视频点播与交互电视的概念

第十三章视频点播与交互电视

1.视频点播与交互电视的概念

2. 视频点播/交互电视系统的结构

3. 视频服务器

4. 用户接入网技术第十三章视频点播与交互电视

1.视频点播与交互电视的概念具有交互能力的视频服务大大增强了用户的主动地位，也创造出了崭新的应用功能和形式。选择播放，播放时的控制:这些功能随着技术的发展已经逐渐成为现实（通信技术、网络技术、视频压缩、大容量存储等技术的成熟以及实现这些技术成本的不断下降）。能够满足用户这些需求的服务系统称为交互电视ITV（interactiveTV）系统。

1.1产生背景第十三章视频点播与交互电视

1.视频点播与交互电视的概念从服务的角度看，交互的视频服务可以称为视频点播系统（VOD：Videoondemand）它可以为交互电视提供影片、新闻等各种视频服务。用户对视频的播放过程可以进行控制。这种控制可以作用于节目间（inter-program）或节目内（intra-program）。视频点播或交互电视是电视、计算机、通信网络以及多媒体技术相结合的产物。

1.1产生背景第十三章视频点播与交互电视

1.视频点播与交互电视的概念目前，电信部门，广播电视部门都在致力于交互视频的开发。电信部分拥有双向的高带宽的光纤信道，而广播电视部门已经经营视频业务很长时间，而且有大量的单向高带宽的视频线路。电信部门的优势是现有的光纤信道，但终端用户的线路带宽仍然不够，目前解决的方案是使用ADSL等线路。广播电视部门做为传统视频提供者，优势是线路已经有了很广的分布，可以提供高带宽的用户接入。

1.2视频点播与交互电视第十三章视频点播与交互电视

1.视频点播与交互电视的概念从广播电视角度来看，把交互视频服务看成是一种电视系统，称为交互电视，ITV（InteractiveTelevision）用户终端：电视机，再加上功能类似于调制解调器的设备，称为机顶盒。从电信角度看，称为VOD（VideoOnDemand），用户终端即可以是电视机加机顶盒。也可以是个人计算机。

1.2视频点播与交互电视第十三章视频点播与交互电视

1.视频点播与交互电视的概念本质上，都是交互的视频服务。目前，交互视频服务的主要应用包括以下几个方面： 电影点播：按用户点播的要求，以数字视频形式传送电影节目。使得用户端具有仿真的功能，能够以数字化的方式播放节目。 交互电视新闻。 目录浏览：类似于目前Internet中信息的浏览。 远程学习（DistanceLearning）：实时地远程教学活动。 交互视频游戏。 交互广告。

1.2视频点播与交互电视第十三章视频点播与交互电视

1.视频点播与交互电视的概念纯视频点播要求严格的即时响应。同时要求能够对视频进行即时操作。准视频点播：要求从选择节目到发送节目之间的时间间隔能够被用户接收。

1.3纯视频点播与准视频点播第十三章视频点播与交互电视

2. 视频点播/交互电视系统的结构VOD系统的三个组成部分：视频服务提供商、传送网络、用户。视频服务提供商：视频源（信息）的提供方，他们收集、组织和管理各种类型的视频资料，利用服务器向用户提供视频服务。传送网络：连接视频服务提供商与远程用户的通信系统，通过网络分配视频信号、回送用户的选择和命令。用户、使用者：希望终端设备简单、易用。第十三章视频点播与交互电视

2. 视频点播/交互电视系统的结构视频服务器：用于存储视频资料并提供检索能力的设备称为视频服务器。视频服务器应该能实现对影片、音乐、交互式游戏和其他视频资源的随机访问。特点：动态通信的数据量大，而且要求实时地向用户提供媒体流，所以视频服务器与其他的计算机服务器不同。大型服务器可以用作视频服务器，但是价格过于昂贵。应考虑专门为视频选择和分配设计的服务器。

