CN1801929A - 一种网络互动电视系统实现时移功能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络多媒体技术领域，具体是一种在网络互动电视(IPTV)系统中实现时移功能的方法。在该方法中，系统从组播流中获取数据，放入缓冲区中，并实时扫描缓冲区，对关键帧进行标记。机顶盒和流媒体服务器之间约定一个当前系统时间基准。当用户发出“快进”、“快退”、“拖动”、“暂停后播放”等请求时，机顶盒退出组播组，向流媒体服务器发送点播请求；流媒体服务器响应来自机顶盒的请求，计算出当前时间基准与客户请求要求的播放时间差，找到缓冲区中的开始播放位置；然后根据用户发出的不同请求，流媒体服务器组织相应的播放。本发明能有效地使IPTV系统完成长达几个小时或者几天的快进、快退、拖动等时移功能。

Description

一种网络互动电视系统实现时移功能的方法

技术领域

本发明属于网络多媒体技术领域。具体的说，涉及一种网络互动电视系统(IPTV)实现时移功能的方法。

背景技术

流媒体指在网络中使用流式传输技术传送音频、视频和多媒体文件等。流式传输技术的特点是把连续的音频和视频信息经过压缩后放到网络的服务器上，网络用户一边下载一边进行收听或观看，而不必等到把整个文件下载完毕。目前流媒体应用技术越来越受到关注。如视频会议系统、视频点播系统、视频直播系统等。最近一段时间越来越多的应用倾向于通过电视来点播或者直播电视节目。如NVOD(准视频点播)、IPTV(互动电视)等。在IPTV系统或者NVOD系统中，电视机通过机顶盒来获取所需要的媒体信息。但是NVOD与IPTV有很大的不同：准视频点播利用视频服务器将数字节目在多个频道上间隔若干时间不停地播放，观众通过数字电视机顶盒可随时点播。虽然给了用户一定的选择权，但能够同时提供选择的内容非常有限，而且需要较长时间等待。因此NVOD难以被广泛接受。IPTV即交互式电视，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，用户可以通过机顶盒和电视机来收看节目。IPTV的实现方式有直播、组播、单播等。目前IPTV实现时移功能，基本上都采用单播的形式，由于网络带宽的原因，单播的时移功能在实践中遇到了很大困难，实施效果很不理想。

发明内容

本发明针对IPTV系统时移功能现状，采用一种全新的方法--组播转带缓冲的半直播技术实现IPTV系统的时移功能。本方法实施效果好，能有效进行快进、快退、拖动、暂停后播放等IPTV的时移功能，目前能够做到对100多个频道几十个小时或者几天的时移。

本发明提出的采用组播转带缓冲的半直播技术实现IPTV时移功能的方法，其包括：

(1)当客户由直播变为时移请求时(时移请求包括“快进”、“快退”、“拖动”、“暂停后播放”等)，机顶盒响应客户请求，退出组播组，向半直播服务器(也称点直播服务器，是一种流媒体服务器)发送点播请求，系统转入带缓冲的半直播状态。

(2)带缓冲的半直播系统从组播流里获取数据，并存入缓冲区中；这时，半直播系统中的关键帧标记模块实时对缓冲区进行扫描，标记出缓冲区中的关键数据帧信息以及媒体流的系统流信息，同时，机顶盒和半直播服务器约定一个当前系统的时间基准并响应客户的时移播放请求，从缓冲区中按照用户请求时间点发数据给机顶盒，即响应机顶盒的“快进”、“快退”、“拖动”、“暂停后播放”的请求，计算出播放时间，根据该播放时间，服务器将缓冲区中相应的数据发送给机顶盒(如果时移请求为“快进”或者“快退”请求，服务器只将缓冲区中相应的关键帧数据发送给机顶盒；其他情况下从计算得到的播放时间开始，将相应的数据发送给机顶盒)。

