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

上海交通大學工程碩士論文 摘要 隨著社會的進步和人民生活水平的提高，以及i n t e m e t 的普及和 計算機技術(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)的關鍵應用視頻點播就成為研究的熱點。 如何合理地、經(jīng)濟地實現(xiàn)智能小區(qū)里的視頻點播系統(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 視頻點播的體系結(jié)構(gòu)以及所涉及的相關技術(shù)問題。第四部分提出了 智能小區(qū)視頻點播系統(tǒng)的設計及其實現(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)視頻點播系統(tǒng)的實現(xiàn) 方案。充分考慮了本課題的實際要求以及先進性、可靠性、經(jīng)濟性 等方面的因素，在方案的設計上提出了采用分布式層次結(jié)構(gòu)的設計 思想。同時采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，將視頻服務器的功能分布到網(wǎng)絡 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 服務質(zhì)量。 本實現(xiàn)方案已在部分智能小區(qū)中使用，其功能和性能達到用戶 的要求。 關鍵詞：視頻點播、視頻服務器、多播、i p t v 上海交通大學工程碩士論文 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 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所里交的學位論文，是本人在導師的指導下， 獨立進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的個人和集體，均已在文中以明確方式 標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 學位論文作者簽名：筮勿汗 丫v 詈 日期：枷c 疋年月文文日 上海交通大學 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定， 同意學校保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子 版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學可以將本學位 論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、 縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 保密彤在三年解密后適用本授權(quán)書。 本學位論文屬于 不保密口。 ( 請在以上方框內(nèi)打“”) 學位論文作者簽名： 鎣扔薩 乒”r 1 日期：a 文年月d a 日 指導教師簽名： 嶠：。b 日期：函、1 年1 月1 l 日 上海交通大學工程碩士論文 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，即電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和計算機 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 進了三大網(wǎng)絡的有機融合，從而實現(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)展推進了智能建筑由智能大廈( i b ) 走向智能住宅小區(qū)， 進而走進家庭( 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。早在幾年前美 國以及歐洲和東南亞等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家先后提出了智能住宅( s m a r t h o m e ) 的概念，其實現(xiàn)目標就是：“將家庭中各種與信息相關的通訊設備， 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)上進行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭服務性管理，并保持這些家庭 設施與住宅環(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)代計算機網(wǎng)絡技術(shù)的基礎上，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，所實現(xiàn)的社區(qū)綜合信息網(wǎng) 絡系統(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)的應用 服務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 視頻點播系統(tǒng)則是高速公路上飛馳的一部最 搶眼的車。視頻點播是信息高速公路上的業(yè)務靈魂。 1 1 視頻點播的介紹及概念 視頻點播( 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。