CN107018444A - 一种基于PPPoE拨号接入的电信头端清流获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于PPPoE拨号接入的电信头端清流获取方法涉及数字电视媒体领域，特别是涉及新数字媒体服务领域的信号源清流获取技术，适用于所有从各大运营商获取信号源的应用场景。具体方法步骤包括：本地服务器发起PPPoE拨号接入请求，经过多轮通信协商和配置交互过程后，服务器端在本地生成一个虚拟网卡，该虚拟网卡配置有与电信运营商的媒体服务器在同一个子网的IP地址，建立与电信运营商的媒体服务器直接通信的逻辑链路；根据电信运营商所提供的电视节目直播服务的具体协议请求相应的节目数据流。该技术成本较低，性能稳定，多个IPTV账号之间没有任何干扰，每个虚拟网卡依赖于一个本地网络适配器硬件，相互之间不会产生影响。

Description

一种基于PPPoE拨号接入的电信头端清流获取方法

技术领域

本发明一种基于PPPoE拨号接入的电信头端清流获取方法涉及数字电视媒体领域，特别是涉及新数字媒体服务领域的信号源清流获取技术，适用于所有从各大运营商获取信号源的应用场景。

背景技术

随着信息技术的不断进步，电视技术正逐渐由模拟电视时代进入了数字电视时代，以及现在的互联网电视时代。同时，在与互联网技术不断结合和创新的过程中，数字电视技术的应用又不断扩展到医疗卫生、公安交通、军事宇航等众多领域。通常，数字电视技术包括信号源、信号的传输和信号的呈现三部分相关的技术。显然，信号源的获取对于整个数字电视系统运作的前提和中心。

现阶段电视节目直播信号源通常受到版权和媒体管理规定的管制，信号源是由政府指定或授权的运营商控制和管理的，用户和第三方电视服务集成商只能从这些指定运营商那里获取直播信号源。现有的电视节目直播信号源获取技术主要有基于编码器的硬件方式和基于MAC层抓包的软件方式两种。

基于编码器的硬件方式的工作原理是：通过光纤入户连接到光猫，再到数字电视机顶盒，数字电视机顶盒输出HDMI（High Definition Multimedia Interface）节目信号，将该信号输出到硬件编码器，硬件编码器可以对输入的HDMI信号对编码格式、码率、封装格式等多种参数进行订制，性能较为稳定。但是该硬件方式也存在缺点，一旦部署完毕，整个系统的信号源输出即受限于该硬件编码器的输出能力，若以后应用需求超出该编码器所能提供的输出性能，就必须更新编码器硬件。另外一个缺点是成本较高，通常一台单路编码器要2000元左右，若为4路编码器也要4000左右，并且随着频道数的增加，成本会迅速增加。

基于MAC层抓包的信号源获取技术的工作原理是：通过光纤入户连接到光猫，然后数字电视机顶盒连接到具有镜像端口的交换机，并将交换机连接到光猫，同时，获取信号源的Linux服务器通过网线连接到交换机的镜像端口。数字电视机顶盒请求某个频道的电视节目信号时，Linux服务器可以在镜像端口也获取一份与机顶盒同样数据包，通过软件可以实现在MAC层抓取数据包，并将所抓到的数据包进行处理，并得到完整的电视节目源信号。该技术的优点是成本低廉，基本上是软件实现没有额外的开销。但是也存在如下缺点:1）手动操作繁琐、人工维护效率较低，每次断电后都需要手动对每一个机顶盒进行设置，调整好固定的节目频道，且该过程无法自动进行，一旦出现问题都需要工程人员到现场进行维护，效率低下；2）抓包程序对数字机顶盒的工作状态依赖，数字机顶盒的工作状态会影响电视节目源信号的获取，一旦机顶盒电源关闭或遥控器频道更换，会导致抓包软件无法获取到节目数据包；3）多个机顶盒之间的相互干扰，由于一个频道需要一个机顶盒，当部署多个频道时，需要多个机顶盒同时部署，此时，遥控器信号会对多个机顶盒造成干扰，导致节目信号源的获取异常。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，该方法针对电信运营商的电视直播节目服务方式，首先通过PPPOE虚拟拨号，接入运营商所属的网络，然后按照相应的节目请求协议交互过程，请求具体的节目数据，从而得到稳定、易维护的电视节目直播信号源。

