[摘 要] 通過對IPTV設(shè)計(jì)方案研究，提出了在病毒特征下直播靜態(tài)畫面的處理的設(shè)計(jì)思想，編碼器采用多畫面編碼技術(shù)，服務(wù)器通過預(yù)播發(fā)技術(shù)來提高帶寬利用率的設(shè)計(jì)理念。

[關(guān)鍵詞] 多畫面編碼 預(yù)播發(fā)技術(shù)

IPTV即交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是一種集寬帶有線電視網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等多種技術(shù)于一體，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。這種新技術(shù)對目前的網(wǎng)絡(luò)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(fèi)，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶寬傳輸高清晰音像數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包，通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送，然后在另一端進(jìn)行復(fù)原。其工作過程是：首先是把原始的電視信號數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)化成適合Intemet傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式；然后通過互聯(lián)網(wǎng)傳送；最后解碼恢復(fù)原始信號前通過電腦或是電視機(jī)播放。

二、IPTV系統(tǒng)架構(gòu)分析

IPTV整個系統(tǒng)架構(gòu)主要由IPTV前端，節(jié)目傳送網(wǎng)絡(luò)，IPTV終端三部分組成，每一部分功能如下：

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

2.傳送網(wǎng)絡(luò)。IPTV系統(tǒng)所使用的是以TCP/IP協(xié)議為主的網(wǎng)絡(luò)，主要由Internet骨干網(wǎng)、IP局域網(wǎng)以及寬帶接入網(wǎng)絡(luò)等組成。一般而言，IPTV系統(tǒng)的前端直接連接在骨干城域網(wǎng)絡(luò)上，視頻流通過內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)被復(fù)制到位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的寬帶接入設(shè)備或邊緣服務(wù)器中，然后通過寬帶接入網(wǎng)絡(luò)傳送到業(yè)務(wù)的接收端，由此可以看出網(wǎng)絡(luò)電視業(yè)務(wù)中的視頻流實(shí)際上是通過分布在全網(wǎng)邊緣的各個寬帶接入設(shè)備或邊緣服務(wù)器與前端部分共同完成的。

3.接收端。進(jìn)行解碼播放。IPTV用戶終端設(shè)備被用來接收、存儲和播放及轉(zhuǎn)發(fā)IP音視頻流媒體節(jié)目。IPTV系統(tǒng)的接收端包括計(jì)算機(jī)、電視、手機(jī)和其他智能終端設(shè)備。計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是自身具備較強(qiáng)的處理能力，不僅可以獨(dú)立完成視頻解碼顯示任務(wù)，同時(shí)還可以安裝其它軟件完成信息交互、自動升級和遠(yuǎn)程管理等功能。電視一般僅具備顯示各類模擬和數(shù)字視頻信號的能力，目前市場上大多數(shù)的模擬電視需要配備專門的數(shù)字視頻處理設(shè)備才可能完成數(shù)字視頻的顯示工作。

