（電氣工程專業(yè)論文）智能小區(qū)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

上海交通大學(xué)工程碩士論文 摘要 隨著社會的進(jìn)步和人民生活水平的提高，以及i n t e m e t 的普及和 計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能化小區(qū)的概念已經(jīng)被越來越多的人所 接受，而作為智能小區(qū)的關(guān)鍵應(yīng)用視頻點(diǎn)播就成為研究的熱點(diǎn)。 如何合理地、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)里的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)就成了值得研 究的課題。 本文一共分五章。緒論部分介紹v o d 的起源，概念。第二章主 要論述視頻點(diǎn)播系統(tǒng)發(fā)展演變以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。第三章探討 視頻點(diǎn)播的體系結(jié)構(gòu)以及所涉及的相關(guān)技術(shù)問題。第四部分提出了 智能小區(qū)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)方案。最后是結(jié)論部分。 本文主要探討論證了適用于現(xiàn)代智能小區(qū)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 方案。充分考慮了本課題的實(shí)際要求以及先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性 等方面的因素，在方案的設(shè)計(jì)上提出了采用分布式層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 思想。同時采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，將視頻服務(wù)器的功能分布到網(wǎng)絡(luò) 中去。解決了可能出現(xiàn)的瓶頸問題，也能保證i p 網(wǎng)中的視頻傳送的 服務(wù)質(zhì)量。 本實(shí)現(xiàn)方案已在部分智能小區(qū)中使用，其功能和性能達(dá)到用戶 的要求。 關(guān)鍵詞：視頻點(diǎn)播、視頻服務(wù)器、多播、i p t v 上海交通大學(xué)工程碩士論文 a b s t r c t w i t ht h es o c i a lp r o g r e s sa n dt h ei m p r o v e m e n to f t h el i v i n gc o n d i t i o n a n d p o p u l a r i z a t i o n o fi n t e m e ta n df a s t d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r t e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r ep e o p l ea c c e p tt h ec o n c e p to ft h ei n t e l l i g e n t u p t o w n 。v i d e oo nd e m a n d , a st h ek e ya p p l i c a t i o no ft h ei n t e l l i g e n t u p t o w n ，b e c o m et h eh o t s t o po fr e s e a c h t h e p a p e ri sc o n s i s to ff i v ec h a p t e r ，f f f s tw ei n t r o d u c et h eo r i g i na n d c o n c e p to fv o d ，t h e nd i s c u s st h ed e v e l o p m e n ta n ds t a t u sq u oo fv o d i ni n t e l l i g e n tu p t o w n i nc h a p t e r3 ，w es e tf o r t ht h ea r c h i t e c t u r eo ft h e s y s t e mo fv o d ，a n dm a k ear e s e a c ho ft e c h n o l o g ya s s o c i a t e dw i t ht h e v o d a tl a s t ，p u tf o r w a r dap l a nt or e a l i z et h ev o d s y s t e mi ni n t e l l i g e n t u p t o w n t h es c e n a r i oo fv o di sd e s i g n e do nt h eb a s eo ft h i n k i n go v e rt h e f a c t o r ss u c ha st h e r e l i a b i l i t y , t h e e c o n o m i c a l e f f i c i e n c y a n dt h e a d v a n c e m e n t 。s e a r c h i n gap l a nw h i c hf i tf o ri n t e l l i g e n tu p t o w na n dt h e n b r i n gi tt oe f f e c ti st h em a i np u r p o s e w eb r i n gf o r w a r dan e wd e s i g n i n g t h e o r yw h i c hl 1 s ed i s t r i b u t e da n dh i c r a r c l l i c a ls t r u c t u r e a n du s et h e t e c h n o l o g yo fg i g a b i te t h e m e t , r e s o l v et h ep r o b l e mo fb o t t l e n e c ka n d q u a l i t yo f s e r v i c eo f t r a n s m i s s i o ni ni pn e t w o r k k e y w o r d s ： v i d e oo nd e m a n d ，v i d e os e r v e r , i p t v , m u l t i c a s t i n g 上海交通大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所里交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外， 本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。 對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式 標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：筮勿汗 丫v 詈 日期：枷c 疋年月文文日 上海交通大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位 論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 保密彤在三年解密后適用本授權(quán)書。 本學(xué)位論文屬于 不保密口。 ( 請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“”) 學(xué)位論文作者簽名： 鎣扔薩 乒”r 1 日期：a 文年月d a 日 指導(dǎo)教師簽名： 嶠：。