若机顶盒向半直播服务器发送从该基准时间开始播放的命令请求，半直播服务器从缓冲区的头位置获取数据实时发送给机顶盒(缓冲区的头位置指的是当前接受组播数据的位置)；若机顶盒向半直播服务器发送从其他播放时间开始播放的命令请求，半直播服务器根据该播放时间与基准时间差，相应地在缓冲区中找到相应时间起始点开始发送数据给机顶盒。

具体来说，如果用户发出的是“快进”、“快退”请求，半直播服务器将关键帧数据发送给机顶盒进行播放；如果用户“快进”或“快退”后又发出“播放”请求、或者用户发出的是“拖动”请求、或者用户发出暂停后播放请求，半直播服务器根据已经找到的缓冲区中的开始播放位置开始播放；当系统处于时移状态，如果用户发出“一键到位”请求，半直播服务器则转为组播状态，机顶盒加入组播组，系统进行正常的直播。

本发明步骤2中的缓冲区的物理实现可以单独由系统内存完成，也可以由系统内存、系统硬盘和内存与硬盘的cache管理模块来实现，以达到长时间的无缝时移(几十个小时或者几天，例如1-10个小时，甚至1-100个小时的时移)

本发明步骤(1)中的机顶盒是一种客户端的缓冲设备，可以用其他具有客户端缓冲作用的设备代替。

在本发明的步骤2中，标记出缓冲区中的关键数据帧信息以及媒体流的系统流信息，步骤如下：

判别TS(传输流)包的类型(视频数据TS包、音频数据TS包和PSI数据TS包)并作标记；

分析PES(打包基本流)层数据，分辨出每一个视频帧的起始位置并作标记；

分析ES(基本流)数据，判别视频帧的类型(关键帧和非关键帧)并作标记。

在本发明的步骤(1)中，计算播放时间的步骤如下：

机顶盒和服务器之间约定一个当前系统时间基准；

系统根据时移请求，计算出系统当前时间基准与播放时间的差；

对当前系统时间基准与计算得到时间差的代数和是否超出播放时间的范围进行判断；

根据判断结果，设定播放时间。

附图说明

图1表示采用组播带缓冲的半直播技术实现互动电视(IPTV)时移功能的方法的总体流程。

图2表示用户由直播状态变为暂停状态，然后再播放时的播放时间计算方法流程。

图3表示用户“快进”后再“播放”时播放时间的计算方法流程。

图4表示用户“快退”后再“播放”时播放时间的计算方法流程。

图5表示标记缓冲区的关键帧数据信息的方法流程。

具体实施方式

为了解决现有的IPTV时移技术问题，本发明提供了一种采用组播带缓冲的半直播技术实现IPTV时移的方法。下面详细说明本发明提供的方法的总体工作流程，参见图1所示。在图1中，系统从组播流中收取流媒体数据，并存入缓冲区中(步骤124)；系统对缓冲区中的数据进行扫描，标记出关键帧数据(步骤122)。步骤124和步骤122是同时进行的两个步骤。在步骤102中，机顶盒响应用户时移请求，退出组播租，并向服务器发送点播请求，同时与服务器约定当前基准时间。在步骤104中服务器响应机顶盒请求，进入带缓冲的半直播状态；带缓冲的半直播状态又称为点播状态。在步骤106中，判断机顶盒是否向服务器发送快进或者快退的时移请求。如果步骤106的判定结果是“是”，则服务器根据时移请求，将缓冲区中的相应关键帧数据发送给机顶盒进行播放(步骤112)，从步骤106开始重复执行相关步骤；如果步骤106的判定结果是“否”则进一步判断机顶盒是否向服务器发送播放、拖动后播放或者暂停后播放请求(步骤108)。如果步骤108判定结果为“是”，则服务器或机顶盒根据系统基准时间和时移请求要求计算出播放时间(步骤114)，然后服务器根据播放时间，将缓冲区中对应的数据发送给机顶盒，系统进行正常的播放(步骤116)，从步骤106开始，重复执行相关步骤；如果步骤108的判定结果为“否”，则进一步判断机顶盒是否向服务器发送“一键到位”请求(步骤110)。如果机顶盒没有向服务器发送“一键到位”请求，则从步骤106开始重复执行相关步骤，否则服务器由带缓冲的半直播状态切换到组播状态，机顶盒加入组播组，系统进行正常直播(步骤118)，从步骤102开始重复执行相关步骤。

