点播结果通知计费系统； ( 1 0 ) 服务商根据计费系统向用户寄发账单。 对于已经完成双向改造的有线网络，t v o d 真正实现终端和系统的实时交互功能。相 对于t e l v o d 而言，t v o d 无需使用电话系统进行信息回传和节目点播。用户可随心所欲 地直接通过终端设备与点播系统进行实时交互，点播自己想要收看的视频内容。随着我国 数字化三步走策略的逐步推进，t v o d 必定以其绝对的功能及优势占据将来市场的主导地 位【4 】。 目前v o d 按照网络情况划分主要是基于互联网的视频点播和基于有线电视网中的视 频点播，这两类视频点播的传输网络不同，信号格式不同，节目质量不同，不能互相点播 l 博】。互联网是全球范围的计算机网络，它的根本功能是传输计算机数据，实现信息的共享。 由于现在的数字图像处理技术的发展，视频节目可以以m 数据流的方式传输，从而计算机 网络上可以实现视频节目广播。同时因为互联网天生拥有双向交互特性，这使得基于互联 网的视频点播能够实现。但是基于互联网的视频点播存在着节目数据库分散、节目内容参 差不齐的特征，对网络和用户进行管理几乎不可能。而有线电视网则“天然是宽带”，它 具有很强的区域性。有线电视网的用户对象是普通居民，接收设备是机顶盒和电视机，节 目源有保证、质量稳定，对节目内容、网络服务性能、用户等能实现有效的管理。互联网 上的视频数据是以数据流方式传输的，采用计算机通信协议，由源到目的地的过程中，要 经过许多路由器。由于互联网的网状拓扑结构导致传输过程复杂，同时互联网的开放性使 得在互联网上传输的数据增长幅度惊人，为了节省有限的带宽，数据采用了最深的压缩方 式，节目的质量必然受到影响。而有线电视网就是为了广播视频节日而建设的，数字化的 有线电视网中传输的也是视频数据流，但双向网中的上下行通道是不对称的。它不需要复 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 杂的通信协议，具备完善的节目、网络和用户管理功能。 视频点播己不仅是一种单纯的电视，它涉及到计算机、电视、通信等多个领域包括了 高性能计算机技术，大容量数据存储技术、宽带网络传输技术、客户终端技术、管理用户 软件技术等多种高科技技术，由于现在技术开发能力还未成熟，因此还有很多技术上的问 题有待进一步解决，关键设备仍以依靠进口国外设备为主。由于数字电视及视频点播尚处 于试运行阶段，机顶盒等设备尚未形成批量生产能力，因此其价格仍然比较高，影响了视 频点播的普及1 。节目源还需进一步丰富。其它如公众信息查询、数据库、商业类服务等都 还不成熟，这些使得交互式电视的多种服务功能得不到充分发挥。尽管有这些难点存在， 然而数字电视及视频点播在我国的兴起仍将不可阻档随着数字电视透明传输标准、业务 信息服务标准( s o 和条件接收( c a ) 标准的统一，它定会随着信息产业的高速发展，给我国 电视业带来新的市场和发展机遇。 本文研究的为基于有线电视网的视频点播技术及应用。 2 3v o d 发展前景 我国目前已经有超过1 2 的城市开始行动起来，进行有线电视的数字化改造，有线电 视的数字化已经全面启动。经过多年的努力，我们已经为今后的发展和下一步的整体平移 做好了充分的准备，奠定了较好的基础p j 。随着大量低成本新技术的不断发展，服务模式 的不断丰富，各种运营模式的逐步完善，特别是从根本上逐渐转变用户对v o d 的收视观 念，使他们对数字电视有了更深的了解与认识，v o d 的出现势必会推动数字电视的快速发 展，数字电视的“春天”也将因为v o d 的出现而大放异彩。 2 4v o d 的系统组成 交互式v o d 系统由前端处理系统、宽带交换网络、用户接入网、用户终端设备( 机 顶盒加电视机或加计算机) 等几个部分组成。