IPTV網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究與實現(xiàn)應用研究.pdf

1、隨著寬帶IP網(wǎng)絡技術(shù)和數(shù)字電視系統(tǒng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，構(gòu)建一個基于寬帶IP傳輸網(wǎng)絡的數(shù)字電視業(yè)務應用系統(tǒng)(IPTV:InternetProtocol-basedTV)，已經(jīng)成為目前業(yè)界的熱點。IPTV系統(tǒng)，需要充分結(jié)合廣播電視業(yè)務數(shù)字化的優(yōu)點和通信網(wǎng)絡IP化、寬帶化的優(yōu)點，為用戶提供一種廣播級、個性化、互動性和豐富性為特點的全新的互動電視業(yè)務體驗質(zhì)量(QoE:QualityofExperience)。 在一個IPTV運營系統(tǒng)中，IP

2、TV網(wǎng)關(guān)和業(yè)務保障系統(tǒng)是提供用戶大規(guī)模端到端高QoE電視業(yè)務的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文從網(wǎng)關(guān)設備可用性、視頻業(yè)務質(zhì)量監(jiān)控的角度展開對IPTVQoE的保障研究。圍繞IPTV網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)展開研究和工程實現(xiàn)，具體為：在設備層面上，研究傳送流在網(wǎng)絡中基于應用層端到端QoS保障的協(xié)議轉(zhuǎn)換并設計了高可用的橋接傳統(tǒng)數(shù)字電視網(wǎng)絡和IP傳輸網(wǎng)絡的IPTV網(wǎng)關(guān)設備，其中在方法上，設計了一種雙機互備的對稱1+1冗余備份機制；提出一種系統(tǒng)時鐘同步保持的控制方法和改進

3、一種針對傳送流TS文件的IP流化傳輸速率調(diào)整算法；在算法層面上，從適配視頻信號和傳輸網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)視頻編碼碼率控制的角度上，提出一種基于IP網(wǎng)絡下的多路視頻聯(lián)合碼率控制策略；在視頻質(zhì)量監(jiān)控層面上，提出了基于內(nèi)容的IPTV監(jiān)控和保障網(wǎng)絡方案，并開發(fā)了相應的網(wǎng)絡化監(jiān)測設備軟－硬件系統(tǒng)。通過使用基于本文提出的多種技術(shù)實現(xiàn)的IPTV網(wǎng)關(guān)設備和監(jiān)控系統(tǒng)，成功的在上海3Tnet試運營網(wǎng)上保障多達100套端到端高質(zhì)量直播數(shù)字電視業(yè)務的試運營。

4、 作者是在實際參與3TNet重大專項的應用項目研究課題為背景展開對IPTV網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究和工程實現(xiàn)，其中，關(guān)鍵的IPTV網(wǎng)關(guān)設備，根據(jù)開展試驗運營IPTV業(yè)務的需求，側(cè)重在工程實現(xiàn)上研發(fā)一個的IPTV網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)以支持在3Tnet試運營網(wǎng)上開展廣播級、個性化和互動的IPTV業(yè)務，該網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的特點在于：高可擴展性，以支持大規(guī)模的視頻業(yè)務；高可用性，以支持電信運營級運營；架構(gòu)上的靈活性，以支持多種業(yè)務的開展。并結(jié)合保障實際試運營系統(tǒng)過程

5、中所碰到的QoE問題與理論分析，提出一個構(gòu)建內(nèi)容感知的業(yè)務監(jiān)控和保障網(wǎng)絡方案，同時開發(fā)出相應的監(jiān)控設備并初步應用在保障試運營系統(tǒng)。 本文主要研究工作概括如下： 首先，從IPTV系統(tǒng)所提供服務的廣播級、個性化、互動性和豐富性特點出發(fā)詳細的界定了IPTV的定義，并概括性的介紹了IPTV系統(tǒng)技術(shù)和標準狀況。針對一個IPTV運營系統(tǒng)，指出IPTV網(wǎng)關(guān)和業(yè)務保障系統(tǒng)是保證用戶QoE的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為下面進一步研究IPTV網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設計

6、和IPTV運營系統(tǒng)的監(jiān)控作鋪墊。 其次，第二章中研究和實現(xiàn)了一個電信運營級、多頻道高密度的視頻處理和傳輸平臺，提出一個先進的IPTV網(wǎng)關(guān)架構(gòu)，將處理和傳輸兩項功能有機融合起來。該網(wǎng)關(guān)主要功能包括：對傳送流的處理，以支持大規(guī)模的橋接數(shù)字電視節(jié)目TS流DVB-ASI傳輸和IP傳輸；提供編碼和轉(zhuǎn)碼，以支持同一節(jié)目服務多種QoS；在協(xié)議處理和傳輸上提供高容量的交換傳輸。通過板內(nèi)高速PCI總線和千兆以太網(wǎng)接口實現(xiàn)分布式交換結(jié)構(gòu)和模塊化設計

7、，利用可編程邏輯模塊、可編程處理模塊和CPU處理模塊在一個運營級的網(wǎng)關(guān)架構(gòu)中實現(xiàn)支持數(shù)字電視的編碼和轉(zhuǎn)碼處理，支持多達數(shù)百套數(shù)字電視節(jié)目的運營。針對網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的運營級穩(wěn)定性需求，具體設計了一個基于ATCA架構(gòu)和高可用軟件系統(tǒng)，采用SNMP服務的高靈敏心跳檢測機制的對稱1+1冗余備份機制，設計了模塊之間自查和互查方法。并在3TNet上海試驗網(wǎng)驗證了該網(wǎng)關(guān)設備的可用性。 再次，對IPTV網(wǎng)關(guān)橋接數(shù)字電視節(jié)目TS傳輸流的技術(shù)展開討論，討

8、論了ISO/IEC13818-1系統(tǒng)層的時序模型，在針對網(wǎng)絡傳輸時延不再恒定、傳輸帶寬復用共享、具有VBR特性的環(huán)境下，提出了一種傳送流在IP網(wǎng)絡傳輸過程中系統(tǒng)時鐘同步保持的控制方法，能實現(xiàn)數(shù)字電視節(jié)目在網(wǎng)絡中僅傳輸該節(jié)目的有效數(shù)據(jù)，在接收端恢復為恒定碼率，并以正確的PCR(ProgramClockReference)值保持原系統(tǒng)層的時序模型的有效性。其次討論了ISO/IEC13818-1系統(tǒng)層的緩存管理模型，在詳細討論傳送流的解碼過程

9、下給出了針對傳送流的復用和解復用處理過程的策略，并提出了一種針對傳送流TS文件的IP流化傳輸速率調(diào)整算法。 第四，基于一個通用的視頻編碼和網(wǎng)絡傳輸模型，探討編碼視頻在網(wǎng)絡傳輸中的約束條件，并在這基礎上討論了適配視頻信號和傳輸網(wǎng)絡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一的視頻編碼碼率控制問題，提出一種改進的多路視頻聯(lián)合可變碼率控制策略，在實際的轉(zhuǎn)碼應用中，該碼率控制策略能夠根據(jù)傳輸信道的可變帶寬在多節(jié)目之間、GOP之間合理的分配編碼比特數(shù)，相比CBR碼率控