（信号与信息处理专业论文）基于avs标准的iptv关键技术研究.pdf

摘要 摘要 i p t v 是通过宽带网络向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字 多媒体服务的一种崭新技术，近年来已经陆续被世界各国的运营商所采用和大量 部署，在中国i p t v 市场也得到了长足的发展。a v s 标准是我国具备自主知识产 权的第二代信源编码标准，具有技术方案简洁、高效率、专利使用费低等特点， 非常适合中国的i p t v 系统。将a v s 标准应用于i p t v 系统是当前业内的研究热 点，对其进行研究具有理论意义和实用价值。 本论文的主要研究对象就是基于a v s 标准的i p t v 系统，而i p t v 系统是一 个复杂的系统，通常包括编解码系统、内容分发、存储系统、认证计费、数字版 权保护和用户终端等部分，本论文主要关注用户终端系统和数字版权保护系统两 方面。针对这两部分，论文重点研究了用户终端中a v s 解码器的优化方法和用 于版权保护的视频数字水印技术。论文的主要研究内容和贡献如下： 1 回顾了i p t v 的发展历史及现状，分析了i p t v 系统的核心框架、关键技术 以及应用于i p t v 系统的编解码标准；同时分析了a v s 视频标准的主要特点 以及和h 2 6 4 等标准相比较的优势。 2 提出了一种面向a v s 视频解码器的a c p 优化方法，从算法、代码、平台三 方面对a v s 视频解码器进行优化。实验结果表明，该方法能够在保证视频 解码质量的同时，有效地提高解码器解码速度。 3 提出了一种基于运动矢量的不可视数字水印算法。该算法充分利用宏块之间 的相关性，水印嵌入规则简单有效。实验结果表明，经所提出的算法嵌入水 印后的视频的峰值信噪比损失小且水印嵌入量大。 4 设计一种局部解码再编码的可视水印嵌入方案。该方案通过对i 帧和p 、b 帧采取不同的嵌入策略，在受影响的区域进行嵌入和消除操作，能够在a v s 视频流中实时嵌入可视水印( 如台标等) 。此方案对原始视频带来的损失较 小，且能够满足可视水印嵌入的实时性要求。 5 搭建了一个简单的i p t v 验证系统，模拟了真实i p t v 环境，用于测试本文 所提的方法和算法的性能及现实有效性。 关键词：i p t v ，a v s ，解码器优化，数字视频水印 a b s t r a c t i p t vi sab r a n dn e wt e c h n o l o g yp r o v i d i n gav a r i e t yo f i n t e r a c t i v ed i g i t a l m u l t i m e d i as e r v i c e si n c l u d i n gd i g i t a lt e l e v i s i o nt oh o m eu s e r st h r o u g hb r o a d b a n d n e t w o r k i th a sg r a d u a l l yb na d o p t e db yo p e r a t o r si nm a n yc o u n t r i e sa n dd e p l o y e d , i nl a r g e ，a n dt h ei p t vm a r k e th a sa s os e e ns i g n i f i c a n td e v e l o p m e n ti nc h i n a a v s s t a n d a r d ，t h es e c o n d g e n e r a t i o ns o u r c ec o d i n gs t a n d a r do fc h i n aw i t hi n d e p e n d e n t i n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s ，w i t hf e a t u r e so fs i m p l et e c h n i c a ls o l u t i o n ，h i g he f f i c i e n c y a n dl o wr o y a l t i e s ，i sv e r ys u i t a b l ef o rt h ei p t vs y s t e mi nc h i n a n o w a d a y s ，a p p l y i n g a v ss t a n d a r di n t oi p t vs y s t e mi sah o tr e s e a r c hs p o t ，a n dr e s e a r c h i n go nt h i si s s u ei s t h e o r e t i c a l l ya n dp r a c t i c a l l ym e a n i n g f u