IPTV影音服務之設計與實作

摘 要： 由于數位化及互動化的需求，IP技術也自然導入到 TV的領域，演變成所謂 IPTV服務。視訊資料需具有實時性及高帶寬的需求，所以各國在發展寬帶網路的過程，都把IPTV服務的成功視為重要技術的突破。影音服務的豐富度及展現性是IPTV產業成功的重要因素，所以以串流影音區段播放、前臺頁面廣播消息偵測、封鎖特定IP使用者及限制最大上線人數、影片播放狀態偵測等技術，以實踐影音內容快速重組機制以呈現特定主題之影音服務，影音及視訊強制廣播功能，以及在線人數及帶寬有效掌握等影音服務。整體系統是架構在Media Service 9， Microsoft Visual Studio 2008， SQL Server 2000等環境開發。

關鍵詞： IPTV； SMIL； 時序數據庫； 影音控制； 多媒體隨選

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0079?05

1 研究動機與目的

由于數位化及互動化的需求，IP技術自然而然地導入到 TV的領域，演變成所謂的 IPTV[1]。由于視訊資料需具有實時性（real?time）及高帶寬的需求，所以各國在發展寬帶網路的過程，莫不把IPTV服務的成功視為重要的技術突破。臺灣的中華電信在2003年10月正式宣告MOD（Multimedia on Demand）的服務，歷經近九年的時間，目前（截至2012年4月底）已突破百萬用戶的規模；有線電信業者也在許多區域進行IPTV的服務測試，這些都有助于將視訊服務的對象，由傳統TV族群，擴及到計算機網路族群。

影音服務的豐富度及展現性，是IPTV產業成功的重要因素。因此本文發展了串流影音區段播放、前臺頁面廣播消息偵測、封鎖特定IP使用者及限制最大上線人數、影片播放狀態偵測等技術，讓內容提供商在數字版權的不可重制性及破壞性的前提下[2]，將影音內容快速重組以呈現特定主題之影音服務；除了傳統的點播服務外，亦能提供影音及視頻強制廣播功能；同時又能有效掌握在線人數及帶寬。本文以W3C定義的SMIL（Synchronized Multimedia Integration Language）技術來達到影音內容組合及分割的區段播放功能；由于.NET的Application及Session物件的變量存取，在前臺頁面判斷后臺的廣播消息；在后臺以IP位置及聯機數來達到封鎖特定IP及設定最大在線影音觀看人數；通過Windows Media Player之播放屬性，來判斷前臺影音目前的播放狀態，達到影音的播放控制。

整體系統是在架構在Windows Server 2003，結合了Media Service 9， Microsoft Visual Studio 2008， SQL Server 2000等開發環境。經測試，系統確能有效達成上述之功能，使IPTV的影音服務更具彈性及豐富度。

2 文獻探討

2.1 微軟開發環境

MMS（Microsoft Media Server）為一種串流媒體傳送的通信協議，若用戶在任何計算機的Windows Media Player中開啟一個URL以連接影音內容，則必須使用MMS協議引用該串流。微軟Windows Media Services指定某個文件夾為影片目錄來源，以作為影音服務器設定MMS的發行端點。由于播放來源可能是一個影片檔案或是播放列表，因此可以設定2個MMS發行端點，讓其中一個目錄文件夾專門存放完整的影片檔案；另一個則存放影片播放列表。SMIL為一種XML語言[3] ，而wsx （WCF service extension）是微軟Media Services特有的文件格式，為一種 XML 檔，可以使用SMIL定義播放列表中的內容，以及播放列表應有的行為表現。wsx 文件支持各種項目和屬性（Attribute），以加強對媒體播放的控制，而不只是單純地作播放視頻。wsx檔案必須存放在Windows Media Service專屬的playlist目錄夾，并且利用語法clipBegin及clipEnd將影片做區段播放[4?5]。