v o d 系统既可采用集中处理结构，也可采用 集中管理、分布处理的方式；并可灵活地选用h f c 、f t t b 、f t t c a d s l 、v d s l 等多种 接入方式，用户机顶盒可根据需要采用与接入方式匹配的接口，通过电视机、p c 机进行视 频音频数据的显示和通信l o j 。 首先，用户通过自己的v o d 终端，向就近的v 0 d 业务接八点发起第一次通信呼叫， 要求使用v o d 业务，经v 0 d 业务上行通路( 如计算机网、电信网、有线电视网等) 向 现频服务器发出请求；系统迅速作出反应，在用户的电视屏幕上显示点播单，并对用户信 息进行审核，判定用户身份；用户根据点播单作出选择，要求播放某个节目，系统则根据 审核结果，决定是否提供相应的服务。在较短的时间间隔内向指定的设备播放所要求的 肖目，并随时准备响应新的请求1 1 。 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 2 5 终端设备( s t b ) 功能 目前终端设备主要有两类结构。第一类结构将网络终端( n t ) 从机顶盒分离开来，两 者间多采用e 1 v 2 4 接口，可提供2 m b s 下行连接和双向控制连接。将来会出现所谓标 准数字家用网( d h n ) ，允许连接若干机顶盒并能重新使用现有双绞线或同轴电缆来提供 每秒几十个兆比特的带宽。第二种结构将n t 集成进机顶盒，机顶盒的基本功能是对m p e g 信号解码并与普通电视机接口。还有人机接口、条件接入( 编码) 、口令控制、智能卡和 信用卡阅读器等其他功能p j 。 机顶盒也有低档、高档两类产品。前者由目前的付费电视解码用的机顶盒演变而成， 较便宜，但只有有限的用户接口和处理能力。后者由目前的工作站p c 机演变而成，具有 高性能处理平台，包含至少4m b 的存储能力，可提供图形用户接口、语音识别、动画制 作和游戏等例。 机顶盒目前尚没有一个标准的定义，一般来说，机顶盒是放置于电视机上，能对接收 到的数字信号进行转换处理，使普通电视机可以实现一些多媒体交互业务的一种用户设 备。 简单地说，机顶盒的用途上要有两个：能够支持接收电视节目使普通电视机能接收有 线电视和数字信号，当视频提供者提供视频点播功能时，这些计次计时的各种节目是数字 化的和可交互操作的，只有通过机顶盒才能实现机顶盒的另一功能是支持与i m e m d 的连 接，借助其中固化的简单的操作系统和特制的浏览器，可以实现网上浏览、网上购物、交 互式游戏、收发c m a i l 等i iu j 。 v o d 系统的机顶盒是用户与v o d 服务器之间的智能接口，是一种最基本的用户终端 设备，是用户控制交互式电视和连接网络的必要工具。用户可以通过它浏览、查找，随意 选择节目，并且接收数据节目码流，实现与视频服务器的交互。电视机项盒从用户回路中 分离出高频段数字信号，对压缩的视频和音频进行解码，以一种合适的格式传给电视机， 用户的需求以数字格式从选定通路返回视频服务器，从而实现电视节目的点播。 根据应用的不同，机顶盒可以有以下几种分类方法： ( 1 ) 模拟型机顶盒和数字型机顶盒 模拟型机顶盒接收和处理模拟信号。这意味着数据解码和数模转换的功能需要在传输 之前由视频服务器进行，而且对网络的传输能力也有很高的要求。数字型机顶盒所接 收的信号是压缩的数字信号。因此，机顶盒本身需要具有解压缩和模拟电视信号编码的能 力，其价格要大大高于模拟型机顶盒l l “。采用模拟型机顶盒的系统把费用由机顶盒转向了 服务器，由于机项盒的数量很多，所以系统整体的价格降低了。但是，服务器解码的能力 有限，所以限制了用户的数量i l “。目前的交互式电视系统使用的基本上都是数字型机顶盒。 ( 2 ) 普通电视机顶盒和网络电视机顶盒 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 普通电视机顶盒接收c a t v 网络传输来的数字信号，进行数字调制信号的解调、解扰、 解复用，并完成数字压缩编码的解压缩和制式转换然后输出到普通电视的音频、视频电路。 网络电视机顶盒是除了连接c a t v 网络实现普通电视机顶盒功能外，还可以实现与工 n t e r n e t 网的互连，实现家庭电视机网上浏览、购物、娱乐和收发电子邮件等功能。 ( 3 ) 非智能型机顶盒和智能型机顶盒 非智能型机项盒对于用户的交互请求，只负责将其传送到服务器，所有交互服务的处 理都在服务器中完成。智能型机顶盒则可以通过良好的交互界面，完成许多交互服列”j 。 2 6 前端设备功能 前端处理系统一般由视频服务器、磁盘阵列、节目数据库、播控系统等构成。视频服 务器的高速数据传输能力保证了用户对大量的影片、视频节目、游戏、商务信息以及其他 服务的近乎即时访问。它的突出优点是若干用户可从不同的时间起点观看同一个节目，避 免了精彩节目被一个用户所独占，或某个用户播点后，其他用户只能被动跟随的情况，这 对于用户点播要求相对集中的场会尤为适合l l 。 v o d 视频服务器保存着大量经压缩的图像节目并能通过网络为用户提供所需的节目 拷贝，也可以包含实时的m f e g 编码器来接入实况转播。节目数据库是一存档系统，保存 着大量压缩形式的电影节目，可成批下载给视频服务器。v o d 视频服务器通过与用户之 间直接的、实时双向交互来控制节目的播放，包括节目的选择、播放过程的开始与终止、 播放速度的控制以及不同节目之间的动态切换等，v o d 视频服务器必须运行相应的软件 协调各项动作；同时提供友好的用户界面。它应具有如下特征： ( 1 ) 能够存储至少几百小时的图像节目。 ( 2 ) 如果一个用户对v o d 服务器随机的动态访问被称为会话过程的话，那么v o d 服务 器须能支持上千个同时进行而又相互独立的”会话”过程。 ( 3 ) 具有一套加密及用户访问控制机制来防止非法用户访问。 作为点播系统的核心，v o d 视频服务器的性能直接决定系统的总体性能。为了能同时 响应多个用户的服务要求，视频服务器一般采用时间片调度算法。 视频服务器为了能够适应实时、连续稳定的视频流，其存储量要大，数据速率要高， 并应具备接纳控制、请求处理、数据检索、按流传送等多种功能，以确保用户请求在系统 资源下的有效服务。存储设备应采用s c s i 接口，以确保高速、并行，多重i o 总线的能 力。基于a t m 的v o d 系统，采用的视频服务器是以多路自路由选择开关( m p s r ) 为中 心的宽带视频服务器。这种结构的服务器可提供即时交互式视频点播( i n t e r a c t i v e v o dw i t h l n s t a n e o u sa c c e s s ，i v o d i ) 和延时交互式视频点播( i n t e r a c t i v ev o dw i t hd e l a y e da c c e s s i v o d - - d ) 两种服务方式。在人鼋川，、川时点j 番时服务器的f 0 输速率很高；6 j ：l | i 十婴求 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 其他相关设备也能支持这种高传输速率，这很难实现。为此可以在网络边缘( 如a t m 网 络前端开关处) 设置视频缓冲池，把点播率高的节目复制到缓冲池中，使部分用户只需 访问缓冲池即可，着缓冲池中没有要点播的节目，可再去访问服务器，这减轻了服务器 的负担，并可以随着用户增加而增加缓冲池。装载缓冲池可用1 5 0 m b s 速率，而从缓冲 池中向用户传送节目是用2 m b s 速率，从而一个服务器可支持多个用户【15 1 。 