基于RTP协议的IPTV机顶盒组/单播无缝切换方法

摘要

本发明公开了一种基于RTP协议的IPTV机顶盒组/单播无缝切换方法，应用于IPTV系统中，包括组播转单播方法和单播转组播方法，组播转单播的方法包括：接受组播数据，解码数据并播放；接收到组播改单播命令，暂停解码器的解码；判断最后一个数据帧是否完整，若完整，发出退出组播请求，退出组播，否则，继续收组播数据包；退出组播后，请求单播的统一资源定位器；恢复解码器；请求单播数据；判断接收的数据的时间戳，若大于或等于组播过程中收到的最后一帧的时间戳，则将该单播数据丢弃，否则将单播数据送入解码器解码显示。

说明书

技术领域

本发明涉及IPTV领域，特别涉及IPTV业务的终端技术领域。

背景技术

基于IP网络的全新IPTV业务不仅能使运营商在向用户提供新的增值服务的同时保护其传统语音、数据业务收入，而且使运营商通过提供更加全面和交互的全套服务能同有线电视运营商竞争并赢得用户。与通过无线或铜轴电缆进行传输的广播节目不同，IPIV通过宽带IP网络将高质量的视频节目传送到用户电视终端，带给广大电视用户全新的娱乐体验。IPTV的主要特点在于其交互性和实时性。IPTV既不同于传统的有线电视，也不同于目前正在兴起的数字电视。通过IPTV业务，用户可以得到高质量(接近DVD水平的)数字媒体服务，可以自由选择宽带IP网的视频节目，实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。

IPTV视频流的传播方式有点播和广播两种。其中点播方式为用户提供了更具个性化的选择，具有实时交互的特点；广播方式提供不同的内容供用户选择，具体表现为不同的频道。然而从技术角度看，支持IP网络实现点播和广播功能的技术是截然不同的。广播方式对IP网络提出了组播功能(Multicast)要求；点播方式要求IP网络能有效地将视频流传送到用户接入网络(VDN/CDN)。IP组播技术能够有效地解决了单点发送多点接收、多点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，有效地节约网络带宽、降低网络负载，但若单采用组播技术缺少交互性，对目前IPTV中要求有交互性的个性化业务，如时移电视，无法提供足够的支持。因此在实现IPTV中的交互性业务时一般的做法是全部采用单播技术，但这种情况下每个用户都会占用一路带宽，而普通的节目流的带宽也在2M左右，势必会对目前的IP承载提出巨大的挑战。为了不失实时性和交互性，又能保证带宽的合理利用，可以采用一种组/单播相结合的方法。

采用组/单播相结合的方法时，必须保证组单播之间的无缝切换，对使用者屏蔽组单播流间的差异。实时传输协议RTP数据包包头中的丰富信息为组单播无缝切换提供了理论基础。RTP协议是一种广泛使用的流媒体协议，它在一对一或者一对多的传输情况下工作，提供数据包传输过程中的时间信息和实现流数据同步；实时传输控制协议RTCP协议与RTP协议一起工作，提供网络传输中的流量控制和拥塞控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种机顶盒组单播切换的方法，并克服IPTV业务中组播和单播切换时前后帧不连续的问题，从而实现组单播快速无缝切换。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于RTP协议的IPTV机顶盒组播转单播方法，在由包含有解码器的终端设备1、业务路由器2、控制服务器3和媒体服务器4组成的IPTV系统中进行，包括以下步骤：

1)、IPTV系统中的终端设备1从媒体服务器4中接受组播数据，在终端发备1中的解码器中解码数据，并播放；

2)、终端设备1在播放过程中接收到用户发出的组播改单播命令，暂停解码器的解码；

3)、判断终端设备1从媒体服务器4收到的最后一个帧是否完整，若完整，执行步骤5)，否则，执行步骤4)；

4)、收到的最后一个帧不完整，继续收组播数据包，然后重新执行步骤3)；

5)、收到的最后一个帧完整，向媒体服务器4发出退出组播请求，媒体服务器4停止发出组播流，退出组播；

6)、向控制服务器3请求单播的统一资源定位器；

7)、监听用户发出的命令，若监听到播放命令后，恢复解码器；

8)、向媒体服务器4请求单播数据，单播数据的起始时间小于组播过程中收到的最后一帧的时间；

9)、接收单播数据时，判断接收的数据的时间戳，若大于或等于组播过程中收到的最后一帧的时间戳，则将该单播数据丢弃，否则将单播数据送入解码器解码显示；

本发明还提供了一种基于RTP协议的IPTV机顶盒单播转组播方法，在由包含有解码器的终端设备1、业务路由器2、控制服务器3和媒体服务器4组成的IPTV系统中进行，包括以下步骤：