l t h em a i nr e s e a r c ho b j e c to ft h i sd i s s e r t a t i o ni si p t vs y s t e mb a s e do na v s s t a n d a r d i p t vs y s t e mi sac o m p l e xs y s t e m ，a n dt h ef r a m e w o r kt y p i c a ll yi n c l u d e s e n c o d i n g a n d d e c o d i n gs y s t e m s ，c o n t e n t d i s t r i b u t i o n s y s t e m ，s t o r a g es y s t e m a u t h e n t i c a t i o na n da c c o u n t i n gs y s t e m ，d i g i t a lc o p y r i g h tp r o t e c t i o ns y s t e ma n du s e r t e r m i n a l sa n ds o l i l eo t h e r t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ec l i e n ts y s t e ma n dd i g i t a l r i g h t sp r o t e c t i o ns y s t e m f o rt h e s et w op a r t s ，w em a i n l yd i s c u s st h ea v sd e c o d e r o p t i m i z a t i o nt e c h n o l o g y i nt h ec l i e n t s y s t e m a n dd i g i t a lv i d e ow a t e r m a r k i n g t e c h n o l o g yf o rc o p y r i g h tp r o t e c t i o n t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n dc o n t r i b u t i o no ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o i l o w s ： 1 r e v i e w i n gt h e i p t vh i s t o r i c a l d e v e l o p m e n ta n dt h ep r e s e n ts i t u a t i o n ，w e a n a l y z e dt h ei p t vs y s t e m sc o r ef r a m e w o r k ，t h ek e yt e c h n o l o g i e sa n dt h ec o d i n g s t a n d a r d su s e df o ri p t vs y s t e m s i m u l t a n e o u s l yw eh a v ei n t r o d u c e dt h em a i n f e a t u r eo ft h ea v sv i d e os t a n d a r d ，a sw e l la st h es u p e r i o r i t yc o m p a r e dw i t ho t h e r v i d e os t a n d a r d si n c l u d i n gh 2 6 4 2 a na c po p t i m i z a t i o nm e t h o df o rt h ea v sv i d e od e c o d e ri sp r o p o s e d w e o p t i m i z et h ea v sv i d e od e c o d e rf r o mt h ea l g o r i t h m ，t h ec o d ea n dt h ep l a t f o r m a s p e c t s e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a tt h em e t h o dw ep r o p o s e dc a ni m p r o v e t h ed e c o d e r sd e c o d i n gs p e e de f f e c t i v e l y ，a n dk e e pt h evi d e oq u a l i t ya tt h es a m e t i m e 3 a ni n v i s i b l ed i g i t a lw a t e r