本发明是采取以下技术方案实现的：

一种基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，其硬件设备包括电信运营商的数字接入线路、光猫和/或专用交换机以及本地服务器；基于不同电信运营商所提供的电视节目直播服务方式，在光纤入户端连接光猫或专用交换机，光猫和交换机另一端通过双绞线直接连到本地服务器上，所述本地服务器即进行PPPoE接入拨号以及节目数据流请求的服务器；

在本地服务器上设有配置文件解析模块、PPPoE拨号模块和电视节目数据请求模块；PPPoE拨号模块与配置文件解析模块相连；电视节目数据请求模块分别与配置文件解析模块以及PPPoE拨号模块相连。

所述配置文件解析模块包括三个子模块，即依次相连的IPTV账号密码解析子模块、虚拟网卡配置子模块和电视节目配置解析子模块，其中IPTV账号密码解析子模块向虚拟网卡配置子模块提供需要创建的虚拟网卡个数信息，而虚拟网卡配置子模块向电视节目配置解析子模块提供虚拟网卡ID信息；

PPPoE拨号模块包括虚拟网卡创建子模块和PPPoE拨号子模块，其中虚拟网卡创建子模块向PPPoE拨号子模块提供虚拟网卡接口，PPPoE拨号子模块使用虚拟网卡创建子模块创建的虚拟网卡执行PPPoE拨号操作；

电视节目数据请求模块包括UDP多播数据请求子模块和RTSP单播数据请求子模块，这两个子模块相互独立，根据电视节目数据传输所采用的协议确定调用哪一个模块进行电视节目数据的请求和接收；

配置文件解析模块，实现IPTV账号数据解析、电视频道配置数据解析和本地虚拟网卡配置数据解析；其中IPTV账号数据解析由IPTV账号密码解析子模块完成，包括IPTV用户名、密码等与用户相关信息的解析；电视频道配置数据解析由电视节目配置解析子模块完成，对请求特定节目数据流所使用的虚拟网卡ID、节目IP地址、端口号等参数进行解析；本地虚拟网卡配置数据解析由虚拟网卡配置子模块完成，对生成本地虚拟网卡需要的配置参数进行解析，通常这部分参数可以忽略，使用默认值。

PPPoE拨号模块中，首先虚拟网卡创建子模块基于虚拟网卡配置子模块解析所取得的本地虚拟网卡配置参数和IPTV账号相关参数，在本地服务器创建虚拟网卡；创建成功后，PPPoE拨号子模块在本地服务器使用所创建的虚拟网卡发起PPPoE拨号接入请求，经过多轮通信协商和配置交互过程后，该虚拟网卡可以获得与电信运营商的媒体服务器进行电视节目数据传输所需的IP地址、DNS服务器地址等配置参数信息，完成与电信运营商的媒体服务器进行通信的逻辑链路建立过程。

电视节目数据请求模块，根据电视节目配置子模块解析获得的请求特定节目数据流所需的参数，使用PPPoE拨号模块创建的虚拟网卡和PPP会话链路，向运营商服务器请求电视节目数据。

一种基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法的具体方法步骤包括：

1）本地服务器发起PPPoE拨号接入请求，经过多轮通信协商和配置交互过程后，服务器端在本地生成一个虚拟网卡，该虚拟网卡配置有与电信运营商的媒体服务器在同一个子网的IP地址，建立与电信运营商的媒体服务器直接通信的逻辑链路；

2）根据电信运营商所提供的电视节目直播服务的具体协议请求相应的节目数据流。

步骤1）中本地服务器发起的PPPoE拨号接入请求的过程，包括如下步骤如下：

1-1）将由IPTV（交互式网络电视）运营商提供的IPTV账号和密码以参数的形式输入拨号程序模块；

1-2）PPPoE拨号程序模块依次经过PPPoE协议的Discovery（发现）阶段、PPP会话阶段，拨号程序模块完成与服务器进行通信的参数配置和通信链路的测试，用户即可成功上线，正常请求运营商服务器端的电视节目内容；

