硕士论文：iptv播放器研究与设计(编辑修改稿)

硕士论文：iptv播放器研究与设计(编辑修改稿)内容摘要：

ectionwiththekernelofmunication,Itrealizedthecontrolsystemforthe kernelandstatusquery,receiveeventnotificationssentbythekernel. ,realizetheplayerkernelandthekernel interfacelibrary,andachievethecorefunctionalityofIPTVplayersrequired,andtheplayer canmeetthedemandoftheapplicationsystemfunction. Keywords:IPTV,InterTV,streamingmedia,player,Videoandaudiodecoding 第一章绪论 第 1页 第一章绪论 课题的目的和意义 IPTV（ InterProtocolTelevision）交互式互联网电视，以其特有的互动性、内容丰富 性、及时性吸引了众多用户，成为电信及广电部门、电子及 软件企业争相抢夺的新兴市场。 通常而言 IPTV系统是以视音频服务为主要业务，同时提供游戏、股票等增值服务的系统业 务的综合体，而视频播放是 IPTV的核心业务，视频播放器是 IPTV的核心模块。 所以随着 IPTV的发展与普及， IPTV播放器也显示出至关重要的作用。 IPTV已经从其最初的以 “ 互联网 +机顶盒终端 +普通电视 ” 的形式，转而向一体式智能 电视（内置 IPTV模块）、 PC平台、手机电视等多种多样的形式发展。 播放器在 IPTV上的 应用特点是：媒体格式多种多样、数据源日益增多（如本地文件、各种不同的网络协议） 以及硬件平台的多样性。 基于以上特点，通常厂家对 IPTV播放器有以下需求： 1)全格式支持 要求支持常见的主流文件格式，并同时具备添加新格式支持的能力。 2)全 VCR操作支持 VCR（ VideoCassetteRecording）功能泛指各种对视频的操作控制。 如：播放、暂停、 快进、快退、选时、停止、音量调节、声道切换、静音等操作。 播放器要支持提供全 VCR 操作的能力、允许各 VCR操作状态之间的自由切换，使视频应用业务可以提供给用户友好 的人机交互。 3)能同时适应本地媒体文件播放和网络媒体文件播放 播放器 除了可以播放本地的视频节目外也可播放网络点播或直播节目。 本地媒体文 件是指存储在机顶盒内置存储设备如 Flash存储器、内置硬盘，或可热插拔的移动存储设备 如 SD卡、 U盘、移动硬盘等上的媒体文件。 网络媒体文件，则是指那些位于远端服务器，需要通过网络协议交互，通过网络获取 到数据的媒体文件。 4)无缝连续播放支持 一般的播放器在连续播放多个媒体文件时，媒体文件切换过程会有短暂停顿，或画面 静止或声音停顿。 在机顶盒这种专门的播放设备上，在播放一个电影前一般要插播一段广 告，另外，同一部电影往往由多个分片存储的节 目文件组成，为了让用户查觉不到媒体文 件切换导致的停顿感，在对多个分片进行连续播放时，需要实现无缝的连续播放。 5)二次开发接口支持 视音频播放（解复用、解码）是一个较为专业的技术领域，并不是每个开发人员都能 熟悉其中的原理，能够做相应的开发。 在机顶盒中，视音频应用的形式又多种多样，因此， 硕士学位论文 第 2页 需要提供一套简单易用、功能强大且足够细分的视频播放应用接口，使开发人员能够在其 上构建各种和媒体播放有关的应用程序和服务。 IPTV通常是嵌入式系统 [1]， 与通用计算机系统不同，其软件与硬件是紧密关联的。 IPTV 播放器作为 IPTV系统中的核心应用软件，也是与硬件平台紧密相关的。 由于 IPTV硬件平台 尤其是解码硬件多样性问题的存在，导致目前还没有统一的标准供机顶盒制作厂家遵循， 市场上也没有完全支持以上特点的播放器内核可以使用，常用的开源播放器更是无法满足 不同厂家对 IPTV业务能力的扩展需求。 除此之外，嵌入式设备资源有限性（处理器运算速度不够高，运行内存不够大）也使 嵌入式播放器的开发难度远远高于 PC播放器。 目前国内自主研发的嵌入式播放器分辨率 低，流畅度 差；而国外 IT公司能提供的嵌入式播放器虽然在分辨率和流畅度上有很大优势， 但是价格偏高。 