視頻點播，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 上海交通大學工程碩士論文 過通訊網(wǎng)的傳輸，分發(fā)到用戶終端設備_ j 二。視頻點播可以描述為一種娛樂服 務，比如當您打開電視，您可以不看廣告，不為某個節(jié)日趕時間，隨時直接 點播希望收看的內(nèi)容，就好像播放剛剛放進自己家里錄像機或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，也不需要錄像機或者v c d 。 信息技術(shù)的夢想就是通過多媒體網(wǎng)絡將視頻流按照個人的意愿送到千家萬 戶。 1 2 視頻點播的起源 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。 電訊服務的發(fā)展沿著不同的方向進展到今天，其中兩種不同的服務實現(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。就有了收費電視的實驗， 視頻會議也可看作是另一種應用。隨著新技術(shù)的發(fā)展，使人們通過對傳統(tǒng)電 話公司基礎設旆的改進，就可以在它上面?zhèn)鬏敗⒎职l(fā)娛樂服務。在視頻點播 的熱浪中，人們認為這里面蘊藏著極大的商機，因此視頻點播很快就擴散起 來。 1 3 應用 可以通過交互的程度對多媒體服務分類，例如可將視頻服務分為廣播、 付費點播、準點播、近點播和真視頻點播其中交互性是一級一級上升的。 視頻點播是最可見的交互式多媒體應用。交互式多媒體服務，象視頻點播能 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而出門，帶來很大的方便。 ( 4 ) 享受服務時，用戶可以按自己的步驟進行。 共5 9 頁第2 頁 l 海交通人學工程碩l j 論文 1 4v o i ) 標準及基本要求 在相關的標準方面已經(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準化方法。這種非對稱的方法使編 碼部分完成大量的處理，并承擔犬部分成本和時間。然而，編碼算法并沒有 標準化，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致的 困難、數(shù)據(jù)冗余等。針對符種復雜性和比特率而存在多種m p e g 標準。 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，并瞄準于先行一步的標準，使不同的系統(tǒng)間 可以互操作。標準的重要性在1 盯場領導權(quán)的競爭上體現(xiàn)得一清= 楚。在這方 面，標準的概念有著深遠的意義。在業(yè)界，作為一般用途，它是所有人必須 支持的接受模板，這樣才能達到相互運作。 對視頻點播的基本技術(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備。 ( 6 ) 一種服務的交流對話框，用戶交互控制的方法 1 5 視頻點播的發(fā)展趨勢及意義 放眼寬帶網(wǎng)絡的應用，v o d 最貼近百姓生活，視頻點播應該宣傳為一種 易于理解的應用。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 應用就是寬帶多媒體網(wǎng)絡上鼴醒目的車。如今在建設智能小區(qū)過程中， 計算機網(wǎng)絡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( 配 機頂盒) 等方式實現(xiàn)v o d 視頻點播應用，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)絡點播視頻節(jié)目。 v o d 具有廣闊的應用領域，可以廣泛應用于局域網(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 上海交通大學工程碩士論文 線電視網(wǎng)等) ，具體包括以下領域： 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； 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：飯店閉路電視點播、卡拉o k 、家庭節(jié)目點播等； 交互式教學：學校、電大、夜校等在職教育、企業(yè)內(nèi)部培訓； 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 信息資源消費者的深層需要，它徹底改變了f “播式的強制信息灌輸方式?？?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 的模式會在信息領域得到快速發(fā)展。 目前視頻點播越來越普及，本文首先通過對視頻點播所涉及的相關技術(shù) 進行研究，提出了適合智能小區(qū)的視頻點播網(wǎng)絡方案的設計及實現(xiàn)方法。 共5 9 頁第4 頁 上海交通大學工程碩一 ：論文 第二章視頻點播的發(fā)展及現(xiàn)狀 與其它應用系統(tǒng)不同，v o d 視頻點播技術(shù)并非最早應用于電信、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)。 