在微軟ASP.NET的開發環境下，可以使用Application及Session物件，在同一個Web網站間傳遞和保存不同用戶端的資料。同一個Web應用程序和不同用戶端的數據傳遞和保存，可以去存取Application變量，例如：在線人數統計、網站瀏覽次數。同一個Web應用程序和相同用戶端的數據傳遞和保存，可以去存取自己專屬的Session變量，例如：使用者個人資料及設定。Global.asax檔案定義了Application或Session物件起始或結束時需要執行的動作，以響應Application或Session的事件[6]。ActiveX是微軟Component Object Model的技術之一，可以在Web網頁中插入多媒體效果、并產生互動及執行復雜程序。ActiveX提供了許多ActiveX控件（ActiveX controls），微軟Windows的應用軟件就利用ActiveX將這些應用軟件的某些功能封裝成ActiveX控件，使用內嵌方式嵌入到其他的應用程序。Windows Media Player是以Object元素內嵌在Web網頁。object元素中包含param元素，可以指定Windows Media Player 的ActiveX控件、操作按鈕，以及其他內容。Windows Media Player 9 Series SDK定義了許多ActiveX控件的屬性（Property）、事件（Event）和方法（Method）。JavaScript可以控制這些屬性、事件和方法。與串流播放有直接關系的屬性為PlayState，其值可以代表播放器運作的情況。例如，playState的值為1代表影片狀態為停止；值為2代表影片狀態為暫停；值為3代表影片狀態為播放。在要引用此屬性時，必須要先知道網頁中Windows Media Player物件的id名稱，例如id為MPlyr的話，語法MPlyr. playState就可以得知目前播放器播放之狀況。

2.2 Smart?iTV系統

Smart?iTV系統為本研究室與臺灣夢工場科技及中華電信MOD合作8年的開發平臺。Smart?iTV是一個IPTV影音播放平臺，影音服務的相關內容是由管理員先在后臺管理系統，將文字、縮圖及影音的meta?data（影片名稱、影片來源、主題類別、影片描述、提供者）等數據建立于數據庫中。前臺服務頁面再從數據庫中讀取這些信息，將內容呈現給觀眾[7?10]。系統是架構在Windows Server 2003，結合了Media Service 9， Microsoft Visual Studio 2008， SQL Server 2000等環境來開發。

3 使用情境及系統架構

3.1 影音內容快速重組機制以呈現特定主題之影音服務

本文的時序數據庫（Time Code Database），紀錄不同影音內容的組合時序及分割時序之meta?data。所以影音服務的播放對象，不是影音內容本身，而是由時序數據庫的meta?data所組合的SMIL檔案。以總長120 min的球類介紹影片（檔名為Sport.wmv），其中包含6個不同的主題段落：0～20 min為籃球的歷史發展，20～40 min為籃球的比賽規則；40～60 min為排球的歷史發展，60～80 min為排球的比賽規則；80～100 min為桌球的歷史發展，100～120 min為桌球的比賽規則。

由于影片都是節目內容商所制作提供，所以學校外購的影片有時候很難符合各老師的教學需求。比如有A，B，C三位體育老師，A老師想規劃的課程單元是籃球介紹，B老師想規劃的是各球類的比賽規則，而C老師想規劃的則是各球類的發展歷史。所以上述的Sport.wmv就會被這3位老師的課程規劃需求而被以時間區段形成的meta?data來作區隔。課程規劃單元及時間區段則如圖1所示。三位體育老師想播放的區段中，有部分是重迭的。若現在按照傳統方式使用影音軟件剪輯，不但耗時且有影片著作權等問題。加上會有多個影片檔案的產生，對于片段的重復，更會浪費系統服務器上的儲存空間[9]。

三位體育老師的不同課程規劃，可以在Smart?iTV后臺管理頁面（如圖2中的步驟1所示），將Sport.wmv這部影片依照各自的課程規劃，設定不同的區段播放時間（如圖2中的步驟2），這些meta?data會記錄在Time Code Database中（如圖2中的步驟3）。學生只要聯機至前臺服務頁面，透過微軟Media Service的串流功能，自動從Time Code Database中讀取時間段落信息，就可以呈現不同課程單元之影音區段給學生點播（如圖2中的步驟4）。同樣的Sport.wmv影音檔，卻可同時提供3種課程單元，對課程規劃的彈性及豐富度，確實有很大的幫助。

以上位體育老師將Sport.wmv依照自己的課程規劃，分割成不同段落，這些段落的開始時間及結束時間是記錄于Time Code Database中的。如表1所示，其中s1是老師A設定；s2，s3，s4是老師B所設定；s5，s6，s7是老師C所設定。由于老師C只想在前臺服務頁面呈現一個各球類歷史發展的按鈕選項， 因此s5，s6，s7為此選項相對應之區段影音。

