浅析在IPTV下的流媒体技术

2018-02-26袁少玮王喜仁

网络安全技术与应用 2018年2期

◆刘毅袁少玮王喜仁

浅析在IPTV下的流媒体技术

◆刘毅袁少玮王喜仁

(陆军装甲兵学院教研保障中心北京 100072)

为推进军队院校信息化、数字化建设，保证合理使用网络资源，本文依托现有的校园网网络平台架构，进一步分析掌握IPTV搭建的关键技术，解决在网络运营模式下、校园网用户对带宽需求等各个方面无法满足的问题。一方面，对校园网络起到数据导流的作用，缓解校园网出口带宽的压力；另一方面，可以以此为依托，为学校开展视频教学、精品课点播等服务工作提供更加高速、稳定全面的服务平台，为学员、教员提供更加便利的上网环境。下面对搭建校园网络平台所需要的基本技术一个简单的解析，为更好构建网络平台做好铺垫。

IPTV；流媒体；流媒体播放方式

0 前言

IPTV称为网络协议电视或者被称为交互式网络电视，它不同于传统的模拟信号电视，同时与数字电视技术也不同。IPTV是结合数字、计算机、多媒体技术等日益密切科技的产物，利用宽带网络技术，把互联网、多媒体和通讯等多种技术集合于一体，以IPTV机顶盒或者PC计算机做为主要接收设备，电视机和电脑显示器作为主要显示设备，为终端设备提供各种交互服务技术，例如休闲娱乐、电子商务、互动服务，同时需要通过TCPIP协议来完成网页浏览、电子邮件、广告互动、在线信息咨询、娱乐等，正是IPTV的出现，有效的集成了电视、通信、计算机等各个领域，为网络运营商和内容提供商提供了无限的市场商机。

1 IPTV系统组成

IPTV是基于TCPIP网络平台的基础上为用户终端提供流媒体服务，从逻辑上是可以划分为5大部分：流服务系统、多媒体处理系统、内容管理系统、电子节目单服务系统、运营支持平台。

1.1流服务系统

无论电视直播还是视频点播方式等，IPTV的核心都需要流媒体的方式来为终端用户提供服务。

1.2多媒体处理系统

主要用来处理多种节目源转换成数字化方式，通过互联网来接收视频、音频等流媒体节目源，IPTV提供终端的流媒体服务。

1.3内容管理系统

主要是对媒体资源进行管理，包括了内容管理、编排和报表信息的采集和生成，最重要的是对客户的需求进行更深入的分析，才可以保证提供最为优质的服务。

1.4电子节目单服务系统

为用户提供更加方便、快捷、可视化的业务界面，供用户选择自己喜欢的视频，起到了索引的效果，也就是为用户完成了接入请求。

1.5运营支持系统

整个运用体系是需要运营商来提供服务和管理，这就包括设备的管理，定价策略，终端用户管理、平台计费等后期的维护。

IPTV平台的总体结构分为4层：支撑层、媒体业务层、网络承载层和用户终端层。

2 流媒体技术

在Internet发展的初期阶段，网络在多媒体中的传输方式为静态数据传输“先下载，后享用”，为欣赏丰富的视频信息、音频信息等，需要经历漫长的数据下载时间，同时要提供大容量的本地磁盘来进行缓冲，这种方式越来越不可行，而且对于用户来说很不方便。为适应Internet的传输，提出了数据传输模式“流传输”，并得到了快速的发展。与传统“先下载，后享用”的传输模式不同，流媒体的传输方式 “边下载，边享用”。采用“流媒体传输”模式时，先把连续的媒体数据划分为小的数据包，然后按照一定的时间间隔依次连续发送给接收方。接收方在收到一部分数据包后进行重组，来获得播放媒体的连续的小片段。这样的传输方式中，接收方一边接收传输的数据包，一边同时可以连续播放媒体片段，而不需要很长的等待时间和本地大容量的磁盘进行缓冲。