m a r ka l g o r i t h mb a s e do nt h em o t i o nv e c t o ri sp r o p o s e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h i sa l g o r i t h mw h i c hm a k e sf u l lu s eo ft h ec o r r e l a t i o n b e t w e e nm a c r ob l o c k si ss i m p l ea n de f f e c t i v e e x p e r i m e n t a lr e s u i t si n d i c a t et h a t i i i p e a ks i g n a l t o - n o i s er a t i ol o s s i sl o wa f t e re m b e d d i n gt h ew a t e r m a r ku s i n gt h i s a l o r i t h m a n dt h ew a t e r m a r ke m b e d d i n gq u a n t i t yi sl a r g e av i s i b l ev i d e ow a t e r m a r ke m b e d d i n gs c h e m ew h i c he m b e d sw a t e r m a r kb y d e c o d i n ga n de n c o d i n gv i d e op a r t i a l l yi sp r o p o s e d t a k e nd i f f e r e n ts t r a t e g i e s i ni f r a m ea n dp bf r a m e s ，t h ea l g o r i t h mc a nc a r r yo ne m b e d d i n ga n de l i m i n a t i n g o d e r a t i o ni nt h ea f f e c t e da r e a b yt h i sw a y ，w ec a ne m b e dv i s i b l ew a t e r m a r k ( f o r e x a m p l et vs t a t i o nl o g oa n ds oo n 、i nt h ea v s v i d e os t r e 。a mi nr e a l t i m es y s t e m t h i sm e t h o db r i n g ss m a l l e rl o s st ot h eo r i g i n a lv i d e o ，a n dc a na c h i e v er e a l t i m e w a t e r m a r ke m b e d di n g w ed e s i g n e das i m p l ei p t vv e r i f i c a t i o ns y s t e mt os i m u l a t et h ei p t vs y s t e mi n t h er e a lw o r l d t h i ss y s t e mc a nh e l pt l st ot e s tt h ep e r f o r m a n c eo ft h ea l g o r i t h m a n dt h em e t h o dw h i c ha r ep r o p o s e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：i p t v , a v s ，d e c o d e ro p t i m i z e ，v i d e od i g i t a lw a t e r m a r k i n g 龟 i 图表目录 图表目录 图1 1论文组织结构图4 图2 1i p t v 系统结构7 图2 2视频编码标准发展历史12 图2 3a v s 编码器结构。l4 图2 4a v s 解码器结构15 图2 5a v s 标准整数变换矩阵15 图3 1r m 5 2 主体结构2 2 图3 2 帧解码结构2 3 图3 38 8 反变换蝶形运算示意2 4 图3 4 全零块的优化示意图2 5 图3 5整数样本、1 2 样本和1 4 样本的位置2 5 图3 6 边界限定优化示意2 6 图3 7 循环结构调整示意图2 7 图3 8p m a d d w d 指令示意2 9 图3 9 解码器优化前后测试结果3 0 图4 1视频水印的三种方案：3 6 图4 2 水印嵌入位置方案3 7 图4 3 运动矢量图示意图示意3 7 图4 4 “t ”型嵌入水印方案示意图3 8 图4 5 变形“t ”型嵌入水印方案示意图3 8 图4 6 