表1 3位老師規劃不同時間區段需求紀錄于

Time Code Database，影音檔名同為Sport.wmv

當3位老師于Smart?iTV后臺管理頁面設定完每一個影音區段后，前臺服務頁面就會自動產生一個相對應之點播選項；若老師想要使用一個點播選項包含所有影音段的話，這時可以將所需要之影音段落全部寫入到wsx的程序代碼中。以老師C規劃之各球類歷史發展課程為例，前臺服務頁面產生之點播選項只有一個，其wsx的程序代碼如圖3所示。

3.2 影音及實時視訊強制廣播功能

當系統管理員想要主動將影音信息實時讓觀眾收看，就必須使用廣播。廣播方式有2類，一類為影音檔案廣播；另一類為實時視頻廣播。假設學校每間教室都有裝設Smart?iTV系統，平常提供師生點播影音內容。若今天學校想要做防災影片倡導，點播方式無法保證每位師生都會去收看；因此將不同類的災害，如：地震、火災等，制作成一個影音檔案，就可通過Smart?iTV后臺管理頁面，主動將影音檔案實時廣播。若今天因為臺風因素，學校臨時接獲通知要向全校師生宣布停班停課，便可以在后臺管理頁面，通過攝影機，就可以將此信息以實時視頻廣播，快速讓全校師生知道。當廣播發生時，前臺頁面會暫停目前的服務，強制導入后臺廣播消息；當廣播結束時，會自動導回原來的服務畫面。當后臺無廣播事件發生時，前臺頁面正常提供點播服務，如圖4所示；當要立即進行影音檔案或live視頻廣播，學校可以在后臺管理頁面點選開始廣播。這時無論前臺服務頁面的動作如何，都會被暫時中斷并強制收看廣播消息，如圖5所示。此功能有別于點播方式，學校可以更實時主動地將影片播放給師生觀看。影音檔案本身是一個wsx檔案，存放路徑和點播的影音檔案一樣，都是放在playlist文件夾，通過MMS串流協議讀取播放；而live視訊廣播，需要外接一部攝影機，通過Windows Media Encoder進行編碼，Smart?iTV再讀取此串流影音的發行端點進行播放。

3.3 在線人數及帶寬有效掌握

影音控制的目的，在于掌握服務器的影音帶寬使用，并且可以設定在線最大聯機數，降低服務器帶寬的負擔。系統管理員可以在后臺頁面查看所有在線用戶的IP位置及設定最大在線影音觀看人數。若發現有可疑的IP位置，可能會危害到系統本身效能，此時可以針對這些IP位置進行封鎖動作，而被封鎖的IP位置，就無法于前臺頁面播放影片。對于影音帶寬的控制，主要是利用Application物件、Session物件來取得目前實時的用戶信息，監控所有在線正在播放影音的使用者，同時也可以中斷使用者影音的播放。若系統管理員在后臺管理頁面將IP位置為120.96.183.88的使用者加以封鎖，并設定最大影音觀看人數為300人。儲存完成后，設定值會傳送至前臺服務頁面。當前臺服務頁面有觀眾要點播影音時，頁面會檢查是否有被封鎖的IP位置及影音觀看人數是否超過設定值。如圖6所示，第301位及IP位置為120.96.183.88的觀眾，就無法點播影音。

最大影音觀看人數示意圖

4 系統實作技術

4.1 影音內容快速重組機制以呈現特定主題之影音服務

為了呈現不同教學單元的需求，于Smart?iTV前臺服務頁面中，選單會依照3位老師的規劃出現籃球介紹、各球類比賽規則介紹及各球類歷史發展介紹的頁面。以體育老師C為例，老師C將不同的影音區段合成同一個點播選項。當觀賞者點選這些選項時，該影音段落就可以直接播放。

圖7雖然是單選主題，影片其實都是來自同一個檔案的3個不同的時間區段（見表1及圖3），此3個時間區段對應的開始播放時間及結束播放時間分別記錄在Time Code Database中，但前臺服務頁面則以單一wsx播放列表組合再一起（見圖3），當用戶點播時，則依序連續播放，如同播放單一影音服務一般。

