基于IPTV的動(dòng)態(tài)媒體封裝技術(shù)研究及應(yīng)用

陳戈，陳麒，海錦霞

（中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

基于IPTV的動(dòng)態(tài)媒體封裝技術(shù)研究及應(yīng)用

陳戈，陳麒，海錦霞

（中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

針對(duì)現(xiàn)有的IPTV在個(gè)性化、互動(dòng)性的媒體封裝局限性，研究和分析了目前已經(jīng)存在的以及正在發(fā)展的動(dòng)態(tài)媒體封裝技術(shù)。為使動(dòng)態(tài)媒體封裝技術(shù)易于大規(guī)模推廣，提出通過(guò)把標(biāo)簽信息加入信源中進(jìn)行MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)編碼，再利用TS封裝技術(shù)傳輸，最后通過(guò)解碼器解碼的解決方案，并利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了九屏最熱業(yè)務(wù)系統(tǒng)，得到了實(shí)際應(yīng)用。

IPTV；動(dòng)態(tài)媒體；個(gè)性化標(biāo)簽編碼

1 動(dòng)態(tài)媒體業(yè)務(wù)與技術(shù)概述

近年來(lái)，以寬帶電視有線網(wǎng)為依靠的 IPTV（internet protocol television，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電視）[1-3]，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)以 IP（internet protocol，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）形式傳送音視頻節(jié)目，使客戶可便捷地收看和點(diǎn)播電視、電影，并提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互化、可定制的電視服務(wù)和信息服務(wù)。

隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，IPTV用戶數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)式增長(zhǎng)。與此同時(shí)，用戶對(duì)于視頻內(nèi)容的高質(zhì)量、多元化以及自身個(gè)性化的消費(fèi)要求與千篇一律的媒體內(nèi)容之間的矛盾日益突出，而且隨處可見(jiàn)的手機(jī)、平板電腦以及運(yùn)營(yíng)商對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)的投入，使人們能更加便捷地瀏覽豐富多彩的媒體內(nèi)容，IPTV正面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)。因此，IPTV系統(tǒng)急需通過(guò)引入給用戶提供個(gè)性化服務(wù)的能力，滿足不同用戶的個(gè)性化需求，這意味著對(duì)內(nèi)容的簡(jiǎn)單耦合和單一組織轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜耦合和個(gè)性化組織，由此引發(fā)了內(nèi)容組織的爆炸性增長(zhǎng)。

為滿足面向用戶提供個(gè)性化服務(wù)需求，動(dòng)態(tài)媒體可面向用戶實(shí)現(xiàn)媒體與媒體、媒體與用戶、媒體與網(wǎng)絡(luò)、媒體與終端的內(nèi)容動(dòng)態(tài)耦合，從而可提供豐富的動(dòng)態(tài)媒體業(yè)務(wù)。為此，動(dòng)態(tài)媒體業(yè)務(wù)需通過(guò)多個(gè)維度采集數(shù)據(jù)，包括用戶基本數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)訂購(gòu)數(shù)據(jù)、用戶行為數(shù)據(jù)、終端信息等，并基于用戶分類(lèi)、時(shí)間狀態(tài)、內(nèi)容資源、地域分布等層次進(jìn)行動(dòng)態(tài)的內(nèi)容關(guān)聯(lián)和耦合，進(jìn)而形成多維動(dòng)態(tài)媒體元數(shù)據(jù)知識(shí)庫(kù)。

動(dòng)態(tài)媒體業(yè)務(wù)使傳統(tǒng)數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)向跨網(wǎng)絡(luò)融合、交互化方向演進(jìn)，帶動(dòng)新的數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)催生新市場(chǎng)，將帶動(dòng)媒體內(nèi)容、廣告等增值運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)。動(dòng)態(tài)媒體的應(yīng)用使得廣大用戶能夠享受到高質(zhì)量、便利的滿足個(gè)性化需求的跨終端、跨網(wǎng)絡(luò)、跨媒體的視聽(tīng)媒體服務(wù)，促進(jìn)產(chǎn)生個(gè)性化與強(qiáng)互動(dòng)相結(jié)合的媒體消費(fèi)新模式，進(jìn)一步推動(dòng)信息化消費(fèi)，具有顯著的社會(huì)效益與社會(huì)作用。