因此，开展 IPTV播放器的研究，提供一种价格低廉的高性能 IPTV播放器，对国内 IPTV 行业发展有着积极的推动作用。 课题针对 IPTV播放器中的关键技术及模块实现展开研究，具有较高的应用价值。 本文 的研究目的是开发一个可复用程度高、易扩展、利于开发各种音视频播放应用的先进框架。 在这个框架下，通过添加支持不同格式的解析模块，就能为终端机顶盒提供新的媒体格式 的播放支持，利用其提供的一系统列接口，也能在其上构建各种不同业 务的应用模块，以 提高软件模块的可复用性，可极大地缩短开发各种不同多媒体应用的开发周期，降低开发 成本，为企业带来长久效益。 国内外研究现状 1）国内外 IPTV发展研究现状 随着科技发展，用户已不再满足于电视业务的单向广播模式，希望在电视上实现双向 交互功能。 IPTV的出现使这种愿望成为可能。 IPTV主要是以网络机顶盒作为用户终端，以 显示器为显示设备，以宽带为主要传输网络，为用户提供多媒体信息服务。 播放器是 IPTV 终端机顶盒的关键模块，主要完成 IPTV的流媒体业务和其他业务的图形及伴音展示 [2]。 由于 IPTV巨大的潜在价值和商业空间，各个国家纷纷发展 IPTV[2]。 美国早在 20xx年 9 月，运营商 Verizon率先宣布推出 IPTV服务。 在韩国，电信企业在发展 IPTV方面也走在了 前面。 韩国电信在 20xx年 7月推出 IPTV以来，到当年 9月底已发展了 [3]。 韩国第 二大网络门户 Daum通信在 20xx年也宣布进入 IPTV市场 [3]。 欧洲是全球最大的 IPTV市场， IPTV在法国呈现爆炸性增长。 法国目前已经成为 IPTV领先发展的国家 [3]。 我国 IPTV的发展始于 20xx年 [4]。 国家从 20xx年 5月开始整顿国内 IPTV市场。 要求从事 信息网络传播视听节目业务的单位必须符合广电总局的申批条件。 由于 IPTV的发展不可避 免会出现电信和广电业务的互相渗透问题，而受冲击最大的就是广电部门，因此从自身利 益考虑，广电总局慎重发放证照，对电信运营更是较多限制。 20xx年年底，互联网电视获 得广电总局的 “ 解禁 ” ，中国电信和广地广电运营商纷纷加入试点，试图夺取主动权 [4]。 第一章绪论 第 3页 IPTV的发展需要几个产业链来支撑 [2]：内容制作商、内容集成商、网络 运营商。 虽然 已经过了多年的运营，各国 IPTV运营商仍然面临运营模式和生态链的问题，但各运营商都 在积极探索自己的发展模式 [2]。 2）国内外 IPTV播放器发展研究现状 全球播放器的发展大致经历了三个阶段： 1第一阶段：格式封闭阶段 这是个 “ 各自为政 ” 的阶段。 微软公司的 WindowsMediaPlayer和 Real公司的 RealPlayer 是这一阶段的典型代表。 WindowsMediaPlayer只支持微软公司自有格式 WMV(WindowsMediaVideo)、 AVI （ AudioVideoInterleaved）文件的播放及通过微软的 MediaServer服务器软件投递的点直播 服务。 RealPlayer则仅支持 real格式的文件播放及 RealServer（后升级为 HelixServer）投递的点 直播服务。 这个阶段的播放器支持格式有限，并且无法扩展使用。 在本课题的 IPTV系统开发中无 法使用。 2第二阶段：兼容并处时代 典型代表是 MediaPlayerClassic、 VLC、 MPlayer。 这些开源项目的共同特点是广泛的 格式支持及开源。 不少播放器都是在这三个项目的基础上修改而来，如韩国 Kmplayer、中 国的暴风影音、射手播放器等。 这个阶段的播放器支持格式多，并且开源可扩展，但是都是基于 PC设备的，无法在特 定硬件平台的嵌入式设备中扩展使用。 3第三阶段：多媒体框架时代 这一时期的典型特征是提供统一的媒体开发框架，开发者在些框架上，加入自己的插 件或模式，即可使播放器支持更多的模块或功能。 和第二代相比其特点是提供的是重要的 框架，而不是具体的格式或功能支持。 如微软的 DirectShow， google的 android平台的 OpenCore等。 这个阶段的播放器为我们提供了很多播放器框架开发的 思路，但是框架本身都是基于 一定平台的，无法满足在任意平台上的扩展使用。 随着全球播放器的发展，对 IPTV业务的播放能力提供了支持。 