i 芒l - p 。k 嬲 獨創(chuàng)性( 或創(chuàng)新性) 聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究 成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不 包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學或其他 教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任 何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。 本人簽名： 士毫盜金 日期：理鯉。互。! 關于論文使用授權(quán)的說明 學位論文作者完全了解北京郵電大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即： 研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬北京郵電大學。學校有權(quán)保 留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤，允許學位論文被查閱和借 閱；學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它 復制手段保存、匯編學位論文。( 保密的學位論文在解密后遵守此規(guī)定) 保密論文注釋：本學位論文屬于保密在一年解密后適用本授權(quán)書。非保密論 文注釋：本學位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。 本人簽名：趣羞數(shù)日期：型芝，之! 篁 導師簽名：3 毛真厶盔二 日期：五吐艮五一 p t 一 ， 。0 飛 i p t v 機頂盒高清播放器的研究 摘要 隨著科技的進步，傳統(tǒng)的電視用戶越來越不再滿足于電視業(yè)務的 單向廣播模式，希望在電視上實現(xiàn)雙向交互功能，并且，通過交互通 信，運營商也能夠及時的得知用戶的需求，更好地改善業(yè)務運營。 i p t v ( i n t e m e tp r o t o c o lt v ) 的出現(xiàn)，使這種愿望變成可能。i p t v 主 要是以網(wǎng)絡機頂盒作為用戶終端，以電視機為顯示設備，以寬帶為主 要傳輸網(wǎng)絡，為用戶提供多媒體信息服務。隨著寬帶網(wǎng)絡和視頻壓縮 技術的迅速發(fā)展，寬帶視頻業(yè)務將是運營商關心的新增長點，用戶對 視頻畫面質(zhì)量的要求也逐漸提高，因此高清與i p t v 結(jié)合必將成為當 前寬帶網(wǎng)絡上最具發(fā)展?jié)摿?、最具盈利前景的寬帶增值應用熱點之 o 媒體播放器是i p t v 終端機頂盒的關鍵軟件模塊，主要完成i p t v 的流媒體業(yè)務和其他應用業(yè)務的圖形及伴音展示。本課題主要對 i p t v 機項盒高清播放器進行了研究工作。 本文對i p t v 的體系架構(gòu)和i p t v 機頂盒進行了介紹，通過對目 前的機頂盒播放器的實現(xiàn)方案進行分析和比較，最終選擇了基于 s t 7 1 0 9 硬件平臺的高清h 2 6 4 v c l 單片解決方案，并搭建了底層開 發(fā)環(huán)境，包括操作系統(tǒng)內(nèi)核的裁剪和編譯、網(wǎng)絡文件系統(tǒng)和串口通信 軟件的安裝和配置以及s t a p i 的編譯。在充分考慮軟件結(jié)構(gòu)的健壯 性、可移植性以及可擴展性的情況下，設計和實現(xiàn)了i p t v 機頂盒播 放器的軟件系統(tǒng)，并對其組成模塊進行了功能設計和實現(xiàn)。最后，對 i p t v 機頂盒高清播放器軟件系統(tǒng)進行了功z 日, 匕p _ , 伙、 l i h u l 試，結(jié)果顯示該機頂 盒高清播放器功能穩(wěn)定可靠，達到了預期的設計目標。另外，由于 s t 7 1 0 9 是意法半導體公司的單芯片解決方案，該公司的各款機頂盒 i c 芯片在業(yè)內(nèi)使用范圍比較廣泛，因此在i p t v 快速發(fā)展的今天，本 文所研究的播放器具有較強的實用意義。 關鍵字：i p t v ，機頂盒，播放器，s t 7 1 0 9 r - o ， ，1 r e s e a r c ho fh i g h d e f i n i t i o np l a y e ro f i p t vs e t t o pb o x a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y , t h et r a d i t i o n a lt va u d i e n c ei sn o l o n g e rs a t i s f i e dw i t ht h eo n e - t o a ub r o a d c a s tm o d eo f t h et r a d i t i o n a lt v s e r v i c ea n dh o l d sa ni n c r e a s i n gh o p eo ft h ei n t e r a c t i v ef u n c t i o no ft h e s e r v i c e a n d ，i nt h ei n t e r a c t i v ec o m m u n i c a t i o n ，s e r v i c ep r o v i d e r sc a n r e c e i v et h eu s e r sn e e d si nt i m ea n di m p r o v et h e i rs e r