水印的可能嵌入位置示意图3 9 图4 7 待嵌入水印图像4 l 图4 8 水印不可见性测试4 l 图5 1l 帧区域划分示意图4 7 图5 2p 、b 帧区域宏块划分4 7 图5 3 可视水印嵌入流程4 9 图5 4 可视水印嵌入台标图案5 0 图5 5 t e m p e t e 序列可视水印嵌入效果对比图5 0 图5 6f o o t b a l l 序列可视水印嵌入效果对比图5 0 图5 7b u s 序列可视水印嵌入效果对比图5 l v | i 图表目录 图6 1验证系统服务架构5 2 图6 2 验证系统网络基本结构5 3 图6 3网络中数据传输格式5 3 图6 4 水印嵌入服务器功能结构5 4 图6 5t s 流解析示意图5 5 图6 6 播放器基本框架5 5 图6 7 流媒体分发服务器界面5 6 图6 8 视频水印服务器界面5 7 图6 9 视频播放器界面5 7 表2 1a v s 与m p e g 一2 、h 2 6 4 主要技术对比和复杂性分析1 7 表2 2 编解码标准专利费对比18 表3 1 参考代码解码速度测试2 1 表3 2 全零块统计分析2 4 表4 1测试视频相关信息4 1 表4 2 三组视频序列的水印嵌入实验结果比较4 2 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的 成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或 撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研亢所做的贡献均己在论文中作 了明确的说明。 作者签名： 燃一 ”- 一- t - 日期：垒丝：堑：z 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入中 国学位论文全文数据库等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。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 d 公开口保密( 年) 作者签名： 答船 签字f 3 期：励旦：么! z 导师签 签字日 第1 章绪论 1 。1 研究背景 第1 章绪论 随着科授特别是信启通信技术的不断进步，以及各国对通信基础设施的大力 投入，互联网和宽带通信网都得到了极大的发展，宽带接入用户数迅速增加，截 至2 0 0 9 年，全球互联网的用户已经超过了1 7 亿，其中，中国互联网用户达到了 3 6 亿，宽带用户已经超过了9 0 0 0 万。在互联网和宽带网络的发展过程中，通 过互联网业务和传统电视业务融合产生了一种新的业务，也就是i p t v 。 t p t v 1 是i n t e r n e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n 的英文缩写，即互联网协议电视， 也称为“互动电视”，是一种利用宽带网络作为基础设施，以家用电视机或计算 机作为主要显示终端，利用一系列互联网协议承载和传输经过编码压缩的多媒体 数字信号，为家庭用户提供包括音视频、图形、文本和数据等多种交互式数字内 容的技术。 自从v i d e on e t w o r k s 公司于1 9 9 9 年在英国率先推出i p t v 业务之后，国际 及国内众多电信运营商纷纷加入其中，全球i p t v 产业蓬勃发展。目前全球的i p t v 运营商已经超过1 1 0 家，全球i p t v 用户数迅速增加，2 0 0 4 年底就已经突破了1 0 0 万，截止2 0 0 9 年末全球i p t v 用户数达到5 3 7 0 万，其中起步较早的欧洲地区占 了总用户数的近一半。 2 0 0 4 年，中国电信在广东、江苏、上海三省市开始准备i p t v 的商用，中国 网通在黑龙江、辽宁也开通了i p t v 的商业测试。2 0 0 5 年5 月中国网通率先在哈 尔滨推出i p t v 业务，标志着i p t v 正式进入中国。之后中国电信等也在各地推出 自己的i p t v 业务，i p t v 得到了快速的发展。同时，在国家“加强宽带通信网、 数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设项目，推进三网融合一7 政策 的推动下，结合了电信、电视、互联网各自优势的i p t v 自然得到了业内人士的 青睐，设备制造商、运营商、内容提供商等纷纷加快进入各省市i p t v 市场的步 伐，i p t v 网络在不断拓展，用户数量也在不断的快速增长，到2 0 0 9 年底中国大 陆用户数达到4 7 0 万。 i p t v 主要业务是提供大量的音视频节目，因此，音视频编解码成为i p t v 的 关键技术之一，选择何种音视频编解码标准对整个i p t v 网络的性能及其相关应 用有着重大的影响。 