CN100521776C - 一种在iptv中实现画中画播放功能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在IPTV中实现画中画播放功能的方法，构建在IPTV现有的基于CDN结构的视频点播(VOD)系统上，包括服务器端和传输网络中各节点的运作控制、画中画专用视频的制作以及本地用户端的应用三个部分。与传统电视系统不同，本发明画中画功能播放的视频并非组播的实时直播节目，而是经过编码压缩处理、画面适合画中画这一应用且来自于点播系统的专用视频流。本发明不仅使用户通过IPTV享受了画中画业务，而且占用的带宽少，直接减少了用户频道切换的频率，同时也大幅度降低了频道切换的时延，避免了由于切换时延长而给用户带来的体验质量下降，而且节省了网络资源和开销，有助于IPTV的推广和应用。

Description

一种在IPTV中实现画中画播放功能的方法

技术领域

本发明涉及一种IPTV中的视频点播(VOD)服务，尤其涉及一种在IPTV中基于视频点播(VOD)系统、以画中画形式播放预览其它直播频道节目的方法。

背景技术

IPTV，即基于IP网络的电视系统，是以用户体验的业务为核心，以“电视机+机顶盒”为主要终端设备，通过电信运营商的宽带IP网络，为宽带用户提供一种交互式电视体验，是一种提供多媒体服务的宽带增值业务。

与传统有线电视网相比，IPTV的承载网——IP网在交互性方面具有绝对的优势，因此IPTV的客户端能够十分方便地享受互联网上所有的业务。而与此同时，由于IP网“尽力而为”的固有特征，怎样保证IPTV的QoS从而使用户的体验质量至少不逊于传统的有线电线则成为十分关键的问题。

视频直播、时移电视和视频点播是IPTV的三个关键业务。现有技术普遍认为，大规模商用IPTV的视频直播业务应该使用组播(Multicast)技术，而视频点播和时移电视业务则适合通过CDN技术组建内容分发网络，将节目推送到靠近用户的边缘服务器，以减少大量单播服务所需要的带宽。而在现阶段，采用目前应用广泛的MPEG4标准对视频流进行编码，一套标清节目其数据速率就达到1.2～1.5Mbps，而高清节目更会达到3Mbps以上。由此可见，对于目前国内普遍使用的宽带接入方式来说，带宽则显得捉襟见肘。带宽的问题无疑是目前限制IPTV大规模推广的重要原因。

针对目前国内接入网类型，以及一般宽带用户数字通信使用的普遍情况来说，同时推送一套或两套节目似乎是较佳的选择，但会产生如下的问题：IPTV直播服务的频道切换由于需要在两个组播组之间进行，与始终通过同轴电缆将所有频道都推送到用户终端的传统电视系统相比，时延要长得多。而对于多年来已习惯于传统电视频道切换时延的大众用户来说，IPTV的时延显然是难以接受的。为此，上海交通大学申请的公开号为CN1713720A的中国专利申请，提出了一种通过同时推送多套节目以达到减少频道切换时延的方法，然而该方法对于带宽这一现实情况仍然考虑不足。因此，在IPTV这个用户体验质量极为重要的业务里，频道切换时延这个问题仍然亟待解决。

此外，传统电视系统中的画中画功能一直深为人们喜爱。这一技术既能使用户达到不切换频道便能浏览到其它频道正在播放内容的目的，同时也减少了频繁切换频道所带来的开销。通过画中画功能，对于解决IPTV切换频道的时延问题以及较大的网络、本机资源开销问题具有重大意义。同时，由于该功能所具有的先进性及实用性，在IPTV中实现这种画中画功能也是势在必行的。

