基于ROKU機(jī)頂盒的IPTV接入應(yīng)用開發(fā)

翟關(guān)貿(mào)　榮偉　董志豪　楊三青

摘要：本文基于Roku流媒體播放器，設(shè)計(jì)開發(fā)了IPTV接入應(yīng)用。分析了IPTV的體系架構(gòu)，和業(yè)務(wù)流程；詳細(xì)介紹了基于Roku的IPTV應(yīng)用系統(tǒng)的接入應(yīng)用開發(fā)：包括Roku與web服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)解析，Roku開發(fā)平臺(tái)及編程語言BrightScript的介紹，Roku程序界面的設(shè)計(jì)，測試了Roku程序的可操作性，業(yè)務(wù)能力的可操作性，基本直播點(diǎn)播功能的可操作性，給出了該系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，結(jié)果顯示：Roku能夠?qū)崿F(xiàn)IPTV系統(tǒng)在客戶端設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的功能，Roku程序界面友好，滿足系統(tǒng)所需功能，符合預(yù)期。

關(guān)鍵詞：通信與信息工程；Roku；IPTV；BrightScript；XML數(shù)據(jù)解析

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2016.04.023

0 引言

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通信、普適計(jì)算和多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，視頻交互式多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)入到人們生活的諸多方面，帶來巨大的市場商機(jī)和產(chǎn)業(yè)價(jià)值，并將成為未來通信業(yè)務(wù)新的增長點(diǎn)。IPTV作為典型的交互式多媒體業(yè)務(wù)，將廣電業(yè)、電信業(yè)和計(jì)算機(jī)業(yè)3個(gè)領(lǐng)域技術(shù)結(jié)合在一起，以配置機(jī)頂盒的家用電視機(jī)或一體機(jī)或計(jì)算機(jī)為收視終端，向家庭用戶提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種交互式數(shù)字媒體服務(wù)。

IPTV是一種包含運(yùn)營支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、承載層和用戶終端在內(nèi)的集多個(gè)層面為一體的綜合系統(tǒng)，提供包括視頻點(diǎn)播、個(gè)人視頻錄制、電子節(jié)目指南，電子郵件及Internet訪問、電視商務(wù)、即時(shí)信息等服務(wù)內(nèi)容，是對傳統(tǒng)電視內(nèi)容服務(wù)的重大突破。這些內(nèi)容服務(wù)的實(shí)現(xiàn)又與視音頻編解碼技術(shù)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、內(nèi)容分發(fā)技網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量技術(shù)、流媒體技術(shù)、數(shù)字版權(quán)保護(hù)技術(shù)等幾項(xiàng)技術(shù)密不可分。

我們選定國外廣泛使用的Roku流媒體播放器開發(fā)用戶終端程序，使用Linux操作系統(tǒng)提供流媒體服務(wù)，本論文的目的就是設(shè)計(jì)出基于Roku的IPTV實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，著重陳述IPTV系統(tǒng)用戶終端Roku和流媒體服務(wù)的開發(fā)工作。

1 IPTV系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

該IPTV系統(tǒng)包括視頻源系統(tǒng)、視頻服務(wù)器、寬帶接入網(wǎng)、用戶端設(shè)備和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)等，主要功能包括視頻采集、流媒體服務(wù)、寬帶傳輸、客戶端應(yīng)用呈現(xiàn)以及用戶管理與鑒權(quán)、繳費(fèi)、內(nèi)容管理等，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

首先，視頻源系統(tǒng)通過電視卡、錄像機(jī)等源采集視頻內(nèi)容，經(jīng)過視頻服務(wù)器分發(fā)到各用戶，各注冊且生效的用戶從WEB服務(wù)器獲取電子節(jié)目單，從而獲取該用戶所有的內(nèi)容。而用戶信息通過業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理，為用戶調(diào)配不同的權(quán)限。

1.2 直播以及點(diǎn)播業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)