国外i p t v 系统采用的音视频编解码标准主要有m p e g 一2 、m p e g 一4 和h 2 6 4 标 准。m p e g 一2 标准时i p t v 诞生之初使用的标准，该标准是第代信源编解码标准， 1 第1 章绪论 效率较低，需要较宽的带宽。随着2 0 0 0 年后m p e g 一4 和h 2 0 4 标准的推出，m p e g 一2 标准逐渐被业界舍弃。m p e g - 4 视频标准是i s o i e c 组织制定的，并与2 0 0 0 年 成为国际标准，由于采用了一系列创新性的技术，并在前几代标准的基础上进 行了完善和改进，因此m p e g 一4 标准所需带宽相对较低，凭借其低码流高质量的 优点，迅速在i p t v 领域得到应用。h 2 6 4 是由i s o i e c 与i t u t 组成的联合视 频组( j v t ) 制定的新一代视频编解码标准，通过采用了一些新技术实使得h 2 6 4 的压缩率是m p e g 一4 的1 5 至2 倍，实现了视频的高压缩比、图像清晰、网络适 应性好等目标。m p e g - 4 标准制定较早，技术较为成熟，产业链也比较成熟，该 标准成为目前i p t v 主要采用的标准，但h 2 6 4 有着更大的压缩率等优点，逐渐 占领着市场，并有赶超并代替m p e g - 4 之势。 国内i p t v 技术是由国外引进的，最初采用的标准也与国际同步。大陆第一 个i p t v 网络一2 0 0 5 年网通在哈尔滨建立的i p t v 系统就是采用w i p e g - 4 标准，而 随后中国电信在上海、江苏等地建立的i p t v 则采用的是h 2 0 4 标准。但无论是 m p e g 一4 标准还是h 2 6 4 标准，其专利都把持在国外公司的手中，不但编解码器 需要缴纳专利费，用户点播节目也需要缴纳专利费，中国每年都要为此付出大量 的专利费用。但中国制定的第一个具备自主知识产权的第二代信源编码标准 一a v s 标准给中国i p t v 产业带来了希望。 a v s ( a u d i ov i d e oc o d in gs t a n d a r do fc h i n a ) 标准是我国具备自主知识 产权的第二代信源编码标准，它是基于我国创新技术和公开技术制定的开放标准， 旨在为中国的音视频产业提供完整的信源编码技术方案。a v s 标准中视频编码效 率比m p e g 一2 高2 3 倍，与h 2 6 4 相当，并且技术方案简洁，芯片实现复杂度低， 达到了第二代标准的最高水平；而且a v s 专利许可政策简单，费用低廉，解决了 a v c 专利许可问题死结，是开放式制订的国家、国际标准，易于推广；此外，a v s 标准是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，可以为 为数字音视频产业提供更全面的解决方案。 因此，作为中国第一个拥有自主知识产权的编码标准a v s 编码标准，其良 好的性能以及低廉的专利费等优势，必然会在国内i p t v 事业中大放光彩，其在 国内的地位以及市场份额会逐步的上升，目前中国网通在大连i p t v 网络中试用 a v s 标准。 1 2 本文主要研究内容 i p t v 是一个复杂的系统，涉及到政策、管理，市场和技术等多方面因素， 其框架核心通常包括信源编码与转码系统、内容分发、存储系统、认证计费系统、 第1 章绪论 数字版权保护系统和用户终端等部分。 本论文主要关注用户终端系统和数字皈权保护系统两方面。 i p t v 系统用户终端一般有三种基本类型，分别是机顶盒加电视机、多媒体 计算机和智能手持终端。i p t v 网络中传输的主要是音视频节目流，因此无论终 端是哪一种类型，其基本功能和主要功能都是要实现流媒体的实时解码播放。因 此，在基于a v s 标准的i p t v 系统中如何实现a v s 视频解码器的实时解码就成为 本文的主要研究内容之，本文将在开源解码器代码的基础上，研究a v s 视频解 码器优化方法，使之达到实时解码的目标。 数字多媒体内容是i p t v 中最为关键的节目来源，而通过i p 网传播的数字内 容可以很容易的被复制、存储和再传播，无授权的第三方可以利用数字技术非法 的批量复制和传播节目内容，使内容提供商、运营商等蒙受经济损失。数字版权 保护技术可以将版权信息嵌入到媒体内容之中，从而保护了内容提供商的音视频 等数据的版权。数字水印技术是一种有效的也是目前最为普遍的数字版权保护技 术之一，它可以将多媒体所有者信息、公司信息等嵌入到要保护的多媒体内容中， 从而起到保护媒体版权的作用。视频节目是i p t v 系统中传输的主要内容，可以 嵌入大量信息、，是良好的嵌入载体。正因为如此，对适用于i p t v 系统的视频数 字水印技术进行研究具有重大的现实意义，本文将对此进行研究。视频数字水印 技术从感知性上主要分为不可视水印技术和可视水印技术：不可视视频水印技术 可以将版权信息嵌入到视频码流中，为事后取证等提供支持；可视水印可以将公 司台标等标志性信息嵌入到视频的显著位置，可以直观的表面视频内容的版权。 