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[摘 要] 随着网络信息技术的迅速发展，多媒体应用逐步涉及到教育、娱乐等领域，流媒体技术在网络电视系统中得到广泛应用。本文主要从多种格式媒体的输入支持、传输流安全保障以及传输流软件复用处理等角度对IP网络电视中流媒体处理技术进行全面阐述。
[关键词] IP网络电视 流媒体处理技术 传输流
IP network TV streaming media processing technology
Abstract: With the rapid development of information technology, networks, multimedia applications and gradually comes to education, entertainment and other fields, streaming media technology in the network television system has been widely used. In this paper, the input from a variety of media formats supported, traffic safety and transport stream processing software reuse point of view of IP network TV streaming media processing technologies for a comprehensive exposition.
Keywords: IP network television, streaming media processing technology, transport stream
1 前言
随着信息时代的到来，网络信息技术取得长足发展，互联网宽带及多媒体应用涉及领域越来越广，保障多媒体数据传输及分发安全性，避免遭受非法接收和复制逐渐成为关注的焦点。对此，DVB标准提出针对数字电视系统的条件接收系统，以此为依据，笔者设计了IP网络电视应用条件接收系统，用户获取授权后可以收看相应的网络电视节目，未获取正规授权的用户及时可以获取数据也由于不能解密而无法正常收看电视节目。
2 IP网络电视中流媒体处理技术
流媒体定义源于互联网中传输媒体数据的方式。网络中主要存在两种传输多媒体数据的模式，分别是下载模式及流模式，二者相比，在等待播放时间方面，前者远远低于后者，一般主需要几秒钟即可，并且对存储空间的要求极低，所以在电视广播领域更加适用。MPEG-2标准系统层所涉及的传输流就属于流媒体格式的一种。网络数字电视系统主要是由节目输入模块、条件接收子系统、复用广播系统以及客户端播放器等部分组成，前三者分别涉及传输流输入、安全保障以及复用问题。IP网络电视系统中所涉及到的流媒体处理技术及算法主要体现在以下几方面：
2.1多种格式媒体的输入支持
多媒体文件是网络电视系统主要的电视节目来源。依据DVB标准，MPEG-2标准的传输流格式是数据电视系统媒体文件格式的主流，然而采用传输流格式的节目在网络应用环境下的数量十分有限，再加上MPEG-2标准对多媒体文件的码率的要求一般都比较高，通常会达到4～6Mbps，因此，在100M局域网环境下，同时播放较大数量的节目不太现实。为有效解决上述问题，比较可行的方案就是在传输流层面对流媒体格式进行统一化，也就是说，不管多媒体文件数据源是哪种格式，输入之后都要予以转换，得到统一的MPEG-2流格式，之后再向复用模块进行传输。在此种方案中，系统传输流复用模块与输入模块之间借助COM实现连接，复用模块所接收到的来自于输入模块的传输流包与媒体格式之间不存在关联。输入模块负责转换构建传输流头及其负荷内容。
考虑到不同用户的实际需求以及对平台可移植性、通用性的要求，本平台选取以下配置：
关于服务器，选用专用服务器或者是高级PC机，使用Window NT网络操作系统；在客户端方面，选用PC机，采取Window 95或者Window 98操作系统；至于编程工具，考虑到目前在Window环境中应用最普遍的一项编程工具就是Visual C++语言了，该语言与Java或者是VB相比较而言，优势更加突出：其具有更强的灵活性，借助此语言可以开展提升平台实时性必备的低层开发；除此之外，由于Visual C++所提供的MFC中的类有很多是可以被重复使用的，这也在一定程度上降低了编程工作难度，鉴于此，在基于多媒体的网络实时监控平台开发中选用Visual C++作为编程工具。
从节目输入模块输出的数据具有相同的格式，所以对于复用模块而言，可以直接借助COM对多媒体文件格式提供支持。这样，系统对输入模块的修改、增加及删除将变得十分便捷，为支持多种格式媒体文件输入奠定坚实基础，不仅如此，网络宽带的占用率还可以得到有效控制，节目数量也会有一定程度的增加。
2.2传输流安全保障