v i c eo p e r a t i o n i p t v ( i n t e m e tp r o t o c o lt v ) c a nm a k et h ew i s hc o m et r u e i p t vi s a t e c h n o l o g y w h i c h s u p p l i e s m u l t i m e d i ai n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，u s i n g n e t w o r ks e t t o p b o xa st h em a i nt e r m i n a l s ，t va sd i s p l a yd e v i c e sa n d b o a r db a n da sm a i nt r a n s p o r tn e t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fv i d e o c o m p r e s s i o nt e c h n o l o g y , b o a r d b a n dv i d e ob u s i n e s sw i l lb ean e wg r o w t h p o i n tf o rt h eo p e r a t o r s ，a n dt h ec o m m a n d so f u s e r sg r o wm o r ea n dm o r e t h e nw i t ht h ei n t e g r a t i o no ft h eh i g hd e f i n i t i o na n di p t vt h em a r k e to f h di p t vi sb e c o m i n gb i g g e ra n db i g g e r t h ep l a y e ro fi p t vs e t t o pb o xi sa nv e r yi m p o r t a n ts o f t w a r em o d u l e o fi p t vs e t t o pb o x ，a n di tp l a y st h eg r a p h i c sa n dt h es o u n d t h ep a p e r h a sd o n er e s e a r c h e so nt h eh i g h d e f i n i t i o np l a y e ro fi p t vs e t t o pb o x t h i sp a p e rf i r s t l yg i v e sa l li n t r o d u c t i o nt ot h ei p t vs y s t e ms t r u c t u r e a n di p t vs e t - t o p b o x ，t h e nc o m p a r e ss e v e r a ls o l u t i o n so ft h ep l a y e ro f i p t vs e t t o pb o xa n df i n a l l yt h i sp a p e ra d o p t st h es o l u t i o nb a s e do n s t b 710 9h 2 6 4 v c1h i g hd e f i n i t i o ns i n g l ec h i pa st h eh a r d w a r ep l a t f o r m o fi p t vs e t t o pb o x a n dt h ep a p e l a l s ob u i l d su pe n v i r o n m e n ti nt h e s t b ，i n c l u d i n gc u t t i n gt h ek e r n e l ，c o n f i g u r i n gt h en e t w o r kf i l es y s t e m a n ds e r i a lp o r t ，c o m p i l i n gt h es t a p ia n ds oo n f u l l yc o n s i d e r i n gt h e r o b u s t n e s s ，p o r t a b i l i t ya n de x t e n s i b i l i t yo ft h es o f t w a r es t r u c t u r e ，t h i s p a p e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t sah i 曲一d e f i n i t i o np l a y e ro fi p t vs e t t o p b o xs o f t w a r es y s t e ma n dd e s c r i b e so ft h ed e s i g no fi t sm o d u l e s l a s t l y , t h ef u n c t i o n a lt e s ti sa c c o m p l i s h e d t h er e s u l to ft h et e s td e m o n s t r a t e st h e f u n c t i o no ft h eh i g h d e f i n i t i o np l a y e ro fi p t vs e t t o pb o xi ss t a b l ea n d r e l i a b l e ，w h i c ha c h i e v e st h ee x p e c t e do b j e c t i v eo