2.1视频服务和设备管理第十三章视频点播与交互电视

2. 视频点播/交互电视系统的结构视频服务器：扩展能力：在I/O处理能力以及存储容量方面。故障的恢复能力：可适当地使用冗余部件使得当某些部分发生故障时，不会引起系统崩溃，使系统能够可靠地运行。

2.1视频服务和设备管理第十三三章视视频频点播与与交互电电视2.视视频点点播/交交互电视视系统的的结构视频服务务器设计计的难点点：存储储器的设设计常规的磁磁盘驱动动器或多多或少都都不能适适应视频频服务的的要求，，因为视视频服务务与传统统的计算算机文件件数据相相比，压压缩视频频数据的的使用具具有一些些显著的的不同之之处：1）视频频压缩数数据要求求按帧或或时间寻寻址：压缩以后后，每帧帧的数据据块长度度不同，，但是播播放的时时候要求求按恒定定的帧存存取2）如果果在传送送的过程程中出现现中断，，则影响响播放的的效果。。3）多用用户请求求的满足足2.1视视频服务务和设备备管理第十三三章视视频频点播与与交互电电视2.视视频点点播/交交互电视视系统的的结构视频服务务器设计计的难点点：存储储器的设设计1）驱动动器对视视频数据据的存储储应使用用帧号。。2）通过过配置一一定量的的缓冲器器平衡读读写。3）使用用多种策策略以合合理利用用服务器器资源，，满足多多用户请请求。2.1视视频服务务和设备备管理第十三三章视视频频点播与与交互电电视2.视视频点点播/交交互电视视系统的的结构节目选择择计算机机：前端子系系统。功能：为为用户提提供一个个良好的的点播界界面，管管理视频频资料的的存储位位置。用户与节节目选择择计算机机交互，，一旦用用户提出出点播请请求和选选择命令令，节目目选择计计算机就就会立即即与视频频服务器器通信，，初始化化并启动动检索，，确定视视频资料料的存放放位置，，最终由由视频服服务器向向用户提提供视频频服务。。2.1视视频服务务和设备备管理第十三三章视视频频点播与与交互电电视2.视视频点点播/交交互电视视系统的的结构计费计算算机：记录用户户使用视视频资源源的时间间，次数数，并计计算相应应的费用用。记录录的信息息可分为为：节目信息息：被检检索的节节目类型型，节目目时间等等。客户信息息：客户户类型，，服务类类型等2.1视视频服务务和设备备管理第十三三章视视频频点播与与交互电电视2.视视频点点播/交交互电视视系统的的结构服务管理理：VOD系系统中的的服务管管理也是是系统中中的一个个重要组组成部分分。它关关系到系系统的正正常工作作能够持持续的运运行。服服务管理理包括以以下几个个方面的的内容：：系统诊断断：系统统必须能能够经常常或持续续地对所所有的VOD设设备和网网络进行行全面的的诊断，，及时地地发现故故障。扩展：系系统的可可扩展能能力是服服务管理理中必须须考虑的的问题。。加密：需需要对视视频进行行加密，，制止非非常使用用。2.1视视频服务务和设备备管理第十三三章视视频频点播与与交互电电视2.视视频点点播/交交互电视视系统的的结构基本功能能：显示服务务项目为用户提提供基本本的控制制和选择择功能把用户的的选择传传送到视视频服务务器实时视频频的解码码并显示示指示设备备工作，，网络传传输和节节目资源源状态机顶盒＋＋电视机机或或个个人人计算机机＋解解码器2.2用用户终端端第十三三章视视频频点播与与交互电电视2.视视频点点播/交交互电视视系统的的结构机顶盒STB（（SetTopBox））是VOD系统统中用户户控制视视频服务务器的最最典型的的设备。。不仅是是一个解解码、调调制设备备，而且且对大量量影片、、多媒体体事件和和新闻等等连接数数据库的的一个控控制终端端。一个开放放结构的的机顶盒盒应该是是一种简简单的低低成本的的设备，，主要的的组成部部件包括括：网络络处理单单元、电电缆接口口、音频频和视频频解码器器、存储储（缓冲冲存储））、遥控控接口等等。2.2用用户终端端第十三三章视视频频点播与与交互电电视2.视视频点点播/交交互电视视系统的的结构传送网络络用于传传送用户户的节目目选择信信息和分分配音视视频服务务媒体流流。音频信号号数字化化以后的的数据量量相对较较少，但但在用户户感官方方面比较较重要，，因此系系统要尽尽量保证证音频信信息的传传送质量量。2.3传传送网络络第十三三章视视频频点播与与交互电电视3.视视频服服务器视频服务务器就是是在网络络上为点点播用户户提供存存储和播播放视频频节目功功能的设设备。在在VOD系统中中，视频频服务器器是最关关键的组组成部分分。