网络电视系统中对传输流传输过程的安全性主要是由条件接受子系统予以保证。IP网络电视系统条件接受子系统大致分为三个层次，其对传输流加扰加密及解密原理及其过程为：
第一，节目加扰的实现。随机数发生器有线性同余算法充当，生成控制字，且每间隔一定时间便进行更新，一般间隔时间在六至十秒。加扰模块的加扰运算主要是借助控制字针对传输流包的有效负荷实施的，传输流经过加扰处理后被输出；第二，控制字加密。各路节目都有业务密钥相对应，对控制字的加密就是利用业务密钥实现；各路节目对应有授权控制信息，所发送的密文就是包含在其中的；第三，业务密钥加密。一般情况下，业务密钥会定期更换。以获取正规授权的用户订阅网络电视节目的具体情况为依据，利用用户个人密码对业务密钥实施加密处理，并将其包含在授权管理信息当中，通常情况下，条件接收系统与授权管理信息之间是一一对应关系；第四，对于用户个人密钥而言，并非在网络中进行发送，而是由系统管理员进行分发，通常采取智能卡形式；第五，复用模块将经过加扰处理的节目传输流、授权控制信息以及授权管理信息整合为一路传输流，并向用户端进行传输；第六，对于用户而言，借助个人密钥进行节目密钥及控制字解密的前提条件是获取智能卡，并且是逐级逆向进行的，在此基础上借助控制字解扰节目流。
2.3传输流软件复用处理
IP网络电视节目系统中，利用纯软件，多路节目传输流复用可以实现对传统传输流硬件复用器的模拟。复用处理的基本思路是：按照时分的方式将各个独立的节目传输流复用为一路总的传输流，在此基础上通过分析节目PSI，获取总传输流的PSI信息。
传输流复用处理通常需要以下几个步骤：第一，对单路节目的传输流码率进行提取，具体方式是：先用相邻两个PCR的比特率与其时间差值相除，用所得到的商值乘以系统时钟，实际输入码率应当是码率的平均数制；第二，对PSI信息进行提取和设置，以每个节目单路传输流所对应的PSI信息为主要依据，借助复用模块对PMT、视频及音频流、授权控制信息等所对应的PID进行分配或调整，在此基础上将其整合到总的传输流的PAT信息当中；第三，调度的发送，针对多路的传输流所采取的调度方式主要是轮询式，在取得系统当前时间以及此时所选定的该路节目传输流的PCR时间的基础之上，对二者进行对比分析，根据结果判断需不需要对缓冲区传输包进行发送；第四，预发送处理，为了达到平衡网络负载的目的，对于部分本需要进行空填充包发送的情况，可以先发送一小部分有效的传输包数据，从而确保在整体上，经过整合的传输流码率与各传输流码率之和保持大致相当。
3 结语
综上所述，本文主要是针对实现有线数字电视与IP网络有机结合的IP网络电视所涉及到的流媒体处理技术展开分析和探讨。笔者提出构建基本网络电视系统的设计方案，着重从多种格式媒体输入支持、传输流传输过程中的安全保障以及传输流的软件复用处理等方面对流媒体技术及算法进行全面分析。随着网络技术的迅猛发展，互联网中多媒体信息量的急速增加，作为多媒体文件传输主要方式之一的流媒体技术逐渐成为关注的焦点，并在一系列领域中得到广泛应用。
参 考 文 献
[1]胡智鹏,叶志远,李斌.IP网络电视应用中的流媒体处理技术.计算机工程与应用,2003年 第21期
[2]李植凯,翁伟钿,谢子常.网络电视发展概况及关键技术的探讨与研究.电脑知识与技术(学术交流),2007年 第09期
[3]胥长彬.网络流媒体技术研究与实现.山东大学,发表时间:2006-04-08
[4]丁媛.基于宽带多媒体网关的流媒体业务的设计与实现.江南大学,发表时间:2005-03-01
[5]任振峰.基于嵌入式系统的对等网络流媒体技术与实现.山东大学,发表时间:2010-03-12
[6]刘平,刘波,周西湘.多媒体智能监控系统的研制和功能.湖北电力,2000年 第04期
[关键词] IP网络电视 流媒体处理技术 传输流
IP network TV streaming media processing technology
Abstract: With the rapid development of information technology, networks, multimedia applications and gradually comes to education, entertainment and other fields, streaming media technology in the network television system has been widely used. In this paper, the input from a variety of media formats supported, traffic safety and transport stream processing software reuse point of view of IP network TV streaming media processing technologies for a comprehensive exposition.