ft h ed e s i g n b e s i d e s ， s t 710 9i st h es i n g l ec h i ps o l u t i o no fs t m i c r o e l e t r o n i c sw h o s es e t t o p b o xi cc h i p sa r ew i d e l yu s e di n s i d et h i sa r e a c o n s e q u e n t l y , i nv i e wo f t h er a p i dg r o w t ho f ft h ei p t v i n d u s t r y , t h ep l a y e rr e s e a r c h e di nt h ep a p e r p o s s e s s e sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：i p t v , s e t - t o pb o x ，p l a y e r , s t 7 10 9 ， ，鋱 一 廣 目錄 第一章概述1 1 1 課題背景和意義1 1 2 論文主要內(nèi)容和工作2 1 2 1 研發(fā)內(nèi)容2 1 2 2 主要工作2 1 3 論文組織結(jié)構(gòu)。3 第二章基本理論與關鍵技術4 2 1 口t v 概述4 2 1 1i p t v 體系架構(gòu)4 2 1 2i p t v 機項盒7 2 2 嵌入式系統(tǒng)概述8 2 3 音視頻編碼標準9 2 3 1 音頻編碼9 2 3 2 視頻編碼10 2 4 流媒體協(xié)議1 2 第三章i p t v 機頂盒高清播放器底層環(huán)境搭建。1 5 3 1 嵌入式開發(fā)環(huán)境l5 3 1 1 硬件平臺s t 7 1 0 9 1 5 3 1 2 操作系統(tǒng)s t l i n u x 16 3 1 3 中間件st a p i 1 6 3 2 內(nèi)核的裁剪與編譯17 3 3s t a p i 的編譯18 3 4 設置網(wǎng)絡文件系統(tǒng)n f s 1 9 3 5 安裝串口通信軟件k e r m i t 2 0 3 6 本章小結(jié)2 1 第四章i p t v 機頂盒高清播放器方案選擇與設計2 2 4 1i p t v 機頂盒高清播放器基本功能2 2 4 2i p t v 機頂盒高清播放器底層方案選擇2 3 4 2 1 系統(tǒng)方案現(xiàn)狀2 3 4 2 2 系統(tǒng)方案確定2 6 4 3 口t v 機頂盒高清播放器總體設計2 7 4 4 本章小結(jié)2 9 第五章i p t v 機頂盒高清播放器關鍵模塊的實現(xiàn)3 0 5 1 數(shù)據(jù)的接收和預處理模塊3 0 5 1 1 數(shù)據(jù)的接收3 0 5 1 2 數(shù)據(jù)的預處理3 2 5 1 3 多媒體同步3 3 5 2 解碼和顯示模塊3 7 5 2 1 視頻解碼3 7 5 2 2 音頻解碼3 8 5 2 。3 視頻顯示3 9 5 3 解碼顯示的總流程4 2 5 3 1s t a p i 系統(tǒng)實際應用4 2 5 3 2s t a p i 的基本調(diào)用4 3 5 3 3 視音頻解碼顯示總流程4 4 5 4 播放器軟件的交叉編譯4 5 5 4 1 交叉編譯介紹4 5 5 4 2 交叉編譯的實現(xiàn)4 6 5 5 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析4 8 5 5 1 測試環(huán)境4 8 5 5 2 顯示效果4 8 5 5 3 性能分析4 9 5 6 本章小結(jié)5 0 第六章總結(jié)與展望5 1 6 1 總結(jié)5 1 6 2 展望5 1 參考文獻5 3 致謝。5 4 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄。5 5 l i 聲 ，簪、 文i p t v 機頂盒高清播放器的研究 1 1 課題背景和意義 第一章概述 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和視音頻壓縮技術的快速發(fā)展，人們已經(jīng)能夠?qū)崟r的從互聯(lián) 網(wǎng)上得到視音頻資源。相對于互聯(lián)網(wǎng)用戶，傳統(tǒng)的電視用戶在數(shù)量上占有絕對優(yōu) 勢，大多數(shù)人們依然習慣于在電視上觀看電視節(jié)目。隨著科技的進步，傳統(tǒng)的電 視用戶也越來越希望在電視中實現(xiàn)雙向交互功能而不再滿足于傳統(tǒng)電視業(yè)務的 單向廣播模式運營。另外，通過交互通信，運營商也能夠及時地得知用戶的需求， 而終端用戶也可以改變以往單一被動的信息接收方式，更多地參與到業(yè)務運營 中。因此，碑t v ( i n t e m e tp r o t o c o lt v ，網(wǎng)絡電視) 應運而生。 l p l v 業(yè)務是一個全新的業(yè)務模式，它給消費者帶來的是集信息、娛樂、學習、 購物于一體的網(wǎng)絡享受。個人電腦、機項盒+ 電視機或3 g 手機都可以作為口t v 業(yè)務的終端。從適合廣大用戶消費習慣和舒適度角度考慮，機頂盒+ 電視機應是 i p t v 未來的主流終端。對i p t v 機頂盒的技術需求，主要從兩個方面考慮，一是實現(xiàn) 業(yè)務的需求，二是用戶體驗的需求。 從實現(xiàn)業(yè)務的需求考慮，i p t v 的主要業(yè)務特征體現(xiàn)在交互式多媒體檢索和 播放形式上。交互需要網(wǎng)絡具有雙向能力，檢索需要雙向信息交互，播控也需要交 互；播放需要足夠的接入帶寬和媒體傳輸協(xié)議；多媒體需要音視頻編解碼能力。 