a)、IPTV系统中的终端设备1从媒体服务器4中接受单播数据，在终端设备1中的解码器中解码数据并播放；

b)、终端设备1监听用户发出的命令，收到单播转组播的命令后发送退出单播请求；

c)、终端设备1从控制服务器3接收当前频道对应的组播地址；

d)、解码器进入正常播放状态；

e)、终端设备1接收组播数据，并解码显示。

上述技术方案中，所述的数据帧采用RTP协议，其中，RTP数据包头中的32位时间戳扩充为64位，用来标明节目时间。

上述技术方案中，终端设备1缓存部分音视频数据，以实现转换过程中的快速切换。

本发明的优点在于：发明所提供的组单播无缝切换方法，通过利用RTP协议的时戳信息，实现了组播、单播两种技术在机顶盒端的快速、无数据丢失切换，给用户提供良好的观看体验，在充分利用带宽前提下，又提供了交互性和个性化服务，具有很好的应用价值。

附图说明

图1为IPTV系统的结构图；

图2为本发明中所采用的数据包的格式；

图3为在组播过程中对暂停的处理流程；

图4为单播中快进追上实时节目时间转组播的过程；

图5为本发明的基于RTP协议的IPTV机顶盒组/单播无缝切换方法中组播转单播方法的流程图；

图6为本发明的基于RTP协议的IPTV机顶盒组/单播无缝切换方法中单播转组播方法的流程图。

图面说明

1  终端设备  2  业务路由器  3  控制服务器  4  媒体服务器

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的基于RTP协议的IPTV机顶盒组/单播无缝切换方法作进一步说明。

在对本发明的基于RTP协议的IPTV机顶盒组/单播无缝切换方法进行说明前，首先对本发明的应用场景进行说明。

如图1所示，本发明的组/单播无缝切换方法涉及到IPTV系统中的设备包括终端设备1、业务路由器2、控制服务器3和媒体服务器4。

其中，终端设备1用来接收多媒体数据并解码显示，支持多种格式的音视频解码，以电视作为显示设备，以遥控器作为用户输入设备，能够实现人机交互。

业务路由器2能够实现对组播数据的控制，具有数据转发功能。

控制服务器3用来与终端设备1进行信令交互，提供组播数据源的IP地址和端口、单播数据的url等。

媒体服务器4是多媒体数据源，用于实现组播和单播数据的发送。

用户在收看实时电视节目时，采用组播推送技术，可以保证带宽的充分利用，当用户需要收看时，只需加入某节目对应的组播地址即可。在收看电视过程中，如果用户需要暂停、跳转或快退等交互操作时，需要退出组播，通过单播技术实现用户的需求。在单播过程中，用户可以通过VCR操作(即快进、快退、暂停或跳转)随心所欲的收看录制在服务器端的以前时间点的节目，如果用户快进时，时间点追上当前的实时节目时间，或者用户需要继续收看实时节目时，就要退出单播，加入当前频道对应的组播地址。在组播和单播的转换间，应当保证组播和单播的无缝切换。所述的无缝切换包括平滑切换和快速切换。平滑切换就是要在切换过程中，保证切换前后画面的连贯性，即要保证组播和单播这两路流在切换过程中节目流数据的完整性。节目流数据的完整性体现在两个方面：一是每个帧的内容的完整性，二是在切换过程中不缺失帧。为了保证平滑切换，本发明通过比较组播流和单播流中的时间戳来同步两路流。由于视频帧的数据量较大，在传输过程中可能要分多个数据包做传输，如果在组播流和单播流的切换过程中，终端设备接收到停止接收的命令时立即停止接收流数据，则很可能会造成收到的最后一个数据帧的不完整，因此必须保证在最后一帧数据完整后再停止接收流数据，这样就确保了每个帧的内容的完整性。在组播流和单播流做切换的过程中，如果向服务器申请单播数据的起始时间要小于组播过程中收到的最后一帧的时间，然后在接收单播数据时判断接收的数据的时间戳，若大于等于组播过程中收到的最后一帧的时间戳，则将该数据丢弃，否则送入解码器解码显示，这样就保证了数据帧的不缺失。

本发明的IPTV机顶盒组/单播无缝切换方法是基于RTP协议的，RTP数据包的包头由16字节组成，主要包括数据类型PT、时间戳TimeStamp、序列号SeqNumber等字段。为了标识数据帧的唯一性，本发明中把RTP数据包头中的32位时间戳扩充为64位，其数据包格式如图2所示。

