基于IPv6组播的高清视频应用研究

范东会李万高

（1．中国联合网络通信有限公司许昌市分公司，河南 许昌 461000；2．河南工程学院计算机学院，河南 郑州 451191）

基于IPv6组播的高清视频应用研究

范东会1李万高2

（1．中国联合网络通信有限公司许昌市分公司，河南 许昌 461000；2．河南工程学院计算机学院，河南 郑州 451191）

组播技术能有效解决大规模高带宽视频应用的部署问题，随着我国下一代互联网示范工程核心网CNGI CERNET2的建成，使得在IPv6平台上运行高清视频成为可能。本文重点研究了IPv6组播的高清视频直播系统的架构，并在校园网上搭建测试环境并对系统的可行性和运行效果进行分析。

IPv6；组播；高清视频；VLC；DM800

1 引言

随着图像处理技术的不断发展，图像显示分辨率越来越高，高清网络电视、高清视频会议、高清网络教学等领域的视频直播服务将会具有重要的研究价值。目前定义的高清视频主要有3种格式，分别为1080i、720p和1080p。高清格式下的图像信息数据量至少比标清格式要高出4倍以上。在高清视频传输方面，由于受压缩编解码方式不同的影响，不同的视频对网络传输带宽的具体要求也不一样。即便采用性能最好的H.264压缩编码方式，对于一路720p的高清视频而言，至少需要2M～4Mbps的物理带宽才能保障视频的有效传输，这在现有的Internet网络环境中通过单播或广播完成在整个校园网的部署，实现大规模用户的同时访问几乎是没有办法的。

现在的互联网是建立在IPv4协议基础上，经过多年发展，第一代互联网在全面成熟的同时，潜在的危机也日益显现出来，如地址枯竭、路由表急剧膨胀、服务质量（QoS）保证等。为了解决这些问题，1992年，人们开始讨论制订下一代互联网络协议，1996年，IPv6的基本协议规范发表，1998年初，IPv6协议的框架已基本趋于成熟，开始在较大范围内得到验证，而且IPv6设备必须支持组播，这些都为实现IPv6组播的高清视频播放奠定了良好的基础。因此，本文就针对IPv6组播的高清视频进行研究，给出了基于IPv6组播的高清视频直播系统的设计以及分析，本文提出的系统通过卫星接收设备接收卫星上的高清节目，然后基于校园网通过组播的方式将高清节目直播到校园网上，在校园网内的任一地方完成组播服务器的架设及网络设备的配置后来完成平台搭建。相对于闭路电视而言，该系统具有延时小、画面清晰（现闭路信号大多为模拟信号）、投资少（利用已有的网络和PC即可）和无使用费等优点，具有很强的实际使用价值。

本文所做工作主要有以下三个方面：（1）提出了基于IPv6组播的高清视频直播系统的架构；（2）对该系统设计中的关键点进行了详细介绍；（3）对该系统进行了测试实验，以验证该系统的可行性和执行效果。

2 基于IPv6组播的高清视频直播系统的架构

经过对组播、IPv6和流媒体播放平台的分析，结合高校网络的现状及需求，设计出了一个基于IPv6组播技术的高清视频直播系统，该系统结构如图1所示。其中，卫星接收机DM800负责接收高清视频信号，通过网络传输给系统组播源，通过组播网络传输给组播组中各网络接收者。实现该系统有两个方面主要工作：一是高清视频源的选择与部署，二是组播平台的选择和配置。

3 基于IPv6组播的高清视频直播系统部署

针对高清视频源的选择与部署以及组播平台的选择和配置，本文给出了具体的实现方案。

图1 基于IPv6组播的高清视频直播系统结构图

3.1 高清视频源的选择与部署

如图1所示，卫星天线负责接收高清视频信号源，卫星接收机DM800由于具有强大的DVB-S2/S双解调、MPEG-2、H.264双解码功能，所以其可以完成高清视频的解码，然后通过其RJ-45端口将数据流传输到网络。

3.1 .1 卫星天线的选择和调试

天线尺寸大小不等，又有正馈和偏馈之分。不同卫星上的节目由于卫星位置和功率不同需要选用不同尺寸和种类的天线。以郑州地区为例，接收中星6B115.5°E卫星上的中央电视台高清频道，需要使用至少1.2米(推荐1.5米)的正馈天线，接收亚太V号138.0°E上的探索高清频道，需要使用0.6米以上的偏馈天线。

天线调试就是所谓的天线对星，实际上是指通过调整天线的方位角、俯仰角和极化角，使天线波束中心对准目标卫星的过程，这是能够接收卫星节目的基础。通过寻星软件可以得到三个角度，进而安装天线。

3.1 .2 卫星接收机的选择和调试

目前市面上出现较多的是德国梦幻公司的智能化多媒体接收机DM800，DM800是一台卫星接收机和内置了Linux操作系统的电脑的二合一产品。其内置了10/100Mbs的网卡，可以直接从网卡输出视音频内容，适合网络使用，且支持高清解码和内置硬盘。

3.2 组播平台的选择和配置

组播平台的搭建包括组播服务器的搭建、组播网络的配置和组播客户端部署三部分。

3.2 .1 组播服务器的搭建

通过对两种典型的流媒体播放平台Windows Media Server和VLC的分析和对比，采用VLC提供组播媒体源，其使用优化的编解码器，满足高清视频的传输需求，且在VLC的v0.86之后版本都已支持SSM，且考虑到VLC在Linux系统的稳定性，所以平台搭建选择在Fedora上安装VLC1.1.5作为组播服务器。

配置组播服务器主要包括：（1）网络参数配置，即配置组播源地址，如2001:da8:500d:2::5和相关网络参数；（2）创建VLC高清视频源的发布点、创建.cfg配置文件、运行多播公告、创建公告文件和多播信息文件；（3）组播管理相关配置，包括端口和组播地址（ff08::1）等。组播源的创建原理及配置如下：

Step1:new cctvhd broadcast enabled(创建一个名字为cctvhd的组播频道)

Step2:setup cctvhd input http://211.84.0.122:8001/1:0:1: 321:10:1:47E9004:0:0:0:(设置组播频道来源地址)

Step3:setup cctvhd output#duplicate{dst=rtp{dst=ff08::1, mux=ts,port=1234}}(设置组播频道输出时使用的协议、地址、数据流及端口号)

Step4:control cctvhd play(启动该组播频道)

以上命令通过在vlc的控制台中直接输入就可以将视频源发送到组播地址ff08::1上，但为了方便，最好是将前三行配置命令保存为一个.cfg配置文件，以后直接用load装入配置文件，然后直接启动组播频道即可完成。

3.2 .2 组播网络的配置

根据实际的网络环境，确定采用PIM-SM协议配置组播功能,组播模型采用SSM，以实现禁止不明确的(*,G)的加入。首先完成单播路由(如OSPFv3)的配置，然后完成以下配置内容：在路由器上使能组播功能、在路由器需要的接口上使能PIM-SM功能、在路由器连接组播用户的接口上同时启用PIM Silent和MLD。在本文所搭建的组播网络环境里，使用的设备为华为和锐捷两个厂家路由交换设备，下面以HUAWEI NE80E（软件版本为5.70 RELEASE 0089）为例介绍具体的配置：

sysnameNE80E

ipv6

multicastipv6routing-enable(使能ipv6组播功能)

interfaceGigabitEthernet1/1/0（进入要配置的接口）

undoshutdown（激活该接口）

ipv6enable（启用ipv6协议）

ipv6address2001:da8:500d:90::2/64（设置接口的ipv6地址及掩码）

ospfv31area0.0.0.0(启用进程号为1的ospfv3路由协议)

pimipv6sm(在接口上使能IPv6PIM-SM)

pimipv6silent（启用PIMSilent功能，以防攻击，非用户接口不需启用）

mldenable（启用mld组播组管理协议，非用户接口不需启用）

interfaceGigabitEthernet1/1/1

undoshutdown

ipv6enable

ipv6address2001:DA8:500D:90::1/64

ospfv31area0.0.0.0

pimipv6sm

锐捷设备的配置与华为大致相同，只是对于锐捷的交换机，必须使用RGNOS10.4.2以上的版本才能支持IPv6的组播功能，另外启用组播的端口会自动启动MLD协议，所以不需要手工设置。

3.2 .3 客户端配置

客户端需支持IPv6，使用IPv6地址参数，播放器可使用VLC的最新版本version 1.1.5。为确保播放质量，推荐硬件配置为3.0GHz以上CPU（双核）、内存2.0GB以上、显示器分辨率1920*1080以上。

4 系统测试

在河南工程学院校园网的基础上，通过对三层网络设备的相关配置，经过大量用户的访问，验证了系统的可行性，本测试主要验证网络设备对IPv6环境下的SSM跨网段转发情况，包括四个方面：在三层设备上查看组播相关信息、接收端画面的质量、接收端带宽和组播数据包分析。

4.1 在路由器上运行以下命令

查看组播路由信息，发现组播路由、组播转发及组播源的RPF路由信息等，具体信息因篇幅太大此处省略。

displaymulticastipv6boundary（查看所有接口的边界信息）

displaymulticastipv6forwarding-table（查看IPv6组播转发表信息）

displaymulticastipv6routing-table（查看IPv6组播路由表信息）

displaymulticastipv6rpf-info（查看指定组播源的RPF路由信息）

4.2 接受端画面的质量

在IPv6组播测试中，接受端画面质量清晰，没有出现任何抖动和延迟。实验中采用的视频源为CCTV高清（1080i）的图像，图2为组播接收端主机A播放的画面。

图2 接收端画面

4.3 接收端带宽

图3 接收端带宽占用情况

高清视频传输对客户端带宽的占用情况直接影响到在实际部署的可行性，在本系统中，采用CCTV高清（1080i）的视频源，通过MPEG2进行编码，带宽使用情况在19Mbps（2.4MB*8）左右，图3为组播接收端主机B测试的带宽占用及负载情况。

4.4 抓包分析

在组播接收端主机C上使用抓包软件抓包，进行分析，可以发现组播组地址FF08::1的UDP端口1234接收到组播数据包，图4为使用Sniffer的抓包截图。

图4 使用Sniffer流量分析

5 结语

本文通过对IPv6组播技术、流媒体技术和卫星接收技术的分析和研究，结合目前高校的网络建设现状及需求，设计出了一个基于IPv6组播的高清视频直播系统，然后通过实验验证了该系统的可行性，为在下一代互联网上大规模部署高清视频直播提供了依据，并积累了部署经验。

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TP393

A

1003-5168(2014)03-0008-03

范东会（1976—），男，河南许昌人，工程师，主要研究方向：通信工程。