因此，為實現(xiàn)i p t v 業(yè)務應用，要求i p t v 機頂盒具有支持接收網(wǎng)絡直播電視節(jié)目， 進行視頻點播、時移點播等基本業(yè)務功能，同時還要具有互聯(lián)網(wǎng)瀏覽和信息服 務、電子節(jié)目指南( e p g ) 和節(jié)目檢索，以及互動游戲和軟件在線升級等擴展功能。 作為i p t v 業(yè)務終端的機頂盒設備要具有開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以適應不斷升級和擴展 的業(yè)務需求；充分考慮網(wǎng)絡環(huán)境和協(xié)議因素，要求其具有不少于兩種的上行網(wǎng)絡 接口，支持多種接入認證協(xié)議和i p 協(xié)議；要求具有音視頻媒體編解碼功能，以及業(yè) 務應用和管理功能等。總之，從業(yè)務角度需要i p t v 機頂盒具有開放型業(yè)務能力，以 滿足不斷發(fā)展的業(yè)務需求。 從用戶體驗的需求考慮，高清電視是未來電視發(fā)展的必然趨勢，也是目前電 視行業(yè)競爭最為激烈的一個方面，而口t v 業(yè)務所帶來的重要改變之一流媒體視 頻服務，即觀看通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)碾娨暪?jié)目或者視頻點播節(jié)目。為了達到高清的 北京郵電大學碩： ：論文i p t v 機項盒高清播放器的研究 視頻質(zhì)量，一方面需要足夠的帶寬資源，另一方面也需要機頂盒芯片具有支持高 清視頻播放的功能。s t r a t e g ya n a l y t i c s “家庭網(wǎng)絡終端”服務總監(jiān)p e t e rk i n g 認為， 任何i p t v 系統(tǒng)如果還沒有，或是不打算，升級到高清電視( h d t v ) ，從長遠來看， 是不具有競爭力的。 i p t v 的興起帶動了與i p t v 相關的終端設備市場的活躍，各類的電信設備制 造商紛紛投入機頂盒的研發(fā)生產(chǎn)，而原有的數(shù)字電視機頂盒廠商也不甘落后，紛 紛投入i p t v 機頂盒的研制和開發(fā)。由于i p t v 的巨大市場潛力，作為實現(xiàn)i p t v 業(yè)務終端的機頂盒必然是當前的研究熱點之一，本文的研究內(nèi)容是在這樣的背景 下產(chǎn)生的。 1 2 論文主要內(nèi)容和工作 1 2 1 研發(fā)內(nèi)容 i p t v 業(yè)務是一個全新的業(yè)務模式，它給消費者帶來的是集信息、娛樂、學習、 購物于一體網(wǎng)絡享受，個人計算機、機頂盒+ 電視機或3 g 手機都可以作為i p t v 業(yè)務的終端。從適合廣大用戶消費習慣和舒適度角度考慮，機項盒+ 電視機應該 是未來的主流終端【1 1 。而能夠體驗到高清晰度的視頻更會給用戶帶來美好的視覺 享受。本文就是利用s t 7 1 0 9 芯片能夠支持播放高清視頻碼流的特點，設計了一 款基于s t 7 1 0 9 芯片的_ i p t v 機頂盒高清播放器。 1 2 2 主要工作 針對課題的內(nèi)容，本人的主要工作是在s t 7 1 0 9 硬件平臺上，基于s t l i n u x 操 作系統(tǒng)，編寫完成i p t v 機頂盒高清播放器軟件系統(tǒng)，并搭建測試環(huán)境，對設計 完成的播放器軟件進行功能測試。具體完成了以下幾個方面的工作： 1 1 對i p t v 技術及嵌入式媒體播放器技術進行調(diào)查。主要是通過閱讀已有的 關于i p t v 體系結(jié)構(gòu)、i p t v 機頂盒軟件系統(tǒng)以及嵌入式播放器的資料，了解i p t v 播放器在i p t v 機頂盒軟件系統(tǒng)中所扮演的角色和完成的功能。 2 ) i p t v 機頂盒高清播放器軟件系統(tǒng)的設計。根據(jù)i p t v 機頂盒高清播放器軟 件系統(tǒng)的基本功能要求，設計能夠完成功能定義要求的、具有穩(wěn)定性和可擴展性 的軟件體系結(jié)構(gòu)，并定義軟件結(jié)構(gòu)中各模塊的基本功能。 3 ) i p t v 機頂盒高清播放器軟件結(jié)構(gòu)中各個功能模塊的編寫。編寫函數(shù)，完 成各個模塊功能的實現(xiàn)。 4 ) i p t v 機頂盒高清播放器軟件系統(tǒng)的測試。主要是搭建環(huán)境，對播放器軟 2 北京郵電大學碩士論文i p t v 機頂盒高清播放器的研究 件系統(tǒng)進行了測試。 5 ) i p t v 機頂盒高清播放器軟件系統(tǒng)文檔的編寫。在整個課題的實施過程 中，負責從設計文檔到測試文檔的部分文檔的編寫工作。 1 3 論文組織結(jié)構(gòu) 第一章主要針對課題的背景和意義、論文的主要內(nèi)容和工作以及論文的組織 安排進行了描述。 第二章介紹了i p t v 相關知識，包括i p t v 的體系架構(gòu)和作為i p t v 用戶終端的 機頂盒。同時對嵌入式系統(tǒng)、音視頻編碼標準、相關的流媒體協(xié)議進行了簡單介 紹。 第三章詳細介紹了i p t v 機頂盒高清播放器底層環(huán)境的搭建，包括s t l i n u x 操 作系統(tǒng)內(nèi)核的裁剪和編譯、網(wǎng)絡文件系統(tǒng)和串口通信軟件的安裝和配置以及 s t a p i 的編譯。 第四章介紹了i p t v 機頂盒高清播放器軟件方案的選擇和確定，詳細描述了 口t v 機項盒高清播放器軟件系統(tǒng)的總體設計，定義了系統(tǒng)中各個模塊的功能。 