作为为系统的的中央控控制和服服务部分分，其基基本功能能：请求处理理许可控制制数据检索索可靠的流流传输支持VCR功能能3.1视视频服务务器的功功能第十三三章视视频频点播与与交互电电视3.视视频服服务器VOD系系统对视视频存储储子系统统的基本本要求:1）视频频流的平平稳性：：提供持持续平稳稳的视频频流输出出，保障障在服务务提供端端的视频频流质量量，才能能够使用用户端获获取可接接收的视视频服务务。2）视频频流的实实时性：：每秒钟钟要提供供30帧帧或25帧的帧帧速率。。视频存存储器应应有足够够的带宽宽实时读读出视频频数据。。3）视频频流的并并发存取取：视频频系统要要支持大大量视频频流的同同时检索索，并保保障每个个视频流流都能顺顺序地或或随即地地定位播播放。一一个磁盘盘不仅仅仅提供一一个视频频流，应应尽可能能提供多多个视频频流，为为多个用用户同时时提供服服务。4）大容容量。3.2视视频存储储子系统统第十三三章视视频频点播与与交互电电视3.视视频服服务器为了满足足以上视视频存储储和视频频访问的的要求，，对视频频存储子子系统采采取的相相措施主主要在以以下几个个方面：：提供平稳稳和实时时的视频频流：1）通过过标识错错误而不不是终止止视频流流来纠正正错误；；2）利用用一定量量的缓冲冲存器来来平滑视视频流。。缓冲器器可以是是视频磁磁盘控制制器上的的内置缓缓冲器，，也可以以是利用用计算机机主存的的一部分分RAM作为缓缓冲器；；3.2视视频存储储子系统统第十三三章视视频频点播与与交互电电视3.视视频服服务器3）采用用顺序的的寻址方方式，以以适应视视频音频频流本身身固有的的特性。。这要求求视频数数据本身身按照顺顺序存放放在存储储介质中中，以减减少搜索索的时间间；4）尽可可能在视视频流中中利用自自标识的的嵌入地地址，寻寻址时不不必再次次重新定定位；5）文件件数据信信息和说说明信息息分离并并分开存存放，使使得对文文件说明明信息的的访问与与对文件件数据的的访问没没有竞争争，有效效地保证证视频检检索和存存取的连连续性；；3.2视视频存储储子系统统第十三三章视视频频点播与与交互电电视3.视视频服服务器提高磁盘盘吞吐率率：1）增加加读操作作单位可可以增加加每次访访问读取取的数据据量；2）利用用大的存存储单元元存储视视频数据据3）视频频数据分分割存放放在多个个磁盘上上4）采采用新新的磁磁盘调调度策策略。。例如如一种种新的的服务务周期期策略略：在在每一一个周周期中中，服服务器器收集集所有有的用用户对对视频频流的的服务务请求求，并并按顺顺序排排列，，使这这些服服务在在磁盘盘驱动动器机机械臂臂的一一次扫扫描中中全部部完成成，减减少机机械臂臂随即即移动动造成成的延延迟，，提高高吞吐吐率。。3.2视视频存存储子子系统统第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器对视频频服务务器的的结构构设计计要求求是高高可靠靠性和和模块块化，，并提提供较较强的的交互互和系系统维维护能能力。。1）可可靠性性：服服务器器的可可靠性性涉及及到故故障的的恢复复、MTBF、、故障障部件件更换换（自自动切切换形形式的的热替替换、、还是是手工工插拔拔形式式的冷冷替换换）、、故障障对系系统的的影响响程度度等方方面。。冗余余可以以提高高系统统的可可靠性性，磁磁盘冗冗余阵阵列RAID可可以利利用另另外的的测评评记录录来纠纠正信信息中中的错错误。。3.2视视频服服务器器的结结构基基本本要求求第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器2）模模块化化：视视频服服务器器应设设计成成模块块化结结构，，便于于扩展展和插插拔。。要扩扩展系系统时时，只只需添添加相相应的的磁盘盘控制制器卡卡到服服务器器的总总线上上。磁磁盘控控制器器一般般选用用宽带带SCSI接口口，多多个磁磁盘连连接到到一条条SCSI总线线上。。模块块化还还允许许系统统按照照可靠靠性和和性能能要求求进行行重新新配置置，并并使系系统具具有模模块可可伸缩缩性。。3）交交互能能力：：VOD系系统应应具有有较强强的交交互能能力。。4）系系统的的维护护能力力：包包括脱脱机诊诊断和和与正正常系系统操操作同同时进进行的的联机机诊断断。3.2视视频服服务器器的结结构基基本本要求求第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器视频服服务器器的重重要作作用和和特殊殊要求求，决决定了了在工工程实实现中中要对对服务务器的的结构构、存存储介介质、、并行行性和和并行行性粒粒度、、缓冲冲机制制、调调度策策略、、可靠靠性和和可用用性等等方面面进行行综合合考虑虑。