本文将对这两种视频水印分别进行研究。 1 3 本文的结构安排 本文共分为七章，组织结构如图所示。 3 第l 章绪论 图1 1 论文组织结构图 第l 章绪论 首先介绍了本论文的研究背景，包括i p t v 的基本概念以及在国内外的发展 情况，应用于i p t v 的音视频编解码标准，a v s 标准的基本特点和基于a v s 标准 的i p t v 在中国的发展前景：然后介绍了本论文的主要研究内容：最后介绍了本 论文的结构安排。 第2 章i p t v 及a v s 标准概述 介绍了i p t v 的概念以及其系统框架，重点介绍了用户终端系统和版权保护 d r m 系统及它们的关键技术：接着介绍了视频编解码标准发展历史，从而引出a v s 标准，并且详细分析了a v s 标准的技术特点，同时将a v s 与m p e g - 4 和h 2 6 4 相 比较，分析其优越性。 第3 章面向a v s 视频解码器的优化方法及策略 首先介绍了i p t v 用户终端关键技术视频解码器优化的基本情况，针对开源 解码器功能齐全、效率低下的特点，提出了一种面向a v s 视频解码器的优化方法 及策略，简称a c p 方法。该方法从算法、代码、平台三方面对开源解码器进行优 化，在保证视频质量的同时，可以有效的提高解码效率，达到a v s 视频实时解码 的效果。 第4 章i p t v 中不可视数字视频水印技术研究 4 第1 章绪论 本章在介绍数字水印基本情况及不可视水印发展现状的基础上，提出了一种 基于运动矢量的不可视水印算法。实验表明该算法可以有效的隐藏。言息，适用于 i p t v 系统的版权保护。 第5 章i p t v 中的可视数字视频水印设计 本章分析了视频中嵌入可视数字水印的研究现状，提出了一种基于a v s 视频 的部分解码再编码嵌入可视水印的方案。实验结果表明，这种方法可以有效的在 a v s 视频码流中嵌入可视水印。 第6 章i p t v 验证系统 本章中搭建了一个简单的i p t v 验证系统，模拟现实生活中真实的i p t v 系统， 用于验证本论文中所提出的方法和算法。通过这个系统，可以有效的把视频水印、 解码器结合起来，更加符合实际中的i p t v 系统，在此基础进行测试，能够很好 的反映出近似真实系统情况下的测试结果，具有更加现实的意义。 第7 章结束语 对本文工作进行了总结，归纳了本文的主要研究工作和贡献，并提出了下一 步的研究方向。 第2 章i p t v 及a v s 标准概述 第2 章lp t v 及a v s 标准概述 本章主要对i p t v 及a v s 标准进行了综述，首先介绍了i p t v 基本概念和i p t v 系统框架，并对其终端系统和版权保护系统做了较为详细的阐述：然后介绍了视 颂标准发展的历史，重点分析了a v s 标准的技术特点，姒及将a v $ 标准与m p e g 一4 标准和h 2 6 4 标准进行技术上和专利费两方面的比较，得出a v s 标准是适合中国 i p t v 产业的音视频编解码标准的结论。 2 1ip i v 概述 2 1 1 lp t v 简介 i p t v 是i n t e r n e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n 的英文缩写，即互联网协议电视， 是一种利用宽带网络作为基础设施，以家用电视机或计算机作为主要显示终端， 利用一系列互联网协议承载和传输经过编码压缩的多媒体数字信号，为家庭用户 提供包括音视频、图形、文本和数据等多种交互式数字内容的技术。 i p t v 可以充分利用宽带资源，提供电视类业务、通信类业务和各种增值业 务，满足用户的需要。按照业务应用形式，i p t v 提供的业务可以分为基本型业 务和扩展型业务，分别介绍如下心”： 1 基本型业务 直播电视( b t v ) ：与普通的广播电视相似，在i p t v 平台上同时向多个 用户提供相同的音视频流服务。在传输网络支持的条件下，系统能够通 过组播的方式向用户提供直播电视服务，尽可能的提高网络带宽的利用 率；如果网络没有开通组播支持的情况下，系统也可以通过单播方式向 用户通过服务。 视频点播( v o d ) ：单个用户根据需要在运营商所提供的节目库中点播自 己想看的视频节目，它是一种点对点的播放方式。 - 时移电视：时移电视是在直播电视的同时，用户可以将节目内容存储到 网络系统中的某些服务器汇总。而当用户需要时，则可以选择所存储的 节目，系统将会快速的定位到相对应的媒体文件时间点上进行播放。 2 扩展型业务 信息类业务：通过i p t v 系统向用户提供包括天气预报、股市信息、政 府公告、电影预告等各种信息。 6 第2 章i pr v 及a v s 标准搬述 辩戏类业务提供本地蝣戏以及需要网络后台支持的网络游戏。 电子商务类业务：通过i p t v 系统向用户提供电子商务服务，包括广告 电视导购业务以及类似e b a y 、淘宝等网上购物的b r 务， 远程教育类业务：通过直播正在进行的实时救学视频和点播己经录制好 豹教学视频。 