組播環(huán)境下IPTV快速頻道切換方法

孫偉鈞

【摘要】 在網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議的充分影響下，使用組播網(wǎng)絡(luò)電視的用戶日漸增多，同時(shí)在頻道切換中，等待時(shí)間太長(zhǎng)引起了用戶體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)電視中的不滿。為了解決這一現(xiàn)狀，本文提出了組播環(huán)境下快速頻道切換的方法，即通過(guò)終端上傳帶寬向同頻道的其他終端傳輸數(shù)據(jù)，讓視頻緩存快速完成，減少切換時(shí)間。通過(guò)理論研究及實(shí)踐分析，發(fā)現(xiàn)可以用百分之20的新增帶寬讓視頻的切換時(shí)間減少百分之15到45，大大的加快了切換時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】 組播 網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議 頻道切換 終端用戶

隨著網(wǎng)絡(luò)用戶的不斷增多，使用新媒體軟件IPTV進(jìn)行視頻播放的用戶也不斷增多，僅2009年統(tǒng)計(jì)，就有將近五千萬(wàn)個(gè)，可見(jiàn)其應(yīng)用范圍之廣，然而IPTV頻道切換時(shí)，所花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)，最久能達(dá)70秒，影響了用戶的觀看體驗(yàn)。因此采用P2P技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，利用終端上傳帶寬，對(duì)觀看此頻道的其他終端輸送數(shù)據(jù)，達(dá)到快速緩存視頻的作用，加快視頻的切換時(shí)間。

一、針對(duì)快速切換頻道的相關(guān)研究

目前針對(duì)快速頻道切換的方法大致有以下四類，第一類，用戶同時(shí)緩存兩個(gè)或者兩個(gè)以上的頻道，但不允許出現(xiàn)切換到非緩存的頻道，這就容易對(duì)帶寬進(jìn)行浪費(fèi)。第二類，就是在接受頻道數(shù)據(jù)的同時(shí)，將其他頻道的信息通過(guò)額外占領(lǐng)的帶寬以壓縮的形式發(fā)送過(guò)來(lái)，用戶要切換時(shí)，以解碼的形式進(jìn)行視頻播放，這中方法對(duì)視頻編碼技術(shù)提出了考驗(yàn)，且解碼的時(shí)間很長(zhǎng)，可能會(huì)使切換時(shí)間更長(zhǎng)。第三種，用戶根據(jù)個(gè)性列出自己最喜歡的節(jié)目單，以此來(lái)減少切換次數(shù)，這種方法不是快速切換頻道的根本方法，而且也會(huì)導(dǎo)致用戶對(duì)冷門節(jié)目的推薦。第四種，在終端與服務(wù)器之間建立一個(gè)單播連接，在用戶發(fā)送請(qǐng)求后，將播放的緩存?zhèn)魉瓦^(guò)來(lái)，這方法要增加設(shè)備成本，在用戶增多的情況下易導(dǎo)致服務(wù)器死機(jī)、帶寬不足等情況發(fā)生。

二、組播環(huán)境下IPTV快速頻道切換方法

2.1假設(shè)和定義

本文的研究環(huán)境是在IPTV的組播環(huán)境下進(jìn)行的，因此排除所有的外界干擾信息，所有路由器均只處理IPTV數(shù)據(jù)，并只有一套視頻服務(wù)器，這個(gè)服務(wù)器有多個(gè)視頻通道，在向終端傳輸數(shù)據(jù)時(shí)的速度也是相同的。必須定義一下，頻道切換時(shí)間是用戶發(fā)起切換指令到收取數(shù)據(jù)緩存結(jié)束可以播放的時(shí)間段。終端的穩(wěn)態(tài)是頻道已緩沖完可以讀取視頻信息的播放狀態(tài)。

2.2算法步驟

第一步，終端加入視頻節(jié)目組，并進(jìn)入穩(wěn)態(tài)模式，向視頻服務(wù)器申請(qǐng)記錄這種終端與頻道之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)在穩(wěn)態(tài)模式下，終端繼續(xù)向視頻服務(wù)器提出申請(qǐng)，申請(qǐng)收看其他頻道終端的信息，第二步，當(dāng)終端想要切換頻道，收看另一個(gè)頻道的視頻，終端用戶向邊緣路由器提出更換頻道申請(qǐng)，同時(shí)向正在收看此頻道的其他終端提出要求，獲取此頻道的視頻數(shù)據(jù)，此視頻的數(shù)據(jù)將會(huì)分成幾個(gè)部分，由其他終端以多種通道分部分通過(guò)帶寬上傳數(shù)據(jù)到申請(qǐng)終端，讓用戶終端在提出切換頻道的申請(qǐng)后子啊短時(shí)間內(nèi)緩沖完收取該視頻的全部視頻信息。當(dāng)其他頻道終端在發(fā)送視頻數(shù)據(jù)信息失敗后，將會(huì)自動(dòng)由其他終端完成該視頻信息的傳輸工作。此后收看的節(jié)目信息將會(huì)以傳統(tǒng)組播的形式向邊緣路由器獲得。第三部，終端停止收看此頻道的信息，將停止命令傳達(dá)給是視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器將會(huì)終止此終端與此視頻的相關(guān)信息，把該終端的數(shù)據(jù)庫(kù)從這個(gè)頻道的節(jié)目組中清除開(kāi)來(lái)，這個(gè)終端將失去獲取其他頻道終端的信息的能力。

