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論文：探討IPTV系統(tǒng)中EPG模塊框架的設(shè)計和實現(xiàn)
摘 要 IPTV系統(tǒng)是目前寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的前沿應(yīng)用，EPG提供IPTV系統(tǒng)和用戶交互的首要界面，是系統(tǒng)的核心模塊之一。當前數(shù)字電視中EPG的常用設(shè)計方法不適合用來設(shè)計IPTV中的EPG。根據(jù)IPTV系統(tǒng)的自身特點，本文介紹了一種EPG模塊的設(shè)計和實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞 IPTV；EPG；機頂盒；MVC
1 引 言
IPTV即網(wǎng)絡(luò)電視,是目前一種新興的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，它利用寬帶互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，以家用電視機作為主要終端，通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）來提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的多種數(shù)字媒體服務(wù)及其增值業(yè)務(wù)的技術(shù)。IPTV最大的優(yōu)勢在于“互動性”和“按需觀看”，徹底改變了傳統(tǒng)電視單向廣播的特點[1]。它的出現(xiàn)極大的滿足了用戶（文中的用戶是指安裝了IPTV客戶端的消費者，客戶是指IPTV服務(wù)提供商和運營商）對在線影視欣賞的需求。IPTV的發(fā)展十分迅速，國際上，UT斯達康、微軟、西門子、阿爾卡特、惠普等，國內(nèi)的華為、中興和盛大等廠家都投入了IPTV的開發(fā)和研究。國外早已有IPTV的商業(yè)運營系統(tǒng)，英國Video Networks公司早在1999年就推出了IPTV業(yè)務(wù)。國內(nèi)截至目前，首個IPTV已在上海投入商業(yè)應(yīng)用，并且中國電信已在五省市進行IPTV試點，IPTV在國內(nèi)和國際都有廣闊的發(fā)展前景。
為了提供“互動性”和“按需觀看”，系統(tǒng)需要提供和用戶交互的界面，供用戶瀏覽系統(tǒng)提供的節(jié)目信息并選擇要欣賞的節(jié)目。在IPTV系統(tǒng)中由EPG（Electronic Program Guide電子程序向?qū)В┓⻊?wù)器提供這套界面。EPG是一個當前和將來節(jié)目信息的交互式節(jié)目安排表，用戶通過操作遙控器進行瀏覽[2]。EPG模塊在整個IPTV系統(tǒng)中是至關(guān)重要的，它是整個IPTV系統(tǒng)的門戶。EPG給用戶提供一個容易使用的、界面友好的、可以快速訪問節(jié)目的一種方式。因此，用戶對IPTV整個系統(tǒng)的評價在很大程度上取決于EPG。提供簡單易用、快速、穩(wěn)定、美觀的交互界面是EPG的首要目標。
2 IPTV的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型