Keywords: IP network television, streaming media processing technology, transport stream
1 前言
随着信息时代的到来，网络信息技术取得长足发展，互联网宽带及多媒体应用涉及领域越来越广，保障多媒体数据传输及分发安全性，避免遭受非法接收和复制逐渐成为关注的焦点。对此，DVB标准提出针对数字电视系统的条件接收系统，以此为依据，笔者设计了IP网络电视应用条件接收系统，用户获取授权后可以收看相应的网络电视节目，未获取正规授权的用户及时可以获取数据也由于不能解密而无法正常收看电视节目。
2 IP网络电视中流媒体处理技术
流媒体定义源于互联网中传输媒体数据的方式。网络中主要存在两种传输多媒体数据的模式，分别是下载模式及流模式，二者相比，在等待播放时间方面，前者远远低于后者，一般主需要几秒钟即可，并且对存储空间的要求极低，所以在电视广播领域更加适用。MPEG-2标准系统层所涉及的传输流就属于流媒体格式的一种。网络数字电视系统主要是由节目输入模块、条件接收子系统、复用广播系统以及客户端播放器等部分组成，前三者分别涉及传输流输入、安全保障以及复用问题。IP网络电视系统中所涉及到的流媒体处理技术及算法主要体现在以下几方面：
2.1多种格式媒体的输入支持
多媒体文件是网络电视系统主要的电视节目来源。依据DVB标准，MPEG-2标准的传输流格式是数据电视系统媒体文件格式的主流，然而采用传输流格式的节目在网络应用环境下的数量十分有限，再加上MPEG-2标准对多媒体文件的码率的要求一般都比较高，通常会达到4～6Mbps，因此，在100M局域网环境下，同时播放较大数量的节目不太现实。为有效解决上述问题，比较可行的方案就是在传输流层面对流媒体格式进行统一化，也就是说，不管多媒体文件数据源是哪种格式，输入之后都要予以转换，得到统一的MPEG-2流格式，之后再向复用模块进行传输。在此种方案中，系统传输流复用模块与输入模块之间借助COM实现连接，复用模块所接收到的来自于输入模块的传输流包与媒体格式之间不存在关联。输入模块负责转换构建传输流头及其负荷内容。
考虑到不同用户的实际需求以及对平台可移植性、通用性的要求，本平台选取以下配置：
关于服务器，选用专用服务器或者是高级PC机，使用Window NT网络操作系统；在客户端方面，选用PC机，采取Window 95或者Window 98操作系统；至于编程工具，考虑到目前在Window环境中应用最普遍的一项编程工具就是Visual C++语言了，该语言与Java或者是VB相比较而言，优势更加突出：其具有更强的灵活性，借助此语言可以开展提升平台实时性必备的低层开发；除此之外，由于Visual C++所提供的MFC中的类有很多是可以被重复使用的，这也在一定程度上降低了编程工作难度，鉴于此，在基于多媒体的网络实时监控平台开发中选用Visual C++作为编程工具。
从节目输入模块输出的数据具有相同的格式，所以对于复用模块而言，可以直接借助COM对多媒体文件格式提供支持。这样，系统对输入模块的修改、增加及删除将变得十分便捷，为支持多种格式媒体文件输入奠定坚实基础，不仅如此，网络宽带的占用率还可以得到有效控制，节目数量也会有一定程度的增加。
2.2传输流安全保障
网络电视系统中对传输流传输过程的安全性主要是由条件接受子系统予以保证。IP网络电视系统条件接受子系统大致分为三个层次，其对传输流加扰加密及解密原理及其过程为：