b 日期：函、1 年1 月1 l 日 上海交通大學(xué)工程碩士論文 第一章緒論 現(xiàn)在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和市場的強(qiáng)大牽引，把世界推向了信息時代。 信息資源的重要性將超過自然資源。信息作為社會發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，它的 開發(fā)、利用、占有和控制將是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，是綜合園力的 體現(xiàn)。 目前信息的傳輸，主要通過三大網(wǎng)絡(luò)，即電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和計(jì)算機(jī) 互連網(wǎng)，隨著電信網(wǎng)向數(shù)字化、寬帶化、智能化、移動化方面快速發(fā)展，促 進(jìn)了三大網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合，從而實(shí)現(xiàn)聲音、視像和數(shù)據(jù)同時傳送。高科技和 信息技術(shù)( i t ) 的發(fā)展推進(jìn)了智能建筑由智能大廈( i b ) 走向智能住宅小區(qū)， 進(jìn)而走進(jìn)家庭( s h ) ?，F(xiàn)代社會的家庭成員正在以追求家庭智能化帶來的多元 化信息和安全、舒適與便利的生活環(huán)境作為一個理想的目標(biāo)。早在幾年前美 國以及歐洲和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國家先后提出了智能住宅( s m a r t h o m e ) 的概念，其實(shí)現(xiàn)目標(biāo)就是：“將家庭中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備， 家用電器和家庭保安裝置通過家庭總線技術(shù)( h b s ) 連接到一個家庭智能化 系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭服務(wù)性管理，并保持這些家庭 設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)?！蔽覀円部梢赃@樣來理解，所謂智能小區(qū)，就 是在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過完善、多功能的社區(qū)綜合布線系統(tǒng)， 以成熟的信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)等為手段，所實(shí)現(xiàn)的社區(qū)綜合信息網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)。 隨著智能化小區(qū)的普及和寬帶接入技術(shù)的發(fā)展，各種基于寬帶技術(shù)的應(yīng)用 服務(wù)也日益被人們所熟悉，如果把智能小區(qū)寬帶比喻成整個小區(qū)的信息高速 公路，那么面向家庭娛樂的v o d 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)則是高速公路上飛馳的一部最 搶眼的車。視頻點(diǎn)播是信息高速公路上的業(yè)務(wù)靈魂。 1 1 視頻點(diǎn)播的介紹及概念 視頻點(diǎn)播( v i d e oo nd e m a n d ) 名詞在媒體上出現(xiàn)越來越多，并引起從未 來電訊到國際媒體的種種辯論，并成為眾多公司的焦點(diǎn)。視頻點(diǎn)播，意即按 需要的視頻流播放，下面的定義具有一定的代表性：把用戶選擇的節(jié)目，通 共5 9 頁第l 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 過通訊網(wǎng)的傳輸，分發(fā)到用戶終端設(shè)備_ j 二。視頻點(diǎn)播可以描述為一種娛樂服 務(wù)，比如當(dāng)您打開電視，您可以不看廣告，不為某個節(jié)日趕時間，隨時直接 點(diǎn)播希望收看的內(nèi)容，就好像播放剛剛放進(jìn)自己家里錄像機(jī)或v c d 中的一部 新片子，但是您又不需要購買錄像帶或者v c d 盤，也不需要錄像機(jī)或者v c d 。 信息技術(shù)的夢想就是通過多媒體網(wǎng)絡(luò)將視頻流按照個人的意愿送到千家萬 戶。 1 2 視頻點(diǎn)播的起源 在通訊概念的文化模式有兩種：第一利t 是“信息傳輸”，電話模式就體現(xiàn) 了這種特征：第二種是“經(jīng)歷共享”，以公用和通訊的眼光衡量，電視模式即 體現(xiàn)了這種特征。 電訊服務(wù)的發(fā)展沿著不同的方向進(jìn)展到今天，其中兩種不同的服務(wù)實(shí)現(xiàn) 了真正的大市場，這就是電話和電視。在全球廣闊的范圍內(nèi)，它們得到了很 好的傳播和應(yīng)用。很長時間以來，人們就希望把這些通訊概念中不同的元素 互相結(jié)合起來，從中受益，并形成某種新的服務(wù)。就有了收費(fèi)電視的實(shí)驗(yàn)， 視頻會議也可看作是另一種應(yīng)用。隨著新技術(shù)的發(fā)展，使人們通過對傳統(tǒng)電 話公司基礎(chǔ)設(shè)旆的改進(jìn)，就可以在它上面?zhèn)鬏?、分發(fā)娛樂服務(wù)。在視頻點(diǎn)播 的熱浪中，人們認(rèn)為這里面蘊(yùn)藏著極大的商機(jī)，因此視頻點(diǎn)播很快就擴(kuò)散起 來。 1 3 應(yīng)用 可以通過交互的程度對多媒體服務(wù)分類，例如可將視頻服務(wù)分為廣播、 付費(fèi)點(diǎn)播、準(zhǔn)點(diǎn)播、近點(diǎn)播和真視頻點(diǎn)播其中交互性是一級一級上升的。 視頻點(diǎn)播是最可見的交互式多媒體應(yīng)用。交互式多媒體服務(wù)，象視頻點(diǎn)播能 給用戶很大的靈活性： ( 1 ) 用戶有更多的觀看選擇。 ( 2 ) 用戶在觀看時有控制權(quán)?？梢宰约嚎刂朴^看過程。 ( 3 ) 用戶不必為了某種服務(wù)而出門，帶來很大的方便。 ( 4 ) 享受服務(wù)時，用戶可以按自己的步驟進(jìn)行。 共5 9 頁第2 頁 l 海交通人學(xué)工程碩l j 論文 1 4v o i ) 標(biāo)準(zhǔn)及基本要求 在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方面已經(jīng)做了很多重要工作，例如，基于m p e g 的h o u g w o o d 已經(jīng)開發(fā)7 壓縮視頻解碼語法上的多種標(biāo)準(zhǔn)化方法。這種非對稱的方法使編 碼部分完成大量的處理，并承擔(dān)犬部分成本和時間。然而，編碼算法并沒有 標(biāo)準(zhǔn)化，而是依賴于各種編碼器技巧，以處理由于不同的屏幕類型而導(dǎo)致的 困難、數(shù)據(jù)冗余等。針對符種復(fù)雜性和比特率而存在多種m p e g 標(biāo)準(zhǔn)。 d a v i c ( 數(shù)字音頻視覺互操作性委員會) 組已經(jīng)開始努力使多種方法和 諧起來，其中要提供各種服務(wù)，并瞄準(zhǔn)于先行一步的標(biāo)準(zhǔn)，使不同的系統(tǒng)間 可以互操作。標(biāo)準(zhǔn)的重要性在1 盯場領(lǐng)導(dǎo)權(quán)的競爭上體現(xiàn)得一清= 楚。在這方 面，標(biāo)準(zhǔn)的概念有著深遠(yuǎn)的意義。在業(yè)界，作為一般用途，它是所有人必須 支持的接受模板，這樣才能達(dá)到相互運(yùn)作。 對視頻點(diǎn)播的基本技術(shù)要求包括： ( 1 ) 把視頻信號壓縮到可管理的帶寬范圍的方法。 ( 2 ) 節(jié)目的壓縮存儲方法。 ( 3 ) 把帶寬運(yùn)載到家庭的傳輸方法。 ( 4 ) 如何正確確定用戶位置和要求，把用戶點(diǎn)看的內(nèi)容分發(fā)給用戶的方 法。 ( 5 ) 一種用于對信號解碼和解壓縮的家庭設(shè)備。 ( 6 ) 一種服務(wù)的交流對話框，用戶交互控制的方法 1 5 視頻點(diǎn)播的發(fā)展趨勢及意義 放眼寬帶網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，v o d 最貼近百姓生活，視頻點(diǎn)播應(yīng)該宣傳為一種 易于理解的應(yīng)用。拿中國電信的話來說，就是高速公路有了，就要有車跑， v o d 應(yīng)用就是寬帶多媒體網(wǎng)絡(luò)上鼴醒目的車。如今在建設(shè)智能小區(qū)過程中， 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線已成為必不可少的一環(huán)，小區(qū)用戶可以通過電腦、電視機(jī)( 配 機(jī)頂盒) 等方式實(shí)現(xiàn)v o d 視頻點(diǎn)播應(yīng)用，豐富了人們的文化生活；有線電視 經(jīng)過雙向改造，可以讓廣人的電視用戶通過有線電視網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播視頻節(jié)目。 v o d 具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，可以廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、寬帶綜合 接入網(wǎng)( 利用f t t x 光纖基帶網(wǎng)、x d s l 雙絞線通信和改造后的雙向h f c 有 共5 9 頁第3 更 上海交通大學(xué)工程碩士論文 線電視網(wǎng)等) ，具體包括以下領(lǐng)域： 電視臺、廣播電臺：數(shù)字化制作播出管理系統(tǒng)、節(jié)目查詢、節(jié)日 制作； 出版社、圖書館：多媒體網(wǎng)上出版、多媒體信息服務(wù)； 音像公司：音像產(chǎn)品制作； 展覽館、博物館：信息查詢、信息發(fā)布； 各類人力資源部門：人事檔案管理； 娛樂：飯店閉路電視點(diǎn)播、卡拉o k 、家庭節(jié)目點(diǎn)播等； 交互式教學(xué)：學(xué)校、電大、夜校等在職教育、企業(yè)內(nèi)部培訓(xùn)； 其他：商業(yè)商品信息管理、庫存物品查詢、異地醫(yī)療診治。 v o d 的本質(zhì)是信息的使用者根據(jù)自己的需要主動獲得多媒體信息，它與 信息發(fā)布和廣播的最大不同在于主動性和選擇性。從某種意義上說是信息的 接受者根據(jù)自身需要進(jìn)行自我完善和自我發(fā)展的方式，這種方式越來越符合 信息資源消費(fèi)者的深層需要，它徹底改變了f “播式的強(qiáng)制信息灌輸方式。可 以說v o d 是未來的信息獲取的主流方式在多媒體視音頻方面的表現(xiàn)，相信 v o d 的模式會在信息領(lǐng)域得到快速發(fā)展。 目前視頻點(diǎn)播越來越普及，本文首先通過對視頻點(diǎn)播所涉及的相關(guān)技術(shù) 進(jìn)行研究，提出了適合智能小區(qū)的視頻點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。 共5 9 頁第4 頁 上海交通大學(xué)工程碩一 ：論文 第二章視頻點(diǎn)播的發(fā)展及現(xiàn)狀 與其它應(yīng)用系統(tǒng)不同，v o d 視頻點(diǎn)播技術(shù)并非最早應(yīng)用于電信、金融、 地產(chǎn)等行業(yè)，而是在酒店賓館等娛樂場所，隨著卡拉o k 的興起而出現(xiàn)。 最初應(yīng)用于卡拉o k 的v o d 系統(tǒng)是”半自動”的，每個點(diǎn)播房間對應(yīng)一臺 位于控制中心的影碟機(jī)，控制中心有操作員( 稱之為d j ) 根據(jù)用，點(diǎn)播請求 向影碟機(jī)中放置相應(yīng)碟片，一個熟練的d j 可同時管理8 臺左右的影碟機(jī)，這 種v o d 系統(tǒng)由于要借助手工操作，穩(wěn)定性差，且當(dāng)多個用戶點(diǎn)播同一節(jié)日時， 排隊(duì)等待時問較長。 第二代的v o d 系統(tǒng)是將所有節(jié)目放在服務(wù)器硬盤中，點(diǎn)播終端通過局域 網(wǎng)或有線電視同軸電纜( h f c ) 將點(diǎn)播請求上傳至服務(wù)器，服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng) 播放。第二代v o d 系統(tǒng)未對視頻文件進(jìn)行充分優(yōu)化，客戶端需專用視頻壓縮 卡及專用程序，難以支持大規(guī)模的并發(fā)點(diǎn)播，維護(hù)量大，不適于在小區(qū)或城 域級環(huán)境中應(yīng)用。 第三代的v o d 系統(tǒng)是目前最先進(jìn)的，基于w e b 平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)，可與i n t e m e t 接入平滑地結(jié)合在一起；客戶端采用瀏覽器方式進(jìn)行點(diǎn)播，基本無需維護(hù)； 由于采用了先進(jìn)的機(jī)群技術(shù)，可對大規(guī)模的并發(fā)點(diǎn)播請求進(jìn)行分布式處理， 使其能適應(yīng)大型住宅小區(qū)及城域級的應(yīng)用環(huán)境。 由于帶寬的限制，v o d 系統(tǒng)在電信級服務(wù)中還未得到廣泛應(yīng)用，只有 少數(shù)擁有a d s l 線路的城市為上網(wǎng)用戶提供v c d ( m p e gi ) 級的視頻點(diǎn)播服 務(wù)( 如廣州電信、深圳電信) 。v o d 系統(tǒng)在智能小區(qū)中的應(yīng)用則是方興未艾， 隨著住宅智能化進(jìn)程的推進(jìn)，發(fā)展商對智能小區(qū)中寬帶接入的認(rèn)識也發(fā)生變 化寬帶接入從智能小區(qū)的賣點(diǎn)演變成智能小區(qū)不可或缺的資產(chǎn)，以v o d 視頻點(diǎn)播、i n t e r n e t 接入為代表的增值服務(wù)系統(tǒng)為發(fā)展商及物業(yè)管理公司 描繪出一幅美好的前景。 2 1 基于有線電視網(wǎng)的v o d 系統(tǒng) 基于有線電視網(wǎng)的v o d 系統(tǒng)目前已走向市場。智能小區(qū)內(nèi)v o d 系統(tǒng)利 共5 9 頁第5 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 用有線電視網(wǎng)為傳輸媒介的硬件構(gòu)成框圖如圖2 1 所示。 圖2 - 1 基于有線電視網(wǎng)的v o d 系統(tǒng) 圖2 1 所示的v o d 系統(tǒng)采用當(dāng)前流行的客戶服務(wù)器模型，系統(tǒng)包括視頻 服務(wù)器、節(jié)目采編工作站、網(wǎng)管服務(wù)器、v o d 終端等設(shè)備，視頻服務(wù)器通 過 c a t v 網(wǎng)和v o d 終端之間組成單向的節(jié)目傳輸網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)管服務(wù)器和v o d 終 端通過p s t n 網(wǎng)組成雙向的節(jié)目查詢和點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)管服務(wù)器是視頻服務(wù)器 和v o d 終端之間的橋梁。 在這種基于當(dāng)前的有線電視網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)絡(luò)的v o d 系統(tǒng)中，節(jié)目以數(shù)字 方式存儲于視頻服務(wù)器硬盤中。