第五章具體介紹了i p t v 機頂盒高清播放器軟件系統(tǒng)中各個功能模塊的實現(xiàn) 過程，對i p t v 機頂盒高清播放器軟件進行了功能測試，并對測試結(jié)果進行了分 析。 第六章首先對論文涉及的工作進行了總結(jié)，提出了本文設計的播放器的一些 具體特點，然后對其應用前景進行了展望，并提出了一些可以改進完善的方面。 3 北京郵電火學碩j 論文i p t v 機頂盒商清播放器的研究 2 1i p t v 概述 第二章基本理論與關鍵技術 i p t v ( i n t e r n a lp r o t o c o lt e l e v i s i o n ) 俗稱交互式網(wǎng)絡電視。i p t v 技術集互聯(lián) 網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術于一體，利用寬帶網(wǎng)絡作為基礎設施，以家用電視 機、個人電腦和手機作為主要顯示終端，通過i p 協(xié)議向用戶提供包括數(shù)字電視節(jié) 目在內(nèi)的多種交互型多媒體業(yè)糾2 1 。 2 1 1i p t v 體系架構(gòu) i p t v 系統(tǒng)主要包括i p t v 業(yè)務平臺、i p 網(wǎng)絡和用戶接收終端三個組成部分。 如圖2 - 1 所示。 圖2 - 1 唧系統(tǒng)架構(gòu) 4 北京郵電人學碩士論文 l p t v 機項盒高清播放器的研究 下面具體介紹各個組成部分。 1 i p t v 業(yè)務平臺 1 ) 信源編碼和轉(zhuǎn)碼系統(tǒng) 信源編碼和轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)完成各種信號源的接收，按照規(guī)定的編碼格式和碼率對 音視頻信號源進行壓縮編碼并轉(zhuǎn)化成適合互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)字化音視頻流文件。接 收內(nèi)容提供商所提供的內(nèi)容的方式有很多，既可以通過衛(wèi)星、有線電視網(wǎng)、地面 無線網(wǎng)和i p 等網(wǎng)絡手段，也可以通過光碟、現(xiàn)場錄音錄像等方式直接獲得。編 碼系統(tǒng)的作用是按照一定的格式和碼率特性要求完成模擬音視頻信號的數(shù)字化。 目前信號源編碼格式還無法實現(xiàn)統(tǒng)一，需要進行編碼格式的相互轉(zhuǎn)換，即實現(xiàn)轉(zhuǎn) 碼功能。實時性或非實時性的音視頻數(shù)據(jù)流文件被分類存儲在存儲系統(tǒng)中，再由 流媒體服務器在運營支撐系統(tǒng)的控制下把音視頻數(shù)據(jù)流文件推送到寬帶傳輸網(wǎng) 絡中。 2 ) 存儲系統(tǒng) 存儲系統(tǒng)用于存儲數(shù)字化音視頻數(shù)據(jù)流文件和各類管理信息，考慮到數(shù)字化 后的視頻文件相當龐大以及各類管理信息的重要性，因此存儲系統(tǒng)必須兼顧海里 數(shù)據(jù)量和安全等特性。 3 ) d r m 數(shù)字版權(quán)管理( d i g i t a lr i g h t sm a n a g e m e n t ，d r m ) 為數(shù)字媒體的商業(yè)運作 提供了一套完整的解決方案，保護數(shù)字媒體內(nèi)容免受未經(jīng)授權(quán)的播放和復制。 d r m 的作用不僅僅是阻止非授權(quán)用戶訪問和共享數(shù)字資源，更主要的是保證合 法授權(quán)用戶能夠便捷的訪問i p t v 內(nèi)容。 4 1 運營支撐系統(tǒng) 為滿足i p t v 業(yè)務產(chǎn)業(yè)化運營要求，完善的運營支撐系統(tǒng)是必不可少的。i p t v 運營支撐系統(tǒng)主要負責完成下述管理任務。 系統(tǒng)應用：對所有的流媒體服務器和系統(tǒng)服務器進行統(tǒng)一監(jiān)控和管理。 業(yè)務應用：業(yè)務受理、運營支持、網(wǎng)關安全、統(tǒng)計報表管理和第三方運營管 理等。 流媒體內(nèi)容管理：控制流媒體內(nèi)容的采集、編碼、編輯制作、審查、存儲、 編目、搜索、歸檔、編排、分發(fā)、負載均衡、電子節(jié)目導航和數(shù)字版權(quán)管理等。 用戶管理：用戶認證、授權(quán)、計費、結(jié)算和賬務處理等，保障合法用戶得到 安全高質(zhì)量的服務。 5 ) 流媒體系統(tǒng) i p t v 技術平臺采用流媒體技術通過i p 網(wǎng)絡傳輸音視頻數(shù)據(jù)流文件。流媒體 5 北京郵l u 人學碩士論文i p t v 機項盒高清播放器的研究 系統(tǒng)中包括了提供多播和點播服務的流媒體服務器流媒體服務器負責在運營支 撐系統(tǒng)的控制下將音視頻數(shù)據(jù)流文件推送到寬帶傳輸網(wǎng)絡中。與傳統(tǒng)的下載播放 不同，流式播放技術采用邊下載邊播放的方式，用戶不必等到整個文件全部下載 完畢，而是只需要幾秒或幾十秒的啟動延時，即可在用戶終端上對壓縮的音視頻 流進行解壓播放。此時流媒體文件的剩余部分將在后臺由服務器向用戶終端進行 連續(xù)的傳送，而播放過的數(shù)據(jù)也不保留在用戶終端的存儲設備上【3 j 。 2 i p 承載網(wǎng)絡 1 ) 骨干網(wǎng)城域網(wǎng) 骨干網(wǎng)城域網(wǎng)主要完成音視頻數(shù)據(jù)流文件在城市之間和城市范圍的傳送。 