機(jī)頂盒實(shí)時(shí)監(jiān)測視頻I幀間隔時(shí)間供前端優(yōu)化研究

周旭成

摘要??? 伴隨數(shù)字電視業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，機(jī)頂盒已成為普通家庭用戶主要娛樂終端設(shè)備。廣播電視網(wǎng)逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，網(wǎng)絡(luò)話，數(shù)字化，市場發(fā)展前景廣闊。用戶數(shù)量增多帶來的各種投訴居高不下，其中，機(jī)頂盒換臺速度慢占比較大。對此，加強(qiáng)機(jī)頂盒快速換臺研究，提升機(jī)頂盒換臺速度已成為相關(guān)工程師研究與關(guān)注的重點(diǎn)。基于此，在數(shù)字電視原理分析與實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，從機(jī)頂盒快速換臺展現(xiàn)音視頻內(nèi)容入手，就機(jī)頂盒實(shí)時(shí)監(jiān)測視頻I幀間隔時(shí)間供前端優(yōu)化音視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究與分析，以供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】機(jī)頂盒 I幀間隔 換臺速度

“機(jī)頂盒”是數(shù)字視頻變換盒（SetTopBox）的簡稱，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字音視頻信號在電視上展示的關(guān)鍵設(shè)備。機(jī)頂盒的功能已從一個(gè)多頻率的調(diào)諧器和解碼器躍升為大量電影、多媒體事件、新聞等聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)庫的一個(gè)控制終端。隨著數(shù)字電視、機(jī)頂盒的普及，和設(shè)備日趨復(fù)雜，以及加密節(jié)目的因素，用傳統(tǒng)的工具已經(jīng)無法分析出用戶端節(jié)目的I幀間隔，給運(yùn)營商通過調(diào)整播出節(jié)目的I幀時(shí)間間隔，進(jìn)而調(diào)整用戶端節(jié)目換臺時(shí)間過長問題，造成了很大的麻煩。如果運(yùn)營商能根據(jù)I幀時(shí)間間隔的檢測結(jié)果，對I幀過長的節(jié)目進(jìn)行處理，減少I幀的間隔時(shí)間，則就可以從本質(zhì)上提高換臺速度。這也是本文研究的主要目標(biāo)所在。

1 合理設(shè)置視頻I幀時(shí)間間隔的重要性

數(shù)字電視機(jī)頂盒的換臺時(shí)間，與遙控器響應(yīng)時(shí)間、高頻頭鎖定時(shí)間、ECM獲取時(shí)間、設(shè)置解擾字的時(shí)間，運(yùn)營商節(jié)目播出的I幀時(shí)間間隔密切相關(guān)。

MPEG圖像是由I幀，B幀，P幀組成，其中I幀是一個(gè)全幀壓縮編碼幀，解碼時(shí)僅用I幀的數(shù)據(jù)就可重構(gòu)完整圖像，I幀不需要參考其他畫面可直接構(gòu)建完整圖像，I幀是P幀和B幀的參考幀，I幀是幀組GOP的基礎(chǔ)幀。P幀是以I幀為參考幀，在I幀中找出P幀某像素的預(yù)測值和運(yùn)動矢量，取預(yù)測差值和運(yùn)動矢量一起傳送。在接收端根據(jù)運(yùn)動矢量從I幀中找出P幀某像素的預(yù)測值并與差值相加以得到P幀某像素樣值，從而可得到完整的P幀。B幀以前面的I或P幀和后面的P幀為參考幀，找出B幀某像素的預(yù)測值和兩個(gè)運(yùn)動矢量，并取預(yù)測差值和運(yùn)動矢量傳送。接收端根據(jù)運(yùn)動矢量在兩個(gè)參考幀中算出預(yù)測值并與差值求和，得到B幀某像素樣值，從而可得到完整的B幀。

I幀和P幀的解碼算法比較簡單，資源占用也比較少，I幀只要自己就能完成解碼，P幀也只需要解碼器把前一個(gè)畫面緩存一下，遇到P時(shí)就使用之前緩存的畫面就好了，如果視頻流只有I和P，解碼器可以不管后面的數(shù)據(jù)，邊讀邊解碼，線性前進(jìn)，大家很舒服，但占用的空間很大，不適合網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸視頻流。

通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l大都都采用了B幀，因?yàn)锽幀記錄的是前后幀的差別，比P幀能節(jié)約更多的空間。但這樣一來，文件小了，緩解了網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力，解碼器任務(wù)就重了，因?yàn)樵诮獯a時(shí)，不僅要用之前緩存的畫面，還要知道下一個(gè)I幀或者P幀的畫面，通俗的說就是要預(yù)讀預(yù)解碼，而且，B幀不能簡單地丟掉，因?yàn)锽幀其實(shí)也包含了畫面信息，如果簡單丟掉，并用之前的畫面簡單重復(fù)，就會造成畫面丟幀，并且由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l為了節(jié)約空間，往往使用相當(dāng)多的B幀，B幀用的多，如果I幀間隔設(shè)置不合理，換臺速度就會出現(xiàn)較大波動。