后臺管理頁面設定的這些影音相關信息，都會寫入到Smart?iTV的Time Code Database中，并自動產生wsx檔案。當觀眾從前臺服務頁面播放影音時，系統會導入到鑲嵌在Web網頁中的Windows Media Player，并透過MMS串流協議連結相對應的wsx檔，藉由wsx檔案取得影音區段播放時間，開始做播放。以老師C的課程規劃頁面為例，如圖8所示。

4.2 影音及實時視訊強制廣播功能

前臺服務頁面每3 s就會自動偵測一次后臺是否有廣播事件發生。當影音或live視頻廣播事件發生時，前臺服務頁面會暫停所有動作，并強制導入到廣播頁面。廣播頁面導入后，前臺頁面中嵌入的Windows Media Player會依據廣播類型的不同，讓MMS串流協議讀取的檔案也不同。（影音廣播是讀取wsx檔案；實時視頻廣播是讀取一串URL）。無論使用何種廣播方式，此時觀眾皆無法再進行任何指令操作。廣播影音或實時視頻結束后，前臺頁面會自動導回原來的點播畫面，讓觀眾繼續使用。若要使用影音檔案廣播，可以在后臺管理頁面選擇廣播清單后，按下開始廣播按鈕。若要使用實時視頻廣播，可以將影音編碼的發行端點，設定直播網址字段，如圖9所示。前臺服務頁面一旦偵測到有廣播消息，任何動作會被暫時中斷，并強制導入廣播影音內容。

當在后臺按下開始廣播按鈕后，后臺broadcast_control.aspx頁面會改變廣播狀態為playing，儲存在Session物件的BroadStatus變量中；并將廣播消息如影音廣播、實時視頻廣播的文件名，儲存在Application物件的broad_data變量中（對于影音廣播來講，例如：aaa.wmv；對于實時視頻廣播，例如：http：//120.96.183.35：8080）。前臺Default.aspx頁面每3 s就會使用JavaScript呼叫一次broadcast_check.aspx頁面（broadcast_check.aspx是以iframe方式嵌入在Default.aspx頁面），該頁面會從Session物件中讀取廣播狀態，以及從Application物件中讀取廣播的文件名。若有廣播事件發生，則會導入至前臺msplayer.aspx播放頁面，并從 Application變量值取得廣播的文件名，透過微軟MMS串流協議開始播放。如圖10所示。

廣播影片播放完畢后，系統自行導回至點播時的畫面。前臺播放器msplayer.aspx頁面的JavaScript每1 s會呼叫一次media_time函式，去檢查Windows Media Player的playState屬性。如果playState等于0的話，代表影音廣播或實時視頻廣播停止，就自動回到用戶原來的畫面。程序代碼如圖11所示。

4.3 在線人數及帶寬有效掌握

當使用者上線時，若超過后臺設定之最大在線人數，系統會顯示已超過最大聯機數的提示窗口，用戶即無法再做影音播放；當使用者正在觀賞影音，若使用的IP位置已被后臺封鎖，系統會顯示此IP位置已被封鎖的提示窗口，影音自動停止播放。當管理員將最大聯機數的值設定完成后，此值會儲存在后臺的media_control.aspx頁面的Session物件的max_user變量中；等到前臺msplayer.aspx播放頁面時，會從Session取得變量值，判斷其值是否超過最大聯機數。此外，管理員要中斷某特定IP的使用者的影音播放，該IP將設定在Application物件的User_IP變量；而前臺的msplayer.aspx頁面的JavaScript每1 s執行media_check.aspx頁面（media_check.aspx是以iframe方式嵌入msplayer頁面），如圖12所示。

media_check.aspx頁面中使用JavaScript程序，讓在線用戶的IP位置與后臺封鎖的IP位置做比對。若相符，mediaObj變量會取得前臺播放器id， 并讓播放器停止播放，如圖13所示。

是否被封鎖之程序代碼

5 結 語

本文以串流影音區段播放、前臺頁面廣播消息偵測、封鎖特定IP使用者及限制最大上線人數、影片播放狀態偵測等技術，以實踐影音內容快速重組機制以呈現特定主題之影音服務；影音及視頻強制廣播功能，以及在線人數及帶寬有效掌握等影音服務。整體系統經測試，系統確能有效達成上述之功能，使IPTV的影音服務更具彈性及豐富度。

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