网络电视(iptv)技术在合肥地区通信网中的应用毕业论文(编辑修改稿)

网络电视(iptv)技术在合肥地区通信网中的应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

用习惯，同时也应该可以支持客户个性化定制。 一 般来说， IPTV 系统的 EPG 画面中会包括两部分资源的指南，一部分是电视资源，包括直播电视和时移电视，可以根据频道和时间来编辑，相对比较单一 ； 而另一部分是 VOD 资源，这部分由于内容庞杂，相对来说需要更多的辅助手段来帮助用户快速查找资源，比如根据片名、导演和主要演员，等等，一般还会有热门影片指南等。 当然， EPG 的编辑和自动生成是一项非常复杂的工作，它会和统计数据库中很多数据相关，比如，热门影片来源于点播记录，影片资源的更新要与媒体资源数据库保持同步 ； 电视节目的节目表也要不断地导入到系统中，系统要根据 最新的节目表，不断更新 EPG 画面。 同时，运营商可以利用 EPG 界面进行一些消息公告等。 EPG 界面在 IPTV 的运营中和媒体资源息息相关，所以，一般由内容制作部门负责定制和更新。 总之，服务支持层是与为用户提供媒体服务相关的，包括用户的业务接入控制、媒体资源的保护和用户服务指引等主要内容，它的目的是使用户的服务合法、可控、便捷。 同时，为运营支撑层和终端层提供相关服务 数据承载层 数据承载 层包括进行媒体存储和分发的媒体工作站（有些厂家也称之为流媒体服务器），以及媒体编码加密和导入的内容工作站。 考虑到今后的业务扩展，还会增加更多的内容，比如说，如果增加网络可视电话业务，必然还要增加相关的服务器，以负责可视电话业务的媒体流处理 ； 如果增加网络游戏服务，还需要相关的游戏服务器来处理相关事务。 媒体工作站（流媒体服务器）主要是用来存储流媒体文件，并为用户提供流媒体业务的接入。 在流媒体工作站中，如何进行 13 业务的负载均衡是各大公司在 IPTV 系统开发中重点考虑的问题。 媒体工作站是对用户视频媒体进行存储的，它是 IPTV 系统的核心，一般来说，存储内容的多少直接关系到可以为多少用户提供多少服务的问题。 每台服务器 能够为多少用户服务是存在瓶颈的，瓶颈来源于两个地方，一个是服务器的网络带宽 ； 另一个是服务器的处理能力（包括 I/O 能力、 CPU 处理速度和内存大小）。 如何进行合理部署，以满足短期和长期用户的需求是系统设计中非常关键的因素。 IPTV 系统的目的就是为用户提供海量的媒体资源，打造个性化的 TV 视频，如何进行海量存储是非常关键的问题。 目前， IPTV 系统的存储有多种解决方案，主要有采用直接外挂存储的 PC server 分布式存储解决方案和采用存储域网络的集中存储解决方案，每种方案都有其特点。 这两种存储方式各有 优势，关键在于如何在应用中通过各种手段，扬长避短，既保证系统的可靠性，同时又尽可能降低系统成本。 由于 IPTV 的系统提供的是持续的高码流的速度，这将耗费大量的带宽资源，还要求媒体工作站能够长期忍受大的负荷压力， 在媒体工作站部署中，如何实现系统的负载均衡是一个非常关键的因素。 无论是采用何种存储解决方案，都必须充分考虑负载均衡的问题。 这种情况下，负载均衡既可以更好地给用户提供流畅的媒体服务，也可以避免某些服务器长期处于高负荷下运行，提高工作站的寿命。 负载均衡是由多台服务器以对称方式组成一个服务器群集，每台服 务器都具有同等地位，均能单独对外提供服务。 通过特定的负载均衡技术，将外部客户请求，按照服务器群，集中各服务器上的负载状况，合理分配到某台服务器上，借此大幅提高获取数据的速度 ，解决海量并发访问问题。 此种群集技术可以用最少的投资，获得接近于大型主机的性能。 当前，较常用的负载均衡技术主要有：基于 DNS 的负载均衡、反向代理负载均衡和基于 NAT 的负载均衡。 负载均衡技术根据实际响应时间制定优先响应策略，从而提高系统性能，优化流量管理，提高服务器群集性能，保证系统正常运行的高可用性和高可靠性。 如果访问量超出了服 务器的响应能力，只需增加服务器数目就可平滑升级。 正是因为 IPTV 系统要求提供海量存储和高并发数的支持，一般来说，需要较多的服务器来共同完成这项艰巨的任务。 通常也是需要进行冗余保护的高可靠性服务器。 