本发明的基于RTP协议的IPTV机顶盒组/单播无缝切换方法包括组播转单播和单播转组播两个方面，其中，组播转单播的无缝切换方法具体包括以下步骤：

步骤10、终端设备1从媒体服务器4中接受组播数据，在终端设备1中的解码器中解码数据，并播放；

步骤11、终端设备1在播放过程中接收到用户发出的组播改单播命令，暂停解码器的解码；

步骤12、判断终端设备1从媒体服务器4收到的最后一个帧是否完整，若完整，执行步骤14，否则，执行步骤13；

步骤13、收到的最后一个帧不完整，继续收组播数据包，然后重新执行步骤12；

步骤14、收到的最后一个帧完整，向媒体服务器4发出退出组播请求，媒体服务器4停止发出组播流，退出组播；

步骤15、向控制服务器3请求单播的统一资源定位器(url)；

步骤16、监听用户发出的命令，若监听到播放命令后，恢复解码器；

步骤17、向媒体服务器4请求单播数据，单播数据的起始时间小于组播过程中收到的最后一帧的时间；

步骤18、接收单播数据时，判断接收的数据的时间戳，若大于或等于组播过程中收到的最后一帧的时间戳，则将该单播数据丢弃，否则将单播数据送入解码器解码显示。

组播转单播有多种可能的情况，图3描述了在组播过程中对暂停的处理，以其为例简要阐述组播转单播的过程，具体步骤如下：

步骤300：当用户收看实时电视，加入当前频道对应的组播组。

步骤301：接收组播数据，送入解码器解码，并播放。

步骤302：在播放过程中监听遥控器的键值。

步骤303：判断收到的键值是为我们所需要处理的键值

步骤304：判断其键值是否为暂停键，是则进入暂停处理流程，否则进入其他事件处理流程。

步骤305：暂停解码器解码。

步骤306：由于视频帧较大，分多个数据包传到终端，因此需要判断收到的最后一个帧是否完整，以保证数据的不缺失。

步骤307：若收到的最后一个帧不完整，继续收组播数据包。

步骤308：若收到的最后一个数据帧完整，则发出退出组播请求，退出组播

步骤309：向服务器请求该频道对应的单播url。

步骤310：继续监听遥控器的键值。

步骤311：判断收到的键值是否为播放。

步骤312：若收到的键值为播放，则恢复解码器。

步骤313：根据收到的最后一帧数据时间请求暂停后单播数据。为了使数据保持连续，我们向服务器申请数据时，使得暂停前的组播数据和暂停后组播数据有一部分重复，保证数据无丢失。

步骤314：根据收到的数据帧的时间戳删除组播转单播过程中重复数据帧。

步骤315：接收单播数据，并送入解码器解码显示。

在从暂停到恢复播放的过程中，并不丢弃组播过程所接收到的音视频数据，而是充分利用事先在终端缓存的数据，然后一边接收新的数据，一边把缓存的数据送到解码器解码显示，以达到一种快速切换的效果。

与组播转单播相比，单播转组播的过程中对无缝切换的要求较低，不需要保证数据帧内容的完整性和数据帧的完整性。单播转组播的方法包括以下步骤：

步骤20、IPTV系统中的终端设备1从媒体服务器4中接受单播数据，在终端设备1中的解码器中解码数据并播放；

步骤21、终端设备1监听用户发出的命令，收到单播转组播的命令后发送退出单播请求；

步骤22、终端设备1从控制服务器3接收当前频道对应的组播地址；

步骤23、解码器进入正常播放状态；

步骤24、终端设备1接收组播数据，并解码显示。

在实际应用中，组播转单播的应用情况较少，图4描述了在单播过程中快进时追上实时节目时转组播的过程，具体步骤如下：

步骤400：发送单播请求，请求单播数据。

步骤401：接收单播数据，送入解码器解码显示。

步骤402：在播放过程中监听遥控器的键值。

步骤403：判断收到的键值是否为所需要处理的特殊键。

步骤404：判断键值是否为快进键，若为快进键则进入快进处理流程，否则进入其他特殊键处理流程。

步骤405：若为快进键，则将解码器设为只播关键帧(I帧)的模式。

步骤406：向服务器端请求快进过程中所需要的数据。

步骤407：起线程等待，当快进追上实时节目时，服务器通知加入组播的消息。

步骤408：接收快进过程中的数据，并送入解码器解码显示。

步骤409：判断是否收到服务器通知加入组播的消息，若收到则执行下一步，否则继续接收单播数据。

步骤410：终端设备1收到加入组播消息后，发送退出单播请求。

步骤411：终端设备1从控制服务器3接收当前频道对应的组播地址。

步骤412：将解码器恢复成正常播放状态。

步骤413：终端设备1接收组播数据，并解码显示。