1-3）客户端设备即本地服务器发送Echo Request进行PPPoE心跳保活，对通信双方的会话进行维持。

步骤2）中根据电信运营商所提供的电视节目直播服务的具体协议来请求相应的节目数据流的步骤如下：

2-1）如果需要请求的电视节目数据流所使用的协议是UDP协议，则执行步骤2-2），如果需要请求的电视节目数据流所使用的协议是基于RTSP的单播协议，则执行2-3）；

2-2）直接向所请求得电视节目数据流所对应的多播地址发送IGMP消息，加入该频道电视节目多播组，然后等待运营商端媒体服务器推送多播电视节目数据到来，并进行接收；

2-3）等待媒体服务器返回响应消息，随后等待接收从运营商媒体服务器发送过来的电视节目数据流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）该技术成本较低，仅需要在本地服务器端增加网络适配器即可。

2）该技术服务器开销低，性能稳定，所获得的节目流性能仅受运营商服务器的服务能力和用户的下行带宽影响。

3）该技术的维护开销较低，所有的操作都可以自动化通过程序和脚本命令执行来完成，后续的维护开销较低。

4）多个IPTV账号之间没有任何干扰，每个IPTV账号都是通过PPPoE拨号与运营商端服务器建立连接，生成本地虚拟网卡，每个虚拟网卡依赖于一个本地网络适配器硬件，因此相互之间不会产生影响。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1为通常家用的IPTV设备拓扑图；

图2为本发明的设备连接拓扑图1；

图3为本发明的设备连接拓扑图2；

图4为本发明的工作流程图；

图5为本发明实现的功能框图；

图6为PPPoE拨号接入过程流程图；

图7为本发明节目流请求流程图。

具体实施方式

本发明一种基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，基于不同电信运营商所提供的电视节目直播服务方式，在光纤入户端连接光猫或专用交换机，光猫和交换机另一端可以直接连到本地服务器上，即进行PPPoE接入拨号以及节目数据流请求的服务器，具体方法步骤包括：

1）本地服务器发起PPPoE拨号接入请求，经过多轮通信协商和配置交互过程后，服务器端在本地生成一个虚拟网卡，该虚拟网卡配置有与电信运营商的媒体服务器在同一个子网的IP地址，建立与电信运营商的媒体服务器直接通信的逻辑链路；

2）根据电信运营商所提供的电视节目直播服务的具体协议请求相应的节目数据流。~

步骤1）中本地服务器发起的PPPoE拨号接入请求的过程，包括如下步骤如下：

1-1）将由IPTV（交互式网络电视）运营商提供的IPTV账号和密码以参数的形式输入拨号程序模块；

1-2）PPPoE拨号程序模块依次经过PPPoE协议的Discovery（发现）阶段、PPP会话阶段，拨号程序模块完成与服务器进行通信的参数配置和通信链路的测试，用户即可成功上线，正常请求运营商服务器端的电视节目内容；

1-3）客户端设备即本地服务器发送Echo Request进行PPPoE心跳保活，对通信双方的会话进行维持。

步骤2）中根据电信运营商所提供的电视节目直播服务的具体协议来请求相应的节目数据流的步骤如下：

2-1）如果需要请求的电视节目数据流所使用的协议是UDP协议，则执行步骤2-2），如果需要请求的电视节目数据流所使用的协议是基于RTSP的单播协议，则执行2-3）；

2-2）直接向所请求得电视节目数据流所对应的多播地址发送IGMP消息，加入该频道电视节目多播组，然后等待运营商端媒体服务器推送多播电视节目数据到来，并进行接收；

2-3）由于基于RTSP（实时流传输协议）的单播节目数据流通常是通过TCP协议进行传输，并且是interleaved数据流，即媒体控制命令和媒体数据是交织在一个TCP连接中传输的，因此若要请求电视节目数据流只需要与运营商端的媒体服务器建立TCP协议连接，并请求相应频道电视节目所对应的RTSP媒体流地址。等待媒体服务器返回响应消息，随后等待接收从运营商媒体服务器发送过来的电视节目数据流。