最初應用于卡拉o k 的v o d 系統(tǒng)是”半自動”的，每個點播房間對應一臺 位于控制中心的影碟機，控制中心有操作員( 稱之為d j ) 根據(jù)用，點播請求 向影碟機中放置相應碟片，一個熟練的d j 可同時管理8 臺左右的影碟機，這 種v o d 系統(tǒng)由于要借助手工操作，穩(wěn)定性差，且當多個用戶點播同一節(jié)日時， 排隊等待時問較長。 第二代的v o d 系統(tǒng)是將所有節(jié)目放在服務器硬盤中，點播終端通過局域 網(wǎng)或有線電視同軸電纜( h f c ) 將點播請求上傳至服務器，服務器進行相應 播放。第二代v o d 系統(tǒng)未對視頻文件進行充分優(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)點播，維護量大，不適于在小區(qū)或城 域級環(huán)境中應用。 第三代的v o d 系統(tǒng)是目前最先進的，基于w e b 平臺進行設計，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行點播，基本無需維護； 由于采用了先進的機群技術(shù)，可對大規(guī)模的并發(fā)點播請求進行分布式處理， 使其能適應大型住宅小區(qū)及城域級的應用環(huán)境。 由于帶寬的限制，v o d 系統(tǒng)在電信級服務中還未得到廣泛應用，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 ) 級的視頻點播服 務( 如廣州電信、深圳電信) 。v o d 系統(tǒng)在智能小區(qū)中的應用則是方興未艾， 隨著住宅智能化進程的推進，發(fā)展商對智能小區(qū)中寬帶接入的認識也發(fā)生變 化寬帶接入從智能小區(qū)的賣點演變成智能小區(qū)不可或缺的資產(chǎn)，以v o d 視頻點播、i n t e r n e t 接入為代表的增值服務系統(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)采用當前流行的客戶服務器模型，系統(tǒng)包括視頻 服務器、節(jié)目采編工作站、網(wǎng)管服務器、v o d 終端等設備，視頻服務器通 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，網(wǎng)管服務器和v o d 終 端通過p s t n 網(wǎng)組成雙向的節(jié)目查詢和點播網(wǎng)絡，網(wǎng)管服務器是視頻服務器 和v o d 終端之間的橋梁。 在這種基于當前的有線電視網(wǎng)絡和電話網(wǎng)絡的v o d 系統(tǒng)中，節(jié)目以數(shù)字 方式存儲于視頻服務器硬盤中。視頻服務器帶有一定規(guī)模的磁盤陣列，專門 用于存放數(shù)字視頻節(jié)目，并響應網(wǎng)管服務器的節(jié)目輸出請求，將不同用戶點 共5 9 頁第6 頁 上海交通大學工程碩：l ：論文 播的多個數(shù)字節(jié)目通過特定接口和中間轉(zhuǎn)換設備如復接器、加擾器、q a m 調(diào) 制器、變頻器( 這些中間設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，負責將模擬電視節(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) 存儲到視頻服務器的磁盤陣列 中，以備用戶點播。 網(wǎng)管服務器負責維護節(jié)目索引數(shù)據(jù)庫，與客戶端通信，響應用戶點播特 定的節(jié)目，點播的交互過程完成后，網(wǎng)管服務器負責通知視頻服務器輸出節(jié) 目到c a t v 網(wǎng)中。此外網(wǎng)管服務器還負責節(jié)目點播的記費工作，通過p s t n 網(wǎng)將記費信息寫入到v o d 終端的s m a r tc a r d 中。 v o d 終端負責點播節(jié)目，通過m o d e m 連上公用電話網(wǎng)，從而實現(xiàn)和網(wǎng) 管服務器之間的節(jié)目查詢和點播的雙向通信，以家用電視機作為顯示設備顯 示點播的交互信息，解碼節(jié)目后轉(zhuǎn)換為電視圖象和音頻信號在電視機上播出。 點播的節(jié)日利用有線電視網(wǎng)的空閑頻帶進行傳輸，v o d 終端同時旁路輸 出c a b l e 信號到電視機的射頻輸入端，這樣用戶收看普通的有線電視節(jié)日一點 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) 絡三個部分組成。v o d 視頻信息中心由視頻服務器與m p e ge n c o d e r 工作站 組成，視頻服務器以1 0 0 m 快速以太網(wǎng)的方式通過網(wǎng)絡交換機接入i p 骨干網(wǎng)， 視頻服務器用于存儲視頻數(shù)據(jù)的同時為用戶提供視頻點播服務。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)化為多種標準的壓縮的數(shù) 字信號，如t d p e g - 1 或m p e g - 2 標準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)分布于一群運行n t 的p c 上。其核心部分是連接于高速網(wǎng)絡上的 個標題服務器和若干個內(nèi)容服務器。 調(diào)度服務器：調(diào)度服務器的作用是接收轉(zhuǎn)發(fā)客戶端的請求；安排內(nèi)容服 務器的數(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t 程碩，。