本文針對(duì)媒體內(nèi)容的動(dòng)態(tài)形式，采用壓縮表示和組織結(jié)構(gòu)，并且對(duì)其進(jìn)行個(gè)性化標(biāo)簽的編碼。在媒體關(guān)聯(lián)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)廣播推送內(nèi)容關(guān)聯(lián)動(dòng)態(tài)耦合信息，優(yōu)化組合內(nèi)容，通過(guò)高效的查詢、檢索和聚合算法，在終端通過(guò)內(nèi)容與設(shè)備耦合，有效地組織和表示內(nèi)容并高效地提供給不同的用戶，實(shí)現(xiàn)媒體的動(dòng)態(tài)智能分發(fā)，最終滿足大容量用戶的個(gè)性化需求，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了九屏最熱業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

2 動(dòng)態(tài)媒體封裝技術(shù)

2.1 動(dòng)態(tài)媒體封裝需求

動(dòng)態(tài)媒體相對(duì)于傳統(tǒng)的靜態(tài)媒體而言，綜合了視頻、音頻、動(dòng)畫(huà)等多種媒體以及互動(dòng)性的富媒體體驗(yàn)，在人們消費(fèi)或者創(chuàng)作媒體的時(shí)候，它能發(fā)生實(shí)時(shí)的變化。需要實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容的高效內(nèi)容分發(fā)、碼率和協(xié)議自適配的服務(wù)以及為多網(wǎng)多屏動(dòng)態(tài)媒體服務(wù)提供高清、高質(zhì)、流暢的流媒體服務(wù)的能力，傳統(tǒng)的視音頻傳輸封裝格式與方法已無(wú)法滿足動(dòng)態(tài)媒體的需求。

因此，動(dòng)態(tài)媒體封裝除需要封裝傳統(tǒng)的視頻、音頻信息外，還需包含圖片、文本等內(nèi)容，而且動(dòng)態(tài)媒體需支持與用戶的互動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)個(gè)性化內(nèi)容傳輸。ATSC（Advanced Television System Committee，先進(jìn)電視制式委員會(huì)）提出下一代的媒體封裝技術(shù)應(yīng)滿足個(gè)性化、互動(dòng)化、浸入式服務(wù)這幾方面的要求。

動(dòng)態(tài)媒體封裝層次如圖1所示。

圖1 動(dòng)態(tài)媒體封裝層次示意

由圖1可以看出，動(dòng)態(tài)媒體封裝應(yīng)可封裝多種媒體內(nèi)容，封裝后的內(nèi)容應(yīng)可在移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)、寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)同時(shí)應(yīng)用，支持單向廣播，同時(shí)也應(yīng)支持雙向的互動(dòng)服務(wù)。動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容還應(yīng)易于在不同終端上移植。

目前，IPTV、廣播電視都使用TS（transportstream，傳送流）封裝[3]，從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，TS流由分組頭和分組數(shù)據(jù)組成，擴(kuò)充過(guò)的TS流還包含時(shí)間戳。這樣不管是什么格式的音頻，都很容易通過(guò)時(shí)間戳來(lái)同步圖像，這樣就不會(huì)產(chǎn)生音像同步問(wèn)題。TS流攜帶的視頻信息被分割成許多小分組，損壞一個(gè)分組，別的分組還可以播放，并且從視頻流的任一片段開(kāi)始都可以獨(dú)立解碼，由于這個(gè)原因，它易于傳輸，隨著容錯(cuò)/糾錯(cuò)技術(shù)的提高，加上它良好的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，很快成為了世界標(biāo)準(zhǔn)并廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)字電視和IPTV等各個(gè)領(lǐng)域。

但是，現(xiàn)有TS技術(shù)在支持動(dòng)態(tài)媒體方面還存在以下不足：

ATSC3.0[4,5]提出的動(dòng)態(tài)媒體封裝不再使用TS格式，其提出的內(nèi)容封裝如圖2所示。

圖2 ATSC3.0示意

ATSC3.0使用ISOBMFF（MP4）作為視音頻的流媒體封裝，對(duì)于互動(dòng)化的動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容則使用HTML5來(lái)表述。ATSC3.0不向后兼容，因此近期在現(xiàn)有平臺(tái)與系統(tǒng)中應(yīng)用非常困難。

2.2 TS擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)媒體封裝技術(shù)

由于 TS封裝支持?jǐn)?shù)據(jù)廣播技術(shù)已經(jīng)比較成熟，為易于在現(xiàn)網(wǎng)大規(guī)模動(dòng)態(tài)媒體業(yè)務(wù)，通過(guò)擴(kuò)展 TS封裝實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)媒體業(yè)務(wù)的承載是近期實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)媒體業(yè)務(wù)推廣的較為可行的方案。

