IPTV影音服務(wù)之設(shè)計與實(shí)作

摘 要： 由于數(shù)位化及互動化的需求，IP技術(shù)也自然導(dǎo)入到 TV的領(lǐng)域，演變成所謂 IPTV服務(wù)。視訊資料需具有實(shí)時性及高帶寬的需求，所以各國在發(fā)展寬帶網(wǎng)路的過程，都把IPTV服務(wù)的成功視為重要技術(shù)的突破。影音服務(wù)的豐富度及展現(xiàn)性是IPTV產(chǎn)業(yè)成功的重要因素，所以以串流影音區(qū)段播放、前臺頁面廣播消息偵測、封鎖特定IP使用者及限制最大上線人數(shù)、影片播放狀態(tài)偵測等技術(shù)，以實(shí)踐影音內(nèi)容快速重組機(jī)制以呈現(xiàn)特定主題之影音服務(wù)，影音及視訊強(qiáng)制廣播功能，以及在線人數(shù)及帶寬有效掌握等影音服務(wù)。整體系統(tǒng)是架構(gòu)在Media Service 9， Microsoft Visual Studio 2008， SQL Server 2000等環(huán)境開發(fā)。

關(guān)鍵詞： IPTV； SMIL； 時序數(shù)據(jù)庫； 影音控制； 多媒體隨選

中圖分類號： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0079?05

1 研究動機(jī)與目的

由于數(shù)位化及互動化的需求，IP技術(shù)自然而然地導(dǎo)入到 TV的領(lǐng)域，演變成所謂的 IPTV[1]。由于視訊資料需具有實(shí)時性（real?time）及高帶寬的需求，所以各國在發(fā)展寬帶網(wǎng)路的過程，莫不把IPTV服務(wù)的成功視為重要的技術(shù)突破。臺灣的中華電信在2003年10月正式宣告MOD（Multimedia on Demand）的服務(wù)，歷經(jīng)近九年的時間，目前（截至2012年4月底）已突破百萬用戶的規(guī)模；有線電信業(yè)者也在許多區(qū)域進(jìn)行IPTV的服務(wù)測試，這些都有助于將視訊服務(wù)的對象，由傳統(tǒng)TV族群，擴(kuò)及到計算機(jī)網(wǎng)路族群。

影音服務(wù)的豐富度及展現(xiàn)性，是IPTV產(chǎn)業(yè)成功的重要因素。因此本文發(fā)展了串流影音區(qū)段播放、前臺頁面廣播消息偵測、封鎖特定IP使用者及限制最大上線人數(shù)、影片播放狀態(tài)偵測等技術(shù)，讓內(nèi)容提供商在數(shù)字版權(quán)的不可重制性及破壞性的前提下[2]，將影音內(nèi)容快速重組以呈現(xiàn)特定主題之影音服務(wù)；除了傳統(tǒng)的點(diǎn)播服務(wù)外，亦能提供影音及視頻強(qiáng)制廣播功能；同時又能有效掌握在線人數(shù)及帶寬。本文以W3C定義的SMIL（Synchronized Multimedia Integration Language）技術(shù)來達(dá)到影音內(nèi)容組合及分割的區(qū)段播放功能；由于.NET的Application及Session物件的變量存取，在前臺頁面判斷后臺的廣播消息；在后臺以IP位置及聯(lián)機(jī)數(shù)來達(dá)到封鎖特定IP及設(shè)定最大在線影音觀看人數(shù)；通過Windows Media Player之播放屬性，來判斷前臺影音目前的播放狀態(tài)，達(dá)到影音的播放控制。

整體系統(tǒng)是在架構(gòu)在Windows Server 2003，結(jié)合了Media Service 9， Microsoft Visual Studio 2008， SQL Server 2000等開發(fā)環(huán)境。經(jīng)測試，系統(tǒng)確能有效達(dá)成上述之功能，使IPTV的影音服務(wù)更具彈性及豐富度。

2 文獻(xiàn)探討

2.1 微軟開發(fā)環(huán)境

MMS（Microsoft Media Server）為一種串流媒體傳送的通信協(xié)議，若用戶在任何計算機(jī)的Windows Media Player中開啟一個URL以連接影音內(nèi)容，則必須使用MMS協(xié)議引用該串流。微軟Windows Media Services指定某個文件夾為影片目錄來源，以作為影音服務(wù)器設(shè)定MMS的發(fā)行端點(diǎn)。由于播放來源可能是一個影片檔案或是播放列表，因此可以設(shè)定2個MMS發(fā)行端點(diǎn)，讓其中一個目錄文件夾專門存放完整的影片檔案；另一個則存放影片播放列表。SMIL為一種XML語言[3] ，而wsx （WCF service extension）是微軟Media Services特有的文件格式，為一種 XML 檔，可以使用SMIL定義播放列表中的內(nèi)容，以及播放列表應(yīng)有的行為表現(xiàn)。wsx 文件支持各種項目和屬性（Attribute），以加強(qiáng)對媒體播放的控制，而不只是單純地作播放視頻。wsx檔案必須存放在Windows Media Service專屬的playlist目錄夾，并且利用語法clipBegin及clipEnd將影片做區(qū)段播放[4?5]。

在微軟ASP.NET的開發(fā)環(huán)境下，可以使用Application及Session物件，在同一個Web網(wǎng)站間傳遞和保存不同用戶端的資料。同一個Web應(yīng)用程序和不同用戶端的數(shù)據(jù)傳遞和保存，可以去存取Application變量，例如：在線人數(shù)統(tǒng)計、網(wǎng)站瀏覽次數(shù)。同一個Web應(yīng)用程序和相同用戶端的數(shù)據(jù)傳遞和保存，可以去存取自己專屬的Session變量，例如：使用者個人資料及設(shè)定。Global.asax檔案定義了Application或Session物件起始或結(jié)束時需要執(zhí)行的動作，以響應(yīng)Application或Session的事件[6]。ActiveX是微軟Component Object Model的技術(shù)之一，可以在Web網(wǎng)頁中插入多媒體效果、并產(chǎn)生互動及執(zhí)行復(fù)雜程序。ActiveX提供了許多ActiveX控件（ActiveX controls），微軟Windows的應(yīng)用軟件就利用ActiveX將這些應(yīng)用軟件的某些功能封裝成ActiveX控件，使用內(nèi)嵌方式嵌入到其他的應(yīng)用程序。Windows Media Player是以O(shè)bject元素內(nèi)嵌在Web網(wǎng)頁。object元素中包含param元素，可以指定Windows Media Player 的ActiveX控件、操作按鈕，以及其他內(nèi)容。Windows Media Player 9 Series SDK定義了許多ActiveX控件的屬性（Property）、事件（Event）和方法（Method）。JavaScript可以控制這些屬性、事件和方法。與串流播放有直接關(guān)系的屬性為PlayState，其值可以代表播放器運(yùn)作的情況。例如，playState的值為1代表影片狀態(tài)為停止；值為2代表影片狀態(tài)為暫停；值為3代表影片狀態(tài)為播放。在要引用此屬性時，必須要先知道網(wǎng)頁中Windows Media Player物件的id名稱，例如id為MPlyr的話，語法MPlyr. playState就可以得知目前播放器播放之狀況。

2.2 Smart?iTV系統(tǒng)

Smart?iTV系統(tǒng)為本研究室與臺灣夢工場科技及中華電信MOD合作8年的開發(fā)平臺。Smart?iTV是一個IPTV影音播放平臺，影音服務(wù)的相關(guān)內(nèi)容是由管理員先在后臺管理系統(tǒng)，將文字、縮圖及影音的meta?data（影片名稱、影片來源、主題類別、影片描述、提供者）等數(shù)據(jù)建立于數(shù)據(jù)庫中。前臺服務(wù)頁面再從數(shù)據(jù)庫中讀取這些信息，將內(nèi)容呈現(xiàn)給觀眾[7?10]。系統(tǒng)是架構(gòu)在Windows Server 2003，結(jié)合了Media Service 9， Microsoft Visual Studio 2008， SQL Server 2000等環(huán)境來開發(fā)。

3 使用情境及系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 影音內(nèi)容快速重組機(jī)制以呈現(xiàn)特定主題之影音服務(wù)

本文的時序數(shù)據(jù)庫（Time Code Database），紀(jì)錄不同影音內(nèi)容的組合時序及分割時序之meta?data。所以影音服務(wù)的播放對象，不是影音內(nèi)容本身，而是由時序數(shù)據(jù)庫的meta?data所組合的SMIL檔案。以總長120 min的球類介紹影片（檔名為Sport.wmv），其中包含6個不同的主題段落：0～20 min為籃球的歷史發(fā)展，20～40 min為籃球的比賽規(guī)則；40～60 min為排球的歷史發(fā)展，60～80 min為排球的比賽規(guī)則；80～100 min為桌球的歷史發(fā)展，100～120 min為桌球的比賽規(guī)則。

由于影片都是節(jié)目內(nèi)容商所制作提供，所以學(xué)校外購的影片有時候很難符合各老師的教學(xué)需求。比如有A，B，C三位體育老師，A老師想規(guī)劃的課程單元是籃球介紹，B老師想規(guī)劃的是各球類的比賽規(guī)則，而C老師想規(guī)劃的則是各球類的發(fā)展歷史。所以上述的Sport.wmv就會被這3位老師的課程規(guī)劃需求而被以時間區(qū)段形成的meta?data來作區(qū)隔。課程規(guī)劃單元及時間區(qū)段則如圖1所示。三位體育老師想播放的區(qū)段中，有部分是重迭的。若現(xiàn)在按照傳統(tǒng)方式使用影音軟件剪輯，不但耗時且有影片著作權(quán)等問題。加上會有多個影片檔案的產(chǎn)生，對于片段的重復(fù)，更會浪費(fèi)系統(tǒng)服務(wù)器上的儲存空間[9]。

三位體育老師的不同課程規(guī)劃，可以在Smart?iTV后臺管理頁面（如圖2中的步驟1所示），將Sport.wmv這部影片依照各自的課程規(guī)劃，設(shè)定不同的區(qū)段播放時間（如圖2中的步驟2），這些meta?data會記錄在Time Code Database中（如圖2中的步驟3）。學(xué)生只要聯(lián)機(jī)至前臺服務(wù)頁面，透過微軟Media Service的串流功能，自動從Time Code Database中讀取時間段落信息，就可以呈現(xiàn)不同課程單元之影音區(qū)段給學(xué)生點(diǎn)播（如圖2中的步驟4）。同樣的Sport.wmv影音檔，卻可同時提供3種課程單元，對課程規(guī)劃的彈性及豐富度，確實(shí)有很大的幫助。

以上位體育老師將Sport.wmv依照自己的課程規(guī)劃，分割成不同段落，這些段落的開始時間及結(jié)束時間是記錄于Time Code Database中的。如表1所示，其中s1是老師A設(shè)定；s2，s3，s4是老師B所設(shè)定；s5，s6，s7是老師C所設(shè)定。由于老師C只想在前臺服務(wù)頁面呈現(xiàn)一個各球類歷史發(fā)展的按鈕選項， 因此s5，s6，s7為此選項相對應(yīng)之區(qū)段影音。

表1 3位老師規(guī)劃不同時間區(qū)段需求紀(jì)錄于

Time Code Database，影音檔名同為Sport.wmv

當(dāng)3位老師于Smart?iTV后臺管理頁面設(shè)定完每一個影音區(qū)段后，前臺服務(wù)頁面就會自動產(chǎn)生一個相對應(yīng)之點(diǎn)播選項；若老師想要使用一個點(diǎn)播選項包含所有影音段的話，這時可以將所需要之影音段落全部寫入到wsx的程序代碼中。以老師C規(guī)劃之各球類歷史發(fā)展課程為例，前臺服務(wù)頁面產(chǎn)生之點(diǎn)播選項只有一個，其wsx的程序代碼如圖3所示。

3.2 影音及實(shí)時視訊強(qiáng)制廣播功能

當(dāng)系統(tǒng)管理員想要主動將影音信息實(shí)時讓觀眾收看，就必須使用廣播。廣播方式有2類，一類為影音檔案廣播；另一類為實(shí)時視頻廣播。假設(shè)學(xué)校每間教室都有裝設(shè)Smart?iTV系統(tǒng)，平常提供師生點(diǎn)播影音內(nèi)容。若今天學(xué)校想要做防災(zāi)影片倡導(dǎo)，點(diǎn)播方式無法保證每位師生都會去收看；因此將不同類的災(zāi)害，如：地震、火災(zāi)等，制作成一個影音檔案，就可通過Smart?iTV后臺管理頁面，主動將影音檔案實(shí)時廣播。若今天因?yàn)榕_風(fēng)因素，學(xué)校臨時接獲通知要向全校師生宣布停班停課，便可以在后臺管理頁面，通過攝影機(jī)，就可以將此信息以實(shí)時視頻廣播，快速讓全校師生知道。當(dāng)廣播發(fā)生時，前臺頁面會暫停目前的服務(wù)，強(qiáng)制導(dǎo)入后臺廣播消息；當(dāng)廣播結(jié)束時，會自動導(dǎo)回原來的服務(wù)畫面。當(dāng)后臺無廣播事件發(fā)生時，前臺頁面正常提供點(diǎn)播服務(wù)，如圖4所示；當(dāng)要立即進(jìn)行影音檔案或live視頻廣播，學(xué)校可以在后臺管理頁面點(diǎn)選開始廣播。這時無論前臺服務(wù)頁面的動作如何，都會被暫時中斷并強(qiáng)制收看廣播消息，如圖5所示。此功能有別于點(diǎn)播方式，學(xué)校可以更實(shí)時主動地將影片播放給師生觀看。影音檔案本身是一個wsx檔案，存放路徑和點(diǎn)播的影音檔案一樣，都是放在playlist文件夾，通過MMS串流協(xié)議讀取播放；而live視訊廣播，需要外接一部攝影機(jī)，通過Windows Media Encoder進(jìn)行編碼，Smart?iTV再讀取此串流影音的發(fā)行端點(diǎn)進(jìn)行播放。

3.3 在線人數(shù)及帶寬有效掌握

影音控制的目的，在于掌握服務(wù)器的影音帶寬使用，并且可以設(shè)定在線最大聯(lián)機(jī)數(shù)，降低服務(wù)器帶寬的負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)管理員可以在后臺頁面查看所有在線用戶的IP位置及設(shè)定最大在線影音觀看人數(shù)。若發(fā)現(xiàn)有可疑的IP位置，可能會危害到系統(tǒng)本身效能，此時可以針對這些IP位置進(jìn)行封鎖動作，而被封鎖的IP位置，就無法于前臺頁面播放影片。對于影音帶寬的控制，主要是利用Application物件、Session物件來取得目前實(shí)時的用戶信息，監(jiān)控所有在線正在播放影音的使用者，同時也可以中斷使用者影音的播放。若系統(tǒng)管理員在后臺管理頁面將IP位置為120.96.183.88的使用者加以封鎖，并設(shè)定最大影音觀看人數(shù)為300人。儲存完成后，設(shè)定值會傳送至前臺服務(wù)頁面。當(dāng)前臺服務(wù)頁面有觀眾要點(diǎn)播影音時，頁面會檢查是否有被封鎖的IP位置及影音觀看人數(shù)是否超過設(shè)定值。如圖6所示，第301位及IP位置為120.96.183.88的觀眾，就無法點(diǎn)播影音。

最大影音觀看人數(shù)示意圖

4 系統(tǒng)實(shí)作技術(shù)

4.1 影音內(nèi)容快速重組機(jī)制以呈現(xiàn)特定主題之影音服務(wù)

為了呈現(xiàn)不同教學(xué)單元的需求，于Smart?iTV前臺服務(wù)頁面中，選單會依照3位老師的規(guī)劃出現(xiàn)籃球介紹、各球類比賽規(guī)則介紹及各球類歷史發(fā)展介紹的頁面。以體育老師C為例，老師C將不同的影音區(qū)段合成同一個點(diǎn)播選項。當(dāng)觀賞者點(diǎn)選這些選項時，該影音段落就可以直接播放。

圖7雖然是單選主題，影片其實(shí)都是來自同一個檔案的3個不同的時間區(qū)段（見表1及圖3），此3個時間區(qū)段對應(yīng)的開始播放時間及結(jié)束播放時間分別記錄在Time Code Database中，但前臺服務(wù)頁面則以單一wsx播放列表組合再一起（見圖3），當(dāng)用戶點(diǎn)播時，則依序連續(xù)播放，如同播放單一影音服務(wù)一般。

后臺管理頁面設(shè)定的這些影音相關(guān)信息，都會寫入到Smart?iTV的Time Code Database中，并自動產(chǎn)生wsx檔案。當(dāng)觀眾從前臺服務(wù)頁面播放影音時，系統(tǒng)會導(dǎo)入到鑲嵌在Web網(wǎng)頁中的Windows Media Player，并透過MMS串流協(xié)議連結(jié)相對應(yīng)的wsx檔，藉由wsx檔案取得影音區(qū)段播放時間，開始做播放。以老師C的課程規(guī)劃頁面為例，如圖8所示。

4.2 影音及實(shí)時視訊強(qiáng)制廣播功能

前臺服務(wù)頁面每3 s就會自動偵測一次后臺是否有廣播事件發(fā)生。當(dāng)影音或live視頻廣播事件發(fā)生時，前臺服務(wù)頁面會暫停所有動作，并強(qiáng)制導(dǎo)入到廣播頁面。廣播頁面導(dǎo)入后，前臺頁面中嵌入的Windows Media Player會依據(jù)廣播類型的不同，讓MMS串流協(xié)議讀取的檔案也不同。（影音廣播是讀取wsx檔案；實(shí)時視頻廣播是讀取一串URL）。無論使用何種廣播方式，此時觀眾皆無法再進(jìn)行任何指令操作。廣播影音或?qū)崟r視頻結(jié)束后，前臺頁面會自動導(dǎo)回原來的點(diǎn)播畫面，讓觀眾繼續(xù)使用。若要使用影音檔案廣播，可以在后臺管理頁面選擇廣播清單后，按下開始廣播按鈕。若要使用實(shí)時視頻廣播，可以將影音編碼的發(fā)行端點(diǎn)，設(shè)定直播網(wǎng)址字段，如圖9所示。前臺服務(wù)頁面一旦偵測到有廣播消息，任何動作會被暫時中斷，并強(qiáng)制導(dǎo)入廣播影音內(nèi)容。

當(dāng)在后臺按下開始廣播按鈕后，后臺broadcast_control.aspx頁面會改變廣播狀態(tài)為playing，儲存在Session物件的BroadStatus變量中；并將廣播消息如影音廣播、實(shí)時視頻廣播的文件名，儲存在Application物件的broad_data變量中（對于影音廣播來講，例如：aaa.wmv；對于實(shí)時視頻廣播，例如：http：//120.96.183.35：8080）。前臺Default.aspx頁面每3 s就會使用JavaScript呼叫一次broadcast_check.aspx頁面（broadcast_check.aspx是以iframe方式嵌入在Default.aspx頁面），該頁面會從Session物件中讀取廣播狀態(tài)，以及從Application物件中讀取廣播的文件名。若有廣播事件發(fā)生，則會導(dǎo)入至前臺msplayer.aspx播放頁面，并從 Application變量值取得廣播的文件名，透過微軟MMS串流協(xié)議開始播放。如圖10所示。

廣播影片播放完畢后，系統(tǒng)自行導(dǎo)回至點(diǎn)播時的畫面。前臺播放器msplayer.aspx頁面的JavaScript每1 s會呼叫一次media_time函式，去檢查Windows Media Player的playState屬性。如果playState等于0的話，代表影音廣播或?qū)崟r視頻廣播停止，就自動回到用戶原來的畫面。程序代碼如圖11所示。

4.3 在線人數(shù)及帶寬有效掌握

當(dāng)使用者上線時，若超過后臺設(shè)定之最大在線人數(shù)，系統(tǒng)會顯示已超過最大聯(lián)機(jī)數(shù)的提示窗口，用戶即無法再做影音播放；當(dāng)使用者正在觀賞影音，若使用的IP位置已被后臺封鎖，系統(tǒng)會顯示此IP位置已被封鎖的提示窗口，影音自動停止播放。當(dāng)管理員將最大聯(lián)機(jī)數(shù)的值設(shè)定完成后，此值會儲存在后臺的media_control.aspx頁面的Session物件的max_user變量中；等到前臺msplayer.aspx播放頁面時，會從Session取得變量值，判斷其值是否超過最大聯(lián)機(jī)數(shù)。此外，管理員要中斷某特定IP的使用者的影音播放，該IP將設(shè)定在Application物件的User_IP變量；而前臺的msplayer.aspx頁面的JavaScript每1 s執(zhí)行media_check.aspx頁面（media_check.aspx是以iframe方式嵌入msplayer頁面），如圖12所示。

media_check.aspx頁面中使用JavaScript程序，讓在線用戶的IP位置與后臺封鎖的IP位置做比對。若相符，mediaObj變量會取得前臺播放器id， 并讓播放器停止播放，如圖13所示。

是否被封鎖之程序代碼

5 結(jié) 語

本文以串流影音區(qū)段播放、前臺頁面廣播消息偵測、封鎖特定IP使用者及限制最大上線人數(shù)、影片播放狀態(tài)偵測等技術(shù)，以實(shí)踐影音內(nèi)容快速重組機(jī)制以呈現(xiàn)特定主題之影音服務(wù)；影音及視頻強(qiáng)制廣播功能，以及在線人數(shù)及帶寬有效掌握等影音服務(wù)。整體系統(tǒng)經(jīng)測試，系統(tǒng)確能有效達(dá)成上述之功能，使IPTV的影音服務(wù)更具彈性及豐富度。

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