第一，本发明优选的实施例的计算播放时间的方法，参见图2、图3和图4所示。图2表示用户由直播状态变为暂停状态，然后再播放时的播放时间计算流程。在图2中，首先计算用户“播放”操作和“暂停”操作的时间差T0(步骤202)；再判断用户“暂停”操作时正在播放的帧对应的的播放时间prepPlayStartTime减去T0是否大于或者等于零(步骤204)；如果用户“暂停”操作时对应的正在播放的帧对应的的播放时间prepPlayStartTime减去T0大于或者等于零，则说明计算后得到的时间在缓冲区播放时间范围内，此时得到用户“暂停”后“播放”系统开始播放的时间为prepPlayStartTime-T0(步骤208)；如果用户“暂停”操作时正在播放的帧对应的的播放时间prepPlayStartTime减去T0小于零，则说明计算得到的时间超出了缓冲区中播放时间的下界，此时设定用户“暂停”后“播放”系统开始播放的时间为零(步骤206)。图3表示用户进行“快进”后再“播放”时开始播放时间的计算方法。在图3中，首先设快进的倍数为n，用户按“快进”后再按“播放”键的时间间隔为Duration，计算FFTime＝(n-1)*Duration(步骤302)；然后判断用户按“快进”键时正在播放的帧的播放时间加上FFTime是否大于或者等于系统的最大播放时间(步骤304)；如果步骤304的判定结果是“否”，说明步骤304计算得到的时间没有超出系统缓冲区的播放时间范围，此时设定用户“快进”后再“播放”的播放时间等于用户按“快进”键时对应的正在播放的关键帧的播放时间加上FFTime(步骤308)；如果步骤304的判定结果是“是”，说明步骤304计算得到的时间超出系统缓冲区的播放时间范围，此时设定用户“快进”后再“播放”时的播放时间等于系统的最大播放时间(步骤306)。在图4中，首先设快退的倍数为n，用户按“快退”后再按“播放”键的时间间隔为Duration，计算FBTime＝(n-1)*Duration(步骤402)；然后判断用户按“快退”键时对应的正在播放的帧的播放时间减去FBTime是否大于或者零(步骤404)；如果步骤404的判定结果是“是”，说明步骤404计算得到的时间没有超出系统缓冲区的播放时间范围，此时设定用户“快退”后再“播放”时的播放时间等于用户按“快退”键时对应的正在播放的关键帧的播放时间减去FBTime(步骤406)；如果步骤404的判定结果是“否”，说明步骤404计算得到的时间超出系统缓冲区的播放时间范围，此时设定用户“快退”后再“播放”的播放时间等于零(步骤408)。

第二，本发明优先选择的实施例的标记缓冲区的关键帧数据信息的方法，参见图5所示。其主要思想是，先预读入一定数目的网络层数据包，对网络层数据包包含的TS包进行预扫描，标志出包含PSI信息的TS包为非视频关键TS包，标识出视频帧的起始位置，如果能进一步找到关键视频帧的确认信息，则从该视频帧起始TS包开始标记TS包为关键视频帧TS包，直到该关键视频帧结束。