2 ) 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng) c d n 是一個疊加在骨干網(wǎng)城域網(wǎng)之上的應用網(wǎng)絡，其基本原理是在網(wǎng)絡邊 緣設置流媒體內(nèi)容緩存服務器，把進過用戶選擇的訪問率極高的流媒體內(nèi)容從初 始的流媒體服務器復制、分發(fā)到網(wǎng)絡邊緣最靠近終端用戶的緩存服務器上；當終 端用戶請求點播類i p t v 業(yè)務時，由c d n 的管理和分發(fā)中心實時的根據(jù)網(wǎng)絡流 量和各緩存服務器的負載狀況以及到用戶的距離等信息，將用戶的請求導向最靠 近請求終端的緩沖層服務器并提供服務【4 j 。 3 ) 寬帶接入網(wǎng) 寬帶接入網(wǎng)主要完成用戶到城域網(wǎng)的連接。一般而言，i p t v 系統(tǒng)的業(yè)務平 臺直接連接在骨干網(wǎng)城域網(wǎng)上，音視頻流提供內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)被復制等位于網(wǎng)絡邊 緣的寬帶接入設備或邊緣服務器中，然后通過寬帶接入網(wǎng)傳送到接收終端。 3 用戶接收終端 1 ) 機頂盒+ 電視機 電視一般僅具備顯示各類模擬和數(shù)字視頻信號的能力，而不具備交互能力， 無法滿足i p t v 的業(yè)務要求。因此目前采用機頂盒+ 電視機的終端應用較多。機 頂盒主要作為數(shù)字視頻信號的接收和處理設備與網(wǎng)絡進行交互控制，實現(xiàn)i p t v 業(yè)務功能，電視只完成數(shù)字視頻的顯示工作。i p t v 業(yè)務可以由多種類型的終端 實現(xiàn)，但最為實用和可以被廣大消費者接受的應該是以機頂盒+ 電視機的組合。 首先是這種方式保持了用戶的休閑習慣，從人體生物學角度，最為舒適的觀賞姿 勢是后仰3 0 度，操作電腦的姿勢是前傾3 0 度，傳統(tǒng)i n t e r n e t 視頻用戶是用p c 作為顯示終端，操作電腦的姿勢要保持前傾，因此長時間操作電腦會很累，并容 易患頸椎病肩周炎等疾病。其次是利用s t b + t v 方式不僅保持電視節(jié)目還可以 將互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容從書房搬到了客廳，使不會操作電腦的人也能夠上網(wǎng)，利用互聯(lián)網(wǎng) 收發(fā)郵件、聊天。將寬帶用戶從上網(wǎng)族擴展到非上網(wǎng)族，將寬帶娛樂市場從2 2 0 0 多萬寬帶用戶、8 7 0 0 多萬網(wǎng)民，延伸到十幾億電視觀眾。 6 北京郵電人學碩士論文i p t v 機項盒高清播放器的研究 2 ) 個人計算機 個人計算機包括了各種臺式機以及各種便攜式計算機，如個人數(shù)字助理 ( p d a ) 設備等，此類設備的特點是自身具備較強的處理能力，不僅可以獨立完 成視頻解碼顯示任務，同時還可以安裝其他軟件完成信息交互、自動升級和遠程 管理等功能?；趐 c 的終端系統(tǒng)是沿用互聯(lián)網(wǎng)視頻的應用形式，利用網(wǎng)絡流媒 體技術傳送某種格式的數(shù)據(jù)流，用戶可在計算機上利用相應的播放器對壓縮的視 音頻流媒體文件解壓后進行播放。這種形式的終端硬件比較簡單，只需要1 臺具 有以太網(wǎng)卡的p c 機安裝相應的播放器應用軟件就可以播放音視頻節(jié)目和上網(wǎng)瀏 覽。基于p c 機的終端系統(tǒng)優(yōu)點是簡單，投資小，上網(wǎng)方便等。缺點首先是每一 種播放器軟件都局限于廠商私有的文件格式，通用性差。其次是利用p c 顯示器 觀看電視節(jié)目相對于電視機觀看屏幕小并且舒適度差。再次是對于不會使用電腦 的人來說根本無法享受此項業(yè)務【5 】。因此鑒于以上分析，利用p c 作為i p t v 終 端系統(tǒng)只能是臨時或在不適于擺放電視機的場所使用，并不適于大范圍推廣。 3 ) 手機 手機作為口t v 業(yè)務的終端設備必須具備處理和顯示數(shù)字視頻信號的能力， 一般用于移動i p t v 業(yè)務。提到用于i p t v 的移動終端系統(tǒng)人們自然會想到垃 手機，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多媒體，并利用無線通信網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng) 相結(jié)合提供網(wǎng)絡電視、視頻電話、網(wǎng)頁瀏覽、電視會議、電子商務等多種媒體服 務。i p t v 的移動終端在應用中還有很多需要解決的問題。首先是在觀看效果上， 目前無論是采用什么技術播放的圖像，其速度都會受到網(wǎng)絡速度的制約，很難達 到像電視一樣實時傳輸?shù)钠交Ч?。雖然目前利用手機觀看網(wǎng)絡視頻的效果還不 錯，這是因為現(xiàn)在移動視頻業(yè)務還限于少數(shù)高端用戶使用。隨著p t v 業(yè)務的發(fā) 展和普及，用戶量的上升，網(wǎng)絡帶寬和手機處理能力可能會成為一個瓶頸。再就 是目前手機電源技術無法與i p t v 移動終端的強大功能相匹配，手機的待機時間 太短，而i p t v 業(yè)務一部影片至少9 0 分鐘，消耗電量十分驚人，觀看一小段節(jié) 目尚可，但想看完一部長片就需要不斷更換電池，這對于i p t v 業(yè)務來說無疑是 個很大的障礙。 2 1 2i p t v 機頂盒 機頂盒s t b ( s e t t o pb o x ) ，顧名思義就是放在電視機上的盒子，是一種將 數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的設備。在數(shù)字電視應用中，根據(jù)傳輸網(wǎng)絡的不同， 可將數(shù)字電視機項盒分為三類：用于有線電視網(wǎng)的s t b c ，用于衛(wèi)星電視網(wǎng)的 s t b s 和用于地面廣播網(wǎng)的s t b t ，它們分別滿足數(shù)字電視的相應標準d v b c ， d v b s ，d v b t 。