視頻服務(wù)器帶有一定規(guī)模的磁盤陣列，專門 用于存放數(shù)字視頻節(jié)目，并響應(yīng)網(wǎng)管服務(wù)器的節(jié)目輸出請求，將不同用戶點(diǎn) 共5 9 頁第6 頁 上海交通大學(xué)工程碩：l ：論文 播的多個數(shù)字節(jié)目通過特定接口和中間轉(zhuǎn)換設(shè)備如復(fù)接器、加擾器、q a m 調(diào) 制器、變頻器( 這些中間設(shè)備未在圖中表示出來) 調(diào)制成模擬信號后輸出到 c a t v 網(wǎng)中。 采編系統(tǒng)為專用微機(jī)，負(fù)責(zé)將模擬電視節(jié)目、錄象帶、v c d d v d 盤片節(jié) 目轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的數(shù)字節(jié)目( 如m p e g 2 傳輸流) 存儲到視頻服務(wù)器的磁盤陣列 中，以備用戶點(diǎn)播。 網(wǎng)管服務(wù)器負(fù)責(zé)維護(hù)節(jié)目索引數(shù)據(jù)庫，與客戶端通信，響應(yīng)用戶點(diǎn)播特 定的節(jié)目，點(diǎn)播的交互過程完成后，網(wǎng)管服務(wù)器負(fù)責(zé)通知視頻服務(wù)器輸出節(jié) 目到c a t v 網(wǎng)中。此外網(wǎng)管服務(wù)器還負(fù)責(zé)節(jié)目點(diǎn)播的記費(fèi)工作，通過p s t n 網(wǎng)將記費(fèi)信息寫入到v o d 終端的s m a r tc a r d 中。 v o d 終端負(fù)責(zé)點(diǎn)播節(jié)目，通過m o d e m 連上公用電話網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)和網(wǎng) 管服務(wù)器之間的節(jié)目查詢和點(diǎn)播的雙向通信，以家用電視機(jī)作為顯示設(shè)備顯 示點(diǎn)播的交互信息，解碼節(jié)目后轉(zhuǎn)換為電視圖象和音頻信號在電視機(jī)上播出。 點(diǎn)播的節(jié)日利用有線電視網(wǎng)的空閑頻帶進(jìn)行傳輸，v o d 終端同時旁路輸 出c a b l e 信號到電視機(jī)的射頻輸入端，這樣用戶收看普通的有線電視節(jié)日一點(diǎn) 也不受影響。 2 2 基于l a n 的v 0 d 系統(tǒng) 基于t a n 的視頻點(diǎn)播系統(tǒng)由v o d 視頻信息中心、v o d 用戶終端及寬帶網(wǎng) 絡(luò)三個部分組成。v o d 視頻信息中心由視頻服務(wù)器與m p e ge n c o d e r 工作站 組成，視頻服務(wù)器以1 0 0 m 快速以太網(wǎng)的方式通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入i p 骨干網(wǎng)， 視頻服務(wù)器用于存儲視頻數(shù)據(jù)的同時為用戶提供視頻點(diǎn)播服務(wù)。m p e g e n c o d e r 則用于視頻的編碼，此編碼可將視頻信號轉(zhuǎn)化為多種標(biāo)準(zhǔn)的壓縮的數(shù) 字信號，如t d p e g - 1 或m p e g - 2 標(biāo)準(zhǔn)并可即時通過以太網(wǎng)將壓縮好的視頻數(shù)據(jù) 文件傳送到視頻服務(wù)器上。圖2 2 為基于l a n 的v o d 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 該系統(tǒng)分布于一群運(yùn)行n t 的p c 上。其核心部分是連接于高速網(wǎng)絡(luò)上的 個標(biāo)題服務(wù)器和若干個內(nèi)容服務(wù)器。 調(diào)度服務(wù)器：調(diào)度服務(wù)器的作用是接收轉(zhuǎn)發(fā)客戶端的請求；安排內(nèi)容服 務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸；保持系統(tǒng)時鐘；管理系統(tǒng)資源；為管理工具提供系統(tǒng)的配 共5 9 頁第7 頁 上海交通大學(xué)t 程碩，。l ：論文 置信息。調(diào)度服務(wù)器本身并不傳送視頻數(shù)據(jù)。 視頻服務(wù)器：視頻服務(wù)器的作用是管理播放時間表：提取數(shù)據(jù)并發(fā)送給 客戶端。每個內(nèi)容服務(wù)器帶有1 1 5 個s c s i 硬盤，專門用于存放視頻數(shù)據(jù)。 在系統(tǒng)中的所有內(nèi)容服務(wù)器在機(jī)器型號、網(wǎng)絡(luò)接口、硬撒個數(shù)上都必須保持 一致。增加s c s i 適配器或內(nèi)容服務(wù)器可以進(jìn)一步增加系統(tǒng)容量。是存放和傳 送節(jié)目的一組服務(wù)器，個數(shù)取決于設(shè)計(jì)容量。 管理服務(wù)器：管理服務(wù)器提供管理工作站和點(diǎn)播終端的工作界而，也是 系統(tǒng)管理員進(jìn)行管理、維護(hù)工作的p c 機(jī)。 點(diǎn)播終端：點(diǎn)播終端點(diǎn)播視頻節(jié)目，其上運(yùn)行播放器軟件，其操作方式 類似于普通的錄象機(jī)。軟件的核心是a c t i v e x 控件，這個控件嵌入到l e ， n e t s c a p e 或其他測覽器中。 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)多媒體等數(shù)據(jù)包的交換與轉(zhuǎn)發(fā)，是高 速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，交換速率高是保證視頻節(jié)目高畫質(zhì)的關(guān)鍵。高速網(wǎng)絡(luò)主 干基于1 0 0 mb p s 的快速以太網(wǎng)或更高帶寬的網(wǎng)絡(luò)，采用全交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也 可采用a t m 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 圖2 2 基于l a n 的v o d 點(diǎn)播系統(tǒng)構(gòu)成示意圖 共5 9 頁第8 頁 l 海交通大學(xué)t 程碩士論文 2 3 兩大v o d 系統(tǒng)類型的比較 根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同，我們把v o d 系統(tǒng)分為上述的基于有線電視同軸電纜 ( h f c ) 和局域網(wǎng)( l a n ) 兩大類型，其比較見表2 1 表2 - 1 ：基于h f c 和l a n 兩大類型的v o d 系統(tǒng)比較 基于h f c 的v o d 系統(tǒng) 基于l a n 的v o d 系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn) 線路普及率高，對于雙向的 h f c 線路無需重新布線。 機(jī)群方式下支持大規(guī)模并發(fā) 交互式點(diǎn)播。 可基= 】i 二w e b ，與i n t e m e t 接 入平滑結(jié)合。 缺點(diǎn) 需進(jìn)行結(jié)構(gòu)化布線 對于單向h f c 線路需進(jìn)行 改造 與有線電視共用線路，傳輸 數(shù)據(jù)帶寬受限制。 難以支持大規(guī)模的并發(fā)交互 式點(diǎn)播。 由于政策限制，目前不能與 i n t e m e t 接入平滑結(jié)合。 