表1 IPTV系统组成

应用服务EPG 内容制作内容管理流媒体服务增值业务

国家主干网省主干网/城域网 ADSL接入LAN接入WLAN接入GEPON接入

机顶盒/PC/移动终端

2.1流媒体传输技术

在IPTV系统中，流媒体的传输技术分为：实时流传输（Real-time Streaming）和顺序流传输（Progressive Streaming）。一般实时流传输是采用实时协议或者流式传输媒对实时流传输的媒体信号与宽带信号进行匹配，使用户媒体能够实时观看或者进行随机访问，快进或者后退来观看前面或后面的内容；顺序流传输是通过Http或者FTP，传输方式可以用Web来进行传输，用户在线观看媒体的时候，只能观看已经下载了的部分媒体信息，没有下载的是不能看到的。理论上来说，在实时流播放过程中是不能停止的，如果发生暂停，就需要再次进行与宽带连接进行匹配，对流媒体进行解码和压缩操作。

RTP协议实现在TCP协议和UDP协议中的应用层来完成，因为TCP协议中包含了拥塞控制和自动重传请求机制，不能达到流媒体连续传输的实时性要求。

表2 RTP协议

RTP协议与TCP/IP协议的之间的关系。

RTP协议中两个基本的协议报头为数据包序列号和时间戳，利用数据包序列号，接收者可以很方便的判断在数据包的前后次序中是否发生丢失；利用时间戳来确定数据包的内容的播放时间，同时可以推算出网络传输经历的延迟和抖动情况。在传输的过程中可以RTP控制协议一直在监控RTP数据传输的质量，控制接收方和发送方的通信。

2.2流媒体播放方式

可以通过单播的方式为用户传送流媒体数据，也可以通过多个用户传送流媒体数据，从而实现在线视频点播技术或者直播技术。

（1）单播

采用单播的方式传输流媒体数据，在服务器和客户端之间建立点到点的单独数据通道。它的特点是服务器发送数据包的时间段内只能有一个客户端可以接收，当有大量客户在同一时间段发生请求是无法完成的，这对服务器产生大量负荷，同时需要对网络的速度产生要求。

（2）广播

数据流统一发送所有用户，不管用户是否有需求，通过这种方式是可以减少对服务器的负载，但用户端是被动接收，无法满足用户的个性化需求。

（3）组播

结合了单播和广播的优点，通过分组的模式把数据包发送给多个用户，从而保证服务器的最小负载和网络带宽的使用，同时也满足网络底层对组播的支持。

2.3流媒体系统特点

因为不同的流媒体应用对网络传输的需求是不相同的,要根据实际情况也有很大差别，根据网络的需求对流媒体进行传输，可将流媒体系统分为四大类，如表3。

表3 流媒体基本应用模型和特征

2.4流媒体系统功能要求

（1）端到端的质量问题：能够很好接收从媒体源接收媒体传输过来的信息是保证，也是流媒体系统的基本功能需求。它有以下几个因素的影响:第一，媒体质量：衡量流媒体整体性能的主要指标，对于视频可以用峰值信噪比来进行媒体质量，也可以通过衡量媒体话音质量来进行衡量；第二，延迟：从终端发送数据请求接收多媒体数据所用的间隔时间；第三，抖动：流媒体数据之间时间相关度，也就是媒体播放的不连贯性，数据包达到了接收端的间隔时间一致。

（2）可扩展性：流媒体应用在互联网中达到的最大会话规模，例如视频点播和直播支持大量用户订阅，网络视频会议和网络电话支持大量并发会话，能够支持媒体源和接收端口同时蔡玉大规模的流媒体会话。

（3）系统效率：解决提供各种服务成本和代价，实现高的系统效率才能在系统性能和部署成本中取得平衡。

（4）会话管理：终端客户与服务器之间双方会话，如视频点播，对每个视频节目的点播都是一个独立的双方会话，会话管理还可以为用户提供丰富的VCR操作，例如暂停、快进退等随机定位模式，也可以为多个终端客户之间进行多方会话，进行网络视频会议，实时通话邀请，建立一个会话小组惊醒讨论。

（5）安全性：流媒体系统的安全性包括会话、功能的安全性和基础设施的安全性。会话的安全性指要对终端客户进行用户的身份认证，媒体数据加密认证；功能的安全性是指会话管理协议在传递身份认证信息和协商会话密钥，再通过网络进行发送和接收信息。基础设施的安全性需要借助服务节点为网络接触设施提供服务，这些服务为网络环境提供了足够的保障，有效避免受恶意攻击破坏和干扰，保障流媒体系统正常、稳定的工作。