基于PPPoE接入的电信头端清流获取技术可以采用如下的方法进行实现：

1）以Linux操作系统为例，PPPoE拨号的实现可以采用开源的PPPoE软件rp-pppoe，该软件调用了Linux另一个开源软件pppd，实际的拨号工作是由pppd完成，rp-pppoe仅提供了一个连接建立和配置参数的交互界面。当有多个频道时，需要进行多个账号拨号时，可以将多个IPTV账号和密码放入配置文件中，对rp-pppoe再次进行封装，通过命令脚本调用rp-pppoe，并将配置文件中的参数传递给pppd，从而实现多个账号的连接拨号过程。

2）通过socket编程接口，可以较方便的实现对UDP多播节目流的请求和接收。

3）通过socket编程接口，以及RTSP协议的可以实现对基于TCP的交织的（Interleaved）单播节目流请求和接收。

附图1为通常家用的IPTV设备拓扑图，光纤入户后连接到光猫，数字电视机顶盒采用双绞线连接到光猫，其节目输出通过HDMI连接到电视机。由于一个IPTV账号需要使用一个网络适配器，本发明按照附图2所示的拓扑进行设备连接，多条光纤入户，每一条光纤连接一个光猫，每个光猫都通过双绞线与本地服务器的一个网络适配器相连，同时本地服务器还需要预留2个网络适配器用于向其它终端设备提供出流服务。

在实践中，还有另外一种拓扑形式，参照附图3所示，某些电信运营商无需使用光猫，光纤入户后连接到一个由运营商提供的专用交换机，本地服务器的网络适配器与交换机的端口相连，即一个网络适配器端口连接一个交换机端口。

在附图1中，光猫是在用户端进行光电信号转换的设备，数字电视机顶盒是进行媒体播放控制和媒体数据解码的设备，本地服务器主要负责获取媒体数据流并进行转发。

附图4为本发明的主要工作流程：

1）首先对IPTV账号等配置信息进行解析并作为输入，进行PPPoE拨号操作。

2）其次进入PPPoE的发现阶段，等待运营商端的服务器应答。

3）然后，进入PPPoE的会话阶段，主要进行通信双方的身份验证和会话参数的协商，该阶段完成后，身份验证成功生成本地虚拟网卡，并将协商阶段所确定的IP地址和DNS服务器地址等参数分配给本地虚拟网卡。

4）接下来，根据电视节目配置文件中的配置参数值来判断节目流的承载协议。若电视节目是UDP多播流的方式提供服务，则发送IGMP加入组播组，并等待接收节目的多播数据流；若电视节目是RTSP单播方式提供服务，则发送RTSP播放请求，等待接收interleaved数据流。

5）根据后续终端的需求，将所接收到的电视节目数据流进行处理并转发。

基于附图1~3中的设备拓扑连接和附图4的工作流程，基于PPPoE拨号接入的头端清流获取技术可以按照附图5中的软件功能框图进行实现：

1）其中用户需要输入账号和节目两类信息，分别通过两个配置文件提供给程序：IPTV账号和密码信息配置文件，电视节目信息配置文件。

IPTV账号和密码配置信息文件的内容如下例所示：

CHAR_PATH_PREFIX=.

CONFIG_PATH_PREFIX=.

account_number=5

username1=1234567891@itv

password1=111111

networkInterface1=eth1

username2=1234567892@itv

password2=222222

networkInterface2=eth2

其中包括6类内容，CONFIG_PATH_PREFIX 定义了为rp-pppoe进行拨号所生成的配置文件的存放路径，CHAR_PATH_PREFIX定义了为rp-pppoe进行拨号所生成的账号和密码文件的存放路径，account_number定义了配置文件中所包含的IPTV账户数目，接下来针对每一个IPTV账户都有三条信息，即账号名、密码和本地网络适配器名称。

