ＩＰＴＶ設計方案研究

[摘 要] 通過對IPTV設計方案研究，提出了在病毒特征下直播靜態畫面的處理的設計思想，編碼器采用多畫面編碼技術，服務器通過預播發技術來提高帶寬利用率的設計理念。

[關鍵詞] 多畫面編碼 預播發技術

IPTV即交互式網絡電視，是一種集寬帶有線電視網，互聯網、多媒體、通訊等多種技術于一體，向家庭用戶提供包括數字電視在內的多種交互式服務的嶄新技術。這種新技術對目前的網絡帶寬提出更高的要求，因此，如何減少流媒體傳輸中的資源浪費，充分利用現有網絡帶寬傳輸高清晰音像數據流，成為本文所要研究的課題。

一、IPTV工作原理

IPTV工作原理是把呼叫分為數據包，通過互聯網發送，然后在另一端進行復原。其工作過程是：首先是把原始的電視信號數據進行編碼，轉化成適合Intemet傳輸的數據形式；然后通過互聯網傳送；最后解碼恢復原始信號前通過電腦或是電視機播放。

二、IPTV系統架構分析

IPTV整個系統架構主要由IPTV前端，節目傳送網絡，IPTV終端三部分組成，每一部分功能如下：

1.前端系統。完成節目采集，存儲和服務等功能。節目采集包含節目的接收、節目的壓縮編碼或轉換編碼(transcoding)及格式化、加密和DRM打包，以及節目生成等。節目存儲則完成對經過節目采集程序處理后生成的節目進行大規模存儲或播送。

2.傳送網絡。IPTV系統所使用的是以TCP/IP協議為主的網絡，主要由Internet骨干網、IP局域網以及寬帶接入網絡等組成。一般而言，IPTV系統的前端直接連接在骨干城域網絡上，視頻流通過內容分發網絡被復制到位于網絡邊緣的寬帶接入設備或邊緣服務器中，然后通過寬帶接入網絡傳送到業務的接收端，由此可以看出網絡電視業務中的視頻流實際上是通過分布在全網邊緣的各個寬帶接入設備或邊緣服務器與前端部分共同完成的。

3.接收端。進行解碼播放。IPTV用戶終端設備被用來接收、存儲和播放及轉發IP音視頻流媒體節目。IPTV系統的接收端包括計算機、電視、手機和其他智能終端設備。計算機的特點是自身具備較強的處理能力，不僅可以獨立完成視頻解碼顯示任務，同時還可以安裝其它軟件完成信息交互、自動升級和遠程管理等功能。電視一般僅具備顯示各類模擬和數字視頻信號的能力，目前市場上大多數的模擬電視需要配備專門的數字視頻處理設備才可能完成數字視頻的顯示工作。

三、IPTV系統設計理念

1.直播靜態畫面的處理。靜態畫面是流媒體遠程服務中常遇到的情況，在人機交互操作以后，視頻采集設備要不間斷的采集靜態畫面數據。在這種情況下，網絡上傳輸的都是同一視頻幀數據，這就浪費了有限的帶寬，如果我們能夠只傳一個單幀數據到客戶端，且讓播放器播放該單幀畫面，那么就能把節省后續網絡帶寬傳輸高質量聲音或預下載后續流數據。為此，我們設想了基于病毒特征的直播靜態畫面的處理方案，有效的解決了這個問題。其工作原理如下：

在直播過程中，若遇到有靜態畫面的情況，就啟動單幀畫面采集設備。該設備向視頻采集設備發出采集單幀畫面的命令，視頻采集設備將采集的單幀數據交給編碼器編碼，編碼器再將編碼后的單幀數據交給單幀畫面采集設備。此時，單幀畫面采集設備收到編碼后的數據就在該數據中自動加入一段自我無限復制的代碼，這段代碼中控制了一秒鐘該幀能夠復制的次數，然后將該數據通過流媒體服務器發送到客戶端的媒體緩存庫中。當這部分數據到達客戶端緩存中后，就開始自我復制，并通過播放器播放該單幀畫面。當結束靜態畫面播放時，由服務端發送一個結束自我復制的命令，客戶端收到該命令后就停止數據自我復制，至此結束靜態畫面的播放。這樣就能節省帶寬，進而傳輸高質量的音頻。

2.低幀率畫面處理。IPTV需要傳送高清晰畫面，很多需要低幀率的畫面沒必要用高幀率編碼，節省下來的帶寬則可以用來提高畫面清晰度。我們通過提前定義低幀率區分數據來源，對不同的應用，可選擇合適的幀率，從而避免了用高幀率傳輸低幀數據造成的浪費。

3.多畫面處理。多畫面處理流程可以從以下四個步驟來實現:

(1)MCU(多點控制單元)為各個終端生成一個包含有多畫面信息的標識，并將該標識發送至各個終端。(2)各個終端接收所述標識，根據多畫面信息標識中的信息對源圖像進行編碼并將該多畫面信息標識插入子碼流發送至MCU。(3)MCU收到各個終端的子碼流，組合成復合碼流，發送給顯示終端。(4)顯示終端接收復合碼流，從中取出各路子碼流，根據各路子碼流的多畫面信息標識，對各路子碼流進行解碼并將解出的多個子畫面組合成多畫面圖像輸出。

4.自適應網絡帶寬技術。為了克服網絡狀況不確定所造成的影響，我們采用智能流技術自適應地調整發送策略來保證服務的質量和實時性。

智能流技術通過兩種途徑克服帶寬協調和流瘦化。首先，確立一個編碼框架，允許不同速率的多個流同時編碼，合并到同一個文件中；然后，采用一種復雜客戶/服務器機制探測帶寬變化。

5.預播發技術。預播發技術是利用非均衡數據流提高畫面清晰度。在播發非實時文件時，將文件中高比特率數據準備好。當網絡空閑，將數據隱藏放入數據流中，在接收端先緩存，等到播放時間再播放。其設計理念如下：

A、發送端：

If（網絡可用帶寬－數據流量<某一規定值）

{

則將標記好的高比特率數據打包，插入數據流中傳輸；

}

B、接收端：

If（接受到的數據包標有預播發數據的標識）

{

將該包存入特定緩存，等待解碼播放；

}

四、總結

通過對IPTV設計方案的研究和探討，提出了基于病毒特征的直播靜態畫面的處理、多畫面處理和預播發技術先進設計思想，有效地解決了IPTV播放過程的直播靜態畫圖和多畫面處理的技術難題。是一個較為成熟的方案，值得推廣和應用。

參考文獻

葛雙全 李 芬:實時多媒體流同步機制的研究.電腦與信息技術，2006年第14卷第4期