CN101459809B - 一种数字电视节目播放的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字电视节目播放的方法和系统，首先获取数字电视节目信号的TS流，并发送给时移服务器；时移服务器将TS流环形写入内存中，并生成索引文件，也存储在内存中；机顶盒发送时移播放请求，时移服务器进入时移播放状态，通过所述索引文件，定位到TS流文件的对应位置；时移服务器从TS流文件的对应位置开始，将节目信号发送给机顶盒播放。采用了本发明的技术方案，可以改进以往时移系统只能以时间或内容为索引进行观看不能进行任意跳转和特技播放的限制，为客户提供了一种更加完美的时移电视方案。
Description
技术领域
本发明涉及数字电视技术领域，尤其涉及一种数字电视节目播放的方法和系统。
背景技术
目前电视播放技术大多是单向的，也就是说电视台播放什么，观众就看什么，观众没有选择权。对于由于某种原因错过了当天的节目而想重新观看的观众来说，只能等待电视台对该节目的重播，或者使用其他途径下载或点播该节目，这样的缺点是滞后性很大，对于有线电视客户来说目前还没有一种比较理想的方案。
同时随着体育事业的发展，热爱及关注体育的人们越来越多，一场激烈的足球赛，肯定会有几个精彩的进球，对于观看直播的观众要想仔细回看这个精彩的进球，似乎没有很好的方法。当前还没有一种可以提供特技播放的时移电视系统方案，来弥补人们对错过精彩节目或无法回看精彩镜头的遗憾。
目前有以播放终端录制方式实现的时移方案，无非是采用具有录制功能的高端的电视机，或者利用一台普通的电视机外配一台带节目录制(PVR)功能的机顶盒(STB)，这样就可以解决无法收看错过的精彩电视节目。
然而这两种方案都存在成本、存储和体验三方面的问题：一台带PVR功能的STB至少也得一千多元更不用说高端的电视机；录制时间过短，对于3.5Mbps的标清码流，如果录制24个小时，仅一个频道就需要占用约302400MB的存储空间，更何况多个频道，再者假如你忘记停止录制，那么存储设备的空间势必会耗费完毕；另外这种技术如果要实现连续的时移，务必解决掉针对节目的分段处理和无缝连接等问题，进一步如果想提供特技播放，必须在录制完一段节目后，做相应处理，这势毫无疑问会增加滞后性，用户体验不会太好。
目前还有一种基于IP网络的解决方案，这种系统由节目源、时移服务器、存储服务器把从电视台接收到的节目录制下来，然后用软件打上时间戳，最后存进大容量存储设备，时移服务器接收来在STB的请求，然后基于时间索引从大容量存储设备读取节目，最后通过IP网络发送出去。这种方案的缺点在于需要海量存储设备，这就大大增加了部署成本；另外一个缺点是当用户很多，网络流量很大是会造成网络拥堵，服务质量得不到保证。
还有一种基于光纤和同轴电缆混合网(HFC)的时移方案，也需要海量存储设备，况且这种系统的特技播放是离线的也就是当节目录制完毕后，用软件处理节目文件，从而生成支持特技播放的索引文件等，这就无形中增加了与直播频道的滞后。同时磁盘IO瓶颈也是此种方案的最大缺点之一，进而导致并发量上不去，整体性能低下。
发明内容
本发明的目的在于提出一种数字电视节目播放的方法和系统，能够针对特定频道提供一段时间内的时移播放，满足人们收看错过的精彩节目和回看精彩镜头的需求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种数字电视节目播放的方法，包括以下步骤：
A、获取数字电视节目信号的TS流，并发送给时移服务器；
B、所述时移服务器将所述节目信号的TS流环形写入内存中；
C、所述时移服务器对所述内存中的TS流文件生成索引文件，再将所述索引文件也存储在所述内存中；
D、机顶盒向所述时移服务器发送时移播放请求，所述时移播放请求包括时移位置信息；
E、所述时移服务器进入时移播放状态，根据所述时移位置信息，通过所述索引文件，定位到所述TS流文件的对应位置；