第一，节目加扰的实现。随机数发生器有线性同余算法充当，生成控制字，且每间隔一定时间便进行更新，一般间隔时间在六至十秒。加扰模块的加扰运算主要是借助控制字针对传输流包的有效负荷实施的，传输流经过加扰处理后被输出；第二，控制字加密。各路节目都有业务密钥相对应，对控制字的加密就是利用业务密钥实现；各路节目对应有授权控制信息，所发送的密文就是包含在其中的；第三，业务密钥加密。一般情况下，业务密钥会定期更换。以获取正规授权的用户订阅网络电视节目的具体情况为依据，利用用户个人密码对业务密钥实施加密处理，并将其包含在授权管理信息当中，通常情况下，条件接收系统与授权管理信息之间是一一对应关系；第四，对于用户个人密钥而言，并非在网络中进行发送，而是由系统管理员进行分发，通常采取智能卡形式；第五，复用模块将经过加扰处理的节目传输流、授权控制信息以及授权管理信息整合为一路传输流，并向用户端进行传输；第六，对于用户而言，借助个人密钥进行节目密钥及控制字解密的前提条件是获取智能卡，并且是逐级逆向进行的，在此基础上借助控制字解扰节目流。
2.3传输流软件复用处理
IP网络电视节目系统中，利用纯软件，多路节目传输流复用可以实现对传统传输流硬件复用器的模拟。复用处理的基本思路是：按照时分的方式将各个独立的节目传输流复用为一路总的传输流，在此基础上通过分析节目PSI，获取总传输流的PSI信息。
传输流复用处理通常需要以下几个步骤：第一，对单路节目的传输流码率进行提取，具体方式是：先用相邻两个PCR的比特率与其时间差值相除，用所得到的商值乘以系统时钟，实际输入码率应当是码率的平均数制；第二，对PSI信息进行提取和设置，以每个节目单路传输流所对应的PSI信息为主要依据，借助复用模块对PMT、视频及音频流、授权控制信息等所对应的PID进行分配或调整，在此基础上将其整合到总的传输流的PAT信息当中；第三，调度的发送，针对多路的传输流所采取的调度方式主要是轮询式，在取得系统当前时间以及此时所选定的该路节目传输流的PCR时间的基础之上，对二者进行对比分析，根据结果判断需不需要对缓冲区传输包进行发送；第四，预发送处理，为了达到平衡网络负载的目的，对于部分本需要进行空填充包发送的情况，可以先发送一小部分有效的传输包数据，从而确保在整体上，经过整合的传输流码率与各传输流码率之和保持大致相当。
3 结语
综上所述，本文主要是针对实现有线数字电视与IP网络有机结合的IP网络电视所涉及到的流媒体处理技术展开分析和探讨。笔者提出构建基本网络电视系统的设计方案，着重从多种格式媒体输入支持、传输流传输过程中的安全保障以及传输流的软件复用处理等方面对流媒体技术及算法进行全面分析。随着网络技术的迅猛发展，互联网中多媒体信息量的急速增加，作为多媒体文件传输主要方式之一的流媒体技术逐渐成为关注的焦点，并在一系列领域中得到广泛应用。
参 考 文 献
[1]胡智鹏,叶志远,李斌.IP网络电视应用中的流媒体处理技术.计算机工程与应用,2003年 第21期
[2]李植凯,翁伟钿,谢子常.网络电视发展概况及关键技术的探讨与研究.电脑知识与技术(学术交流),2007年 第09期
[3]胥长彬.网络流媒体技术研究与实现.山东大学,发表时间:2006-04-08
[4]丁媛.基于宽带多媒体网关的流媒体业务的设计与实现.江南大学,发表时间:2005-03-01
[5]任振峰.基于嵌入式系统的对等网络流媒体技术与实现.山东大学,发表时间:2010-03-12
[6]刘平,刘波,周西湘.多媒体智能监控系统的研制和功能.湖北电力,2000年 第04期