三、IPTV系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念

1.直播靜態(tài)畫面的處理。靜態(tài)畫面是流媒體遠(yuǎn)程服務(wù)中常遇到的情況，在人機(jī)交互操作以后，視頻采集設(shè)備要不間斷的采集靜態(tài)畫面數(shù)據(jù)。在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)亩际峭灰曨l幀數(shù)據(jù)，這就浪費(fèi)了有限的帶寬，如果我們能夠只傳一個單幀數(shù)據(jù)到客戶端，且讓播放器播放該單幀畫面，那么就能把節(jié)省后續(xù)網(wǎng)絡(luò)帶寬傳輸高質(zhì)量聲音或預(yù)下載后續(xù)流數(shù)據(jù)。為此，我們設(shè)想了基于病毒特征的直播靜態(tài)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(tài)畫面的情況，就啟動單幀畫面采集設(shè)備。該設(shè)備向視頻采集設(shè)備發(fā)出采集單幀畫面的命令，視頻采集設(shè)備將采集的單幀數(shù)據(jù)交給編碼器編碼，編碼器再將編碼后的單幀數(shù)據(jù)交給單幀畫面采集設(shè)備。此時(shí)，單幀畫面采集設(shè)備收到編碼后的數(shù)據(jù)就在該數(shù)據(jù)中自動加入一段自我無限復(fù)制的代碼，這段代碼中控制了一秒鐘該幀能夠復(fù)制的次數(shù)，然后將該數(shù)據(jù)通過流媒體服務(wù)器發(fā)送到客戶端的媒體緩存庫中。當(dāng)這部分?jǐn)?shù)據(jù)到達(dá)客戶端緩存中后，就開始自我復(fù)制，并通過播放器播放該單幀畫面。當(dāng)結(jié)束靜態(tài)畫面播放時(shí)，由服務(wù)端發(fā)送一個結(jié)束自我復(fù)制的命令，客戶端收到該命令后就停止數(shù)據(jù)自我復(fù)制，至此結(jié)束靜態(tài)畫面的播放。這樣就能節(jié)省帶寬，進(jìn)而傳輸高質(zhì)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(jié)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(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)來源，對不同的應(yīng)用，可選擇合適的幀率，從而避免了用高幀率傳輸?shù)蛶瑪?shù)據(jù)造成的浪費(fèi)。

3.多畫面處理。多畫面處理流程可以從以下四個步驟來實(shí)現(xiàn):

(1)MCU(多點(diǎn)控制單元)為各個終端生成一個包含有多畫面信息的標(biāo)識，并將該標(biāo)識發(fā)送至各個終端。(2)各個終端接收所述標(biāo)識，根據(jù)多畫面信息標(biāo)識中的信息對源圖像進(jìn)行編碼并將該多畫面信息標(biāo)識插入子碼流發(fā)送至MCU。(3)MCU收到各個終端的子碼流，組合成復(fù)合碼流，發(fā)送給顯示終端。(4)顯示終端接收復(fù)合碼流，從中取出各路子碼流，根據(jù)各路子碼流的多畫面信息標(biāo)識，對各路子碼流進(jìn)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬技術(shù)。為了克服網(wǎng)絡(luò)狀況不確定所造成的影響，我們采用智能流技術(shù)自適應(yīng)地調(diào)整發(fā)送策略來保證服務(wù)的質(zhì)量和實(shí)時(shí)性。

智能流技術(shù)通過兩種途徑克服帶寬協(xié)調(diào)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(shí)編碼，合并到同一個文件中；然后，采用一種復(fù)雜客戶/服務(wù)器機(jī)制探測帶寬變化。

5.預(yù)播發(fā)技術(shù)。預(yù)播發(fā)技術(shù)是利用非均衡數(shù)據(jù)流提高畫面清晰度。在播發(fā)非實(shí)時(shí)文件時(shí)，將文件中高比特率數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)空閑，將數(shù)據(jù)隱藏放入數(shù)據(jù)流中，在接收端先緩存，等到播放時(shí)間再播放。其設(shè)計(jì)理念如下：

A、發(fā)送端：

If（網(wǎng)絡(luò)可用帶寬－數(shù)據(jù)流量<某一規(guī)定值）

{

則將標(biāo)記好的高比特率數(shù)據(jù)打包，插入數(shù)據(jù)流中傳輸；

}

B、接收端：

If（接受到的數(shù)據(jù)包標(biāo)有預(yù)播發(fā)數(shù)據(jù)的標(biāo)識）

{

將該包存入特定緩存，等待解碼播放；

}

四、總結(jié)

通過對IPTV設(shè)計(jì)方案的研究和探討，提出了基于病毒特征的直播靜態(tài)畫面的處理、多畫面處理和預(yù)播發(fā)技術(shù)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，有效地解決了IPTV播放過程的直播靜態(tài)畫圖和多畫面處理的技術(shù)難題。是一個較為成熟的方案，值得推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

葛雙全 李 芬:實(shí)時(shí)多媒體流同步機(jī)制的研究.電腦與信息技術(shù)，2006年第14卷第4期