【文章內(nèi)容簡介】 ectionwiththekernelofmunication,Itrealizedthecontrolsystemforthe kernelandstatusquery,receiveeventnotificationssentbythekernel. ,realizetheplayerkernelandthekernel interfacelibrary,andachievethecorefunctionalityofIPTVplayersrequired,andtheplayer canmeetthedemandoftheapplicationsystemfunction. Keywords:IPTV,InterTV,streamingmedia,player,Videoandaudiodecoding 第一章緒論 第 1頁 第一章緒論 課題的目的和意義 IPTV（ InterProtocolTelevision）交互式互聯(lián)網(wǎng)電視，以其特有的互動(dòng)性、內(nèi)容豐富 性、及時(shí)性吸引了眾多用戶，成為電信及廣電部門、電子及 軟件企業(yè)爭相搶奪的新興市場。 通常而言 IPTV系統(tǒng)是以視音頻服務(wù)為主要業(yè)務(wù)，同時(shí)提供游戲、股票等增值服務(wù)的系統(tǒng)業(yè) 務(wù)的綜合體，而視頻播放是 IPTV的核心業(yè)務(wù)，視頻播放器是 IPTV的核心模塊。所以隨著 IPTV的發(fā)展與普及， IPTV播放器也顯示出至關(guān)重要的作用。 IPTV已經(jīng)從其最初的以 “ 互聯(lián)網(wǎng) +機(jī)頂盒終端 +普通電視 ” 的形式，轉(zhuǎn)而向一體式智能 電視（內(nèi)置 IPTV模塊）、 PC平臺、手機(jī)電視等多種多樣的形式發(fā)展。播放器在 IPTV上的 應(yīng)用特點(diǎn)是：媒體格式多種多樣、數(shù)據(jù)源日益增多（如本地文件、各種不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議） 以及硬件平臺的多樣性。 基于以上特點(diǎn)，通常廠家對 IPTV播放器有以下需求： 1)全格式支持 要求支持常見的主流文件格式，并同時(shí)具備添加新格式支持的能力。 2)全 VCR操作支持 VCR（ VideoCassetteRecording）功能泛指各種對視頻的操作控制。如：播放、暫停、 快進(jìn)、快退、選時(shí)、停止、音量調(diào)節(jié)、聲道切換、靜音等操作。播放器要支持提供全 VCR 操作的能力、允許各 VCR操作狀態(tài)之間的自由切換，使視頻應(yīng)用業(yè)務(wù)可以提供給用戶友好 的人機(jī)交互。 3)能同時(shí)適應(yīng)本地媒體文件播放和網(wǎng)絡(luò)媒體文件播放 播放器 除了可以播放本地的視頻節(jié)目外也可播放網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播或直播節(jié)目。本地媒體文 件是指存儲在機(jī)頂盒內(nèi)置存儲設(shè)備如 Flash存儲器、內(nèi)置硬盤，或可熱插拔的移動(dòng)存儲設(shè)備 如 SD卡、 U盤、移動(dòng)硬盤等上的媒體文件。 網(wǎng)絡(luò)媒體文件，則是指那些位于遠(yuǎn)端服務(wù)器，需要通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交互，通過網(wǎng)絡(luò)獲取 到數(shù)據(jù)的媒體文件。 4)無縫連續(xù)播放支持 一般的播放器在連續(xù)播放多個(gè)媒體文件時(shí)，媒體文件切換過程會(huì)有短暫停頓，或畫面 靜止或聲音停頓。在機(jī)頂盒這種專門的播放設(shè)備上，在播放一個(gè)電影前一般要插播一段廣 告，另外，同一部電影往往由多個(gè)分片存儲的節(jié) 目文件組成，為了讓用戶查覺不到媒體文 件切換導(dǎo)致的停頓感，在對多個(gè)分片進(jìn)行連續(xù)播放時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)無縫的連續(xù)播放。 5)二次開發(fā)接口支持 視音頻播放（解復(fù)用、解碼）是一個(gè)較為專業(yè)的技術(shù)領(lǐng)域，并不是每個(gè)開發(fā)人員都能 熟悉其中的原理，能夠做相應(yīng)的開發(fā)。在機(jī)頂盒中，視音頻應(yīng)用的形式又多種多樣，因此， 碩士學(xué)位論文 第 2頁 需要提供一套簡單易用、功能強(qiáng)大且足夠細(xì)分的視頻播放應(yīng)用接口，使開發(fā)人員能夠在其 上構(gòu)建各種和媒體播放有關(guān)的應(yīng)用程序和服務(wù)。 