通信业务粪业务：通过i p t v 进行可视通话及发送短消息等。 p t v 系统框架 i p t v 系统的基本框架如图21 所示可以看出i p t v 系统主要包含三大部分； i p t v 业务平台、i p 承载网络和用户终端，下面将分别分析各部分的主要组成及 功能。 删 7 一目 踊、一 翻 、一| 、。 秘i 田2 1i p 系统结掏 色 2 a 国鼍嘛 第2 章i p t v 及a v s 标准楞述 ( 一)i p t v 业务平台 如图所示，i p t v 业务平台主要包括信源编码与转码系统、存储系统、流媒 体系统、运营支撑系统和d r m 系统等，其功能是节目采集、节目存储以及与节目 相关的操作服务。 1 信源编码与转码系统 信源编码与转码系统的作用是通过各种方式接收节目信号，并且按照系统规 定的编码格式和码率对接收到的音视频数据进行压缩编码，并进行其他操作使之 数字音视频流适合i p 网传输。现实中，由于信源编码标准有很多种，不同的音 视频节目可能采取不同的编码格式，就需要进行音视频各种格式的相互转换，所 以转码功能是信源编码与转码系统中重要一环。 2 存储系统 存储系统主要用于存储音视频节目数据以及各类相关的管理信息数据，系统 主要包括存储设备、存储网络和管理软件等三个部分，这三个子系统承担着数据 存储、数据管理等任务。 3 流媒体系统 在i p t v 系统中，音视频流文件是采用流媒体技术经过i p 网络传输出去的。 流媒体系统中包含大量能够支持多播和点播服务的流媒体服务器，这些流媒体服 务器在运营支撑系统的控制下将音视频数据流进行打包，连续、不间断经过传输 网络传输到各个用户端。 4 运营支撑系统 运营支撑系统负责完成i p t v 系统运营的一些管理工作，主要有：系统管理， 对所有系统服务器进行监控与管理；流媒体内容管理，控制流媒体内容的采集、 编码、存储等；用户管理，管理用户认证、授权、计费和账务处理等。 5 数字版权管理d r m 数字版权管理是为了保护数字媒体内容免受未经授权的非法播放和拷贝，是 实现i p t v 产业可持续发展的重要保证。它的工作原理是：媒体制作者或媒体内 容提供者将个人信息标志、公司标志等版权信息嵌入到媒体内容之中，并通过加 密方式对该媒体加以保护：当需要验证媒体是否合法的时候，就可以将这些版权 信息从媒体内容中读取出来，进行版权信息的比对，从而判断该媒体内容的合法 性。 目前数字版权保护的主要技术有数据加密、数字对象识别、数字水印、数字 签名、反拷贝、防篡改、身份认证、授权、安全支付等，其中最为普遍使用的数 字版权管理技术是数字水印技术，它通过一定的数字水印算法可以在需要保护的 多媒体内容( 如图像、音频、视频等) 中嵌入某些标志信息水印，这些标志信息 8 第2 章i p ，r v 及a v s 标准概述 可以是作者的序列号、公司标志及某些特殊意义的文本等，这些标志信息从多媒 体从外观等使用体验上是感觉不出来的，但通过一定的技术手段可以从媒体中提 取出来，从而达到证明该媒体的版权归属的目的。 数字版权保护存在于i p t v 系统的各个环节，包括节目内容的制作、发布、 传输、消费等。数字版权管理应用于i p t v 系统的基本流程是：取得原始媒体数 据后，首先将作者等版权信息嵌入到媒体内容中，再将该媒体流和与该视频相关 的元数据( 包括版权信息、许可信息、内容标识和密钥标识等) 发布到流媒体服 务器上，同时将该媒体的内容标识和使用规则传给许可- ：, m n 务器：当用户通过网 络提交请求，访问流媒体服务器时，服务器会将这么一些内容发送给用户，在视 频流等内容到达用户端播放前，终端播放器会自动根据媒体内容所携带的要求访 问许可证服务器来获得正常播放的密钥，只有当接收端获得合法的密钥后，用户 终端才会结合授权规则对媒体内容进行解码、播放。 ( - - )i p 承载网络 i p t v 系统使用传输网络是以t c p i p 协议为主的网络，它包含三个层次的网 络：骨干网城域网、内容分发网和宽带接入网。 1 骨干网城域网 骨干网城域网构成整个i p t v 网络的框架，主要布局在城市和城市之间以及 城市中各区之间，为了高速度及带宽，其网络媒介主要采用光纤。骨干网的主要 作用是实现数据流文件在大范围内的远距离传输。其i p 骨干网的主要形式有： i po v e rs d h s o n e t 、i po v e ra t m 或i po v e rd w d mo p ti c a l 等。 2 内容分发网( c d n ) 由于i p t v 拥有巨大的用户群，而用户请求具有随机性和突发性等特点，会 造成某一时刻某部分网络十分拥堵，而网络其他部分十分清闲的状况，这样使得 i p t v 十分不稳定，提供的服务质量也不高。