在 数据承载层中，除了需要考虑高效存储和负载均衡的媒体工作站外，还有一些其他的组件， 14 比如电视节目导入的内容编码服务器，它不停地将模拟或者数字的电视节目信号，通过压缩编码的方式转化成可以用于网络传递和存储的数字格式。 压缩编码技术一般有 MPEG 系列编码、 WMV 编码和 编码，根据可以为用户提供的带宽情 况，相应地将视 /音频信号压缩成对应码流的格式，通常可以提供 1Mbps 码流和 2Mbps 码流等。 本质上来讲，码流和视频图像的清晰度相对应。 如果要减小带宽需求，就要降低码流，视 /音频图像压缩比就越高，图像损失的信息就越多，对应的视 /音频质量就必然下降。 由于音频需要的带宽远低于视频，所以，损失比较大的还是图像的质量。 在 IPTV 系统中，电视内容编码服务器一方面通过组播的方式直接为用户提供直播电视服务 ； 另一方面，通过组播将内容传输给媒体工作站存储起来，作为极具特色的时移电视的节目源。 组播方式可以极大地降低带宽 资源。 调查显示，在 IPTV 业务中，直播电视业务将在初期占到系统业务的 80%，如果全部以单播的方式，将是一个天文级的带宽需求： 1 万个并发用户所需要的最大带宽将达到 16Gbps（每一个组播流按 2Mbps 计算），是目前网络很难提供的。 而用组播代替以后，每个频道在任何一段网络中只需要一个组播流 2Mbps，而 100 个频道，在任何一段网络中，最大的带宽需求才 200Mbps。 所以说，组播技术可以极大地降低 IPTV 系统的带宽需求，而在系统不支持组播的网段，我们可以通过单播的方式穿过这一网段，然后， 在支持组播的网段内，通过中转服务器的方式来重新生成组播源。 由于内容编码服务器在内容编码的同时还要进行码流的媒体分发，所以，组播技术对于它来说尤为重要，是 数据承载层 重点利用的分发技术之一。 数据承载层 的各种服务器协同工作，共同为用户提供各种媒体服务，目前，主要是直播电视、时移电视和视频点播业务，并对流媒体的安全进行控制，防止非法用户的盗用。 当然，防止非法用户的盗用将由各个平台协同完成，而 数据承载层 主要是在媒体的源头方面采取一些保护措施，主要方法是加密。 用户终端层 终端层是整个系统用于和用户交互的平 台，也是呈现在用户侧的唯一设备。 终端层是整个多媒体业务的最末端，典型的设备是 STB 和 PC 设备，其中包括：EPG的客户端软件和解码设备（支持 MPEG1/2/4， WMV， REAL 和 等格式）。 15 媒体播放器与系统中的服务器进行交互，从而控制媒体服务的进程，并且通过STB 将媒体流数据转换为 TV 终端支持的视频信号。 终端层主要设备是机顶盒，当然，如果是 PC 用户，只需要一套支持解码和播放技术的仿真终端软件就可以了，我们可以认为它是一个软件机顶盒。 机顶盒要满足多层次的要求，需要采用不同的解决方案来实现。 一般来说，目前 主要有以下三种解决方案： 1) 针对一般普通用户 这些用户的需求相对简单，主要是一些基本的视频服务，注重的是价格问题，可以采用 SoC（ System on Chip）芯片技术来实现解码，但由于处理能力上的限制，只能实现一些简单的增值业务，比如简单游戏等。 由于 SoC 芯片是定制性质的专用集成电路，它可以在某方面进行比较大的优化处理，而普通机顶盒的主要任务就是解码，所以， SoC 将主要功能放在解码上，而在其他方面会受到比较大的限制。 2)针对中级用户 这些用户需要的服务比视频业务更多一些，希望有视频电话，相对复杂的游戏等扩充功能。 可以采用 DSPBased 的解决方案，采用一些基于数字信号处理的芯片来搭建该媒体控制平台，除了可以实现 SoC 解决方案实现的良好的音 /视频解码功能之外，还可以相对灵活地实现可视电话和一些相对复杂的游戏。 但是，由于 DSP 的处理能力有限，对于那些要求处理速度较快、占用资源更多的一些功能难以实现。 3)针对高级用户 这些用户的要求会比较高，对于新技术、新功能的应用有着强烈的要求，希望能够在 IPTV 系统中获取更多的服务，希望享用高质量视频业务，比如 HDTV；希望支持高级游戏功能和无线接入功能等，机顶盒需要 采用 X86 微型计算机的架构来实现。 这样的机顶盒的本质是一台微型计算机，它几乎可以实现在计算机上面实现的各种功能，操作系统使用 WinCE 或者 Linux。 当然，由于这种高级机顶盒有着与计算机类似的强劲的功能，因此，比较昂贵，难免会带来诸如成本上的劣势 ； 同时，在启动速度等方面也有很多需要优化的地方，而且在稳定性方面也需要开发者倾注更多精力。 