2 7h f ca t m 核心网功能 管理能力、点对点可交换的交互式v o d 系统，其服务器、网络、存取设备、用户预 定设备等都能运行于多种类型的视频压缩模式和不同带宽要求的环境中。视频服务器可根 据用户的要求把用户点播的节目从视频库中取出，并通过a t m 网络传送给用户。视频信 息一般采用m p e g 标准压缩编码，装人a t m 信元，在a t m 网络中传输。同一个网络中 可能有多个信息提供者，因此可以有多个视频服务器，由网络服务操作中心调配使用。 服务人口的功能主要是根据用户所要求的服务内容将用户与相应的服务器相连接，一个 网络可有多个服务人口，一个服务人口也可连接多个用户。服务人口可作为一个独立的网 络部件，也可集成到现频服务器或a 1 m 交换中心等其他部件中。服务操作中心是服务提 供者用来管理和分配信息资源，并为用户提供相关服务操作的部件。若服务提供者数量大， 则服务操作中心可作为一个独立部件；若服务提供者数量小，则一般将其集成到视频服务 器中。视频库的功能是以压缩编码形式存放信息文档，访问设备则提供网络和用户之间 的连接，它一般由位于网络和用户设备( c p e ) 之间的设备组成。c p e 包括电视机和录像 机、机顶盒及遥控器。a t m 网络将网络各部件互连，包括”信令”和”节目数据流”，其中 节目数据流应满足用户点播要求的速率，在连接方式上可以是点对点，或点对多点。 2 8 扩展设备功能 其中包括h f c 宽带业务，结构兼顾目前大楼已有的同轴线缆状况，支持现有的和正 在出现的窄带和宽v o d 视频服务器的信号( 1 5 5 m b s ) 和传统的诸如c a t v 等其他多媒体信 号被送入中心点( h u b ) 进行调制，而h u b 则是v o d 网络中数字模拟转换的接口；前向通道 接收v o d 数字信号和其他多媒体信号，将其通过光纤传送至各节点( n o d e ) 。反向信道接 收来自终端的控制信号，加以处理后，将其送至a t m 交换机及v o d 视频服务器。n o d e 通过光纤干线接收来自h u b 的前向射频信号：通过线性放大器加以处理后，通过同轴电缆 分配网络传送至用户；n o d e 同时也必须过滤出来自用户的射频反向信号，并把它经过激光 器驱动回送给h u b 也可利用a d s l 技术，于光纤节点处和终端安装a d s l 设备实现v o d 业务及其他宽带业纠”j 。 a t m 交换机和宽带用户环路是发展v o d 业务的关键技术。使用a t m 技术的v o d 系统，既能很好地服务于用户，对网络的带宽要求又最小。目i j ，a t m 交换机已商用化， 而用户网的宽带化是丌展v o d 等宽带业务最大的难题之一。光纤用户环路( f t t h ，f t t c ， 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 f t t b 等) 以其频带宽、可传高速数据甚至高清晰度电视、能适应b i s d n 和信息高速公路 发展等优点，是未来宽带高速用户环路的发展方向。但由于其投资大，用户难以承受。近 期应充分利用h f c ，a d s l 及h d s l 技术，挖掘潜力，发展v o d 等宽带业列m 。 武汉科技大学硕士学位论文第l l 页 3 1 系统框架 第三章v o d 系统结构与关键技术 v o d 需要的是一个从技术上完全可控从国家监管角度，对于广播电视业务经营者也有 严格的准入制度电视台以及广电传输网络运营者对节目播出安全、内容安全负责。但是以 往采用单个网络的v o d 系统都是存在无法弥补的缺陷。而我们的v o d 使用有线电视网 h f c 网络作为高速传输网和使用传统互联网作为高速互联互通的接入网。 基于r t s p 和d v b c 的特点发挥h f c 网络和i n t e 融q e t 的优势，建立的v o d 系统 如图3 1 。