l ：論文 置信息。調(diào)度服務器本身并不傳送視頻數(shù)據(jù)。 視頻服務器：視頻服務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)容服務器在機器型號、網(wǎng)絡接口、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)容服務器可以進一步增加系統(tǒng)容量。是存放和傳 送節(jié)目的一組服務器，個數(shù)取決于設計容量。 管理服務器：管理服務器提供管理工作站和點播終端的工作界而，也是 系統(tǒng)管理員進行管理、維護工作的p c 機。 點播終端：點播終端點播視頻節(jié)目，其上運行播放器軟件，其操作方式 類似于普通的錄象機。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)絡交換機：網(wǎng)絡交換機負責網(wǎng)絡多媒體等數(shù)據(jù)包的交換與轉(zhuǎn)發(fā)，是高 速網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心，交換速率高是保證視頻節(jié)目高畫質(zhì)的關鍵。高速網(wǎng)絡主 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，采用全交換網(wǎng)絡技術(shù)，也 可采用a t m 網(wǎng)絡技術(shù)。 圖2 2 基于l a n 的v o d 點播系統(tǒng)構(gòu)成示意圖 共5 9 頁第8 頁 l 海交通大學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 線路普及率高，對于雙向的 h f c 線路無需重新布線。 機群方式下支持大規(guī)模并發(fā) 交互式點播。 可基= 】i 二w e b ，與i n t e m e t 接 入平滑結(jié)合。 缺點 需進行結(jié)構(gòu)化布線 對于單向h f c 線路需進行 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。 點播終端 機頂盒，p c + c a b l em o d e m機頂盒，p c l 主要用戶 i 酒店、賓館4 智能小區(qū)、學校多媒體教學 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)實的解決方案。 其理由如下： 1 、v o d 系統(tǒng)運行于小區(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)基礎之上，而結(jié)構(gòu) 共5 9 頁第9 頁 上海交通大學工程碩士論文 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備，即將視頻服務器 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，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 通過各電信運營商的線路接入i n t e m e t ，在進行視頻點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，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡交 換設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)絡交換設備會出現(xiàn)在市場上。 共5 9 頁第1 0 頁 上海交通大學工程碩士論文 第三章v o d 的體系結(jié)構(gòu)及關鍵技術(shù) v o d 系統(tǒng)是一種分布的多媒體系統(tǒng)，可支持節(jié)目點播、交互式電視應用 等。它是一種媒體服務器( m e d i as e r 猿) 和網(wǎng)絡交換機的多層次結(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)絡傳送到目的 地，然后解壓縮，并在接受設備上同步演播。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)目服務器、網(wǎng)絡、用戶終端設備，節(jié)目 服務器通過由交換機和傳輸媒介組成的網(wǎng)絡和用戶終端設備相連，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；網(wǎng)絡提供者在綜合 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、用戶接入網(wǎng)、用戶終 端設備( 機頂盒加電視機或加計算機) 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、服務器、網(wǎng)絡傳輸和用戶終端幾個子系統(tǒng)，其中網(wǎng)絡傳 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 和服務器之間也由網(wǎng)絡連接，對于規(guī)模較小的v o d 網(wǎng)絡，節(jié)目制作中心和服 務器可以合并在一起。