F、所述时移服务器从所述TS流文件的对应位置开始，将节目信号发送给所述机顶盒播放。
步骤A进一步包括以下步骤：
编解码器从电视节目源获取数字电视节目信号，并进行解调，从中分离出所需节目信号的TS流；
将所述节目信号的TS流封装成IP数据包，发送给所述时移服务器。
步骤B中进一步包括以下步骤：
在内存中建立Tmpfs文件系统；
将所述节目信号的TS流写入所述Tmpfs文件系统中的某个节目流文件；
当所述节目流文件系统达到预设的容量时，将所述节目信号的TS流从所述节目流文件的头部重新写入。
步骤C进一步包括以下步骤：
接收到一个TS流数据包后，包序号计数器加一，所述包序号计数器用来标记TS流数据包的序号和在内存中的位置；
检查所述TS流数据包的调整字段是否包含节目时钟参考，如果包含，则记录节目时钟参考的值；
检查所述TS流数据包的节目元素流字段是否包含图片起始码，如果包含，则检查是否I帧；
如果不是，查找下一个TS流数据包，直到找到I帧为止，如果是，记录下当前包序号计数器的值和当前的节目时钟参考的值，同时I帧数量计数器加一；
找到I帧后，检查下一个TS流数据包中是否包含P帧或B帧，如果包含，记录下当前包序号计数器的值；
当节目时钟参考间隔时间到达1秒时，把I帧数量计数器值、每个I帧对应的包序号计数器的值、随后的P帧或B帧对应的包序号计数器的值以及节目时钟参考的值写到索引文件里。
步骤D中，所述时移播放请求包括时移暂停、时移快进、时移快退或者时移正常播放请求。
步骤F进一步包括以下步骤：
所述时移服务器从IPQAM频点资源中分配频点给所述机顶盒；
IPQAM设备从所述时移服务器获取所述节目信号的TS流，并调制成射频信号；
复用器对所述射频信号和电视信号进行复用，通过HFC网络发送到所述机顶盒。
还包括以下步骤：
当时移播放超出所述内存中的TS流文件的范围时，所述时移服务器退出时移播放状态，并通知所述机顶盒进入直播状态。
还包括以下步骤：
所述机顶盒搜索网络信息表，获取所述时移服务器的地址，存储在内存中；
所述机顶盒通过事件信息表确认频道是否支持时移播放。
还包括以下步骤：
所述机顶盒通过配置界面设定所述时移服务器的地址；
所述机顶盒通过向所述时移服务器提交RTSP请求获得的反馈判断所述时移服务器是否支持时移播放。
一种数字电视节目播放的系统，包括电视节目信号源、编解码器、时移服务器、IPQAM设备、复用设备和机顶盒，其中
所述电视节目信号源用于发出数字电视节目信号；
所述编解码器用于获取所述电视节目信号源发出的节目信号，进行解调，从中分离处所需节目信号的TS流，并将节目信号的TS流封装成IP数据包，发送给时移服务器；
所述时移服务器用于接收并环形存储节目信号的TS流，生成节目信号的TS流文件的索引文件，并根据机顶盒发送的时移播放请求，定位节目信号的TS流，推送到IPQAM设备，分配IPQAM频点资源给机顶盒；
所述IPQAM设备用于接收并解包从时移服务器发来的节目信号的TS流，并调制成射频信号，发送给复用设备；
所述复用设备用于将射频信号与电视信号进行复用，并通过HFC网络发送给机顶盒；
所述机顶盒用于通过IP网络发送时移播放请求给时移服务器，并接收射频信号，进行解码，进行播放。
还包括电子节目指南服务器，所述电子节目指南服务器用于向机顶盒发送时移服务器地址和/或频道是否支持时移播放的信息。
还包括存储设备，所述存储设备与所述时移服务器连接，用于存储节目信号的TS流和/或TS流文件的索引文件。
采用了本发明的技术方案，可以利用现有的HFC网络，结合视频点播技术和特技播放技术，改进了以往时移系统只能以时间或内容为索引进行观看不能进行任意跳转和特技播放的限制，为客户提供了一种更加完美的时移电视方案；由于本系统对于大数据量的视频流通过HFC网络传输，少量的交互信息通过IP网络传输，就避免了由于数据量过大而导致的网络拥堵，从而提高了服务质量，改善了用户体验。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中数字电视节目播放系统的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式中数字电视节目播放的流程图；