电视节目信息配置文件的内容（UDP多播流节目）如下例所示：

[config]

delay_time=5

channel_number=1

[channel_1]

channel_name=CCTV1

ip=239.1.1.1

port=8000

sourceInterface=ppp0

其中包括6类信息，delay_time指定了一个IPTV账号请求多个电视节目流时，请求之前需要等待的时间，单位是秒，这是因为一个IPTV账号不能连续请求多个频道，通常运营商会对此进行限制。channel_number指定一共需要请求多少个频道的节目流，针对每一个节目流配置文件中都会有一个子配置模块。对于子配置块channel_1，其中channel_name指定了节目频道的名称，ip为该节目流所对应的多播地址，port为该节目流的端口号，sourceInterface为通过其请求节目多播流的本地虚拟网络适配器的名称。

2） 如附图6所示，编写脚本文件进行IPTV账号和密码配置信息文件的解析，调用rp-pppoe执行PPPoE的拨号动作，拨号过程使用从配置文件解析中所得到的IPTV账号和密码等信息。实际上，rp-pppoe最终又会调用linux的一个后台服务进程即pppd来进行虚拟网卡的创建，以及所有鉴权、压缩/解压和加密/解密等扩展功能的控制协议。其中，pppd主要负责pppoe服务端发现、ppp会话参数协商、认证，以上所有操作成功完成后，即完成虚拟网卡的创建，其中虚拟网卡的IP地址是在会话参数协商阶段所分配的。

3）采用C++语言实现视频流媒体数据的请求，如附图7所示，具体步骤如下：

（1）对电视节目信息配置文件的内容进行解析。

（2） 如果电视节目所对应的媒体数据流类型为多播数据流，则使用2)所创建的虚拟网卡向电视节目所对应的多播地址发送IGMP消息，加入组播组，并等待接收媒体数据。

（3）如果电视节目所对应的媒体数据流类型为RTSP单播数据流，则使用2)所创建的虚拟网卡向媒体服务器发送RTSP播放请求，并等待接收媒体数据。

4） 收到来自媒体服务器的媒体数据包，则开始对后续的媒体数据进行处理: 通常从媒体服务器得到的媒体数据为MPEG2 TS流，因此我们需要对节目流进行解析，即首先获得节目关联表（PAT），进而获得节目映射表（PMT），并由此得到TS流中的视频数据和音频数据，并且可以判断视频数据的关键帧，节目时钟参考（PCR）等其它与电视节目相关的信息。

本发明技术方案对异常情况的处理有如下几方面：

故障后的快速恢复能力: 本发明的电信清流获取软件工作在服务器上，通过网线连接到电信专用交换机或光猫，如果系统的光猫或者交换机因断电或其它原因，导致清流获取工作不正常，此时只需重启服务器或者服务器上的请求获取软件，待软件重启完成，则系统又会恢复正常工作。

较低的维护成本：由于账号或密码改变等操作导致的系统更新，只需更新IPTV账号和密码配置文件即可，其余工作均可以自动完成，无需人工干预。

健壮的媒体数据请求技术实现：对电视节目数据流的请求过程设置超时时间，如果连续多次超时，无法请求到媒体数据流，则媒体流请求程序进行重置。这一实现可以从PPPoE临时故障导致的媒体流请求失败中自动恢复，即短暂的停止后，自动恢复到正常工作状态。

对电信的政策性限制的考虑：对电信运营商而言，IP地址的管理通常都是动态的，因此会限制用户对IP地址的占用，通常会限制用户在3-7天必须重启一次，即释放原来的IP地址，然后重新获取IP地址，否则将无法提供服务。因此，在实现中，设置每日凌晨或每隔几日将清流获取软件重启一次，从而可以避免因电信的限制而导致的软件工作异常。

Claims (7)

1.一种基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，其特征在于：其使用的硬件设备包括电信运营商的数字接入线路、光猫和/或专用交换机以及本地服务器；基于不同电信运营商所提供的电视节目直播服务方式，在光纤入户端连接光猫或专用交换机，光猫和交换机另一端通过双绞线直接连到本地服务器上，所述本地服务器即进行PPPoE接入拨号以及节目数据流请求的服务器；