这个系统在信令交互方面在现有的i n t e r n e t 网络上使用r t s p 协议另机顶盒 交互。在媒体信号的传输过程中使用d v b c 传输音视频数据关于这两个协议的具体实现 将在接下来两章里面详细描述。 3 2v o d 的基本工作原理 图3 1 系统结构图 v o d 的基本工作原理如下：v o d 服务提供者将大量节目源存储在视频服务器中，视 频服务器可随时响应用户需求，并通过传输网络将压缩编码并经过打包处理的视频、音频 码流传送至终端，用户接收端利用数字机顶盒或综合接收解码器将压缩编码并经过打包处 理的视频、音频信号解调、解复用、解码，并通过数字电视显示设备还原出原始的视频、 音频信息，给用户提供需的高品质视听节目l l $ l 。 从多媒体媒体网络传输技术问题来说，高速传输网和高速互联互通的接入网是v o d 系统实现的关键技术。v o d 中的视频音频数据时间相关性很强，对网络的延迟特别敏感， 带宽和实时性要求尤为突出【l ”。因此应保证在任意的网络交换能力下提供给用户可靠稳定 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 的带宽及高传输速率，具备合理动态分配网络带宽以适应多媒体数据高速率和突发性传输 的要求，以保证实现高质量、平滑和动态视频的多媒体数据流传输。对于大多数双向通信 系统来说，信息通路两个方向上的信息流量是对称的，系统要为通信的双方提供同等的通 信能力：而v o d 采用不对称的双向传输网络将信息提供者与用户连接起来，用户信息通 过窄带的上行信道传到信息中心，而由信息中, o n 用户的下行信道则是具有视频音频传输 能力的宽带信道。这是一种非对称双工形式的多媒体通信技术，与多媒体信息检索业务的 特点是一致的【“j 。而v o d 服务器和机顶盒s t b 之间的交互过程可以认为是两种多媒体网 络传输技术数据通信：1 信令交互通信2 高速传输网上视频数据传输通信。其中在信令 交互通信中主要需要保证通信过程的安全和及时m “。而视频数据传输通信的主要特点是单 向通信并且需要极大的数据通信旦【“j 。 3 3v 0 d 系统关键技术 通过上面一节的v o d 系统组成图我们可以看到v o d 系统主要是由服务器端，通信网 络和终端机顶盒( s t b ) 三部分组成。v o d 的关键在于客户端与服务器的交流，客户端与 用户的交流。但是目前还是存在有三个关键技术需要解决： l 怎么样才能实现d v b c 对v o d 服务的支持，且保证传输的可靠性。并且如何在终 端完成对d v b - c 的解析实现v o d 功能中对流媒体的播放。 2 如何让r t s p 协议保证有效，稳定，快速的信令通信。可以让用户与终端终端与服 务器的交流有机的结合起来。并且能够有效地实现服务器负担均摊。 3 采用什么样的语言进行界面描述能够更好的支持用户与终端交流和更简单的维护和 管理。如何在终端对描述的语言进行解析。 3 4 本文所进行的工作 本论文主要针对如何更好的实现上面v o d 架构以及实现上面v o d 系统的关键问题， 进行了下面的工作 从服务器端来看： l ，首先本论文分析了，d v b c 协议的基本语法结构和扩展预留。本文提出了一些基 于d v b c 的扩展描述符，并且将它们应用在v od 系统当中用来提高v o d 系统的可用性。 是v o d 系统的功能更加人性化。 2 ，对r t s p 的协议进行了分析设计了服务器的对客户端的请求响应。并且本文为了 解决v o d 服务的负载均衡问题提：了代理流媒体服务器的方式。并乩对其基本流程进行 了实现。 从客户端求行： 武汉科技大学硕士学位论文第1 3 页 l ，本文在客户端实现了对d v b c 协议的解析。实现v o d 所需要的d v b c 软件播放 流程。 