图3是本发明具体实施方式中生成索引文件的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明具体实施方式中数字电视节目播放系统的结构示意图。如图1所示，数字电视节目播放系统包括电视节目信号源101、编解码器102、时移服务器103、存储设备104、IPQAM设备105、复用设备106、机顶盒107和电子节目指南服务器108。
电视节目信号源可以为从卫星发来的DVB-S信号，也可以为从广电网络获取的DVB-C信号，但从卫星接收会好一些，这样就减少了滞后，毕竟节目信号要经过时移服务器处理和IPQAM调制。
编解码器从电视节目信号源获取节目信号，进行解调，从中分离处所需特定节目信号的TS流，并将节目信号的TS流封装成IP数据包，发送给时移服务器。
TS流(Transport Stream)又称MPEG2-TS格式。MPEG2-PS主要应用于存储的具有固定时长的节目，如DVD电影，而MPEG-TS则主要应用于实时传送的节目，比如实时广播的电视节目。这两种格式的主要区别是什么呢？简单地说，DVD上的VOB文件的前面一段截掉(或者干脆就是数据损坏)，那么就会导致整个文件无法解码了，而电视节目是你任何时候打开电视机都能解码(收看)的，所以，MPEG2-TS格式的特点就是要求从视频流的任一片段开始都是可以独立解码的。
时移服务器有三个用途：第一是从编解码器接收节目信号的TS流，环形写入内存中，并实时地生成节目信号的TS流文件的索引文件，也存放在内存中。
第二是接收机顶盒发送的时移播放请求，定位节目信号的TS流，并把节目信号的TS流推送到IPQAM设备。
时移服务器和机顶盒之间的通信遵循RTSP协议(参见RFC2326文档)。RTSP协议已经对特技播放有了很好的支持，但对于时移来说未免还有些欠缺，所以要对RTSP协议做简要扩展，比如当机顶盒请求的频道不支持时移时，时移服务器回复的服务器错误代码以及描述信息就需要进一步扩展。除此之外还要扩展时移服务器和机顶盒间的通知机制，比如快进播放到了录制尾、暂停超时、快退到了录制头等，此功能可以通过扩展获取时移服务器参数(Get_Parameter)方法实现；另外为支持HFC网络传播，Transport字段也需要扩展。RFC2327文档中对于SDP协议的描述也需要扩展，主要是start-time和stop-time字段。
第三是管理IPQAM频点资源，分配特定的IPQAM频点给机顶盒。
当机顶盒发送设置传输模式(SetUp)(参见RFC2326文档)方法时，时移服务器从IPQAM频点资源中分配特定频点给机顶盒，直到机顶盒发送退出播放(Teardown)方法退出时移播放状态，时移服务器回收此资源。
存储设备是可选的，用来存放节目信号的TS流和/或索引文件，当要提供较长时间的节目回看功能时才需要配备存储设备。
时移服务器采用通用体系结构内存不小于16G，(对于码率为3.75M的节目，如果提供1个小时的时移也需要1687MByte近乎2G的空间，16G可以近乎提供8个小时的节目)。之所以把节目信息放在内存里是为了避免由于磁盘IO所导致的IO瓶颈，从而导致并发量上不去。
另外需要提出的是编解码器和时移服务器可以为一台服务器，从而节省部署成本。
IPQAM设备接收从时移服务器发来的节目信号的TS流并进行解包，调制成射频信号，发送给复用设备。
复用设备将从复用设备处接收到的射频信号与电视信号进行复用，并通过HFC网络发送给机顶盒。
机顶盒通过IP网络发送时移播放请求给时移服务器，并接收射频信号，进行解码，进行播放。