I幀的壓縮率約為7，P幀的壓縮率約為20，B幀的壓縮率可以達(dá)到50左右，可見使用B幀能節(jié)省大量空間，節(jié)省出來的空間可以用來保存多一些I幀，這樣在相同碼率下，可以提供更好的畫質(zhì)，可見合理設(shè)置I幀的重要性。

從多年的數(shù)字電視實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)去分析，I幀時(shí)間間隔過長是影響機(jī)頂盒換臺速度的重要原因之一。運(yùn)營商視頻節(jié)目來源不同，I幀的間隔時(shí)間可能就存在差異，實(shí)際播放過程中導(dǎo)致個(gè)別節(jié)目換臺時(shí)間較長，用戶投訴較多。目前傳輸?shù)臄?shù)字電視節(jié)目已加密節(jié)目為主，用傳統(tǒng)的工具已經(jīng)無法分析出用戶端節(jié)目的I幀間隔，給運(yùn)營商通過調(diào)整播出節(jié)目的I幀時(shí)間間隔，進(jìn)而優(yōu)化用戶端節(jié)目換臺時(shí)間過長問題，造成了很大的麻煩。如果運(yùn)營商能根據(jù)I幀時(shí)間間隔的檢測結(jié)果，對I幀過長的節(jié)目進(jìn)行處理，減少I幀的間隔時(shí)間，則就可以從本質(zhì)上提高換臺速度。

2 機(jī)頂盒提供實(shí)時(shí)監(jiān)測視頻I幀間隔時(shí)間技術(shù)

機(jī)頂盒每次換臺的時(shí)候，當(dāng)?shù)谝粠琁幀芯片解碼出來的時(shí)候，就開始計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，然后每次檢測到I幀，則增加計(jì)數(shù)，同時(shí)統(tǒng)計(jì)I幀間隔時(shí)間。

機(jī)頂盒在切換到新的節(jié)目時(shí)候，首先視頻解碼器會從鎖定的TS碼流中尋找，首先找到的I幀參考點(diǎn)，首先找到的這個(gè)I幀參考點(diǎn)就是第一個(gè)I幀。當(dāng)視頻解碼器把I幀數(shù)據(jù)解碼還原成圖像后，準(zhǔn)備呈現(xiàn)給用戶的時(shí)候。這個(gè)時(shí)候就是I幀的起始點(diǎn)時(shí)間。我們稱為開始基準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)T0。然后找到第二個(gè)I幀數(shù)據(jù)解碼成圖像后，我們稱為T1時(shí)間點(diǎn)，第三個(gè)I幀稱為T2時(shí)間點(diǎn)，第四個(gè)I幀稱為T3時(shí)間點(diǎn)，依次類推我們可以得到T4，T5，T6，T7......這些I幀時(shí)間點(diǎn)。相鄰兩個(gè)I幀時(shí)間點(diǎn)Tn+1與Tn的時(shí)間間隔就稱為相鄰I幀的間隔時(shí)間Dn。

我們把相鄰兩個(gè)I幀的時(shí)間間隔最大的Dn稱為I幀最大間隔時(shí)間，相鄰兩個(gè)I幀的時(shí)間間隔最小的Dn稱為I幀的最小間隔時(shí)間。那么I幀平均間隔時(shí)間=（Tn–T0）/n。機(jī)頂盒通過技術(shù)手段呈現(xiàn)這些內(nèi)容。例如把統(tǒng)計(jì)出來的I幀平均時(shí)間間隔、最大時(shí)間間隔和最小時(shí)間間隔時(shí)間通過特定菜單呈現(xiàn)給運(yùn)維人員，或者通過特定的回傳通道傳輸給統(tǒng)計(jì)服務(wù)器，供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員分析使用。

3 結(jié)論

總之，無論是DVB機(jī)頂盒還是IP網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒，運(yùn)用本文所述技術(shù)方法，數(shù)字電視終端能準(zhǔn)確的檢測運(yùn)營商加密節(jié)目的I幀間隔，解決了常規(guī)軟件分析不了加密節(jié)目的I幀間隔問題，為運(yùn)營商提供了一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)節(jié)目的I幀間隔時(shí)間的機(jī)頂盒解決方案。此方案僅通過優(yōu)化軟件即可完成，不增加硬件成本。如果用戶反饋節(jié)目換臺時(shí)間異常，節(jié)目運(yùn)營商可獲取用戶反饋的指定節(jié)目的I幀時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)，如果是因?yàn)镮幀間隔導(dǎo)致的換臺時(shí)間異常，可以在節(jié)目播出端，對節(jié)目進(jìn)行更加合理的優(yōu)化處理，確保播出節(jié)目的I幀間隔合理，提高節(jié)目的流暢性和提高終端機(jī)頂盒換臺的速度，給用戶更加好的體驗(yàn)。為有線電視終端事業(yè)穩(wěn)定與可持續(xù)競爭發(fā)展提供技術(shù)支撐，奠定良好基礎(chǔ)，促進(jìn)用戶和運(yùn)營商關(guān)系良性發(fā)展。

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