直播業(yè)務(wù)的流程為：首先，用戶通過Roku機(jī)頂盒請求直播，點(diǎn)播頻道服務(wù)，EPG向業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)發(fā)出請求信息（用戶SN，頻道ID等）；業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)收到請求后，判斷該用戶是否訂購了該頻道，并且判斷此頻道是否受限，并且將相關(guān)信息反回給Roku機(jī)頂盒，機(jī)頂盒通過XML技術(shù)解析之后看是否已經(jīng)訂購該頻道；如果用戶可以收看該頻道，EPG向CDN發(fā)出頻道URL重定向請求，CDN根據(jù)全局負(fù)載均衡情況重定向頻道的URL，并且根據(jù)事先約定的加密算法生成授權(quán)碼，并向機(jī)頂盒返回可以定向的URL，如果用戶沒有訂購該頻道，則提醒用戶轉(zhuǎn)入訂購流程；EPG接收到頻道的URL后，然后返回給Roku機(jī)頂盒，Roku機(jī)頂盒根據(jù)URL請求之后，加入組播頻道；組播控制點(diǎn)收到直播請求后，檢驗(yàn)URL的授權(quán)碼，如果為非法請求，則拒絕服務(wù)，如果請求合法，則組播控制點(diǎn)向EPG發(fā)出相應(yīng)的狀態(tài)信息，EPG系統(tǒng)向業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)使用信息；業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)開始記錄用戶的信息，并且將結(jié)果返回給EPG；EPG向組播控制點(diǎn)發(fā)出使用通知信息，組播控制點(diǎn)向Roku機(jī)頂盒提供直播流，Roku機(jī)頂隔接收直播流并解碼，播放；當(dāng)用戶提出主動(dòng)退出時(shí)，Roku機(jī)頂盒向組播控制點(diǎn)發(fā)出退出請求，組播控制點(diǎn)接收請求后，返回結(jié)束通知，EPG收到此通知后，將此請求轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)根據(jù)請求中的相關(guān)信息寫入日志，并將結(jié)果返回給EPG；EPG將結(jié)果發(fā)給組播控制點(diǎn)，直播，點(diǎn)播業(yè)務(wù)結(jié)束。直播及點(diǎn)播的流程圖如圖2所示。

2 Roku接入應(yīng)用設(shè)計(jì)及分析

2.1 開發(fā)環(huán)境及編程語言

2.1.1 Roku機(jī)頂盒系統(tǒng)架構(gòu)

本IPTV系統(tǒng)所選用的機(jī)頂盒設(shè)備為Roku 2 XS，該播放器采用ARM處理器，256Mb的RAM和Flash，提供豐富的接口?；贚inux2.6內(nèi)核，Roku使用自己的平臺(tái)RokuDVP softwarePlatform和自己的開發(fā)語言。圖3所示為Roku機(jī)頂盒系統(tǒng)架構(gòu)。

2.1.2 編程語言語言

在Roku平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)的語言為BrightScript，Roku BrightScipt是一種功能強(qiáng)大的腳本語言，因此在嵌入式設(shè)備上能夠很快和很便捷的進(jìn)行媒體和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)，BrightScipt語言集成支持BrightScipt組件和這些組件的輕量級的庫。這種平臺(tái)的API開發(fā)都是通過調(diào)用BrightScipt的組件來運(yùn)行的。

BrightScipt腳本語言有以下特點(diǎn)：

1.BrightScipt通過一個(gè)編譯器將代碼編譯為字節(jié)碼，每次當(dāng)腳本加載和運(yùn)行的時(shí)候就會(huì)進(jìn)行編譯，它不需要事先進(jìn)行單獨(dú)的編譯，而且編譯結(jié)果會(huì)保存在一個(gè)二進(jìn)制文件中，這種方式類似于JavaScript。

2.BrightScipt語句語法不像C結(jié)構(gòu)形式的，而是類似于Basic，Python或者像Ruby和Lua。BrightScipt對象和賦值的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體是通過關(guān)聯(lián)數(shù)組（AssociativeArrays）實(shí)現(xiàn)的，這種方式類似于JavaScfipt或者是Luau，BrightScipt支持動(dòng)態(tài)類型（類似于JavaScfipt），或聲明類型（類似于c或者Java），JavaScfipt使用“interfaces”和“Components'作為它的API，這又類似于“.Net”或“Java”。