在传统电视系统中，所有频道节目都被推送到用户端，实现画中画功能只需在子画面中播放另一个频道即可。而对于IPTV来说，在目前的情况下不可能具备这样的条件，如若单纯地为子画面推送一个组播频道以实现画中画的功能，显然更加无法达到减少频道切换时间和资源开销这些目的。因此，如何在IPTV中实现画中画功能，并基于该功能以解决带宽问题和切换频道的时延问题，是摆在我们面前的一个课题。该课题的突破无疑将能够有效地促进IPTV的普及、推广和发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供种基于现有CDN结构的视频点播(VOD)系统，采用类似点播的方式，以画中画的形式预览其它直播频道节目，从而在IPTV中实现画中画播放功能的方法，同时，也为解决带宽问题和切换频道时延长的问题提供一条途径。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种在IPTV中实现画中画播放功能的方法，包括以下步骤：

a.直播节目源服务器以组播形式向用户供应直播节目的同时，将所有频道的直播节目实时传送存储到点播节目源服务器中；

b.制作画中画专用视频，其步骤如下：

b-1.对传送到点播节目源服务器的各直播频道的节目，在某一时刻截取每一频道当前时刻算起的前周期T时间的视频段；

b-2.将所有截取的视频段按频道排列顺序首尾相接成一段新的视频流；

b-3.按照画中画应用功能的需要，对截取生成的新的视频流进行视频编码压缩处理，从而获得画中画专用视频；

b-4.根据VOD点播系统的设计要求，为制作的画中画专用视频附加其作为一个点播节目需要的相关信息，完成后该画中画专用视频作为一个点播节目存储于服务器中；

c.将画中画专用视频进行切片处理，并按照视频点播系统的规则通过内容分发网络分发到边缘服务器；

d.本地用户端启动画中画功能后，向视频点播系统发出点播画中画专用视频的信号，视频点播系统根据一般节目的点播流程处理用户的点播信息后，边缘服务器开始向用户传输画中画专用视频；

e.本地用户端对接收到的画中画专用视频进行解码解压等处理，然后在电视屏幕画中画子窗口上进行播放。

本发明首先将直播节目传输存储到点播节目源服务器中，将目前最新的各直播节目频道周期性地截取一段短时间的视频段并循环连接组成视频流，然后针对画中画这种特殊的应用(分辨率小、对画质要求较低)，对截取组成的视频流进行编码压缩，从而周期性地制作成画中画专用视频流，使其占用尽可能少的带宽。为此，本发明与传统电视系统不同，其画中画功能播放的视频并非组播的实时直播节目，而是经过编码压缩处理、画面适合画中画这一应用且来自于点播系统的专用视频流，因而也就大大降低了频道切换的时延。

目前，在IPTV中为了满足已完结的直播节目点播和时移电视等业务的需要，点播节目源服务器需要从直播节目源获取实时的直播节目视频，并对这些视频进行切片处理，以便分发到边缘服务器。本发明画中画专用视频的传输播放，同样也是作为一种基于视频点播(VOD)系统的业务，因此也是按照视频点播(VOD)系统的规则对制作获得的画中画专用视频进行切片，然后分发到边缘服务器。这样，本地用户端在维持现有主画面频道(组播的直播频道或单播的点播频道)的同时，能够使用户在子画面以画中画的形式较为实时地浏览到各频道的预览视频。

由于本发明画中画专用视频是按照周期生成的，为此本发明所述边缘服务器向用户传输画中画专用视频过程中，按照画中画专用视频的生成周期，周期性地传输到本地用户端；当积累数个周期的画中画专用视频后，对时间较早的视频进行删除处理。

本发明所述画中画专用视频通过画中画视频制作模块进行制作，该模块置于服务器端，包括以下三个子模块：

视频切割、整合模块，用于对到达的直播节目的视频流以时间T为间隔进行切割，并将切割出来的视频剪辑首尾相接成一个新的视频剪辑；

编码压缩模块，用于对经过视频切割、整合模块处理的视频剪辑进行编码压缩；

相关信息附加模块，用于对经过视频切割、整合模块及编码压缩模块处理的视频流作为一个点播节目进行信息附加。

此外，可以认为画中画专用视频节目是用户热门点播的节目，为此本发明所述画中画专用视频分发到边缘服务器过程中，可以通过添加专用分发规则及优先级，对画中画专用视频进行优先分发。