视视频点点播服服务中中的服服务器器有四四种基基本的的实现现结构构形式式：通用主主机结结构紧耦合合多处处理机机结构构专用视视频服服务器器结构构群集并并行处处理结结构3.2视视频服服务器器的结结构结结构形形式第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器1．通通用主主机结结构：：采用用通用用的、、具有有足够够性能能、并并允许许实时时操作作的主主机作作为视视频服服务器器。这种方方法的的特点点是利利用了了现有有的主主机硬硬件，，易于于实现现，其其可靠靠性取取决于于主机机系统统自身身的可可靠性性。但但由于于服务务器是是利用用作为为通用用目的的的而而设计计的主主机，，所以以在视视频服服务性性能方方面会会有所所欠缺缺。2.紧紧耦合合多处处理机机结构构：紧紧耦合合多处处理器器TCMP（TightlyCoupledMulti-Processor）具具有二二个以以上共共享存存储器器的处处理部部件，，它们们由同同一控控制程程序控控制，，相互互间可可以直直接通通信。。3.2视视频服服务器器的结结构结结构形形式第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器3．专专用多多线程程视频频服务务器结结构：：专门门为VOD系统统设计计的服服务器器，以以模块块化、、可扩扩充的的结构构设计计，优优化支支持多多个并并行视视频通通路。。视频服服务器器不在在于其其快速速的计计算能能力，，而是是作为为一个个数据据转移移和传传送的的系统统，因因此对对于视视频服服务器器的结结构，，重点点考虑虑多路路视频频的输输入输输出能能力和和用户户对视视频流流的控控制交交互能能力。。另外，，还可可以采采用专专用视视频服服务器器的指指令集集，利利用它它们编编程比比在通通用机机器上上指令令集更更有效效，是是视频频传送送、多多线程程节目目流的的调度度效率率更高高。专专用服服务器器基于于多块块CPU板板，多多CPU并并行处处理将将服务务器分分成多多个子子任务务，提提高了了服务务效率率。配配置多多个SCSI控控制器器连接接视频频磁盘盘驱动动器，，以提提供高高容量量、高高性能能、高高可靠靠性的的多线线程连连续视视频流流。3.2视视频服服务器器的结结构结结构形形式第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器4.群群集并并行处处理体体系结结构它采用用分布布式存存储方方式，，每个个处理理节点点都有有一个个或多多个CPU，它它使用用自己己的存存储器器和操操作系系统，，通过过特别别设计计的软软件或或操作作系统统把这这些硬硬件集集成起起来。。在磁磁盘之之间，，处理理节点点之间间合理理分配配视频频数据据及其其I/O，，达到到为大大量用用户提提供VOD服务务的能能力。。这种种结构构克服服了传传统单单服务务器系系统的的I/O吞吞吐量量不足足的问问题。。3.2视视频服服务器器的结结构结结构形形式第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器（1））存储储容量量问题题（2））存储储I/O带带宽问问题（3））网络络I/O带带宽问问题（4））系统统管理理问题题（5））用户户交互互控制制3.3视视频服服务器器的关关键技技术第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器（1））存储储容量量问题题多盘技技术，，RAID技术术。主要扩扩展技技术：：层次次结构构的存存储模模型。。分层存存储的的基本本目的的就是是将数数据引引入到到支持持这一一对象象所需需性能能的最最低成成本的的设备备中。。如图图，描描述了了存储储层次次金字字塔。。3.3视视频服服务器器的关关键技技术第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器3.3视视频服服务器器的关关键技技术第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器3.3视视频服服务器器的关关键技技术（1））存储储容量量问题题视频数数据在在硬盘盘和在在其他他外设设上的的存放放问题题。Zipf分分布规规律：：用户户对不不同数数据的的请求求遵循循一定定的分分布规规律。。层次结结构存存储模模型的的管理理结构构设计计是影影响视视频服服务器器服务务质量量的关关键因因素。。