3.BrightScript對于嵌入式設(shè)備來說是一個(gè)功能強(qiáng)大的優(yōu)化字節(jié)碼解釋腳本語言，在這種意義上，它是獨(dú)一無二的。例如BrightScript和BrightScriptComponent體系結(jié)構(gòu)100%都是通過C完成的，具有快速、高效和可移植性的特點(diǎn)。BrightScript廣泛使用“整數(shù)”類型的（因?yàn)楹芏嗲度胧教幚砥鳑]有浮點(diǎn)單位）。這是不同于JavaScript語言的因?yàn)槠鋽?shù)字總是—個(gè)浮點(diǎn)數(shù)。BrightScript數(shù)字只有在必要的時(shí)候才是浮點(diǎn)型的。

BrightScript作為“glue”連接底層組件為網(wǎng)絡(luò)連接，多媒體播放，UI Screen設(shè)計(jì)進(jìn)行的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了以最小的程序員工作量達(dá)到用戶友好體驗(yàn)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)效果。

2.1.3 開發(fā)環(huán)境

Roku應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境可集成在eelipse上，用戶只需下載并安裝DTLK（dynamic language toolkit）插件和brightscript插件，即可開始創(chuàng)建工程了。

2.2 客戶端架構(gòu)設(shè)計(jì)

對于Roku應(yīng)用，在功能上主要需要實(shí)現(xiàn)：（1）用戶驗(yàn)證與列表獲??；（2）列表呈現(xiàn)；（3）視頻播放。Roku程序的信息流程如圖4。

由于每個(gè)Roku設(shè)備都有對應(yīng)的唯一SN，因此，對于用戶驗(yàn)證只需要向web服務(wù)器通過Get請求提交自己的身份信息，web服務(wù)器在接收到Roku的請求和身份信息后將從數(shù)據(jù)庫中查找驗(yàn)證其身份是否合法，對于合法的用戶，web服務(wù)器將返回節(jié)目單。Roku接收到節(jié)目單后呈現(xiàn)節(jié)目列表，如果用戶選擇了某一個(gè)節(jié)目，Roku將通過這個(gè)節(jié)目的流媒體鏈接向流媒體服務(wù)器獲取并播放視頻。

2.3 Roku客戶端與Web服務(wù)器通信實(shí)現(xiàn)

2.3.1 基于XML-RPC的web通信

為了解決異構(gòu)系統(tǒng)之間的通信難題，在不同的系統(tǒng)中采用XML格式文本來交換數(shù)據(jù)，文本基于HTTP協(xié)議傳輸，這樣不同的操作系統(tǒng)，不同的平臺(tái)自己解析文本文件。文獻(xiàn)分析XML/Web Services技術(shù)在電子商務(wù)應(yīng)用中的優(yōu)勢，這里同樣適用于IPTV系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

XML被設(shè)計(jì)用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)以及傳輸數(shù)據(jù)信息，Web service可以被當(dāng)作是一個(gè)應(yīng)用程序，該程序向外界暴露出一個(gè)能夠通過Web方式進(jìn)行調(diào)用的API接口。Web Service通信有兩種常見的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)XML-RPC和SOAP，其中XML-RPC相對而言比較簡單，而SOAP比前者復(fù)雜很多，一般在要求系統(tǒng)穩(wěn)定、健壯、安全，并且交互過程復(fù)雜時(shí)才使用。XML-RPC是XMLRemote Procedure Calling的縮寫，它是Web Service的一種實(shí)現(xiàn)并且比WebServices簡單，是面向Internet環(huán)境的分布式處理標(biāo)準(zhǔn)。它通過利用HTTP協(xié)議傳輸XML數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)通信。它是一種遠(yuǎn)程調(diào)用機(jī)制，用于調(diào)用可能駐留在其他機(jī)器之上以及可能用其他語言編寫的過程。