电子节目指南服务器(EPG)用来生成网络信息表(NIT)、事件信息表(EIT)等，尤其是NIT我们可以通过在NIT表中的descriptor字段插入ServiceDescription Tag来下发时移服务器的地址，通过在EIT表中的descriptor字段插入Time shifted service descriptor Tag告知机顶盒当前频道是否支持时移播放。
图2是本发明具体实施方式中数字电视节目播放的流程图。如图2所示，数字电视节目播放的流程包括以下步骤：
步骤201、编解码器从数字电视节目信号源获取节目信号，进行解调，从中分离处所需特定节目信号的TS流，并将节目信号的TS流封装成IP数据包，发送给时移服务器。
关于节目信号的截获可以利用DVB-S接收卡，在Linux下驱动起来，借助于Linux DVB API编写自己的程序即可把特定节目的TS流截获，然后利用网络套接口(Socket)编程把这些TS流数据包封装成IP数据包发送出去。每个TS流数据包188个字节，为了不出现TS流数据包的拆分，保持TS流数据包的完整性，每个IP数据包的数据部分只封装7个TS流数据包(IP数据包的最大传输单元为1400Bytes，一个IP数据包可以承载188*7＝1316字节)。
一般的节目都是采用MPEG2编码，如果需要编码格式转化，在截取出TS包后还要需要编解码。
步骤202、时移服务器接收到编解码器发来的节目信号TS流，并环形写入内存中。
此环形写入是首先在内存里面建立Tmpfs文件系统，然后将节目信号的TS流写进其中TS流文件，当写入到预设的大小时，通常以GBytes为单位，重新回到TS流文件头部开始写，如此反复，既然文件是以环形方式写入的，那么读取文件同样要以环形方式，也就是读出到预设的大小时，回到文件头继续读取数据。这样读写视频文件时既提高了速度又简化了访问方式，只要接收节目信号的TS流的程序控制好，就可以实现对同一文件的环形读写。
步骤203、时移服务器实时地对TS流文件生成索引文件，并将该索引文件也存入到内存中。
步骤204、机顶盒从电子节目指南服务器的网络信息表获得时移服务器的地址，也可以通过配置界面设定时移服务器的地址。
步骤205、机顶盒向时移服务器发送时移播放请求，时移播放请求可以是时移暂停、时移快进、时移快退或者时移正常播放请求，在时移播放请求包括时移位置信息。
步骤206、机顶盒从电子节目指南服务器的事件信息表确认当前频道是否支持时移播放，或者通过向时移服务器提交RTSP请求获得的反馈判断当前频道是否支持时移播放。
如果支持则从SDT(服务描述表)中得到该频道的名称，然后把RTSP请求发送到时移服务器，从而进入时移状态。
步骤207、时移服务器进入时移播放状态，根据时移位置信息，通过索引文件，定位到TS流文件的对应位置。
步骤208、时移服务器从TS流文件的对应位置开始，将节目信号发送给IPQAM设备。
步骤209、时移服务器从IPQAM频点资源中分配频点给机顶盒，IPQAM设备接收从时移服务器发来的节目信号的TS流并进行解包，调制成射频信号，发送给复用设备。
步骤210、复用设备将从复用设备处接收到的射频信号与电视信号进行复用，并通过HFC网络发送给机顶盒。
当今大多新HFC网络带宽确立为750MHz或1000MHz，典型的频率安排如下：5～47MHz用于上行数据回传；47～550MHz用于模拟电视节目，传输60个模拟PAL频道；550～750MHz用于数字电视，750～1000MHz保留用于个人通信。为防止频点混用可以把IPQAM的频点设定为650~1000MHz，当然还必须根据当地的实际情况做出调整，总之一个原则是IPQAM的频点和现有的广播电视信号不冲突。
步骤211、机顶盒接收射频信号，进行解码，进行播放。