在本地服务器上设有配置文件解析模块、PPPoE拨号模块和电视节目数据请求模块；PPPoE拨号模块与配置文件解析模块相连；电视节目数据请求模块分别与配置文件解析模块以及PPPoE拨号模块相连。

2.根据权利要求1所述的基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，其特征在于：所述配置文件解析模块包括三个子模块，即依次相连的IPTV账号密码解析子模块、虚拟网卡配置子模块和电视节目配置解析子模块，其中IPTV账号密码解析子模块向虚拟网卡配置子模块提供需要创建的虚拟网卡个数信息，而虚拟网卡配置子模块向电视节目配置解析子模块提供虚拟网卡ID信息；

PPPoE拨号模块包括虚拟网卡创建子模块和PPPoE拨号子模块，其中虚拟网卡创建子模块向PPPoE拨号子模块提供虚拟网卡接口，PPPoE拨号子模块使用虚拟网卡创建子模块创建的虚拟网卡执行PPPoE拨号操作；

电视节目数据请求模块包括UDP多播数据请求子模块和RTSP单播数据请求子模块，UDP多播数据请求子模块和RTSP单播数据请求子模块相互独立，根据电视节目数据传输所采用的协议确定调用哪一个模块进行电视节目数据的请求和接收。

3.根据权利要求2所述的基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，其特征在于：配置文件解析模块，实现IPTV账号数据解析、电视频道配置数据解析和本地虚拟网卡配置数据解析；其中IPTV账号数据解析由IPTV账号密码解析子模块完成，包括IPTV用户名、密码等与用户相关信息的解析；电视频道配置数据解析由电视节目配置解析子模块完成，对请求特定节目数据流所使用的虚拟网卡ID、节目IP地址、端口号等参数进行解析；本地虚拟网卡配置数据解析由虚拟网卡配置子模块完成，对生成本地虚拟网卡过程需要的配置参数进行解析，通常这部分参数可以忽略，使用默认值。

4.根据权利要求2所述的基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，其特征在于：电视节目数据请求模块，根据电视节目配置子模块解析获得的请求特定节目数据流所需的参数，使用PPPoE拨号模块创建的虚拟网卡和PPP会话链路，向运营商服务器请求电视节目数据。

5.一种基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，其特征在于，具体方法步骤包括：

1）本地服务器发起PPPoE拨号接入请求，经过多轮通信协商和配置交互过程后，服务器端在本地生成一个虚拟网卡，该虚拟网卡配置有与电信运营商的媒体服务器在同一个子网的IP地址，建立与电信运营商的媒体服务器直接通信的逻辑链路；

2）根据电信运营商所提供的电视节目直播服务的具体协议请求相应的节目数据流。

6.根据权利要求1所述的一种基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，其特征在于，步骤1）中本地服务器发起的PPPoE拨号接入请求的过程，包括如下步骤如下：

1-1）将由IPTV运营商提供的IPTV账号和密码以参数的形式输入拨号程序模块；

1-2）PPPoE拨号程序模块依次经过PPPoE协议的Discovery（发现）阶段、PPP会话阶段，拨号程序模块完成与服务器进行通信的参数配置和通信链路的测试，用户即可成功上线，正常请求运营商服务器端的电视节目内容；

1-3）客户端设备即本地服务器发送Echo Request进行PPPoE心跳保活，对通信双方的会话进行维持。

7.根据权利要求1所述的一种基于PPPoE接入的电信头端清流获取方法，其特征在于，步骤2）中根据电信运营商所提供的电视节目直播服务的具体协议来请求相应的节目数据流的步骤如下：

2-1）如果需要请求的电视节目数据流所使用的协议是UDP协议，则执行步骤2-2），如果需要请求的电视节目数据流所使用的协议是基于RTSP的单播协议，则执行2-3）；

2-2）直接向所请求得电视节目数据流所对应的多播地址发送IGMP消息，加入该频道电视节目多播组，然后等待运营商端媒体服务器推送多播电视节目数据到来，并进行接收；

2-3）等待媒体服务器返回响应消息，随后等待接收从运营商媒体服务器发送过来的电视节目数据流。