RPC通信的流程是首先需要構(gòu)造一個(gè)RPC服務(wù)器端，用它來接收從RPC客戶端傳遞過來的使用XML封裝的請求，服務(wù)端接收請求并把處理結(jié)果通過XML的形式返回給RPC客戶端，客戶端分析XML，獲取客戶端需要的數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程過程調(diào)用的流程：在客戶端請求方法，該方法和方法攜帶的參數(shù)以XML格式描述，包裝請求methodCall，其中有方法名（medthodName）、方法的參數(shù)（Params）該請求通過XML包裝以HTTP請求發(fā)送到WEB服務(wù)端，WEB服務(wù)執(zhí)行對應(yīng)的方法，以XML返回方法執(zhí)行的結(jié)果，通過HTTP傳回客戶端。方法響應(yīng)（methodResponse）、返回參數(shù)Params，返回值在String中。此處請求為rpc_server，參數(shù)為get；方法執(zhí)行返回結(jié)果為response data。

在客戶端解析出返回的xml格式的響應(yīng)，然后，可以根據(jù)服務(wù)端與客戶端事先定義好的協(xié)議通信標(biāo)準(zhǔn)，對返回的數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理與解析，這個(gè)解析過程通常為客戶端完成，解析完數(shù)據(jù)，客戶端便獲得了對應(yīng)請求的數(shù)據(jù)信息。

2.3.2 Roku平臺(tái)的XML解析

BrightScript中的roXMLElement支持解析、生成，包含XML。并且將解析出來的元素放在roxmllist對象中。Roku的XML文件解析過程類似于DOM解析，解析過程如圖5所示：

2.4 程序流程圖與界面實(shí)現(xiàn)

2.4.1 流程圖

Roku客戶端軟程序的核心功能之一是聯(lián)網(wǎng)?？蛻舳伺cWEB服務(wù)器交互數(shù)據(jù)的基本流程是：檢測網(wǎng)絡(luò)是否可用，進(jìn)入用戶驗(yàn)證、獲取應(yīng)用電視節(jié)目分類列表、獲取具體分類下的應(yīng)用節(jié)目列表、應(yīng)用節(jié)目詳細(xì)介紹等功能。Roku應(yīng)用程序的播放程序流程圖見圖6。

2.4.2 Roku界面的實(shí)現(xiàn)

Roku程序?qū)嶋H實(shí)現(xiàn)是運(yùn)用BrightScript語言調(diào)用Roku的接口（即為對應(yīng)的component）產(chǎn)生屏幕界面和實(shí)現(xiàn)各種功能，具體怎么實(shí)現(xiàn)可以參考附錄，這里不再詳述。編程中需要的component有：

roPosterScreen：呈現(xiàn)功能列表；

roGridScreen：呈現(xiàn)視頻列表；

roDevicelnfo：獲取設(shè)備信息；

roUrlTransfer：在web server間傳輸節(jié)目單；

roXMLElement：解析節(jié)目單；

roVideoPlayer：播放視頻；

roTimeSpan：記錄時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)的界面如圖7，8，9所示

3 結(jié)束語

本文首先對IPTV系統(tǒng)的架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程做了分析，然后詳細(xì)介紹了基于Roku機(jī)頂盒的IPTV系統(tǒng)客戶端播放器的程序的開發(fā)。通過實(shí)驗(yàn)，我們看到Roku應(yīng)用程序界面簡潔友好，操作直觀，視頻播放流暢，開發(fā)工具齊全，開發(fā)過程簡單，非常適合作為IPTV系統(tǒng)的接入應(yīng)用。

但由于Roku的主要市場在海外，國內(nèi)并沒有很多中文資料，這給國內(nèi)開發(fā)者提出了一些難度。并且，如果該系統(tǒng)要投入運(yùn)營，作為客戶端，還需要進(jìn)一步考慮界面的美觀性和用戶體驗(yàn)。

此項(xiàng)目涉及知識(shí)廣泛，包括BrightScript腳本語言的學(xué)習(xí)，xml數(shù)據(jù)解析，IPTV體系架構(gòu)等知識(shí)，通過對該項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)習(xí)者可以學(xué)到許多知識(shí)。