画中画专用视频在本地用户端进行播放时，本发明是通过画中画功能控制及播放模块进行播放的，该模块包括画中画功能控制模块和画中画视频播放模块，其中：

画中画功能控制模块，用于接收来自用户的、画中画相关功能的指令，并向画中画视频播放模块发出开启、切换频道、关闭画中画功能的指令；

画中画视频播放模块，用于接收来自控制模块的指令信号并进行相应的操作，向边缘服务器发出点播请求，接收来自边缘服务器传输的视频数据并进行播放。

本发明具有以下有益效果：

(1)利用现有的基于CDN结构的视频点播(VOD)系统，采用类似点播的方式，实现了IPTV的画中画功能，不仅充分利用了现有的网络技术和资源，而且占用的带宽少，有助于IPTV的推广和应用。

(2)直接减少了用户频道切换的频率，同时也大幅度降低了频道切换的时延，避免了由于切换时延长而给用户带来的体验质量下降。此外也节省了网络资源和开销。

(3)用户通过画中画功能，实现获取其它频道的比当前时刻稍早一点的节目播放画面，可以达到获取该时刻各频道大致播放内容的目的。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：

图1是本发明实施例中服务器端和传输网络中各节点的运作过程示意图；

图2是本发明实施例中画中画视频制作模块的结构组成及制作原理示意图；

图3是本发明实施例中本地用户端的应用过程示意图；

图4是本发明实施例的操作流程框图。

具体实施方式

图1～图4所示为本发明的实施例，构建在IPTV现有的视频点播(VOD)系统上，包括服务器端和传输网络中各节点的运作控制、画中画专用视频的制作以及本地用户端的应用三个部分。

(一)服务器端和传输网络中各节点的运作控制

如图1所示，服务器端和传输网络中各节点的运作控制的具体步骤如下：

a.直播节目源服务器以组播形式向用户供应直播节目的同时，将所有频道的直播节目实时传送存储到点播节目源服务器中处理，其用途为：一、将直播节目制作成点播节目，提供点播直播节目或使用时移功能的业务内容；二、将直播节目制作成画中画视频，提供画中画功能的业务内容；

b.通过设置在服务器端的画中画视频制作模块，制作画中画专用视频；

c.为了满足已完结的直播节目点播和时移电视等业务的需要，点播节目源服务器需要从直播节目源获取实时的直播节目视频，并对这些视频进行切片处理，以便分发到边缘服务器。对于制作获得的画中画专用视频，由于其同样被视为一个点播节目，因此同样进行切片处理，并按照视频点播系统的规则通过内容分发网络分发到边缘服务器；由于可以认为画中画专用视频节目是用户热门点播的节目，因此可以通过添加专用分发规则及优先级，对画中画专用视频进行优先分发；

d.电视机(机顶盒)启动画中画功能后，向视频点播系统发出点播画中画专用视频的信号，视频点播系统根据一般节目的点播流程处理用户的点播信息后，边缘服务器开始向用户传输画中画专用视频。