現(xiàn)有數(shù)據(jù)廣播方案沒(méi)考慮互動(dòng)化內(nèi)容的承載，對(duì)多種終端、多種網(wǎng)絡(luò)的承載也缺乏描述。擴(kuò)展TS封裝時(shí)，考慮到TS的小分組（188 byte）封裝，不適合傳輸大量的數(shù)字信息（如HTML5）。針對(duì)TS封裝動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容，可使用以下方案：

本方案TS擴(kuò)展支持動(dòng)態(tài)媒體擴(kuò)展字段如下。

（1）TS_program_map_section()(ISO/IEC 13818-1: 2000 2.4.4.8)：需要添加對(duì)private_section()的描述信息。

（2）private_section()(ISO/IEC13818-1:2000 2.4.4.11)，具體描述信息如下：

對(duì)于 private_section()在 TS分組中出現(xiàn)的頻率，規(guī)定在動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容出現(xiàn)期間內(nèi)必須出現(xiàn)一次完整的 private_section()，這樣可以防止因?yàn)榉纸M丟失引起數(shù)據(jù)缺失。動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容消失后，private_section()不會(huì)出現(xiàn)。

另外需要注意的是，private_data_byte很有可能超過(guò)188 byte，意味著，private_section()可能由多個(gè)188 byte組成，按照13818-1的規(guī)范描述，對(duì)于第一個(gè) private_section()，TS 頭的payload_unit_start_indicator為 1，且 PES頭帶有pointer_field（規(guī)定該值為 0），對(duì)于每個(gè)在private_section()需要指定 section_number以及section_number。

圖3所示為一個(gè)XML的樣本。

圖3 XML的樣本示例

XML形式定義如下。

Element為一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，描述整個(gè)圖文信息，其中，num屬性描述共有多少個(gè)基本元素。

Element為一個(gè)基本圖文元素的描述，有如下屬性：

3 九屏最熱業(yè)務(wù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容封裝示例

3.1 現(xiàn)有九屏最熱系統(tǒng)流程

九屏最熱業(yè)務(wù)是指在 IPTV上，將目前最多觀眾同時(shí)觀看的9個(gè)頻道列出來(lái)，并可根據(jù)用戶的觀看記錄，把該用戶最常看的頻道放在前列。

現(xiàn)有九屏最熱業(yè)務(wù)系統(tǒng)是在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，將頻道信息和統(tǒng)計(jì)出的頻道觀看人數(shù)作為輸入源，通過(guò)在EPG（electronic programme guide，電子節(jié)目菜單）上畫(huà)出九宮格，進(jìn)而面向用戶提供最熱頻道的信息。

九宮格頻道示意如圖4所示，九宮格EPG界面包含各類(lèi)供用戶瀏覽的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的多媒體內(nèi)容。在用戶移動(dòng)焦點(diǎn)的同時(shí)切換音軌，此時(shí)如果按確認(rèn)鍵，可以全屏播放。

圖4 九宮格頻道示意

基于EPG的九屏最熱業(yè)務(wù)流程如圖5所示。首先在當(dāng)前時(shí)段，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)生成9個(gè)收看人數(shù)最多的頻道，并把它們的音頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于MEM（media entertainment mediakey，媒體娛樂(lè)中間鍵）中，同時(shí)設(shè)定每N s更新這9個(gè)頻道；再把9個(gè)頻道的音頻數(shù)據(jù)發(fā)送到編碼器中，按照約定的時(shí)間點(diǎn)生成九宮格頻道發(fā)送到 CDN[6]（content distribution network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）；當(dāng)用戶從 STB（set-top-box，機(jī)頂盒）或者 EPG中訪問(wèn)九宮格頻道時(shí)，需要從MEM中獲取各九宮格頻道的音頻數(shù)據(jù)，此時(shí)用戶選擇小格對(duì)應(yīng)的頻道，切換音軌；最后選擇確定鍵，進(jìn)行全屏播放。

圖5 基于EPG的九屏最熱業(yè)務(wù)流程

圖6 編碼時(shí)間和播放時(shí)間示意

3.2 現(xiàn)有九屏業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

現(xiàn)有九屏業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在的最大問(wèn)題就是由于EPG更新與視頻編碼時(shí)延不同步，會(huì)引起用戶未能播放正確頻道的問(wèn)題。

圖6所示為編碼時(shí)間和播放時(shí)間示意，在t1時(shí)間點(diǎn)，用戶獲得的九宮格頻道數(shù)據(jù)與播放的九宮格頻道一致；當(dāng)九宮格頻道由圖 4更新為圖 7時(shí)，在 t2時(shí)間點(diǎn)，用戶獲得馬賽克數(shù)據(jù)與播放的馬賽克頻道不一致，此時(shí)選擇CCTV-5大屏播放，結(jié)果卻播放廣東嘉佳卡通。