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 用的用戶界面制作，各種應用的具體節(jié)耳內(nèi)容的制作( 如遠程教育中的課程 內(nèi)容，家庭購物中的商品信息，電影點播中的電影節(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)常點播的節(jié)目可通過網(wǎng)絡存放于服務器上。 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)務的拓展。 在v o d 系統(tǒng)中，服務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)絡與服務器建立連接，用戶的申請首先 共5 9 頁第1 2 頁 上海交通大學工程碩：j ：論文 送到服務器，出服務器的業(yè)務網(wǎng)關分析用戶索要的是哪一種應用，哪一個* 目，并與用戶建立會話連接，然后服務器再從制作系統(tǒng)的存儲器上調(diào)取相應 的節(jié)目內(nèi)容，將它通過網(wǎng)絡送給用戶，因此服務器上具有與網(wǎng)絡的連接口、 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， 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，如提供計算機采用瀏覽器方式實現(xiàn)v o d 、利用電 視機加機頂盒方式實現(xiàn)v o d 等等。 在v o d 視頻點播系統(tǒng)中最關鍵的部件是服務器多媒體視頻服務器。視 頻服務器不象數(shù)據(jù)服務器，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格限制。多媒體視頻服務器結(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，每秒可通 過總線發(fā)送大約l g b 。 多媒體視頻服務器必須能夠提供可靠的視頻服務，以及和市場需求一致 的費用。內(nèi)存和外存是構(gòu)成點播電視費用的絕大部分。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，欲使存儲器費用和傳輸費用可以 接受，其關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，其壓縮因子和相應的費用減少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制。存 儲子系統(tǒng)費用依次降低的次序為：r a m 、硬盤和磁帶、最常用的服務器存儲 共5 9 頁第1 3 頁 一k 海交通大學工程碩士論文 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，因為它們被設計得能產(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器結(jié)構(gòu)，包括：通用主機方式、 緊耦合多處理器方法、專門設計的多線程視頻服務器，也稱“調(diào)諧視頻服務器” 結(jié)構(gòu)。 3 2 媒體服務器的體系結(jié)構(gòu) 3 2 1 多媒體服務器的邏輯結(jié)構(gòu) 多媒體服務器也稱為視頻服務器( v i d e os e l w e r ) ，媒體服務器( m e d i a s e r 、，e r ) 。媒體服務器不同于別的服務器，因為要有大容量的存儲和很高的 通信量。大型機可以用作媒體服務器，但這種方式實現(xiàn)代價太高。在服務器 設計方面，視頻選擇和分發(fā)設計對降低成本和提高性能和可靠性很重要。服 務器既要能對電影、音樂、交互式游戲和軟件等提供隨機、實時訪問，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)達到最大。對于服務器的應用軟件和視頻存儲要有很好的故障恢復功能， 在服務器中必須能引進新的服務器，而不必有網(wǎng)絡或軟件上的修改，并且當 系統(tǒng)在運作時，服務器必須是可替代的。當網(wǎng)絡崩潰或發(fā)生部件故障時，服 務器應提供冗余備份，以便在這種情況下不影響系統(tǒng)運作的故障恢復。v o d 服務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)目服務器組 服務器是一個計算、存儲和通訊設備的集合，它實現(xiàn)把交互式視頻服務 器提供給用戶的功能。服務器和服務之間沒有一一對應關系，一種服務可能 要求有多個服務器來實現(xiàn)，或者一個服務器實現(xiàn)不止一種服務。不是所有的 服務器都直接把服務提供給用戶，有些服務就是器就是為別的服務器服務的。 例如記帳。這種平臺支持兩大類服務：節(jié)目服務器直接把服務提供給用戶， 共5 9 頁第1 4 頁 上海交通大學工程碩士論文 支撐服務器只為別的服務器提供服務。 大規(guī)模節(jié)目服務器的通用結(jié)構(gòu)如圖3 - 3 所示，服務器簇的所有子系統(tǒng)通過 一臺局部高寬帶a t m 交換機連接起來。這種結(jié)構(gòu)有能力支持容量逐漸增加的 服務器。并提供各種部件之間的隔離。在服務器予系統(tǒng)之間用標準的 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，可遠距離分 布。 小規(guī)模服務器可通過線路把其中一些或所有的子系統(tǒng)組合到一臺機器 上，特別是象網(wǎng)關服務囂等小型節(jié)目服務器，可以僅由一個工作站級別的計 算機帶上磁盤組成。 