e.本地用户端对接收到的画中画专用视频进行解码解压等处理，然后在电视屏幕画中画子窗口上进行播放。

(二)画中画专用视频的制作

画中画专用视频的制作为本实施例服务器端的核心部分(上述步骤b)，通过置于服务器端中的画中画视频制作模块完成。如图2所示，该模块由以下三个子模块组成：

视频切割、整合模块—用于对到达的直播节目的视频流以时间T为间隔进行切割，并将切割出来的视频剪辑首尾相接成一个新的视频剪辑；

编码压缩模块—用于对经过视频切割、整合模块处理的视频剪辑进行编码压缩；

相关信息附加模块—用于对经过视频切割、整合模块及编码压缩模块处理的视频流作为一个点播节目进行信息附加。

如图2所示，制作画中画专用视频的具体步骤如下：

b-1.对传送到点播节目源服务器的各直播频道的节目，在某一时刻截取每一频道当前时刻算起的前周期T时间的视频段；

b-2.若服务器承载的直播节目数量为N，将所有截取的视频段按频道排列顺序首尾相接，则生成一段播放时间为NT的新的视频流；

b-3.根据带宽、处理器的处理能力等具体情况，按照画中画应用功能的需要，对截取生成的新的视频流进行视频编码压缩处理，从而获得画中画专用视频；

b-4.根据VOD点播系统的设计要求，为制作的画中画专用视频附加其作为一个点播节目需要的相关信息，完成后该画中画专用视频作为一个点播节目存储于服务器中。

于是，本实施例画中画专用视频流是按照周期生成的，因此由边缘服务器周期性地传输到本地用户端。当积累数个周期的画中画专用视频后，对时间较早的视频进行删除处理。

(三)本地用户端的应用

制作获得的画中画专用视频，是通过设置在本地用户端的画中画功能控制及播放模块进行播放的。如图3所示，该模块分为两个子模块：画中画功能控制模块和画中画视频播放模块。

画中画功能控制模块的功能在于：

1.在接收到来自用户的、启动画中画功能的指令后，控制模块对播放模块发出开始工作的指令；

2.在接收到来自用户的、改变画中画子窗口所播放的频道的指令后，控制模块对播放模块发出切换到某一频道的指令；

3.在接收到来自用户的、关闭画中画功能的指令后，控制模块对播放模块发出停止播放并关闭画中画子窗口的信号；

画中画视频播放模块的功能在于：

1.每次关闭画中画功能前，保存当前停留频道号码；

2.在接收到来自控制模块的开始工作的信号后，读取存储的上一次关闭画中画功能前停留的频道号码，并依据号码选定上述控制模块请求的视频的适合位置开始传输数据；

3.在接收到来自控制模块的开始工作的信号后，播放模块向点播服务器发出点播画中画视频的请求，通过认证后建立连接，开始周期性地传输数据；

4.在接收到来自控制模块的开始工作的信号后，播放模块在屏幕上创建一个大小适合的画中画子窗口，并将其置于屏幕的最前端；

5.在功能3所述的操作完成后，播放模块接收并处理来自点播服务器的画中画视频的媒体流；

6.当来自点播服务器的画中画视频流缓冲完毕后，播放模块将在画中画子窗口对其进行播放；

7.在接收到来自控制模块的将画中画播放频道改变为某频道的信号后，播放模块根据要改变的频道重新选择画中画视频的播放时刻；

8.在完成功能7的操作后，若重新选定的播放时刻的数据已经下载到本地，则立即在画中画子窗口中进行播放；

9.在完成功能7的操作后，若重新选定的播放时刻的数据尚未下载，则依据频道号码选定上述控制模块请求的视频的适合位置开始传输数据，当处理、缓冲完毕后，重新开始播放；

10.在接收到来自控制模块的停止播放的信号后，播放模块向点播系统发出终止点播画中画视频的信号，终止数据传输；

11.在接收到来自控制模块的停止播放的信号后，播放模块停止播放画中画视频，并将屏幕上的画中画子窗口关闭。

如图3所示，在本地用户端的应用过程中，具体操作如下：

A.用户控制器(遥控等)向机顶盒发出控制信号，机顶盒识别该控制信号，若与画中画功能相关，则机顶盒向设置在其内的画中画功能控制及播放模块发出控制信号；

B.画中画功能控制模块根据用户的要求，对画中画视频播放模块发出相应的控制信号，包括：开启画中画功能信号、关闭画中画功能信号、切换画中画频道信号；

C.画中画视频播放模块根据控制模块的控制信号，做出相应操作：

C-1 若为开启画中画功能信号，播放模块进行以下操作：读取上一次关闭画中画功能时停留的频道，向VOD点播系统点播画中画视频并根据读取到的频道按照规则进行数据传输；