圖1是一個IPTV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,此模型已在國內(nèi)一些城市得到實際應(yīng)用。在此模型結(jié)構(gòu)圖中，整個IPTV系統(tǒng)分為兩大部分：后臺部分和用戶接入部分。后臺部分主要提供媒體內(nèi)容的管理、用戶管理、整個系統(tǒng)的服務(wù)器管理、用戶認證和計費管理等等。用戶接入部分為用戶提供視頻服務(wù)和其他服務(wù)，根據(jù)城市規(guī)模大小可分為多個區(qū)域，每一區(qū)域主要有區(qū)域媒體基站和EPG服務(wù)器。用戶使用機頂盒[3] [4] [5]加電視或者PC作為終端，通過ADSL或小區(qū)寬帶收看系統(tǒng)存儲的節(jié)目或者直播電視節(jié)目。機頂盒是一臺功能簡單的計算機，有CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、解碼器等硬件及操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等軟件，接收通過寬帶IP網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的視頻信號，信號經(jīng)過處理后在電視機上顯示出來。用戶通過操縱遙控器使用機頂盒提供的功能。
用戶被劃分為多個區(qū)域，每個區(qū)域分別部署多個區(qū)域媒體服務(wù)器和EPG服務(wù)器，用戶的視頻服務(wù)和交互界面由用戶所在區(qū)域的媒體服務(wù)器和EPG服務(wù)器提供。這種部署方式具有容易擴充的特點，適合大規(guī)模部署。增加一個區(qū)域只須增加區(qū)域媒體基站和EPG服務(wù)器，對后臺部分和其它區(qū)域不會造成影響。同時，用戶的大部分數(shù)據(jù)流量都集中在自己所在區(qū)域，減輕了主干網(wǎng)的負擔(dān)，而且單個區(qū)域系統(tǒng)的崩潰不會影響其它區(qū)域。
系統(tǒng)工作過程大致如下：①媒體源經(jīng)過媒體處理模塊處理成系統(tǒng)所定義的格式，存儲在主媒體基站上，并由后臺的媒體分發(fā)管理模塊負責(zé)如何將這些節(jié)目分發(fā)到下面的每一個區(qū)域中的媒體基站中。②同時有關(guān)節(jié)目的信息也被下發(fā)到EPG服務(wù)器中，供EPG顯示給用戶。③用戶開機經(jīng)過后臺認證后登錄到EPG服務(wù)器上，開始瀏覽系統(tǒng)的節(jié)目信息。④當用戶選擇一個節(jié)目觀看后，EPG將有關(guān)節(jié)目信息和用戶的信息發(fā)送到后臺部分，由后臺的用戶管理部分判斷用戶是否能夠欣賞節(jié)目，如果可以，用戶的機頂盒則向本區(qū)域的媒體基站發(fā)送播放節(jié)目的請求。⑤播放完畢，機頂盒向后臺發(fā)送扣除相應(yīng)收費的請求，同時重新定向到EPG服務(wù)器，用戶可以繼續(xù)瀏覽節(jié)目和欣賞節(jié)目。
考慮到目前IPTV在國內(nèi)還處于發(fā)展階段，一個區(qū)域的用戶不是很多。目前系統(tǒng)設(shè)計為一個區(qū)域支持最多3000用戶，在同一時刻訪問EPG服務(wù)器的用戶數(shù)不超過500。當用戶數(shù)量增多時，可以使用EPG服務(wù)器集群。在圖1中，每個區(qū)域都部署了一個主EPG服務(wù)器，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也部署了一個備用的EPG服務(wù)器。
3 EPG模塊的設(shè)計
從IPTV系統(tǒng)在中國的部署應(yīng)用看，EPG模塊是整個系統(tǒng)中需求變化最大、最快的模塊，而且是直接展示給客戶的模塊，很大程度上決定客戶是否采用我們的系統(tǒng)。模塊在整體框架設(shè)計時，主要考慮以下原則：
（1） 結(jié)構(gòu)清晰，開發(fā)快速�？蛻舻男枨笞兓呛芸斓模谠O(shè)計時，首先要考慮能夠在最短的時間內(nèi)按照客戶的要求開發(fā)出新界面，結(jié)構(gòu)清晰的設(shè)計有利于快速開發(fā)。
�。�2） 維護方便。能夠讓客戶在對EPG代碼和實現(xiàn)不是很了解的情況下改動EPG的某些代碼或修改一些配置，而不會影響EPG的運行。
�。�3） 方便客戶定制。客戶可能要求自己制作EPG。因此，設(shè)計時要考慮到能夠快速、簡單地使客戶明白EPG的制作過程，在較短時間內(nèi)掌握制作EPG。
�。�4） 性能滿足設(shè)計要求。要滿足設(shè)計時的性能要求，主要考慮服務(wù)器優(yōu)化，數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化。
�。�5） 界面簡單美觀，有良好的可擴展性和開放性。容易支持新的業(yè)務(wù)，能夠兼容不同廠家的機頂盒。
EPG實現(xiàn)主要有兩種方案選擇，本地應(yīng)用方案和交互式實現(xiàn)方案 [7]。目前國內(nèi)和國外的EPG設(shè)計基本上是針對數(shù)字電視的，其EPG實現(xiàn)一般采用本地應(yīng)用方案。本地方案對機頂盒的硬件要求較高，而且在和用戶的交互性方面做的不是很好。IPTV是一種和用戶有高度交互性的系統(tǒng)，設(shè)計和實現(xiàn)適合采用第二種方案。
此模型中EPG實現(xiàn)選擇交互式方案，采用由EPG服務(wù)器給機頂盒提供HTML頁面的實現(xiàn)方式。將系統(tǒng)的節(jié)目信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫中檢索節(jié)目信息，以HTML頁面的形式提供給機頂盒，機頂盒解析頁面后呈現(xiàn)給用戶。這樣，對PC用戶來說，用戶端自帶的瀏覽器即可瀏覽。對使用機頂盒的用戶來說，需要機頂盒實現(xiàn)能夠解析HTML頁面的功能。
在本文中，著重針對機頂盒的EPG設(shè)計 ，具體實現(xiàn)采用Linux+Apache+MySQL+PHP，程序的整個框架設(shè)計基于MVC模式的思想。
3.1 MVC的設(shè)計模式
模型－視圖－控制（Model-View-Controller）是一種經(jīng)典的軟件設(shè)計模式，它采用分治的思想將系統(tǒng)分成三大模塊，每個模塊各負其責(zé)，其關(guān)系如圖2所示。
(1) 模型。負責(zé)維護數(shù)據(jù)并提供數(shù)據(jù)訪問方法。模型只有純粹的功能性接口, 也就是一系列的公開方法。通過這些公開方法, 可以取得模型的所有功能。
(2) 視圖。用來顯示模型的數(shù)據(jù)。在一個MVC 模型中可以有多個視圖。
(3) 控制器。用戶可以通過視圖來改變模型的狀態(tài), 這種更新是通過控制器來完成的�？刂破髫撠�(zé)調(diào)用模型的改值方法以改變模型的狀態(tài), 同時, 控制器會通知所有的已登記視圖刷新數(shù)據(jù)顯示。
MVC 體系有效地實現(xiàn)了表示與數(shù)據(jù)的分離,能很方便地用多個視圖來顯示多套數(shù)據(jù),使系統(tǒng)很方便地支持其它新的客戶端類型,可以很好地表達用戶的交互。從國內(nèi)的應(yīng)用情況看，大部分客戶都是對顯示界面要求不一樣，對程序處理邏輯有少量不同。采用MVC模式，可以很方便的響應(yīng)客戶的需求變化，而且可以很容易提供不同的顯示界面讓客戶自己選擇。
3.2 具體實現(xiàn)
根據(jù)設(shè)計目的和MVC模式，考慮到用戶使用的終端設(shè)備為機頂盒，在客戶端需要一些與機頂盒有關(guān)的特殊處理，服務(wù)器處理請求的實現(xiàn)過程分為五個層次，如圖3所示。
�。ǎ保� 頁面展示層。負責(zé)系統(tǒng)節(jié)目信息的顯示。
（２） 用戶端處理層。負責(zé)請求發(fā)出前和請求處理結(jié)果返回后的一些特殊處理。此處加入用戶端處理層主要是因為目前用戶的終端為機頂盒，機頂盒瀏覽器的功能不是很強。在用戶轉(zhuǎn)向另外一個頁面或者返回到原來的頁面都需要EPG做一些處理，比如記錄光標的位置、初始化光標位置。
（３） 請求和響應(yīng)層。負責(zé)請求到達服務(wù)器后和處理結(jié)果返回給用戶端前的一些處理。