内容分发网就是为了解决这些问题 而设计的一个叠加在骨干网上的系统，它在骨干网的边缘设立一系列的媒体服务 器，根据所处网络的负载，将该区域访问量比较大的流媒体内容复制保存到这些 媒体服务器上，当用户提交访问请求时，网络的控制服务器会根据网络的拥堵情 况以、用户所处的区域和媒体服务器的负载等情况，将用户的请求转发给离用户 较近的叫空闲的媒体服务器上，在由这些服务器提供服务。这样，可以很好的提 高i p t v 系统中媒体服务的实时性，也解决了i p t v 突发请求带来的网络波动及服 务器负载压力等问题。 3 宽带接入网 宽带接入网是用户一层的网络，实现了用户到城域网的连接。由于i p t v 业 务内容多、所占带宽高，需要一个高带宽、高速率的网络系统，就目前技术而言， 9 第2 章i p t v 及a v s 标准概述 最好的方案是光纤到户( f t t h ) 。但是光纤成本、网络布局等因素使得光纤到户 不可能全面的普及，现阶段x d s l ( 如a d s l 、v d s l 等) 仍将是宽带接入的主流方 式。同时，伴随着通信技术特别是3 g 网络技术的发展，无线接入也变得越来越 普遍，成为新运营商争夺的另焦点。 ( 三)用户终端 用户终端是i p t v 系统中用户层的系统设备，其主要用于接收、处理、存储、 转发音视频流文件，具体的主要功能有以下几个方面： 支持f t t h 、f t t h + l a n 、x d s l 、w l a n 等宽带接入方式； 支持m p e g - 4 、h 2 6 4 、a v s 等视频解码功能； 支持网页浏览、电子邮件、i p 视频电话等； 支持数字版权管理，实现用户身份识别、计费和结算； 支持由前端网管系统实现远程监管和自动升级。 i p t v 的终端系统一般有三种形式。 1 机顶盒+ 电视机 机顶盒+ 电视机方式是目前i p t v 终端最主要的形式。电视机在几乎在每家每 户都存在，有着巨大的基数，在普通电视机的基础上加上机顶盒，使之兼顾了个 人电脑和电视机的功能，而且可以直接利用家庭中已有的电视机以及存在的巨大 的有线电视网路来扩展业务，从而迅速推广i p t v 业务。 机顶盒作为用户接收终端，接收数据、处理数据是其主要工作。机项盒要能 够支持网络传输，即能够支持t c p u d p i p 协议，能够从网络上接收数据并且能 够将用户请求数据在通过而网络发布出去。接收到网络数据包后，要能够进行解 析，分析其数据，对不同类型的数据进行不同的处理，尤其是对音视频数据要能 够进行实时的解码播放，这也是i p t v 机项盒的最主要的工作。 2 p c 终端 p c 作为i p t v 的终端，是将i p t v 看做是互联网的一个应用服务，与普通互 联网上数据流业务相似，利用互联网技术将包含音视频多媒体信息的数据包通过 庞大的互联网网络发送到用户的p c 机上，用户使用功能相对强大的p c 进行数据 处理，实现i p t v 的业务功能。 3 移动手持设备 随着移动通信技术的发展，尤其是3 g 网络的开发和投入运营，i p t v 系统可 以通过通信系统将数据传输到用户终端上，而像3 g 手机等这样的用户终端拥有 强大数字信号处理功能，完全能够胜任对接收到的数据进行处理的工作，使得 i p t v 业务得到扩展。这些移动设备终端随着电子技术的发展，其计算能力以极 快的速度进行着提高，所能进行的业务处理也越来越多。目前，类似3 g 手机的 1 0 第2 章i p t v 及a v s 标准够述 移动手持设备利用无线通信网络和互联网能够开展的业务有：网络电视、视频电 话、网页浏览、电视会议、电子商务等。在目前国家大力改造通信网和人们追求 随时随地享受互联网服务的背景下，移动手持设备作为i p t v 终端的数量将会急 剧增加。 2 1 3l p t v 编解码标；隹简介 j i p t v 系统中传输的大部分是音视频等多媒体业务，多媒体通信的一个显著 特点就是需要传输的信息量大，尤其是视频数据巨大。良好的编码技术可以有效 的压缩视频内容，从而降低网络传输时所需的带宽等资源，因此可以说，编解码 技术的优劣制约着i p t v 业务的服务质量。具有高保真、高压缩比的编解码技术， 才能够在保证视频等质量的同时尽量减少占用的带宽等网络资源，提高网络的效 率。 目前适用于i p t v 的音视频编解码标准主要有m p e g - 4 、h 2 6 4 和我国的a v s 编码标准等。m p e g 一4 是i s o i e c 标准，由m p e g 专家组制定，目前应用的是m p e g - 4 p a r t 2 ；h 2 6 4 是i t u t 和i s o i e c 的m p e g 联合视频组j v t 开发的视频编码标准： a v s 是我国制定的拥有自主知识产权的国家音视频编解码标准，具有高效率、低 成本等特点。 国际上i p t v 系统大多使用的是m p e g 一4 标准和h 2 6 4 标准。m p e g - 4 标准因 为其发布较早，产业化程度比较高，因此产品相对成熟，内容比较丰富、价格也 较低，占有着很大一部分i p t v 市场；h 2 6 4 标准的编码效率比m p e g - 4 更高，同 时需