C-2 若为切换画中画频道信号，且重新选定的播放时刻的数据尚未下载，播放模块则进行下列操作：重新定位画中画视频传输位置，要求重新开始数据传输；

C-3 若为关闭画中画功能信号，播放模块进行以下操作：向VOD点播系统发出终止点播画中画视频的信号，记录当前停留的频道；

D.VOD点播系统响应本地用户端播放模块的点播要求，并向本地用户端传输画中画视频；

E.播放模块根据控制模块的信号，进行以下操作：

E1 若为开启画中画功能信号，播放模块进行以下操作：进行C-1步骤操作的同时，在显示设备屏幕创建一个画中画子窗口，在画中画视频传输到本地、处理及缓冲完毕后于上述画中画子窗口中进行播放；

E2 若为切换画中画频道信号，播放模块进行下列操作：判断该频道的画中画视频段是否已经下载到本地，若是，重新定位画中画视频的播放位置，进行播放；若否，进行上述C-2步骤的操作，完成后定位到相应的播放位置进行播放；

E3 若为关闭画中画功能信号，播放模块进行以下操作：进行C-3步骤操作的同时，关闭画中画窗口。

本实施例的操作流程如图4所示：

a.用户发出控制信号：由于本实施例在用户端的部分是作为一个功能模块集成在机顶盒的，因此用户可以通过各种控制手段操作本实施例的画中画功能，包括遥控、操作机顶盒的控制面板等；控制信号经过机顶盒的信号识别装置，若为与本实施例的画中画功能相关的控制信号，则进行步骤b；

b.控制信号到达画中画功能控制及播放模块的控制模块，并由控制模块根据该信号对播放模块发出相应指令，若为启动画中画功能信号，进行步骤c；若为切换画中画频道信号，进行步骤e；若为关闭画中画功能信号，进行步骤h；

c.若用户要开启画中画功能，播放模块进行下列操作：c1、读取上一次关闭画中画功能时停留的频道；c2、向点播服务器点播画中画视频，建立数据传输连接，并根据c1读取的频道号从相应的位置开始传输；c3、在显示设备屏幕创建一个尺寸适中的画中画子窗口，并使其置于屏幕最前端；

d.上述c2步骤传输来的媒体流信息经过处理、缓冲，在上述步骤c3所创建的画中画子窗口进行播放；

e.若用户要切换画中画频道，播放模块将首先在其存储器(共享机顶盒的存储设备)中进行搜寻，查找是否有用户切换的目标频道对应的画中画视频段已经下载，若有，进行步骤g；若无，进行步骤f；

f.由于本实施例的画中画视频是某一时间段的、各频道的视频剪辑的拼接，对机器来说，处于当前周期的不同频道需要播放的画中画视频只是一个视频文件上的不同时刻的播放内容，所以画中画视频的传输将采用公知的流行的流媒体的传输技术；当切换的目标频道所对应的画中画视频段尚未下载，将重新定位到目标位置并开始传输数据；

g.若切换的目标频道已有足够的播放数据存在于本地，跳转到该目标位置开始播放；

h.若用户要关闭画中画功能，播放模块进行下列操作：h1、向点播系统发出终止画中画视频传输数据的信号，终止播放；h2、将用户当前画中画停留的频道保存；h3、关闭屏幕上的画中画子窗口。

通过本实施例制作的画中画专用视频是最接近当前时刻的、已经制作好并传输到边缘服务器的画中画视频。例如：当前真实时刻为14:02:30，而存在于点播服务器中最新的已经制作好的画中画视频是14:00:00到14:01:00这一时间段的，因此将要下载的就是14:00:00到14:01:00时间段的画中画视频。如果运营商承载了100个直播频道，则这100个频道在14:00:00到14:01:00这一时间段里的视频流，被复制了一份出来。将这100个视频流首尾相接，组成为一个新的视频流。然后根据画中画应用进行编码压缩处理，从而获得一个新的画中画视频流m。对机器来说，频道1的14:00:00到14:01:00时间段内容对应上述视频流m的播放时间00:00:00到00:01:00；频道2的14:00:00到14:01:00时间段内容对应上述视频流m的播放时间00:01:00到00:02:00；频道3的14:00:00到14:01:00时间段内容对应上述视频流m的播放时间00:02:00到00:03:00......如此类推。