隨著流媒體技術及口t v 的發(fā)展，基于口的機項盒獲得了極 7 北京郵電大學碩士論義i p t v 機頂盒高清播放器的研究 大的發(fā)展動力。i p t v 機項盒的發(fā)展動力來源于服務提供商的業(yè)務增長需要和用 戶對新功能的需求。因為i p t v 機頂盒不僅可以提供與大多數(shù)有線或衛(wèi)星數(shù)字電 視機頂盒相同的功能，而且還可以作為i p 網(wǎng)絡與電視機之間的接口，使寬帶網(wǎng) 絡上豐富多彩的節(jié)目內(nèi)容呈現(xiàn)在電視機上，為廣大電視觀眾帶來全新的數(shù)字生活 新感受。除對電視信號進行解碼并呈現(xiàn)其內(nèi)容外，i p t v 機頂盒還可以提供包括 視頻點播、電子節(jié)目導航、數(shù)字版權(quán)管理、網(wǎng)頁瀏覽、電子郵件、可視電話以及 各種交互式服務和多媒體服務在內(nèi)的功能【6 j 。 2 2 嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)是計算機技術、通信技術、半導體技術、微電子技術、語音圖像 數(shù)據(jù)傳輸處理技術，甚至傳感器技術與具體應用對象相結(jié)合的產(chǎn)物，是技術密集、 投資強度大、高度分散不斷創(chuàng)新的知識密集型系統(tǒng)，反映當代最新科技的先進水 平。一般來說，嵌入式系統(tǒng)由嵌入式芯片、嵌入式軟件、嵌入式操作系統(tǒng)及嵌入 式開發(fā)工具4 個部分組成。嵌入式芯片包括嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、 嵌入式數(shù)字信號處理器器以及嵌入式片上系統(tǒng)，隨著r i s c 計算機技術和微電子 技術的迅速發(fā)展，嵌入式芯片功能越來越強，體積越來越小。 嵌入式實時操作系統(tǒng)是相對于桌面計算機操作系統(tǒng)而言的，它不裝在硬盤 中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功能相對簡單，資源開銷較小，便于固話在存儲器中。嵌入 式操作系統(tǒng)的作用與p c 機上的d o s 和w i n d o w s 相似，用戶用過它進行人機對 話，完成用戶下達的指定。指定接收采用多種方式如：鍵盤、鼠標、語音、觸摸 屏、紅外遙控器等。 嵌入式c p u 是i p t v 機頂盒的核心，它要管理機頂盒的所有接口，包括網(wǎng)絡 側(cè)接口、紅外接口以及各類擴展接口，要處理i p 協(xié)議棧，控制和調(diào)度所有底層 設備驅(qū)動程序。它與媒體處理器控制編解碼芯片對接收到的音視頻媒體流解碼轉(zhuǎn) 換，使視頻、音頻和數(shù)據(jù)分離開，通過控制數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器還原成電視信號輸 出給t v 顯示出來。一般i p t v 機頂盒專用的嵌入式c p u 大多集成媒體處理功能， 增強型機頂盒也可采用上c p u 方式。 嵌入式操作系統(tǒng)的運行平臺具有的功能包括網(wǎng)絡管理、顯示管理、智能卡管 理( i c 卡和s m a r t 卡) 、圖文電視解碼、數(shù)據(jù)解碼、視頻信號的上下變換以及 交互式控制等功能。為了達到這些功能，嵌入式c p u 就必須擴展新的功能，不 斷提高處理速度，才能適應未來業(yè)務的發(fā)展要求【7 j 。 究 m p e g 一1 音頻壓縮算法是第一個高保真音頻數(shù)據(jù)壓縮的國際標準。音頻信號 的采樣頻率可以是3 2k h z ，4 4 1k h z ，4 8 k h z ，最常用的是4 4 1 k h z ，量化等級 為16 b i t 。壓縮后的比特數(shù)據(jù)流可支持單聲道和雙聲道4 種模式，即單音頻通道 的單聲道模式；兩個獨立的單音頻通道的雙單聲道模式；立體聲通道的立體聲 模式；聯(lián)合立體聲模式。根據(jù)不同應用，壓縮后的比特流具有某種特定的比特率。 另外，m p e g 1 音頻標準也支持用戶自定義的數(shù)據(jù)速率，使其應用更具靈活性。 m p e g 1 音頻標準提供了3 個獨立的壓縮層次，即層i 、層i i 、層i i i 。層次 越高，信號的壓縮比越大，數(shù)據(jù)的比特率越低，音質(zhì)越佳，但復雜性也隨之增加。 編碼后的數(shù)據(jù)流支持循環(huán)冗余校驗( c r c ) 。該音頻標準還支持數(shù)據(jù)流中窄帶附 加信息。 在m p e g 1 音頻標準的3 個獨立的壓縮層次中，層i 最簡單，壓縮比最低， 碼率最高。層i 壓縮編碼常用與數(shù)字盒式錄音機。層i i 為中等復雜程度，壓縮比 層i 高許多，音質(zhì)也更好。層i i 一般用于數(shù)字廣播的音頻編碼、c d r o m 上的 音頻數(shù)字壓縮及c d 、v c d 等系統(tǒng)。層i i i 最為復雜，壓縮比最大，數(shù)據(jù)率最低， 音質(zhì)最佳。層i l i 也可寫成m p 3 ，它特別適用于綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)( i s d n ) ，可以 從i n t e m e t 網(wǎng)上下載m p 3 壓縮的音樂，并實時解壓播放，還可以利用m p 3 壓縮 技術制作c d 光盤。 