IPTV通常是嵌入式系統(tǒng) [1]， 與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，其軟件與硬件是緊密關(guān)聯(lián)的。 IPTV 播放器作為 IPTV系統(tǒng)中的核心應(yīng)用軟件，也是與硬件平臺緊密相關(guān)的。由于 IPTV硬件平臺 尤其是解碼硬件多樣性問題的存在，導(dǎo)致目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)供機(jī)頂盒制作廠家遵循， 市場上也沒有完全支持以上特點(diǎn)的播放器內(nèi)核可以使用，常用的開源播放器更是無法滿足 不同廠家對 IPTV業(yè)務(wù)能力的擴(kuò)展需求。 除此之外，嵌入式設(shè)備資源有限性（處理器運(yùn)算速度不夠高，運(yùn)行內(nèi)存不夠大）也使 嵌入式播放器的開發(fā)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 PC播放器。目前國內(nèi)自主研發(fā)的嵌入式播放器分辨率 低，流暢度 差；而國外 IT公司能提供的嵌入式播放器雖然在分辨率和流暢度上有很大優(yōu)勢， 但是價(jià)格偏高。 因此，開展 IPTV播放器的研究，提供一種價(jià)格低廉的高性能 IPTV播放器，對國內(nèi) IPTV 行業(yè)發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用。 課題針對 IPTV播放器中的關(guān)鍵技術(shù)及模塊實(shí)現(xiàn)展開研究，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。本文 的研究目的是開發(fā)一個(gè)可復(fù)用程度高、易擴(kuò)展、利于開發(fā)各種音視頻播放應(yīng)用的先進(jìn)框架。 在這個(gè)框架下，通過添加支持不同格式的解析模塊，就能為終端機(jī)頂盒提供新的媒體格式 的播放支持，利用其提供的一系統(tǒng)列接口，也能在其上構(gòu)建各種不同業(yè) 務(wù)的應(yīng)用模塊，以 提高軟件模塊的可復(fù)用性，可極大地縮短開發(fā)各種不同多媒體應(yīng)用的開發(fā)周期，降低開發(fā) 成本，為企業(yè)帶來長久效益。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1）國內(nèi)外 IPTV發(fā)展研究現(xiàn)狀 隨著科技發(fā)展，用戶已不再滿足于電視業(yè)務(wù)的單向廣播模式，希望在電視上實(shí)現(xiàn)雙向 交互功能。 IPTV的出現(xiàn)使這種愿望成為可能。 IPTV主要是以網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒作為用戶終端，以 顯示器為顯示設(shè)備，以寬帶為主要傳輸網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供多媒體信息服務(wù)。播放器是 IPTV 終端機(jī)頂盒的關(guān)鍵模塊，主要完成 IPTV的流媒體業(yè)務(wù)和其他業(yè)務(wù)的圖形及伴音展示 [2]。 由于 IPTV巨大的潛在價(jià)值和商業(yè)空間，各個(gè)國家紛紛發(fā)展 IPTV[2]。美國早在 20xx年 9 月，運(yùn)營商 Verizon率先宣布推出 IPTV服務(wù)。在韓國，電信企業(yè)在發(fā)展 IPTV方面也走在了 前面。韓國電信在 20xx年 7月推出 IPTV以來，到當(dāng)年 9月底已發(fā)展了 [3]。韓國第 二大網(wǎng)絡(luò)門戶 Daum通信在 20xx年也宣布進(jìn)入 IPTV市場 [3]。歐洲是全球最大的 IPTV市場， IPTV在法國呈現(xiàn)爆炸性增長。法國目前已經(jīng)成為 IPTV領(lǐng)先發(fā)展的國家 [3]。 我國 IPTV的發(fā)展始于 20xx年 [4]。國家從 20xx年 5月開始整頓國內(nèi) IPTV市場。要求從事 信息網(wǎng)絡(luò)傳播視聽節(jié)目業(yè)務(wù)的單位必須符合廣電總局的申批條件。由于 IPTV的發(fā)展不可避 免會(huì)出現(xiàn)電信和廣電業(yè)務(wù)的互相滲透問題，而受沖擊最大的就是廣電部門，因此從自身利 益考慮，廣電總局慎重發(fā)放證照，對電信運(yùn)營更是較多限制。 20xx年年底，互聯(lián)網(wǎng)電視獲 得廣電總局的 “ 解禁 ” ，中國電信和廣地廣電運(yùn)營商紛紛加入試點(diǎn)，試圖奪取主動(dòng)權(quán) [4]。 第一章緒論 第 3頁 IPTV的發(fā)展需要幾個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來支撐 [2]：內(nèi)容制作商、內(nèi)容集成商、網(wǎng)絡(luò) 運(yùn)營商。