第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器3.3视视频服服务器器的关关键技技术（2））存储储I/O带带宽问问题为了同同时向向尽可可能多多的用用户服服务，，视频频服务务器的的存储储系统统必须须提供供很高高的I/O带宽宽。如何充充分利利用现现有存存储硬硬件的的I/O：：减少磁磁头移移动；；数据分分块：：将每每个节节目分分成若若干块块，分分布到到不同同的磁磁盘上上，甚甚至是是不同同的计计算机机上。。第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器（3））网络络I/O带带宽问问题网络组组播，，合并并视频频流（4））系统统管理理问题题判断系系统资资源情情况，，许可可和控控制用用户对对视频频服务务器资资源的的使用用。3.3视视频服服务器器的关关键技技术第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视3.视视频服服务器器（5））用户户交互互控制制交互功功能包包括一一些基基本的的视频频操作作，““暂停停”、、“快快进””、““快退退”等等。不同的的实现现方法法：服务器器端实实现、、用户户端实实现3.3视视频服服务器器的关关键技技术第十十三章章视视频频点播播与交交互电电视4.用用户接接入网网技术术信息使使用的的非对对称模模式和和对称称模式式基本的的用户户接入入方式式：xDSLHFC光纤接接入谢谢谢12月-2214:48:1414:4814:4812月-2212月-2214:4814:4814:48:1412月月-2212月月-2214:48:142022/12/3114:48:149、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Saturday,December31,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。14:48:1414:48:1414:4812/31/20222:48:14PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2214:48:1414:48Dec-2231-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。14:48:1414:48:1414:48Saturday,December31,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2214:48:1414:48:14December31,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。31十十二月20222:48:14下午午14:48:1412月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月222:48下下午午12月月-2214:48December31,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/3114:48:1414:48:1431December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。2:48:14下下午2:48下下午午14:48:1412月月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Saturday,December31,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。14:48:1414:48:1414:4812/31/20222:48:14PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2214:48:1414:48Dec-2231-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。14:48:1414:48:1414:48Saturday,December31,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2214: