数字电视服务系统互动技术研究

摘要

新媒体是一种“由所有人面向所有人进行传播的”非传统媒体，对等、互动是其本质特征。在传统视频服务行业，如采用模拟信号的广播电视，视频只能单向投放、被动收看。新媒体视频服务系统的兴起，尤其是与人们生活最为密切的数字电视服务系统的迅速普及与蓬勃发展，为在线视频服务带来丰富互动操作，提供给用户个性化服务，有利于增值业务的开展，促进系统推广。
　　 本文针对数字电视服务系统的互动特性，就如何实现互动中的VCR1功能以及开展基于互动的新业务进行研究。本文的主要工作与创新如下：
　　 1.结合GOP2与变帧率，提出一种新的VCR实现方法。该方法采用GOP取帧模型，引入跳跃因子控制快进快退自动取帧，消除了传统基于单个帧粒度取帧造成“解码依赖传输”的不足。VCR操作时，传统固定帧率方式会造成码率大幅上升，导致带宽占用增加；本方法具有帧率可调节特性从而能实现码率自适应。此外引入B帧转换帧率刻画码率，通过比较快进快退与正常播两者的B帧转换帧率可以直接观测到本方法对快进快退码率的改善效果。理论分析与实验结果表明该方法能有效降低快进快退码率，在本文研究的GOP结构下3可使码率降至正常播的22％。
　　 2.利用硬件时钟与低通滤波，提出一种支持大规模并发的高精度码流平滑方法。硬件时钟RTC精度高、响应准；但全局只允许开启一个进行定时。本文使用多令牌桶实现多个与RTC同精度的令牌桶信号源，多令牌桶信号源进一步为基于漏桶的低通滤波模块提供高精度时钟用于平滑整形，使得任一路码流的包间间隔可准确控制到1毫秒。基于漏桶的低通滤波模块采用FIFO缓存双阀值自动调节对码流的平滑程度，保证低发包延迟。本文的实验中，仅依靠漏桶频率滤波，码流波峰消减84.5％时，单包最大延迟高达21.8秒；引入阀值控制后，码流峰值消减掉24.9％情况下，单包最大延迟2.7秒。
　　 3.针对多视点视频服务系统提出一种互动实现方法，包括VCR支持与视点选择切换中的多路流同步定位。目前多视点视频系统(包含3DTV)支持VCR功能研究尚不多见。本文主要解决了多视点视频流的对齐(stream aligned)以及同步定位问题，在此基础上提出了一种多视点视频系统的VCR实现方法。如何保证多路视频流的对齐是多视点视频捕获阶段的核心问题，GENLOCK硬件同步捕获是一种昂贵的实现方式，本文通过全局时间同步以及同步启动方案实现多视点视频流对齐，是一种有效的低成本实现方案。在流对齐基础上，为各路多视点视频流建立具有相同时间基线的全局绝对时间索引，多视点流同步定位问题可简化为各路流单独定位到需求时间点。
　　 4.新媒体视频系统中若干互动应用问题的研究解决。主要包括：(1)加密数字电视VCR功能实现；(2)支持Flash的VCR功能实现；(3)基于视频点播的数字电视互动广告实现方法；(4)互动仿真终端设计与实现。上述研究成果部分己应用到青岛有线“交互电视业务及支撑平台项目”，上海嘉定“互动电视综合服务系统”，以及广电总局“海南有线电视双向业务应用试验系统及终端的研制”等项目。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本文研究背景

1.2互动技术研究现状

1.3本文的主要贡献

1.4本文章节安排

第2章 视频服务系统概述及互动技术

2.1相关技术

2.2.1视频压缩编码

2.2.2流式文件封装

2.2.3流传输与控制

2.2.4接入控制与缓存策略

2.2 典型视频服务系统

2.2.1 VOD系统

2.2.2时移电视系统

2.2.3多视点视频服务系统

2.3 VCR分析

2.3.1 VCR定义

2.3.2 VCR复杂度

2.3.3 VCR实现策略

2.4总结

第3章 基于GOP与变帧率的VCR实现方法

3.1引言

3.2传统VCR支持方式

3.2.1倍速传输

3.2.2采样传输

3.3基于GOP取帧与变帧率的VCR实现方法

3.3.1 GOP取帧模型

3.3.2引入跳跃因子的GOP取帧模型

3.3.3挑帧策略

3.4性能评估

3.4.1跳跃因子对GOP速率的调节

3.4.2 B帧转换速率

3.4.3帧率改善评估

3.4.4服务端复杂度分析

3.5实验与分析

3.5.1码率可变性与低码率

3.5.2 B帧转换帧率对码率刻画有效性

3.5.3异常分析

3.6本章小结

第4章VCR码率自适应与平滑方法

4.1引言

4.2系统构架

4.3基于G-VFR策略的码率自适应方法

4.3.1码流与链路匹配

4.3.2参数统计

4.3.3 G-VFR策略选取

4.4 VBR视频流平滑方法

4.4.1 VBR码流离线平滑方法

4.4.2 VBR码流实时平滑方法

4.5支持大规模并发的高精度码流平滑方法

4.5.1高精度并发码流整形构架

4.5.2基于漏桶的低通滤波平滑方法

4.6实验与分析

4.6.1 RTC频率对平滑影响

4.6.2 PQ阔值对平滑影响

4.7本章总结

第5章 多视点视频系统互动实现

5.1引言

5.2系统构架

5.2.1多视点视频捕获

5.2.2多视点编码方案

5.2.3存储与实时广播

5.2.4互动支持服务器

5.3定位索引建立

5.3.1时间同步

5.3.2流对齐

5.3.3 AGT索引

5.4定位策略

5.4.1单路流定位

5.4.2多路流同步定位

5.5定位精确度分析

5.6总结

第6章 新媒体视频应用中若干互动问题研究

6.1 加密数字电视VCR实现

6.1.1数字电视加解密原理

6.1.2加密电视VCR支持难点

6.1.3 PES层加扰VCR实现

6.1.4 TS层加扰VCR实现

6.2支持F1ash的VCR实现

6.2.1 F1ash技术分析

6.2.2流化服务器支持的VCR实现

6.2.3无需流化服务器的VCR实现

6.3基于VOD的数字电视互动广告实现

6.5.1研究背景

6.5.2实现构架

6.5.3功能流程

6.4互动仿真终端的设计与实现

6.4.1互动仿真终端设计

6.4.2多线程对并发性能影响

6.4.3 网卡Bond对并发性能影响

6.4.4操作系统对并发性能影响

第7章总结与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果