但是根据当前的播放器 发展情况可以发现：由于 IPTV所用到的硬件设备各有差异，所以目前对 IPTV播放器没有统 一的播放器或播放器框架可以直接使用。 所有厂家都需要根据设备架构和硬件平台，开发 配套的视频播放器。 当前各个厂家对 IPTV播放器的研究，都停留在所选用设备架构和硬件平台基础上的播 放器研究与开发，以满足自身 IPTV系统所用机顶盒产品的需求。 鉴于 IPTV系统中硬件平台 的 多样化，导致各厂家开发的 IPTV播放器无法通用或扩展使用，所以研究和开发可通用的 IPTV播放器框架对推进 IPTV系统的发展具有积极意义。 硕士学位论文 第 4页 本文的研究内容 鉴于分层结构的优势， IPTV播放器采用分层结构的框架。 为了更好地组织整体的软件 结构，将播放器从底层硬件到上层应用划分为四层：硬件适配层、播放器内核层、播放器 通讯控制层、业务层。 硬件适配层：该层针对不同的硬解码芯片制造商的硬件平台提供适配功能，为 上层提 供统一的接口。 播放器内核层：是播放器内核进程，通过调用硬件适配层提供的接口，完成与媒体处 理相关的工作。 播放器通讯控制层：通常将该层叫做 “ 播放器内核接口库层 ”。 该层通过 TCP连接与 内核进程进行通讯，实现对内核的控制及状态查询，接收内核发送的事件通知。 接口库本 身无任何关于播放逻辑的控制，播放逻辑及各种与具体应用需求相关的处理，由业务层及 业务层之上的应用层实现。 业务层：业务层实现外部应用环境对播放器的调用，它的存在是以从繁多的播放业务 中将播放器内核解放出来为目的，将业务层次的控制调用、功能 层次的控制调用等集于一 体。 在整个播放器软件分层结构中，上层媒体播放相关业务应用，通过播放器通讯控制层 控制着播放器内核进程，播放器内核进程是真正负责处理和实现多媒体播放功能的实体， 是播放软件体系中的核心，因此我们称其为播放器内核进程。 在设计新播放器内核时，借鉴了 DirectShow架构和操作系统的微内核思想，让播放器 内核专一做与媒体内容相关的工作，即：只让它完成音视频流的播放功能，而不再直接参 与数据的获取，数据的获取可以通过在播放器内核外围扩充相应的功能模 块来完成。 比如： 需要使用 HTTP、 MMS（ MembershipManagementSystem）、 RTSP（ RealTimeStreaming Protocol） [5][6][7]、 P2P（ peertopeerwork）等协议从网络上获取数据时，只需要开发出 相应的功能模块挂接上即可，而不需要对播放器内核做任何修改；另外，需要增加对新媒 体格式的支持时，只需要按照定义好的接口，开发针对该媒体格式的解复用组件 DemuxFilter等模块，然后加入播放器内核中即可，不需要对播放器框架做任何修改。 播放器内核，采用类似 DirectShow中的 Filter组件的概念，采用组件化、由组件和组 件连接的形成链路的方式，来完成流媒体的解析（ Demux）及解码（ Decoder）。 播放器内核按照服务层级来划分模块，内层模块为外层模块提供服务，由外层的模块 完成逻辑控制，内层模块完成实际的工作任务。 播放器内核接口库层（即：播放器通讯控制层）提供一套接口，供业务层对播放器内 第一章绪论 第 5页 核进程进行控制，从而控制视频的播放。 其实质是一套网络通讯的客户端发包工具，将播 放指令按照和播放器内核约定的指令数据结构发送数据包给播放器内核进程。 此层一般不 包含播放逻辑控制，以避免加入播放逻辑而影响其在上层业务服务层中不同业务应用中的 普遍适用性。 本文的组织结构 本文共分为六章，全文组织如下： 第一章：绪论。 主要对 IPTV播放器研究的目的和意义、国外内研究现状以及本文要研 究的内容进行了概述。 第二章： IPTV播放器框架设计。 基于播放器的基本原理和分层结构的优势，提出了 IPTV 播放器系统框架的设计思路。 依据该思路，设计了一个可 复用程度高、易扩展、利于开发 各种音视频播放应用的先进框架，并对框架的层次结构、层间通讯和框架所支持的技术特 性进行了阐述。 第三章： IPTV播放器内核设计与实现。 借鉴微软 DirectShow架构和操作系统的微内核 思想，提出了 IPTV播放器内核设计的思路：让播放器内核专一做与音视频流播放相关的工 作，不再直接参与数据的获取等工作。 基于该思想，设计了播放器内核的架构，并。