點(diǎn)播終端 機(jī)頂盒，p c + c a b l em o d e m機(jī)頂盒，p c l 主要用戶 i 酒店、賓館4 智能小區(qū)、學(xué)校多媒體教學(xué) 從上述分析情況看，基于l a n 的v o d 系統(tǒng)是智能小區(qū)比較現(xiàn)實(shí)的解決方案。 其理由如下： 1 、v o d 系統(tǒng)運(yùn)行于小區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)，無需與廣電、電信等帶有壟斷色 彩的管理部門打交道，容易實(shí)施。 2 、基于l a n 的v o d 系統(tǒng)需建立在結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，而結(jié)構(gòu) 共5 9 頁第9 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 化布線系統(tǒng)已成為智能小區(qū)的必備條件之一，兩者結(jié)合使發(fā)展商的先期投入 產(chǎn)生了最佳效益。 3 、基于l a n 的v o d 系統(tǒng)無需購置昂貴的頭端設(shè)備，即將視頻服務(wù)器 的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成有線電視傳送的射頻信號，這種設(shè)備不僅價格昂貴，且對 數(shù)據(jù)帶寬有限制。 4 、基于l a n 的v o d 系統(tǒng)使用戶無需購置昂貴的c a b l em o d e m 。由 于技術(shù)限制，c a b l em o d e m 的市場價格還在3 0 0 0 元左右，而c a b l e m o d e m 僅起到了信號轉(zhuǎn)換的作用，機(jī)頂盒仍需用戶自行購置，這就造成基 于有線電視h f c 的v o d 點(diǎn)播系統(tǒng)造價過于龐大。 5 、由于政策限制，廣電部門目前不得經(jīng)營i s p 業(yè)務(wù)，這意味著用戶還 不能通過有線電視的h f c 線路接入i n t e m e t ，而基于l a n 的v o d 系統(tǒng)則可 通過各電信運(yùn)營商的線路接入i n t e m e t ，在進(jìn)行視頻點(diǎn)播的同時享受高速上網(wǎng) 的樂趣。 6 、基于l a n 的v o d 系統(tǒng)前景廣闊，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)交 換設(shè)備的帶寬呈幾何級數(shù)增長，在不久的將來，能夠充分容納數(shù)字、廣播、 通訊傳輸?shù)某壘W(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備會出現(xiàn)在市場上。 共5 9 頁第1 0 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 第三章v o d 的體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù) v o d 系統(tǒng)是一種分布的多媒體系統(tǒng)，可支持節(jié)目點(diǎn)播、交互式電視應(yīng)用 等。它是一種媒體服務(wù)器( m e d i as e r 猿) 和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的多層次結(jié)構(gòu)。 在此系統(tǒng)中，多媒體數(shù)據(jù)要經(jīng)過壓縮、存儲、檢索，并通過網(wǎng)絡(luò)傳送到目的 地，然后解壓縮，并在接受設(shè)備上同步演播。圖3 - 1 為一個通用的v o d 體系 結(jié)構(gòu)。其中由三大主要部分組成：節(jié)目服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、用戶終端設(shè)備，節(jié)目 服務(wù)器通過由交換機(jī)和傳輸媒介組成的網(wǎng)絡(luò)和用戶終端設(shè)備相連，傳輸媒介 包括同軸電纜、光纖、電話雙絞線，也可用無線傳送向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)。 圖3 - 1v o d 基本體系結(jié)構(gòu) 節(jié)目提供者( 娛樂中心或電視臺等) 提供各種服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)提供者在綜合 網(wǎng)上傳輸節(jié)目，存儲提供者為多層結(jié)構(gòu)，管理存儲在媒體服務(wù)器中的內(nèi)容。 3 1v o d 系統(tǒng)組成 共5 9 頁第1 1 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 交互式v o d 系統(tǒng)由前端處理系統(tǒng)、寬帶交換網(wǎng)絡(luò)、用戶接入網(wǎng)、用戶終 端設(shè)備( 機(jī)頂盒加電視機(jī)或加計(jì)算機(jī)) 等幾個部分組成。一個v o d 系統(tǒng)可以 分成節(jié)目制作中心、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸和用戶終端幾個子系統(tǒng)，其中網(wǎng)絡(luò)傳 輸部分又可分為交換網(wǎng)和接入網(wǎng)，對于規(guī)模較大的v o d 系統(tǒng)，節(jié)目制作中心 和服務(wù)器之間也由網(wǎng)絡(luò)連接，對于規(guī)模較小的v o d 網(wǎng)絡(luò)，節(jié)目制作中心和服 務(wù)器可以合并在一起。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3 2 所示。 酬 基 l 駑器 酮 型 i 作由，、 闞絡(luò)傳 裔 圖3 - 2 交互式v o d 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 節(jié)目制作中心的主要概念是完成節(jié)目的制作和存儲，如瀏覽器和各種應(yīng) 用的用戶界面制作，各種應(yīng)用的具體節(jié)耳內(nèi)容的制作( 如遠(yuǎn)程教育中的課程 內(nèi)容，家庭購物中的商品信息，電影點(diǎn)播中的電影節(jié)目等) ，制作好的節(jié)目源 存儲于系統(tǒng)的存儲器中，部分經(jīng)常點(diǎn)播的節(jié)目可通過網(wǎng)絡(luò)存放于服務(wù)器上。 節(jié)目制作部分是v o d 系統(tǒng)中一個十分重要的部分，節(jié)目的好壞，用戶界面是 否吸引人、是否友好，將直接影響用戶對該業(yè)務(wù)感興趣的程度。與v o d 系統(tǒng) 中的其它部分不同，界面制作系統(tǒng)是需要長期投資的部分，它直接影響到v o d 業(yè)務(wù)的拓展。 在v o d 系統(tǒng)中，服務(wù)器是一個溝通用戶和節(jié)日的橋梁，制作系統(tǒng)是不直 接與用戶打交道的，用戶通過分配網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器建立連接，用戶的申請首先 共5 9 頁第1 2 頁 上海交通大學(xué)工程碩：j ：論文 送到服務(wù)器，出服務(wù)器的業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)分析用戶索要的是哪一種應(yīng)用，哪一個* 目，并與用戶建立會話連接，然后服務(wù)器再從制作系統(tǒng)的存儲器上調(diào)取相應(yīng) 的節(jié)目內(nèi)容，將它通過網(wǎng)絡(luò)送給用戶，因此服務(wù)器上具有與網(wǎng)絡(luò)的連接口、 連接控制功能、會話控制功能、分析和處理各種業(yè)務(wù)的能力以及在節(jié)目提供 者和用戶之間傳送節(jié)目的能力。 