2 ，本文在客户端针对r t s p 的通信流程实现了客户端与服务器客户端与用户之间的主 要软件流程 3 ，在对客户端显示需求的分析基础上。本文在分析现有的h t m l 词法分析器算法的 基础上进行改进。 这些问题将在本文接下来的几章中进行详细的说明。 第1 4 页武汉科技大学硕士学位论文 第四章d v b c 协议的解析与实现 在整体系统中h f c 网络通信的部分主要是完成视频通信功能的，原因是现在使用的光 纤骨干网的h f c 网络具有大量数据通信能力的能力【2 3 1 。在h f c 网络上我们采用了现在所 广泛被电信运营商所使用的d v b c 通信协议。该协议具有很好的数据压缩性和通信能力， 并且能够最大限度的保证数据通信的安全性。 4 1d v b c 协议特点 d v b c 协议针对不同的应用类型规定了不同的服务级别u 。数据管道标准对如何从 m p e g 2t s 流中恢复数据并没有给出具体的细节，它只是简要描述了如何将数据放入 m p e g 2t s 流的p e s 包分组中去。p e s 包的结构图如图4 1 。数据流标准增加了更多的功 能，特别是定时。这使得进行异步的数据广播、被同步的数据广播以及同步的数据广播变 得可能。多协议封装、数据传送带、对象传送带标准都是建立在使用m p e g 2 的 d s m c c ( d i g i t a ls t o r a g em e d i ac o m m a n da n dc o n t r 0 1 ) 帧结构的基础上”。它是基于 m p e g - 2i s o 1 e c1 3 8 1 8 1 中定义的m p e g 2 中的私有部分。d v b 增加的一些特定的信息 以使该帧结构在d v b 环境中工作，特别是同业务信息( s i ) 的结合。 4 1p e s 包的基构图 而d v bv o d 方案则采用m p e g 2 编码格式，在4 - 6 m b p s 码率下能达到d v d 效果， 该方案采用t s 协议承载v o d 视频流，典型应用是通过h f c 广播频点承载。这种方案的 优点是对双向网络要求低，不存在q o s 问题，s t b 成本低。在欧洲d v b 数字电视系统中 数字有线电视系统( d v b c ) 采用正交调幅调制( q a m ) 。并具有以下特点： l 、收视效果好，图像清晰度高，音频质量高，满足人们感官的需求。 2 、抗干扰能力强。数字电视不易受处界的干扰，避免了串台、串音、噪声等影响。 3 、传输效率高。利用f j i 线电视网中的模拟频道可以传送8 1 0 套标准清晰度数字电 视1 ，日。 武汉科技大学硕士学位论文第1 5 页 本标准规定了数字视频广播中文业务信息( s i ) 数据，这些数据是数字视频广播码流 的组成部分，帮助用户从码流中选择业务和或事件的信息，使综合接收解码器( i r d ) 能 自动设置可供选择的业务。业务信息自动设置部分的数据主要由g b t1 7 9 7 5 1 - 2 0 0 0 中的 节目特定信息( p s i )出1 2 6 1 。 本标准规定了组成p s i 的辅助数据，这些辅助数据包括帮助i r d 自动调谐的数据和为 用户显示的辅助信息。显示这些信息的方式没有在本标准中规定，i r d 制造商可以自由选 择显示方式。 4 业务信息( s i ) 描述 g b t1 7 9 7 5 1 - 2 0 0 0 中的业务信息被称为节目特定信息( p s i ) 。p s i 数据提供了使能够 接收机自动 配置的信息，用于对复用流中的不同节目流进行解复用和解码。 p s i 信息由四种类型表组成。每类表按段传输。 1 ) 节目关联表( p a t ) - 针对复用的每一路业务，p a t 提供了相应的节目映射表( p m t )