3.3最終結(jié)果

通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，我們可以得出這樣的一條信息，即新增的帶寬與視頻的切換次數(shù)成正比，與播放緩存容量成正比，與總運(yùn)算時(shí)間成反比。這就表明了在這種P2P技術(shù)的頻道切換運(yùn)行下，當(dāng)終端申請(qǐng)切換頻道的次數(shù)越多，所新增的帶寬也就越多，而總運(yùn)行的時(shí)間也就越少。這與其他視頻切換方式相比，節(jié)省了大量的切換視頻所花費(fèi)的時(shí)間，與傳統(tǒng)的視頻切換模式相比，大大提高了速度，便捷了用戶的收看體驗(yàn)。

三、仿真及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文頻道切換模式提升切換速度的有效性，我們通過(guò)試驗(yàn)認(rèn)證。我們選取100各頻道終端用戶，有20各頻道可供收看，在150秒的時(shí)間內(nèi)切換次數(shù)為10次。通過(guò)試驗(yàn)我們可以得出結(jié)論，利用此方法收看視頻，頻道的切換時(shí)間為1秒左右。大大提高了切換速度，在仿真實(shí)驗(yàn)的前20秒，因?yàn)樯袩o(wú)可能從其他視頻終端獲取信息，所以都是從邊緣路由器獲取視頻信息，當(dāng)想收看的頻道已經(jīng)有人在收看時(shí)，頻道的緩存將會(huì)自動(dòng)生存，在有其他終端收看節(jié)目時(shí)，來(lái)傳輸給該視頻終端用戶。通過(guò)試驗(yàn)我們還可以知道，當(dāng)從一個(gè)終端處獲取信息，花費(fèi)時(shí)間為1到1.5秒，當(dāng)從兩個(gè)視頻終端處獲取信息時(shí)，花費(fèi)時(shí)間為0.6秒，當(dāng)從三個(gè)終端處獲取信息時(shí)，花費(fèi)時(shí)間為0.4秒，而從邊緣路由器獲取信息時(shí)，花費(fèi)時(shí)間為5秒。所以我們得出結(jié)論，當(dāng)有一個(gè)視頻終端用戶收看該頻道時(shí)，切換的時(shí)間提升了兩到三倍，當(dāng)增加到從兩個(gè)視頻終端時(shí)，視頻切換時(shí)間提升兩倍，當(dāng)增加到三個(gè)時(shí)，頻道切換時(shí)間提升百分之四十，也就是說(shuō)附近有兩個(gè)該頻道的終端時(shí)，緩存效果最佳。如果可以共享的終端增多后，切換頻道的加速度減少，而花費(fèi)的帶寬將會(huì)增多，考慮到效益上來(lái)，正好在附近有兩個(gè)終端共享用戶時(shí)，所切換的時(shí)機(jī)最好。并且通過(guò)分析，該方法所增加的帶寬比傳統(tǒng)方法所增加的帶寬量減少百分之二十左右，大大增加了經(jīng)濟(jì)效益。

四、小結(jié)

隨著IPTV的產(chǎn)生，其使用的用戶增多，但在組播環(huán)境下的頻道切換時(shí)間太慢，大大影響了用戶視頻體驗(yàn)的樂(lè)趣。針對(duì)如何加快切換頻道的時(shí)間的方法上，本文在P2P技術(shù)的感染下提出了自己覺(jué)得可行的方略。終端用戶不再?gòu)倪吘壜酚善鳙@取速度一致的緩存，而是從其他頻道終端處獲取視頻緩存，加入將要收看的頻道終端小組里，與其他終端共享頻道緩存，讓緩存在第一時(shí)間充滿，這樣一來(lái)，便使視頻切換所花費(fèi)的時(shí)間大大減少。而且該方法用新增的不到百分之二十的帶寬讓視頻切換時(shí)間減少了百分之十五至四十五。大大發(fā)展了經(jīng)濟(jì)效益。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]古強(qiáng)，夏燁晗，鄒華，楊放春. 組播環(huán)境下IPTV快速頻道切換方法[J]. 北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，06：5-8.

[2]肖奕，羅俊海，肖志輝. ACR下的IPTV頻道快速切換方法[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2012，10：3757-3760+3768.

[3]馬少林，李文耀. 基于服務(wù)器的IPTV快速頻道切換技術(shù)[J]. 電視技術(shù)，2012，24：57-60.

[4]羅斯青. 一種改進(jìn)的IPTV快速頻道切換技術(shù)方案[J]. 電信科學(xué)，2007，10：22-25.

[5]于婧，賈鳳根，張興明，汪斌強(qiáng). 組播技術(shù)在IPTV中的應(yīng)用[J]. 電信科學(xué)，2005，05：35-38.