v o d 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可以分成交換網(wǎng)和接入網(wǎng)兩大部分。目前交換網(wǎng)大多采 用a t m 技術(shù)的光纖網(wǎng)，a t m 網(wǎng)能夠支持具有突發(fā)性的可變比特率的業(yè)務(wù)， 在圖象通信方面具有這樣的優(yōu)勢：穩(wěn)定的圖象質(zhì)量、以及通過不同的優(yōu)先等 級以有限的帶寬提供更好的圖象質(zhì)量。接入網(wǎng)是連接用戶和交換網(wǎng)的那一段， 接入網(wǎng)可以分為f t t c 、a d s l 、h f c 、l a n 、w a n 等等多種方式。 用戶終端可以有多種，如提供計(jì)算機(jī)采用瀏覽器方式實(shí)現(xiàn)v o d 、利用電 視機(jī)加機(jī)頂盒方式實(shí)現(xiàn)v o d 等等。 在v o d 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件是服務(wù)器多媒體視頻服務(wù)器。視 頻服務(wù)器不象數(shù)據(jù)服務(wù)器，它需要傳送連續(xù)的、不間斷的信息流。這對任一 系統(tǒng)的吞吐量都提出了嚴(yán)格限制。多媒體視頻服務(wù)器結(jié)構(gòu)必須優(yōu)化，以得到 整個路徑即從在磁盤上的源到網(wǎng)絡(luò)上的a t m 包上穩(wěn)定的視頻和音頻、或者在 礤網(wǎng)上的穩(wěn)定的視頻和音頻。 通常認(rèn)為視頻分散在幾個不同的驅(qū)動器上會使存取更有效。換句話說， 信息小包分散在幾個驅(qū)動器上，使每個驅(qū)動器的利用率達(dá)到最高。這些驅(qū)動 器通過不同的總線結(jié)構(gòu)連接在一起。低檔的p c 機(jī)只能以低于5 m b s 的速率 傳送視頻，這對有效的多用戶可用性是不夠的。而對高檔的p c 機(jī)，每秒可通 過總線發(fā)送大約l g b 。 多媒體視頻服務(wù)器必須能夠提供可靠的視頻服務(wù)，以及和市場需求一致 的費(fèi)用。內(nèi)存和外存是構(gòu)成點(diǎn)播電視費(fèi)用的絕大部分。未經(jīng)壓縮的兩小時的 影片大約會占用1 0 0 g b 的存儲空間。因而，欲使存儲器費(fèi)用和傳輸費(fèi)用可以 接受，其關(guān)鍵就是利用壓縮方案把文件縮小，使每部影片在1 5 g b 2 g b 之 間，其壓縮因子和相應(yīng)的費(fèi)用減少5 0 9 9 。 由于影片極占內(nèi)存而用戶需求不同，所以必須采用不同的存儲機(jī)制。存 儲子系統(tǒng)費(fèi)用依次降低的次序?yàn)椋簉 a m 、硬盤和磁帶、最常用的服務(wù)器存儲 共5 9 頁第1 3 頁 一k 海交通大學(xué)工程碩士論文 方式是硬盤，其價格在過去，l 年里已顯著下降。智能化磁帶庫用于存儲不太 流行的視頻節(jié)目。r a m 是服務(wù)器系統(tǒng)中必不可少的部分，它可以作為視頻和 音頻穩(wěn)定緩沖器，在磁盤尋址、重校和糾錯時容納必須的節(jié)目資料。視頻磁 盤需要非常少的r a m 存儲，因?yàn)樗鼈儽辉O(shè)計(jì)得能產(chǎn)生穩(wěn)定的視頻和音頻數(shù)據(jù) 流。 目前已為v o d 開發(fā)了三種基本的視頻服務(wù)器結(jié)構(gòu)，包括：通用主機(jī)方式、 緊耦合多處理器方法、專門設(shè)計(jì)的多線程視頻服務(wù)器，也稱“調(diào)諧視頻服務(wù)器” 結(jié)構(gòu)。 3 2 媒體服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu) 3 2 1 多媒體服務(wù)器的邏輯結(jié)構(gòu) 多媒體服務(wù)器也稱為視頻服務(wù)器( v i d e os e l w e r ) ，媒體服務(wù)器( m e d i a s e r 、，e r ) 。媒體服務(wù)器不同于別的服務(wù)器，因?yàn)橐写笕萘康拇鎯秃芨叩?通信量。大型機(jī)可以用作媒體服務(wù)器，但這種方式實(shí)現(xiàn)代價太高。在服務(wù)器 設(shè)計(jì)方面，視頻選擇和分發(fā)設(shè)計(jì)對降低成本和提高性能和可靠性很重要。服 務(wù)器既要能對電影、音樂、交互式游戲和軟件等提供隨機(jī)、實(shí)時訪問，也必 須能對在線媒體的順序、分批訪問，如磁帶和磁盤上的數(shù)字化電影。另一個 主要問題是如何把節(jié)目分布在合適的存儲媒體( 內(nèi)存或物理媒介) 上，使用 戶數(shù)達(dá)到最大。對于服務(wù)器的應(yīng)用軟件和視頻存儲要有很好的故障恢復(fù)功能， 在服務(wù)器中必須能引進(jìn)新的服務(wù)器，而不必有網(wǎng)絡(luò)或軟件上的修改，并且當(dāng) 系統(tǒng)在運(yùn)作時，服務(wù)器必須是可替代的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)崩潰或發(fā)生部件故障時，服 務(wù)器應(yīng)提供冗余備份，以便在這種情況下不影響系統(tǒng)運(yùn)作的故障恢復(fù)。v o d 服務(wù)器包括基于多處理器視頻數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件和硬件。 ( 1 ) 節(jié)目服務(wù)器組 服務(wù)器是一個計(jì)算、存儲和通訊設(shè)備的集合，它實(shí)現(xiàn)把交互式視頻服務(wù) 器提供給用戶的功能。服務(wù)器和服務(wù)之間沒有一一對應(yīng)關(guān)系，一種服務(wù)可能 要求有多個服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)，或者一個服務(wù)器實(shí)現(xiàn)不止一種服務(wù)。不是所有的 服務(wù)器都直接把服務(wù)提供給用戶，有些服務(wù)就是器就是為別的服務(wù)器服務(wù)的。 例如記帳。這種平臺支持兩大類服務(wù)：節(jié)目服務(wù)器直接把服務(wù)提供給用戶， 共5 9 頁第1 4 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 支撐服務(wù)器只為別的服務(wù)器提供服務(wù)。 大規(guī)模節(jié)目服務(wù)器的通用結(jié)構(gòu)如圖3 - 3 所示，服務(wù)器簇的所有子系統(tǒng)通過 一臺局部高寬帶a t m 交換機(jī)連接起來。這種結(jié)構(gòu)有能力支持容量逐漸增加的 服務(wù)器。并提供各種部件之間的隔離。在服務(wù)器予系統(tǒng)之間用標(biāo)準(zhǔn)的 s o n e t a t m 連接，使各個部件在物理上分散，如若需要的話，可遠(yuǎn)距離分 布。 小規(guī)模服務(wù)器可通過線路把其中一些或所有的子系統(tǒng)組合到一臺機(jī)器 上，特別是象網(wǎng)關(guān)服務(wù)囂等小型節(jié)目服務(wù)器，可以僅由一個工作站級別的計(jì) 算機(jī)帶上磁盤組成。 l 存儲子系統(tǒng)l a t m s o n _ e t i 應(yīng)用處理囂f _ 一 a t m 到分布網(wǎng)絡(luò) 交換機(jī) i 媒體組成予系統(tǒng)l 瑚e b i 玉q 瞰零 a t m s o n e t o a m p 子系統(tǒng)卜叫 圖3 - 3 多路節(jié)目服務(wù)器的結(jié)構(gòu) 服務(wù)器的存儲子系統(tǒng)包括多種媒體元素，不同的服務(wù)器組可以組合采用 磁帶、磁盤和半導(dǎo)體動態(tài)存儲器( d r a m ) 等存儲技術(shù)，從而滿足支持特定 應(yīng)用的容量和延時要求，以層次結(jié)構(gòu)使用這些存儲技術(shù)，可以優(yōu)化性能價格 比。 