雖然 已經(jīng)過了多年的運(yùn)營，各國 IPTV運(yùn)營商仍然面臨運(yùn)營模式和生態(tài)鏈的問題，但各運(yùn)營商都 在積極探索自己的發(fā)展模式 [2]。 2）國內(nèi)外 IPTV播放器發(fā)展研究現(xiàn)狀 全球播放器的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段： 1第一階段：格式封閉階段 這是個(gè) “ 各自為政 ” 的階段。微軟公司的 WindowsMediaPlayer和 Real公司的 RealPlayer 是這一階段的典型代表。 WindowsMediaPlayer只支持微軟公司自有格式 WMV(WindowsMediaVideo)、 AVI （ AudioVideoInterleaved）文件的播放及通過微軟的 MediaServer服務(wù)器軟件投遞的點(diǎn)直播 服務(wù)。 RealPlayer則僅支持 real格式的文件播放及 RealServer（后升級為 HelixServer）投遞的點(diǎn) 直播服務(wù)。 這個(gè)階段的播放器支持格式有限，并且無法擴(kuò)展使用。在本課題的 IPTV系統(tǒng)開發(fā)中無 法使用。 2第二階段：兼容并處時(shí)代 典型代表是 MediaPlayerClassic、 VLC、 MPlayer。這些開源項(xiàng)目的共同特點(diǎn)是廣泛的 格式支持及開源。不少播放器都是在這三個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上修改而來，如韓國 Kmplayer、中 國的暴風(fēng)影音、射手播放器等。 這個(gè)階段的播放器支持格式多，并且開源可擴(kuò)展，但是都是基于 PC設(shè)備的，無法在特 定硬件平臺的嵌入式設(shè)備中擴(kuò)展使用。 3第三階段：多媒體框架時(shí)代 這一時(shí)期的典型特征是提供統(tǒng)一的媒體開發(fā)框架，開發(fā)者在些框架上，加入自己的插 件或模式，即可使播放器支持更多的模塊或功能。和第二代相比其特點(diǎn)是提供的是重要的 框架，而不是具體的格式或功能支持。如微軟的 DirectShow， google的 android平臺的 OpenCore等。 這個(gè)階段的播放器為我們提供了很多播放器框架開發(fā)的 思路，但是框架本身都是基于 一定平臺的，無法滿足在任意平臺上的擴(kuò)展使用。 隨著全球播放器的發(fā)展，對 IPTV業(yè)務(wù)的播放能力提供了支持。但是根據(jù)當(dāng)前的播放器 發(fā)展情況可以發(fā)現(xiàn)：由于 IPTV所用到的硬件設(shè)備各有差異，所以目前對 IPTV播放器沒有統(tǒng) 一的播放器或播放器框架可以直接使用。所有廠家都需要根據(jù)設(shè)備架構(gòu)和硬件平臺，開發(fā) 配套的視頻播放器。 當(dāng)前各個(gè)廠家對 IPTV播放器的研究，都停留在所選用設(shè)備架構(gòu)和硬件平臺基礎(chǔ)上的播 放器研究與開發(fā)，以滿足自身 IPTV系統(tǒng)所用機(jī)頂盒產(chǎn)品的需求。鑒于 IPTV系統(tǒng)中硬件平臺 的 多樣化，導(dǎo)致各廠家開發(fā)的 IPTV播放器無法通用或擴(kuò)展使用，所以研究和開發(fā)可通用的 IPTV播放器框架對推進(jìn) IPTV系統(tǒng)的發(fā)展具有積極意義。 碩士學(xué)位論文 第 4頁 本文的研究內(nèi)容 鑒于分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢， IPTV播放器采用分層結(jié)構(gòu)的框架。為了更好地組織整體的軟件 結(jié)構(gòu)，將播放器從底層硬件到上層應(yīng)用劃分為四層：硬件適配層、播放器內(nèi)核層、播放器 通訊控制層、業(yè)務(wù)層。 硬件適配層：該層針對不同的硬解碼芯片制造商的硬件平臺提供適配功能，為 上層提 供統(tǒng)一的接口。 播放器內(nèi)核層：是播放器內(nèi)核進(jìn)程，通過調(diào)用硬件適配層提供的接口，完成與媒體處 理相關(guān)的工作。 播放器通訊控制層：通常將該層叫做 “ 播放器內(nèi)核接口庫層 ” 。該層通過 TCP連接與 內(nèi)核進(jìn)程進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)核的控制及狀態(tài)查詢，接收內(nèi)核發(fā)送的事件通知。接口庫本 身無任何關(guān)于播放邏輯的控制，播放邏輯及各種與具體應(yīng)用需求相關(guān)的處理，由業(yè)務(wù)層及 業(yè)務(wù)層之上的應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)。 