l 存儲子系統(tǒng)l a t m s o n _ e t i 應用處理囂f _ 一 a t m 到分布網(wǎng)絡 交換機 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)目服務器的結(jié)構(gòu) 服務器的存儲子系統(tǒng)包括多種媒體元素，不同的服務器組可以組合采用 磁帶、磁盤和半導體動態(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。 應用處理器支持執(zhí)行高交互性節(jié)目( 應用) ，并且一般是大規(guī)模對稱多處 理器結(jié)構(gòu)。某個服務器簇處理器的數(shù)目由基于主機的應用需求確定。交互應 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備的輸出， 或到媒體部件子系統(tǒng)。操作、管理、維護和供應子系統(tǒng)( o a m p q ) 提供種種 方式，以監(jiān)控并管理本地或遠程服務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，附帶來自應用處理 器的控制命令，創(chuàng)建單個機頂盒所需單個壓縮的音頻視頻流，在機頂盒中動 態(tài)共享媒體合成子系統(tǒng)的工具。 ( 2 ) 網(wǎng)關服務器 在v o d 平臺中，有一類特殊的節(jié)目服務器：提供導航和別的功能以支持 用戶的服務選擇，并支持用戶和服務提供者的連接。這些服務器彈出有效服 務“菜單”( 電影點播、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器或服務提供者。這利，轉(zhuǎn)送通過改變機頂 盒的a t m 虛擬路徑映射來實現(xiàn)。 網(wǎng)關服務器的視覺感觀和導航主題完全可以編程改進，高檔的交互式媒 體服務器用作網(wǎng)關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)關服務器使得接入網(wǎng)操作員能控制系 統(tǒng)的項級“感觀”。 網(wǎng)關服務器用來實現(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。當開始一個會話時( 如打開電視機) ，用戶連接到一級網(wǎng)關，通過 這個餓網(wǎng)關，用戶可以選擇一個服務提供者，或是對此系統(tǒng)中有效的服務打 包列表。選擇了服務提供者后，用戶將連到服務供應者或服務打包者的二級 網(wǎng)關，再從中選擇特定的服務。這種結(jié)構(gòu)的目的是使所有的服務提供者能以 一致的接口連到用戶接入網(wǎng)。 3 2 2 多媒體服務器的物理結(jié)構(gòu) 為了實現(xiàn)對多媒體數(shù)據(jù)的共享存取，媒體服務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)存儲設備、網(wǎng)絡和通訊，實時接受用戶發(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備。在信息提供者這一級里， 基本的媒體服務器體系結(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)絡以高于實時解壓縮和演播的速 率發(fā)送到機頂盒，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器而言就變得很苛刻了，需要大型的超級服務器同時服 務上千個用戶。所以服務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 器，能提供很高i o 的帶寬。 磁盤存儲器 圖3 4 數(shù)字多媒體服務器的體系結(jié)構(gòu) ( 2 ) 局部存儲需求 這種媒體服務器用于局部用戶群結(jié)點的信息提供者，對i o 的要求相對寬 松些，由此，對服務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：海交通大學工程碩。i ：論文 戶的結(jié)點來說，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到1 6 m b i t s 的讀寫速率，1 2 0 磁盤僅能達到1 9 2 g b l t s ，僅有1 2 0 個用戶能同時收看高 清 晰度電視的視頻點播。要增加同時點看節(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 媒體服務器的技術(shù)指標要求 一臺工作站檔次的服務器僅能支持幾十個并發(fā)視頻流，因為巨大的網(wǎng)絡 負載，和多媒體數(shù)據(jù)內(nèi)部的復雜性，結(jié)點式城市服務器要求是功能更強大的 機器。 ( 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 標準采用最流行的n t s c 制式的全動 視頻應用，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，服務器至少應當能存儲數(shù)百g b 的數(shù)據(jù)。 ( 2 ) 存儲大量的節(jié)目 如果一臺結(jié)點服務器能支持1 0 0 個家庭，每個都要求能獨立控制，它至 少應當能同時存儲1 0 0 部不同的節(jié)目。