在图5中，首先从TS流中分辨当前视频数据的压缩格式，找出包含当前系统支持的压缩格式的TS包(步骤502)。步骤504预读入一定数目的网络传输层数据包，并按照顺序对其中包含的每个TS包进行预扫描。步骤506对当前TS包状态做出判断，如果当前TS包为重新扫描(非预扫描)状态，则表明已经找到关键帧的初始位置，进入步骤532；否则表明没有找到关键视频帧的初始位置，进一步判断当前TS包中是否包含PSI信息(步骤508)。如果当前TS包包含PSI信息，则标记为非视频关键TS包(步骤514)；否则标记为非关键TS包(步骤510)。步骤512对步骤510标记的非关键TS包是否包含视频PES头进行判断，如果包含视频PES头则说明当前TS包是视频帧开始的位置，标记当前TS包为视频帧开头TS包(步骤516)。步骤518判断当前TS包是否含有关键视频帧的确认信息，如果包含则说明，已经找到了关键视频帧，将扫描位置调整为步骤516包含的视频帧开头TS包(步骤520)，并将TS包的状态标记为重新扫描状态(步骤522)。步骤532对重新扫描的TS包是否包含PSI信息进行判断，如果包含PSI信息，则将该TS包标记为非视频关键TS包(步骤542)；如果TS包中不包含PSI信息，则判断TS包中是否包含视频数据(步骤534)；如果步TS包中不含有视频数据，则将该TS包标记为非关键TS包(步骤544)；如果TS包中包含视频数据，则将该TS包标记为关键视频帧TS包(步骤536)，并判断该视频帧是否结束(步骤538)，如果该视频关键帧结束了，则将TS包设置为非重新扫描(预扫描)状态(步骤540)，否则直接进入步骤524。步骤524判断是否扫描完当前预读入的TS包，如果没有没有扫描完则扫描下一个TS包(步骤530)，然后重复步骤506；否则判断当前TS流是否已经予读入完毕(步骤526)。如果当前TS流已经预读入完毕，则结束(步骤528)；否则重复步骤504。

Claims (5)

1.一种使网络互动电视系统实现时移功能的方法，其特征在于包括：

(1)当客户由直播变为时移请求时，机顶盒响应客户请求，退出组播组，向半直播服务器发送点播请求，转入带缓冲的半直播状态；

(2)带缓冲的半直播系统从组播流里获取数据，并存入缓冲区中；这时，半直播系统中的关键帧标记模块实时对缓冲区进行扫描，标记出缓冲区中关键数据帧信息以及媒体流的系统流信息；同时，机顶盒和半直播服务器约定一个当前系统时间基准并响应客户的时移播放请求，计算出播放时间，根据该播放时间，服务器将缓冲区中相应的数据发送给机顶盒(如果时移请求为“快进”或者“快退”请求，服务器只将缓冲区中相应的关键帧数据发送给机顶盒；其他情况下从计算得到的播放时间开始，将相应的数据发送给机顶盒)。

2、根据权利要求1的所述方法，其特征在于：

若机顶盒向服务器发送从该基准时间开始播放的命令请求，服务器从缓冲区的头位置取数据实时发送给机顶盒；当机顶盒向服务器发送从其他播放时间开始播放的命令请求，服务器根据该播放时间与基准时间差相应地在缓冲区中找到相应时间起始点开始发送数据给机顶盒。

3、根据权利要求1的所述方法，其特征在于，步骤(2)中的缓冲区物理实现有两种方法：单独由系统内存完成或者由系统内存、系统硬盘和内存与硬盘的cache管理模块来实现，以达到长时间的无缝时移。

4、根据权利要求1的所述方法，其特征在于所述标记出缓冲区中关键数据帧信息和媒体流的系统流信息，其步骤如下：

(1)判别传输流包类型：是视频数据传输流包，音频数据传输流包，还是PSI数据传输流包，并作出标记；

(2)分析打包基本流层数据，分辨出每一个视频帧的起始位置，并作标记；

(3)分析基本流数据，判别视频帧的类型：是关键帧还是非关键帧，并作标记。

5、根据权利要求1的所述方法，其特征在于所述计算播放时间的步骤如下：

系统根据时移请求，计算出系统当前时间基准与播放时间的差；对当前系统时间基准与计算得到时间差的代数和是否超出播放时间的范围进行判断；根据判断结果，设定播放时间。

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