應(yīng)用處理器支持執(zhí)行高交互性節(jié)目( 應(yīng)用) ，并且一般是大規(guī)模對稱多處 理器結(jié)構(gòu)。某個服務(wù)器簇處理器的數(shù)目由基于主機(jī)的應(yīng)用需求確定。交互應(yīng) 用處理器和存儲子系統(tǒng)，可以處理各種媒體元素到用戶的終端設(shè)備的輸出， 或到媒體部件子系統(tǒng)。操作、管理、維護(hù)和供應(yīng)子系統(tǒng)( o a m p q ) 提供種種 方式，以監(jiān)控并管理本地或遠(yuǎn)程服務(wù)器簇的所有元素部件，另外，它提供交 共5 9 頁第1 5 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 易數(shù)據(jù)以驅(qū)動記帳系統(tǒng)。 媒體組成子系統(tǒng)，接受來自存儲子系統(tǒng)的媒體元素，附帶來自應(yīng)用處理 器的控制命令，創(chuàng)建單個機(jī)頂盒所需單個壓縮的音頻視頻流，在機(jī)頂盒中動 態(tài)共享媒體合成子系統(tǒng)的工具。 ( 2 ) 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器 在v o d 平臺中，有一類特殊的節(jié)目服務(wù)器：提供導(dǎo)航和別的功能以支持 用戶的服務(wù)選擇，并支持用戶和服務(wù)提供者的連接。這些服務(wù)器彈出有效服 務(wù)“菜單”( 電影點(diǎn)播、家庭購物，廣播電視) ，提供者接受用戶的選擇，再 把這些控制轉(zhuǎn)送到提供選中的服務(wù)器或服務(wù)提供者。這利，轉(zhuǎn)送通過改變機(jī)頂 盒的a t m 虛擬路徑映射來實(shí)現(xiàn)。 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的視覺感觀和導(dǎo)航主題完全可以編程改進(jìn)，高檔的交互式媒 體服務(wù)器用作網(wǎng)關(guān)能演示非常豐富的全動音頻視頻界面或者一個低檔的系統(tǒng) 能夠提供簡單的、基于文本的菜單。網(wǎng)關(guān)服務(wù)器使得接入網(wǎng)操作員能控制系 統(tǒng)的項(xiàng)級“感觀”。 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器用來實(shí)現(xiàn)f c c 對l e c 的視頻撥號( v d t ) 管理所需的一級和 二級網(wǎng)關(guān)。當(dāng)開始一個會話時( 如打開電視機(jī)) ，用戶連接到一級網(wǎng)關(guān)，通過 這個餓網(wǎng)關(guān)，用戶可以選擇一個服務(wù)提供者，或是對此系統(tǒng)中有效的服務(wù)打 包列表。選擇了服務(wù)提供者后，用戶將連到服務(wù)供應(yīng)者或服務(wù)打包者的二級 網(wǎng)關(guān)，再從中選擇特定的服務(wù)。這種結(jié)構(gòu)的目的是使所有的服務(wù)提供者能以 一致的接口連到用戶接入網(wǎng)。 3 2 2 多媒體服務(wù)器的物理結(jié)構(gòu) 為了實(shí)現(xiàn)對多媒體數(shù)據(jù)的共享存取，媒體服務(wù)器需要控制三種體系結(jié)構(gòu)部 件：大容量的連續(xù)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和通訊，實(shí)時接受用戶發(fā)來的 數(shù)據(jù)并向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)字媒體服務(wù)器可以增加、刪除、編輯存儲的多媒 體內(nèi)容，也能讓多個用戶同時訪問相同媒體設(shè)備。在信息提供者這一級里， 基本的媒體服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)由c p u 、大容量存儲和a t m 網(wǎng)卡組成，如圖3 - 4 所示。 ( 1 ) r a i d 硬盤陣列 共5 9 頁第1 6 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 硬盤陣列一般基于r a i d ( 廉價冗余磁盤陣列) 。視頻節(jié)目以m p e g 的壓縮格 式存儲，對m p e g 1 ，要有1 - 2 m b i t s 的傳輸率；對m p e g 2 要有2 - 2 0 m b i t s 的傳輸速率。在檢索到硬盤數(shù)據(jù)后，通過網(wǎng)絡(luò)以高于實(shí)時解壓縮和演播的速 率發(fā)送到機(jī)頂盒，這意味著可以同時發(fā)送一組視頻段。例如，一個6 0 s 的 m p e g 1 壓縮視頻段以1 。5 m b i t s 的速率傳輸要9 0 m b i t 的存儲，這段數(shù)據(jù) 在比實(shí)時速率快1 0 0 倍的1 5 0 m b i t s 的傳輸 率可以按0 。5 s 的間隔劃分。然而，若以m p e g 2 技術(shù)提供高清晰度的視頻， 這種要求對媒體服務(wù)器而言就變得很苛刻了，需要大型的超級服務(wù)器同時服 務(wù)上千個用戶。所以服務(wù)器必須有一個很大的交換容量，同時把來自磁盤的 數(shù)據(jù)連接到任一輸出通道。一種解決方案是基于大規(guī)模并行處理的超級服務(wù) 器，能提供很高i o 的帶寬。 磁盤存儲器 圖3 4 數(shù)字多媒體服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu) ( 2 ) 局部存儲需求 這種媒體服務(wù)器用于局部用戶群結(jié)點(diǎn)的信息提供者，對i o 的要求相對寬 松些，由此，對服務(wù)器的性能要求也寬松些，例如，對一個要求1 6 m b i t s 傳 輸?shù)母咔逦纫曨l需求，1 0 0 m i n 的電影要1 2 g b 的存儲空間，對1 0 0 0 個用 共5 9 頁第1 7 頁 上：海交通大學(xué)工程碩。i ：論文 戶的結(jié)點(diǎn)來說，1 0 0 0 個不同的視頻要1 2 t b 的存儲空間。如圖3 - 4 所示，假 定有i o o g b 的硬盤，要t 2 0 個這樣的陣列，再考慮到傳送帶寬，雖然光纖網(wǎng) 已達(dá)到數(shù)十吉位每秒的帶寬，也不見得有多寬裕。 另外，還有硬盤讀取速率這個瓶頸，如果每個磁盤通道能達(dá)到1 6 m b i t s 的讀寫速率，1 2 0 磁盤僅能達(dá)到1 9 2 g b l t s ，僅有1 2 0 個用戶能同時收看高 清 晰度電視的視頻點(diǎn)播。要增加同時點(diǎn)看節(jié)目的用戶數(shù)，可有三個選擇： 增加磁盤數(shù)目，可增加i o 的通信量； 不用1 6 m b i t s 的高清晰度電影，而用3 - 6 m b l t s 的m p e g - 2 電 影。 增加v o d 系統(tǒng)的容量，如分段和多路廣播技術(shù)等。 3 2 3 媒體服務(wù)器的技術(shù)指標(biāo)要求 一臺工作站檔次的服務(wù)器僅能支持幾十個并發(fā)視頻流，因?yàn)榫薮蟮木W(wǎng)絡(luò) 負(fù)載，和多媒體數(shù)據(jù)內(nèi)部的復(fù)雜性，結(jié)點(diǎn)式城市服務(wù)器要求是功能更強(qiáng)大的 機(jī)器。 ( 1 ) 要有很大的存儲容量 一部2 小時m p e g 1 編碼的電影大約要1 g b 的存儲容量。m p e g 一1 要求 的最小播速度是1 。5 m b i t s 。m p e g ，2 標(biāo)準(zhǔn)采用最流行的n t s c 制式的全動 視頻應(yīng)用，要求的最小播放速率是4 m b i t s 。所以，一部2 小時m p e g - 2 編 碼的電影，有近3 。5 g b 的存儲容量，壓縮的高清晰度電視質(zhì)量的視頻甚至 要有更大的容量，故此，服務(wù)器至少應(yīng)當(dāng)能存儲數(shù)百g b 的數(shù)據(jù)。 ( 2 ) 存儲大量的節(jié)目 如果一臺結(jié)點(diǎn)服務(wù)器能支持1 0 0 個家庭，每個都要求能獨(dú)立控制，它至 少應(yīng)當(dāng)能同時存儲1 0 0 部不同的節(jié)目。如果一臺服務(wù)器僅能存儲幾部節(jié)目， 就需要從遠(yuǎn)程服務(wù)器中下載節(jié)目，費(fèi)用很高，用戶也將承受更多的反應(yīng)、等 待時間。 ( 3 ) 支持最大的流數(shù) 莛5 9 頁第1 8 頁 l 海交通大學(xué)工程碩i ：論文 一臺服務(wù)器能同時支持的流的數(shù)目越多。它能服務(wù)的用戶數(shù)也越大。當(dāng) 多個用戶點(diǎn)看相同的節(jié)目，服務(wù)器要用各種緩沖優(yōu)化方法。因此，服務(wù)器能 同時提供的流的數(shù)目是很重要的性能。 ( 4 ) 以最小的反應(yīng)時間分發(fā) 點(diǎn)播服務(wù)成功的一個決定性因素是用戶忍受的等待時間。用戶在節(jié)目開 始時可以忍受較長的反應(yīng)時問，但重新開始一部暫停的節(jié)目卻不能讓他們等 待的時間太長。同樣，在平均情況和最壞情況下，反應(yīng)時間的差別不應(yīng)該太 大。 ( 4 ) 滿足要求的服務(wù)質(zhì)量 用戶要求的服務(wù)質(zhì)量影響服務(wù)器資源的使用，例如，一個家庭看一部影 片時，偶然丟失幾幀并不會介意。而一個醫(yī)學(xué)工作者觀看一部打開心臟手術(shù) 的錄象時，對回放要求絕對保真。服務(wù)器應(yīng)當(dāng)能滿足金字塔式不同的服務(wù)質(zhì) 量要求。 ( 5 ) 處理實(shí)時和非實(shí)時的通訊 高性能多媒體服務(wù)器最主要的功能是能支持多個并發(fā)的實(shí)時數(shù)據(jù)流。然 而，它也要提供非實(shí)時的數(shù)據(jù)要求。從衛(wèi)星和遠(yuǎn)程服務(wù)器中下載新節(jié)目時會 碰到這種情況，還有計(jì)算記帳、統(tǒng)計(jì)和智能個人代理通訊時也會遇到。 ( 6 ) 提供可靠性和有效性 和其它的服務(wù)器一樣，多媒體服務(wù)器也必須是可靠的。當(dāng)一臺服務(wù)器處 理的服務(wù)器負(fù)荷增加時，保證可靠性的困難也隨之增加。服務(wù)器還必須使用 特殊的軟、硬件機(jī)制對傳輸數(shù)據(jù)提供容錯。因?yàn)橛脩舻囊笫遣煌降模?以在任何時候到達(dá)，所以服務(wù)器也必須有最小的下行時間。 ( 7 ) 提供快速信號處理 在存儲之前，服務(wù)器要壓縮視頻及影象數(shù)據(jù)，并對音頻數(shù)據(jù)編碼。因此， 這也要求有復(fù)雜的浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，及壓縮和信號處理的特殊硬件a 要滿足這些要求，入們很自然地想到商性能的計(jì)算機(jī)，它們由多個處理 器組成，并由內(nèi)部高速互聯(lián)網(wǎng)相連起來。然而，并行計(jì)算機(jī)必須克服兩個障 礙： 第一、它們的技術(shù)復(fù)雜，相對于p c 機(jī)而言，用戶群較小，使用并行計(jì)算 共5 9 頁第1 9 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 機(jī)價格高。 第二、在并行計(jì)算機(jī)中，i o 組成了一個嚴(yán)重的瓶頸。大多數(shù)并行計(jì)算機(jī) 集中在減少類似科學(xué)計(jì)算的處理時間上，提高處理效率，所以，重點(diǎn)是執(zhí)行 快速算法和執(zhí)行矢量運(yùn)算。然而，多媒體應(yīng)用要求快速檢索和保證實(shí)時性， 所以，這些計(jì)算機(jī)必須能為快速i o 而優(yōu)化。 3 3 機(jī)項(xiàng)盒( 用戶端設(shè)備) 從v o d 實(shí)驗(yàn)研究開始，典型的用戶端設(shè)備是以一種盒子的形式放在電視 機(jī)上( 流行的名字稱為“機(jī)頂盒”s t b ，s e tt o pb o x ) 。要與全服務(wù)網(wǎng)提供 的個人化、可點(diǎn)播的多媒體服務(wù)交互，用戶需要一個設(shè)備，而最可能的數(shù)字 有線終端設(shè)備就是機(jī)頂盒。機(jī)頂盒是用戶的演播設(shè)備、外設(shè)輸入設(shè)備和一個 數(shù)模通訊頻道的橋梁，此通道把機(jī)項(xiàng)盒連到服務(wù)提供者的信息基礎(chǔ)設(shè)施上。 3 3 1 機(jī)頂盒的功能 機(jī)頂盒的有些功能是最小要求，提供給標(biāo)準(zhǔn)的電視網(wǎng)和交互點(diǎn)播。另一 些功能類似于網(wǎng)絡(luò)多媒體p c 機(jī)所提供的功能，表3 1 是一個機(jī)頂盒的功能 表。 表3 - 1v o d 機(jī)頂盒的功能 功能要求可選 下載應(yīng)用和數(shù)據(jù)的能力 可尋址性 模擬視頻和音頻輸出 外設(shè)控制能力 用于連續(xù)回放而需存儲兩個視頻楨( m p e g ) 的能力 用于用戶接口和應(yīng)用的圖形 高速數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器 m p e g - 2 或相似的解碼器 處理能力 安全性及存取性控制 共5 9 頁第2 0 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 3 3 2 機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu) 圖3 - 5 所示是一種建議的機(jī)頂盒體系結(jié)構(gòu) 圖3 - 5 建議的機(jī)項(xiàng)盒硬件體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)接口：作為一種選項(xiàng)，加進(jìn)安全性服務(wù)，包括永久性和可續(xù)的安全 性( 永久性的安全性是指像一塊加在機(jī)頂盒電路板中的芯片，帶有硬件的加 密、解密?？衫m(xù)的安全性是指可升級的設(shè)備，像插入機(jī)頂盒插槽的可編程的 卡。 數(shù)字頻道調(diào)制成模擬頻道，而且數(shù)字傳輸流在解調(diào)后從模擬頻道中抽取 出來。網(wǎng)絡(luò)接口也要加安全性服務(wù)?；叵蛲ǖ腊褦?shù)據(jù)發(fā)送到前端、網(wǎng)關(guān)和服 共5 9 頁第2 1 頁 上海交通大學(xué)工程碩士論文 務(wù)器，再到別的用戶的機(jī)頂盒要有一個低數(shù)據(jù)率的通道用于基本導(dǎo)航和服務(wù) 選擇。對稱的速率通道范圍十分有限，它以此支持雙向的視頻通訊。 處理子系統(tǒng)運(yùn)行一個小的實(shí)時的操作系統(tǒng)以管理資源和機(jī)頂盒的活動。 系統(tǒng)r o m 包括啟動代碼和基本操作系統(tǒng)的服務(wù)，而d r a m 用于操作系統(tǒng)、 應(yīng)用和數(shù)據(jù)的共享。外設(shè)控制子系統(tǒng)使用戶能把外設(shè)連到機(jī)頂盒。外設(shè)包括 打印機(jī)、c d - r o m 、和用于存儲的磁盤，數(shù)字視頻錄象機(jī)、游戲控制棒和紅 外遙控器。 視頻子系統(tǒng)把一m p e g 1 ，m p e g 2 ，等形式壓縮的視頻流解壓縮。 圖形子系統(tǒng)提供用戶接口元素，用于導(dǎo)航和演示。另外，此系統(tǒng)提供對 二維或三維圖形應(yīng)用的加速，例如視頻游戲。 音頻子系統(tǒng)對相應(yīng)于視頻流的音頻解碼，并以m i d 形式和波表合成產(chǎn)生 局部音頻，以配合別的應(yīng)用和游戲。此予系統(tǒng)的可選項(xiàng)能得到高保真的數(shù)字 音頻。 3 3 3 機(jī)頂盒的軟件體系結(jié)構(gòu)