需要注意的是：在时移暂停状态下，暂停时间是有限制的，理论上暂停开始时刻加上暂停时长不应大于当前时刻，实际上我们可以约定暂停时间为1个小时或者其他值，当暂停超时，时移服务器通过RTSP协议中的Get_Parameter方法通知STB机顶盒，机顶盒接收到暂停超时通知时，随即退出时移状态进入直播状态；在时移正常播放状态下，如果用户不进行快退、快进或暂停操作，将永远处于时移正常播放状态；在时移快退状态下，当快退到当前时刻减去时移服务器提供的时移时长时，时移服务器同样通过RTSP协议中的Get_Parameter方法通知STB机顶盒，机顶盒随即退出时移快退状态进入直播状态或者从当前时刻减去时移服务器所提供的时移时长的时刻播放(即录制头播放)；在时移快进状态下，当快进到当前时刻时，时移服务器同样通过RTSP协议中的Get_Parameter方法通知STB机顶盒，机顶盒随即退出时移快进状态进入直播状态。
下面具体描述步骤203中索引文件生成的过程。如图3所示，包括以下步骤：
步骤301、从本机特定用户数据报协议(UDP)端口接收TS流，每接收到一个TS流数据包后，包序号计数器加一，此计数器用来标记TS包的序号和在内存中的位置。
步骤302、针对接收到的TS流数据包检查其调整字段(Adaption Filed)是否包含节目时钟参考(PCR)，如果包含，则记录下该PCR的值以备后续使用。
步骤303、检查此TS流数据包中的节目元素流(PES)字段是否包含图片起始码(Picture_Start_Code)，如果有进一步检查是否是I帧，即内部编码帧。如果不是，则继续查找下一个TS包，直到找到I帧为止。
步骤304、如果是，则记录下此帧的序号，也就是上述包序号计数器的值(即I帧的起始位置)和最新的PCR值，同时I帧数量计数器加一。
步骤305、当找到I帧后，读取下一个TS流数据包。
步骤306、检查是否包括P帧(即前向预测帧)或B帧(即双向预测帧)。也就是说针对下一个TS流数据包的检查不在是以查找I帧为目的，而改为查找P帧或B帧，即I帧的结束位置。如果不包含，则读取下一个TS流数据包。
步骤307、如果包含，即找到I帧的结束位置后，记录下当前包序号计数器的值。
步骤308、当PCR间隔时间到达1秒后，把I帧数量计数器值、每个I帧的起始位置和结束位置、以及PCR(节目时钟参考)的值一并写到索引文件里。
这样索引文件的一条记录也就生成了，每两条记录的时间间隔为1秒以方便跳转播放时查找索引文件，每条记录记载着1秒内的所有I帧的起始位置和结束位置以及PCR(节目时钟参考)值，这些信息是特技播放，快进快退所必须的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、获取数字电视节目信号的TS流，并发送给时移服务器；
B、所述时移服务器将所述节目信号的TS流环形写入内存中；
C、所述时移服务器对所述内存中的TS流文件生成索引文件，再将所述索引文件也存储在所述内存中；
D、机顶盒向所述时移服务器发送时移播放请求，所述时移播放请求包括时移位置信息；
E、所述时移服务器进入时移播放状态，根据所述时移位置信息，通过所述索引文件，定位到所述TS流文件的对应位置；
F、所述时移服务器从所述TS流文件的对应位置开始，将节目信号发送给所述机顶盒播放。
2.根据权利要求1所述的一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，步骤A进一步包括以下步骤：
编解码器从电视节目源获取数字电视节目信号，并进行解调，从中分离出所需节目信号的TS流；
将所述节目信号的TS流封装成IP数据包，发送给所述时移服务器。
3.根据权利要求1所述的一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，步骤B中进一步包括以下步骤：
在内存中建立Tmpfs文件系统；
将所述节目信号的TS流写入所述Tmpfs文件系统中的节目流文件；
当所述节目流文件达到预设的容量时，将所述节目信号的TS流从所述节目流文件的头部重新写入。
4.根据权利要求1所述的一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，步骤C进一步包括以下步骤：