圖7 更新后的九宮格頻道示意

對(duì)圖5的時(shí)延進(jìn)行分析，該時(shí)間包含較為固定的編碼時(shí)間、解碼時(shí)間和按鍵時(shí)間以及受網(wǎng)絡(luò)影響比較大從而不固定的傳輸時(shí)間。假設(shè)時(shí)延為L(zhǎng)=8 s，每N s編碼器切換一次Top9頻道的數(shù)據(jù)，九宮格頻道中頻道位置變換為 60%，那么，用戶選擇全屏播放時(shí)錯(cuò)誤幾率可以用式（1）計(jì)算：

由式（1）可得，當(dāng)N＝3 600、L＝8、E＝0.001 3時(shí)，準(zhǔn)確率約為 99.9%；當(dāng)N＝3 600、L＝8、E＝0.001 3時(shí)，準(zhǔn)確率約為99.9%。

在實(shí)際應(yīng)用中，如果正巧在時(shí)延的過(guò)程中進(jìn)行切換，不準(zhǔn)確率還會(huì)下降一半；而如果在時(shí)延的過(guò)程中對(duì)切換的動(dòng)作不做出反應(yīng)，不準(zhǔn)確率可下降到約為0，但是此時(shí)系統(tǒng)的可用性降低，且對(duì)用戶不友好。

3.3 基于TS擴(kuò)展的九屏最熱業(yè)務(wù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容封裝示例

為解決現(xiàn)有九屏最熱系統(tǒng)的同步問(wèn)題，通過(guò)前面介紹的動(dòng)態(tài)媒體TS封裝技術(shù)，把九宮格的最熱信息封閉封裝在TS流中，使TS視頻與九屏的信息變化同步，從而解決現(xiàn)有的同步問(wèn)題。

基于 TS擴(kuò)展的九屏最熱業(yè)務(wù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容XML的封裝定義如圖8所示。

圖8 基于TS擴(kuò)展的九屏最熱業(yè)務(wù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)媒體內(nèi)容XML的封裝定義

Elements num=9，再通過(guò)Element描述9個(gè)格子的信息，第一格信息示例如下。

Element idx=0，其屬性如下：Idx=0，type=txt，href=多播地址，top=10，lef=10，width=300，height=200，font=20，color=blue。

基于TS擴(kuò)展的九屏最熱業(yè)務(wù)流程示意如圖9所示。

九屏最熱實(shí)際應(yīng)用如圖10所示。

圖9 基于TS擴(kuò)展的九屏最熱業(yè)務(wù)流程示意

圖10 九屏最熱實(shí)際應(yīng)用

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了目前已經(jīng)存在以及正在發(fā)展中的動(dòng)態(tài)媒體傳輸?shù)姆庋b技術(shù)，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景，結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過(guò)改進(jìn)的動(dòng)態(tài)媒體TS封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了九屏最熱業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用。基于動(dòng)態(tài)媒體編碼的視頻能實(shí)現(xiàn)智能呈現(xiàn)，通過(guò)廣播和寬帶網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同傳送，為用戶提供高度個(gè)性化和高質(zhì)量的視聽(tīng)媒體服務(wù)，并通過(guò)規(guī)模化應(yīng)用示范進(jìn)一步創(chuàng)新互動(dòng)媒體業(yè)務(wù)形態(tài)，促進(jìn)數(shù)字媒體的共振消費(fèi)，最終提升未來(lái)媒體智能化服務(wù)水平與質(zhì)量。

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Research and application of dynamic media packaging technology based on IPTV

CHEN Ge, CHEN Qi, HAI Jinxia
Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China

For the limitations of existing IPTV system in personal service, interactive service, the existing and developing dynamic media packaging technologies were studied. In order to make dynamic media packaging technologies easy to apply in the IPTV system, a method that adding the label information to the source for MPEG-2 standard encoding was proposed, and TS package technology was used to transmit, and finally decoding was achieved by the decoder. This technology had been used in realizing the system of nine screens hottest business system and had achieved practical application.

internet protocol television, dynamic media, label encoding personality

The National High Technology Research and Development Program(863 Program)(No.2015AA015803)

TP393

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2017232

陳戈（1973?），男，中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)镮PTV、CDN關(guān)鍵技術(shù)。

陳麒（1992?），男，現(xiàn)就職于中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院，主要研究方向?yàn)閯?dòng)態(tài)媒體視頻編碼。

海錦霞（1983?），女，中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院工程師，主要研究方向?yàn)镃DN技術(shù)。

2017?07?15；

2017?07?26

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）基金資助項(xiàng)目（No.2015AA015803）