此时，当我们打开画中画功能时，如果画中画的频道是频道3，则优先从上述14:00:00到14:01:00时间段的画中画视频流m的00:02:00时刻开始传输视频流。当视频流在本地处理、缓冲完毕后，开始播放。由于画中画专用视频流m是按照生成周期，由边缘服务器周期性地传输到本地用户端，则在频道3的播放过程中是接着播放下一周期时间段频道3的内容。当积累数个周期的画中画专用视频后，对时间较早的视频进行删除处理。

上述画中画视频流m相当于一个完整的视频剪辑，亦由于画中画的频道切换根据用户习惯多数为“前进”、“后退”等简单操作，所以在传输视频流m的时候只需采用现有公知技术一些简单的流媒体传输策略。若定位到的位置数据已经下载，则画面马上转到定位的位置开始播放；若定位到的位置数据尚未下载，则此时会自动跳到该位置开始下载数据，等缓冲一定数据量后才开始播放。

Claims (5)

1、一种在IPTV中实现画中画播放功能的方法，其特征在于包括以下步骤：

a.直播节目源服务器以组播形式向用户供应直播节目的同时，将所有频道的直播节目实时传送存储到点播节目源服务器中；

b.制作画中画专用视频，其步骤如下：

b-1.对传送到点播节目源服务器的各直播频道的节目，在某一时刻截取每一频道当前时刻算起的前周期T时间的视频段；

b-2.将所有截取的视频段按频道排列顺序首尾相接成一段新的视频流；

b-3.按照画中画应用功能的需要，对截取生成的新的视频流进行视频编码压缩处理，从而获得画中画专用视频；

b-4.根据VOD点播系统的设计要求，为制作的画中画专用视频附加其作为一个点播节目需要的相关信息，完成后该画中画专用视频作为一个点播节目存储于服务器中；

c.将画中画专用视频进行切片处理，并按照视频点播系统的规则通过内容分发网络分发到边缘服务器；

d.本地用户端启动画中画功能后，向视频点播系统发出点播画中画专用视频的信号，视频点播系统根据一般节目的点播流程处理用户的点播信息后，边缘服务器开始向用户传输画中画专用视频；

e.本地用户端对接收到的画中画专用视频进行解码解压等处理，然后在电视屏幕的画中画子窗口上进行播放。

2、根据权利要求1所述的在IPTV中实现画中画播放功能的方法，其特征在于：所述边缘服务器向用户传输画中画专用视频过程中，按照画中画专用视频的生成周期，周期性地传输到本地用户端；当积累数个周期的画中画专用视频后，对时间较早的视频进行删除处理。

3、根据权利要求1所述的在IPTV中实现画中画播放功能的方法，其特征在于：所述画中画专用视频通过画中画视频制作模块进行制作，该模块置于服务器端，包括以下三个子模块：

视频切割、整合模块，用于对到达的直播节目的视频流以时间T为间隔进行切割，并将切割出来的视频剪辑首尾相接成一个新的视频剪辑；

编码压缩模块，用于对经过视频切割、整合模块处理的视频剪辑进行编码压缩；

相关信息附加模块，用于对经过视频切割、整合模块及编码压缩模块处理的视频流作为一个点播节目进行信息附加。

4、根据权利要求1所述的在IPTV中实现画中画播放功能的方法，其特征在于：所述画中画专用视频分发到边缘服务器过程中，通过添加专用分发规则及优先级，对画中画专用视频进行优先分发。

5、根据权利要求1所述的在IPTV中实现画中画播放功能的方法，其特征在于：所述画中画专用视频在本地用户端通过画中画功能控制及播放模块进行播放，该模块包括画中画功能控制模块和画中画视频播放模块，其中：

画中画功能控制模块，用于接收来自用户的、画中画相关功能的指令，并向画中画视频播放模块发出开启、切换频道、关闭画中画功能的指令；

画中画视频播放模块，用于接收来自控制模块的指令信号并进行相应的操作，向边缘服务器发出点播请求，接收来自边缘服务器传输的视频数据并进行播放。

Images