接收到一个TS流数据包后，包序号计数器加一，所述包序号计数器用来标记TS流数据包的序号和在内存中的位置；
检查所述TS流数据包的调整字段是否包含节目时钟参考，如果包含，则记录节目时钟参考的值；
检查所述TS流数据包的节目元素流字段是否包含图片起始码，如果包含，则检查是否包含I帧；
如果不包含，查找下一个TS流数据包，直到找到I帧为止，如果包含，记录下当前包序号计数器的值和当前的节目时钟参考的值，同时I帧数量计数器加一；
找到I帧后，检查下一个TS流数据包中是否包含P帧或B帧，如果包含，记录下当前包序号计数器的值；
当节目时钟参考间隔时间到达1秒时，把I帧数量计数器值、每个I帧对应的包序号计数器的值、随后的P帧或B帧对应的包序号计数器的值以及节目时钟参考的值写到索引文件里。
5.根据权利要求1所述的一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，步骤D中，所述时移播放请求包括时移暂停、时移快进、时移快退或者时移正常播放请求。
6.根据权利要求1所述的一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，步骤F进一步包括以下步骤：
所述时移服务器从IPQAM频点资源中分配频点给所述机顶盒；
IPQAM设备从所述时移服务器获取所述节目信号的TS流，并调制成射频信号；
复用器对所述射频信号和电视信号进行复用，通过HFC网络发送到所述机顶盒。
7.根据权利要求1所述的一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当时移播放超出所述内存中的TS流文件的范围时，所述时移服务器退出时移播放状态，并通知所述机顶盒进入直播状态。
8.根据权利要求1所述的一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
所述机顶盒搜索网络信息表，获取所述时移服务器的地址，存储在内存中；
所述机顶盒通过事件信息表确认当前频道是否支持时移播放。
9.根据权利要求1所述的一种数字电视节目播放的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
所述机顶盒通过配置界面设定所述时移服务器的地址；
所述机顶盒通过向所述时移服务器提交RTSP请求获得的反馈判断当前频道是否支持时移播放。
10.一种数字电视节目播放的系统，其特征在于，包括电视节目信号源、编解码器、时移服务器、IPQAM设备、复用设备和机顶盒，其中
所述电视节目信号源用于发出数字电视节目信号；
所述编解码器用于获取所述电视节目信号源发出的节目信号，进行解调，从中分离处所需节目信号的TS流，并将节目信号的TS流封装成IP数据包，发送给时移服务器；
所述时移服务器用于接收并环形存储节目信号的TS流，生成节目信号的TS流文件的索引文件，并根据机顶盒发送的时移播放请求，定位节目信号的TS流，推送到IPQAM设备，分配IPQAM频点资源给机顶盒；
所述IPQAM设备用于接收并解包从时移服务器发来的节目信号的TS流，并调制成射频信号，发送给复用设备；
所述复用设备用于将射频信号与电视信号进行复用，并通过HFC网络发送给机顶盒；
所述机顶盒用于通过IP网络发送时移播放请求给时移服务器，并接收射频信号，进行解码，进行播放。
11.根据权利要求10所述的一种数字电视机节目播放的系统，其特征在于，还包括电子节目指南服务器，所述电子节目指南服务器用于向机顶盒发送时移服务器地址和/或频道是否支持时移播放的信息。
12.根据权利要求10或者11所述的一种数字电视节目播放的系统，其特征在于，还包括存储设备，所述存储设备与所述时移服务器连接，用于存储节目信号的TS流和/或TS流文件的索引文件。
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