由于机顶盒分布在千家万户，分布性广泛，维护和升级的便捷性是一个很重要的要求。 一般要求它支持软件在线下载升级，以便方便 16 地进行系统的升级，支持更多的视频格式等。 17 第三章 用户业务需求分析 IPTV 业务主要提供广播电视 (BTV)、视频点播 (VOD)、时移电视 (Time Shift TV)、虚拟频道 (VTV)、个人视频录播 (PVR/NPVR)以及各类增值业务。 这些视频业务对网络的带宽和稳定性要求较高，与 PC 用户不同的是必须保证电视用户的良好体验，而不是普通的尽力而为的 IP业务。 基于 IPTV 业务的特殊性，需要承载网不仅能保证高带宽而且对网络的 QOS 级别要求也较高，同时对于大规模直播业务的开展也需要承载网络具有很完善的技术支持 (如支 持组播的大规模开展等 )。 IPTV 业务是基于宽带网络开展的以媒体为主的业务，主要提供家庭娱乐、培训咨询和日常生活信息获取、交互方面的应用。 IPTV 以 ADSL、 FTTB+LAN 为主要接入方式，以宽带数字机顶盒 +电视机为用户终端，向用户提供电信级的服务和使用简便的电视式体验。 (1). 良好的视音频效果，提升用户体验。 (2). 继承传统 TV 的操作模式，减少用户学习成本。 (3). 承载丰富的增值业务，吸引用户，增加在网时间，扩大收益范围。 (4). 降低宽带放号的终端门槛，摆脱 PC操作和数量的限制。 (5). 多计费方式、多业务模式为运营提供便利。 (6). 为 CP提 供多渠道的业务展示平台，推动产业链源头的发展。 (7). 内容版权的全面控制，实现 SP 与 CP 的双赢。 (1)视频类服务 提供各种视频内容的服务类别，依据获得视频内容的方式可以具体划分为以下 几 类 ： ①直播电视服务这种服务方式和传统电视服务一样为用户提供各电视台的节目直播。 ②视频点播 (VOD VideoOnDemand)这是一种基本的交互式视频服务，或称其为真实点播电视，它支持即点即放。 ③准视频点播，也可称其为就近式点播电视。 这种点播电视的方式是 ： 多个视频流依次间隔一定的时间启动发送同样的内容。 18 ④时移电视 (TimeShiftTV)时移电视实质上属于交互式点播电视。 它比前两种方式有很大程度上的改进。 它不仅可以支持即点即放，而且还可以让用户对视频流进行交互式的控制。 这时，用户就可像操作传统的录像机一样，实现节目的播放、暂停、倒回、快进和自动搜索等。 ⑤个人视频录像 ： 是针对 VCR 模拟时代的录像而言的数字电视录制服务， PVR一般将视频以 MPEG2或 MPEG4等格式录制在硬盘上，以供后续的观看。 (2)通信类服务 主要指基于 IP 的语音服务、即时通信服务、视频通讯、电视短信等。 其中视频通讯将逐渐发展成为主流服务。 (3)信息类服务 主要指现在通过电脑实现的 Inter 信息服务，用户可在机顶盒的支持下使用电视机进行网上冲浪。 (4)增值类服务 主要指远程教育、电视购物、互动广告、网络游戏、在线博彩、远程医疗等特色服务，为用户的工作和生活提供方便等。 19 第四章 系统具体设计方案 网络结构设计 根据业务需求特点，系统采用两级结构， 地区 中心放置核心系统， A城区和 B 城区 的节点建立两个边缘分发节点 ， 直接向全 地区 客户提供服务，各 区 分公司客户就近访问 A城区和 B城区 两个分发节点提供 VOD 服务。 系统结构如 下图所示， 组网方式 ： 在全 市 2 个 中心 节点 （ A城区和 B城区的节点） 建设边缘服务节点 (分发节点 ). 合肥 地区核心 节点将作为整个系统的内容中心和管理中心，承担VOD系统中心内容生成管理、业务控制、内容分发、机顶盒管理及认证计费等任务，而边缘节点作为服务节点为 地区 用户提供就近的流媒体服务。 系统的重点在市 核心系统，要求具有丰富的功能、能支持规模用户量业务发展，随着用户量不断扩大，分发节点能够平滑的向城域网或者城域网的汇聚层延伸。 这样规划系统具有最丰富的功能、较 大的扩展性、而且投资最小、建设周期短，即适合行业性商务应用也适合进行业务试验，比较好的满足了业务需求。 地区核心系统 A城区分发节点 B 城区分发节点 A 城区所辖的宽带城域网 B城区所辖的宽带城域网 客户局域网 客户局域网 机顶盒 /VOD 客户 机顶盒 /VOD 客户。