如果一臺服務器僅能存儲幾部節(jié)目， 就需要從遠程服務器中下載節(jié)目，費用很高，用戶也將承受更多的反應、等 待時間。 ( 3 ) 支持最大的流數(shù) 莛5 9 頁第1 8 頁 l 海交通大學工程碩i ：論文 一臺服務器能同時支持的流的數(shù)目越多。它能服務的用戶數(shù)也越大。當 多個用戶點看相同的節(jié)目，服務器要用各種緩沖優(yōu)化方法。因此，服務器能 同時提供的流的數(shù)目是很重要的性能。 ( 4 ) 以最小的反應時間分發(fā) 點播服務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，反應時間的差別不應該太 大。 ( 4 ) 滿足要求的服務質(zhì)量 用戶要求的服務質(zhì)量影響服務器資源的使用，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。服務器應當能滿足金字塔式不同的服務質(zhì) 量要求。 ( 5 ) 處理實時和非實時的通訊 高性能多媒體服務器最主要的功能是能支持多個并發(fā)的實時數(shù)據(jù)流。然 而，它也要提供非實時的數(shù)據(jù)要求。從衛(wèi)星和遠程服務器中下載新節(jié)目時會 碰到這種情況，還有計算記帳、統(tǒng)計和智能個人代理通訊時也會遇到。 ( 6 ) 提供可靠性和有效性 和其它的服務器一樣，多媒體服務器也必須是可靠的。當一臺服務器處 理的服務器負荷增加時，保證可靠性的困難也隨之增加。服務器還必須使用 特殊的軟、硬件機制對傳輸數(shù)據(jù)提供容錯。因為用戶的要求是不同步的，可 以在任何時候到達，所以服務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， 這也要求有復雜的浮點數(shù)學運算，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算機，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，并行計算機必須克服兩個障 礙： 第一、它們的技術(shù)復雜，相對于p c 機而言，用戶群較小，使用并行計算 共5 9 頁第1 9 頁 上海交通大學工程碩士論文 機價格高。 第二、在并行計算機中，i o 組成了一個嚴重的瓶頸。大多數(shù)并行計算機 集中在減少類似科學計算的處理時間上，提高處理效率，所以，重點是執(zhí)行 快速算法和執(zhí)行矢量運算。然而，多媒體應用要求快速檢索和保證實時性， 所以，這些計算機必須能為快速i o 而優(yōu)化。 3 3 機項盒( 用戶端設備) 從v o d 實驗研究開始，典型的用戶端設備是以一種盒子的形式放在電視 機上( 流行的名字稱為“機頂盒”s t b ，s e tt o pb o x ) 。要與全服務網(wǎng)提供 的個人化、可點播的多媒體服務交互，用戶需要一個設備，而最可能的數(shù)字 有線終端設備就是機頂盒。機頂盒是用戶的演播設備、外設輸入設備和一個 數(shù)模通訊頻道的橋梁，此通道把機項盒連到服務提供者的信息基礎設施上。 3 3 1 機頂盒的功能 機頂盒的有些功能是最小要求，提供給標準的電視網(wǎng)和交互點播。另一 些功能類似于網(wǎng)絡多媒體p c 機所提供的功能，表3 1 是一個機頂盒的功能 表。 表3 - 1v o d 機頂盒的功能 功能要求可選 下載應用和數(shù)據(jù)的能力 可尋址性 模擬視頻和音頻輸出 外設控制能力 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 上海交通大學工程碩士論文 3 3 2 機頂盒的硬件結(jié)構(gòu) 圖3 - 5 所示是一種建議的機頂盒體系結(jié)構(gòu) 圖3 - 5 建議的機項盒硬件體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡接口：作為一種選項，加進安全性服務，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備，像插入機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)絡接口也要加安全性服務?；叵蛲ǖ腊褦?shù)據(jù)發(fā)送到前端、網(wǎng)關和服 共5 9 頁第2 1 頁 上海交通大學工程碩士論文 務器，再到別的用戶的機頂盒要有一個低數(shù)據(jù)率的通道用于基本導航和服務 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)運行一個小的實時的操作系統(tǒng)以管理資源和機頂盒的活動。 系統(tǒng)r o m 包括啟動代碼和基本操作系統(tǒng)的服務，而d r a m 用于操作系統(tǒng)、 應用和數(shù)據(jù)的共享。外設控制子系統(tǒng)使用戶能把外設連到機頂盒。外設包括 打印機、c d - r o m 、和用于存儲的磁盤，數(shù)字視頻錄象機、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，用于導航和演示。另外，此系統(tǒng)提供對 二維或三維圖形應用的加速，例如視頻游戲。 音頻子系統(tǒng)對相應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，以配合別的應用和游戲。此予系統(tǒng)的可選項能得到高保真的數(shù)字 音頻。 3 3 3 機頂盒的軟件體系結(jié)構(gòu)