業(yè)務(wù)層：業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)外部應(yīng)用環(huán)境對播放器的調(diào)用，它的存在是以從繁多的播放業(yè)務(wù) 中將播放器內(nèi)核解放出來為目的，將業(yè)務(wù)層次的控制調(diào)用、功能 層次的控制調(diào)用等集于一 體。 在整個(gè)播放器軟件分層結(jié)構(gòu)中，上層媒體播放相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過播放器通訊控制層 控制著播放器內(nèi)核進(jìn)程，播放器內(nèi)核進(jìn)程是真正負(fù)責(zé)處理和實(shí)現(xiàn)多媒體播放功能的實(shí)體， 是播放軟件體系中的核心，因此我們稱其為播放器內(nèi)核進(jìn)程。 在設(shè)計(jì)新播放器內(nèi)核時(shí)，借鑒了 DirectShow架構(gòu)和操作系統(tǒng)的微內(nèi)核思想，讓播放器 內(nèi)核專一做與媒體內(nèi)容相關(guān)的工作，即：只讓它完成音視頻流的播放功能，而不再直接參 與數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)的獲取可以通過在播放器內(nèi)核外圍擴(kuò)充相應(yīng)的功能模 塊來完成。比如： 需要使用 HTTP、 MMS（ MembershipManagementSystem）、 RTSP（ RealTimeStreaming Protocol） [5][6][7]、 P2P（ peertopeerwork）等協(xié)議從網(wǎng)絡(luò)上獲取數(shù)據(jù)時(shí)，只需要開發(fā)出 相應(yīng)的功能模塊掛接上即可，而不需要對播放器內(nèi)核做任何修改；另外，需要增加對新媒 體格式的支持時(shí)，只需要按照定義好的接口，開發(fā)針對該媒體格式的解復(fù)用組件 DemuxFilter等模塊，然后加入播放器內(nèi)核中即可，不需要對播放器框架做任何修改。 播放器內(nèi)核，采用類似 DirectShow中的 Filter組件的概念，采用組件化、由組件和組 件連接的形成鏈路的方式，來完成流媒體的解析（ Demux）及解碼（ Decoder）。 播放器內(nèi)核按照服務(wù)層級來劃分模塊，內(nèi)層模塊為外層模塊提供服務(wù)，由外層的模塊 完成邏輯控制，內(nèi)層模塊完成實(shí)際的工作任務(wù)。 播放器內(nèi)核接口庫層（即：播放器通訊控制層）提供一套接口，供業(yè)務(wù)層對播放器內(nèi) 第一章緒論 第 5頁 核進(jìn)程進(jìn)行控制，從而控制視頻的播放。 其實(shí)質(zhì)是一套網(wǎng)絡(luò)通訊的客戶端發(fā)包工具，將播 放指令按照和播放器內(nèi)核約定的指令數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)送數(shù)據(jù)包給播放器內(nèi)核進(jìn)程。此層一般不 包含播放邏輯控制，以避免加入播放邏輯而影響其在上層業(yè)務(wù)服務(wù)層中不同業(yè)務(wù)應(yīng)用中的 普遍適用性。 本文的組織結(jié)構(gòu) 本文共分為六章，全文組織如下： 第一章：緒論。主要對 IPTV播放器研究的目的和意義、國外內(nèi)研究現(xiàn)狀以及本文要研 究的內(nèi)容進(jìn)行了概述。 第二章： IPTV播放器框架設(shè)計(jì)?；诓シ牌鞯幕驹砗头謱咏Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，提出了 IPTV 播放器系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)思路。依據(jù)該思路，設(shè)計(jì)了一個(gè)可 復(fù)用程度高、易擴(kuò)展、利于開發(fā) 各種音視頻播放應(yīng)用的先進(jìn)框架，并對框架的層次結(jié)構(gòu)、層間通訊和框架所支持的技術(shù)特 性進(jìn)行了闡述。 第三章： IPTV播放器內(nèi)核設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。借鑒微軟 DirectShow架構(gòu)和操作系統(tǒng)的微內(nèi)核 思想，提出了 IPTV播放器內(nèi)核設(shè)計(jì)的思路：讓播放器內(nèi)核專一做與音視頻流播放相關(guān)的工 作，不再直接參與數(shù)據(jù)的獲取等工作?；谠撍枷?，設(shè)計(jì)了播放器內(nèi)核的架構(gòu)，并