2 ) a a c a a c 的全名為a d v a n c e da u d i oc o d e ，其意思為高級音頻編碼，是國際標準化 組織( i s o ) 制定的音頻標準格式，也是m p e g 規(guī)范的一部分。在m p e g 2 里提 出，在m p e g 4 里進一步擴展和完善。采樣頻率選擇性更高，更接近c d 音質(zhì)；并 且采用了解析度更高的濾波器組，達到很高的壓縮率，并且可大幅度降低傳輸時間 及節(jié)省存儲空間，適合新一代音樂產(chǎn)品使用。 和m p 3 相比，有以下一些優(yōu)點可以使a a c 在不久的將來替代m p 3 成為網(wǎng) 絡音頻的音頻數(shù)據(jù)格式的首選： 進步了的數(shù)據(jù)壓縮技術使得在更小的數(shù)據(jù)量的前提下獲得更好的音質(zhì) 支持多聲道音頻，最高支持4 8 路的全音域聲道 更高的采用音頻，最高支持9 6 k h z 的采樣頻率 提高了解碼效率，使得解碼器所占的資源更少 9 北京郵電大學碩士論文i p t v 機頂盒高清播放器的研究 一般來說，專家級的聽眾聽不出1 2 8 k b p s ( 雙聲道) 的a a c 音頻數(shù)據(jù)和無壓 縮數(shù)據(jù)之間的區(qū)別，9 6 k b p s 的a a c 音頻數(shù)據(jù)就可以達到1 2 8 k b p s 的m p 3 音頻數(shù) 據(jù)的音質(zhì)；就是6 4 k b p s 的a a c 音頻數(shù)據(jù)的音質(zhì)也好于絕大多數(shù)其他的數(shù)據(jù)壓縮 格式的音質(zhì)。 2 3 2 視頻編碼 1 ) m p e g - 1 m p e g - 2 m p e g 一1 標準主要針對當時具有的視頻數(shù)據(jù)傳輸速率( 1 5 m b i t s 左右) 和網(wǎng) 絡而研發(fā)的，可處理標準圖像交換格式s i f ( s t a n d a r di n t e r c h a n g ef o r m a t ) ，s i f 也稱為信源輸入格式( s o u r c ei n p u tf o r m a t ) ，適用于3 5 2 ( 像素行) * 2 4 0 ( 行幀) 術3o ( 幀秒) ( n t s c 制) 或3 5 2 ( 像素行) 水2 8 8 ( 行幀) 奉2 5 ( 幀秒) ( p a l 制) 的電視 標準，其數(shù)據(jù)壓縮的輸出速率定義在1 5 m b i t s 以下。m p e g 1 標準已被廣泛應 用于v c d 等家用音視頻設備中，但是其圖像質(zhì)量不高，分辨率僅與v h s 錄像 機相當，已不能滿足音視頻技術發(fā)展的要求。 m p e g 2 是一種針對數(shù)字電視( d t v ) 、高清晰度電視( h d t v ) 、圖像通信 等各個領域中關于聲音、圖像的一種壓縮方案和系統(tǒng)層詳細規(guī)定的標準。這一標 準已于1 9 9 4 年1 1 月被國際上公認為h d t v 信源壓縮編碼的標準。隨之，d v d 視盤機和高檔v c d 機、數(shù)字電視等設備與系統(tǒng)均采用m p e g 2 壓縮編碼技術。 由于這是一項高質(zhì)量的圖像壓縮編碼，有時也稱其為廣播電視的圖像壓縮標準。 與m p e g 1 標準相比，m p e g 2 標準有以下幾個顯著的特點： 圖像質(zhì)量高。當m p e g 一2 的數(shù)據(jù)速率為3 - 5 m b i t s s 時，圖像質(zhì)量能達到 廣播電視的要求，其清晰度與d v d 差不多( 可達5 0 0 線) ；當數(shù)據(jù)速率 為8 1 5 m b i t s 時，能滿足電視演播室的要求。 兼容m e p g 1 m p e g 2 是m p e g 1 標準的進一步發(fā)展，它能兼容 m p e g 一1 ，如在d v d 機中，m p e g 2 能向下兼容，使v c d 光盤也可以 播放。另外，它也可以支持多種分辨率，最低2 5 0 線，最高可達1 9 2 0 線。視頻顯示格式有1 6 ：9 和4 ：3 兩種，這兩種格式還可進行顯示轉(zhuǎn)換。 具有可變壓縮比的編碼技術。m p e g 2 標準擁有可變速率模式。對于動 作變化快的場景可以分配較多的數(shù)據(jù)，而變化較小的場景則分配較少的 數(shù)據(jù)，即不同畫面進行不同程度的壓縮。在系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳送方面， m p e g 2 更加詳細完善，避免了v c d 在播送快速運動場景時因信息丟失 而出現(xiàn)的馬賽克現(xiàn)象。 系統(tǒng)復用打包技術。m p e g 2 系統(tǒng)的基本工作方式為數(shù)據(jù)碼流復用打包。 碼流結(jié)構(gòu)分層嵌套。其信息編碼精度更高，可達半個像素精度。 1 0 北京郵電人學碩士論文i p t v 機頂盒高清播放器的研究 場、幀視頻采用自適應處理。m p e g 2 采用自適應場、幀處理技術，通 過對物體運動特性和圖像細節(jié)的豐富程度作出判定來選擇場處理或幀處 理。 2 )h 2 6 4 a v c h 2 6 4 標準是i t u t 和i s o 聯(lián)合開發(fā)的新一代視頻編碼標準。與m p e g 2 相 比，在同樣的圖像質(zhì)量條件下，h 2 6 4 的數(shù)據(jù)速率只有其1 2 左右，壓縮比大大 提高。通常也稱h 2 6 4 標準為高級視頻編碼標準( 以a v c 表示) 。與m p e g 2 標準相比，h 2 6 4 具有明顯特點：編碼效率高，數(shù)據(jù)壓縮比；編碼復雜程度高， 占用資源較多。 h 2 6 4 既保留了以往壓縮技術的優(yōu)點和精華，又具有其他壓縮技術無法比擬 的許多優(yōu)點。 碼率低：和m