（４） 邏輯處理層。負責(zé)對客戶的請求進行處理。
�。ǎ担� 數(shù)據(jù)訪問層。負責(zé)提供獲取數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的接口。
我們以顯示熱門影片的實例說明使用MVC模式的思想處理請求的過程。處理顯示熱門影片請求的過程如圖4所示。
過程如下:
�。ǎ保┯脩粼谑醉搯螕簟白钚掠捌�，經(jīng)過用戶端控制層處理（關(guān)閉在首頁播放的廣告視頻）后，請求被提交到服務(wù)器進行處理。
�。ǎ玻┱埱蠛晚憫�(yīng)層開始處理請求，保存上一頁有關(guān)的狀態(tài)，并且初始化一些變量（如取數(shù)據(jù)的類、保存頁面所有信息的變量）。
�。ǎ常┻壿嬏幚韺佑嬎銛�(shù)據(jù)庫中要取的熱門影片的起始位置和數(shù)量。
（４）調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層的接口開始從數(shù)據(jù)庫里面取出熱門影片的信息（節(jié)目名稱、價格、簡介、海報圖片名稱等）。
�。ǎ担┻壿嬏幚韺訉θ〉降臄�(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的所有數(shù)據(jù)保存在一個變量中，這個變量要傳遞給顯示結(jié)果的頁面。
�。ǎ叮┱埱蠛晚憫�(yīng)層調(diào)用顯示結(jié)果的頁面和用戶端的控制代碼，生成HTML代碼。
�。ǎ罚C頂盒解析傳遞過來的HTML頁面，初始化光標位置，將熱門影片信息顯示給用戶。
開發(fā)之前，在設(shè)計文檔中定義預(yù)先定義頁面展示層和邏輯處理層、邏輯處理層和數(shù)據(jù)訪問層的接口。每一部分的開發(fā)人員只須關(guān)心自己所做的部分，使用其它層提供的接口調(diào)用其它層的功能。這樣各個部分的開發(fā)可以并行工作，大大提高了開發(fā)速度。
數(shù)據(jù)訪問層和邏輯處理層可以很容易編寫單元測試來測試自己的代碼，不受其它層的代碼的影響，很大程度上提高了軟件的質(zhì)量。同時后期的維護也是很方便的，如果需求有變，只須改動需求變化所在層次的代碼，不用關(guān)心其它層代碼是否要改動。
整個EPG模塊每個頁面的編碼都遵循這種規(guī)則。同時我們提供給客戶一個EPG參考手冊，主要是取數(shù)據(jù)的接口函數(shù)和用戶端處理層JavaScript函數(shù)的使用說明�？蛻糁恍枰莆找粋�頁面的制作過程和所提供的使用手冊中的函數(shù)調(diào)用方法，并具有一定的編程水平，就可在很短的時間內(nèi)獨立編寫自己的EPG。
3.3 EPG性能測試
為了測試EPG性能是否達到了當初的設(shè)計要求，使用LoadRunner測試工具對EPG服務(wù)器進行了性能測試，測試最主要的指標是不同并發(fā)用戶數(shù)時的事務(wù)響應(yīng)時間，它是服務(wù)器性能最重要的指標。
測試的硬件環(huán)境為：CPU Intel(R) Pentium(R)4 2.40GHz， 內(nèi)存 1GB，網(wǎng)卡 1GB/s。軟件環(huán)境為：操作系統(tǒng) RedHat 9.0， Apache 2.0.50，MySQL 4.0.21，PHP 4.3.9RC3-dev，Squid 2.5 STABLE1。
LoadRunner模擬測試并發(fā)用戶數(shù)為220、500，測試EPG服務(wù)器的事務(wù)響應(yīng)時間和事務(wù)完成情況。服務(wù)器響應(yīng)時間和事務(wù)完成情況測試數(shù)據(jù)如表1和表2所示。從測試數(shù)據(jù)看，當并發(fā)用戶數(shù)為500時，沒有出現(xiàn)事務(wù)失敗的情況，平均響應(yīng)時間不超過3秒。對用戶來說，這個時間是可以接受的。說明采用這種設(shè)計方法開發(fā)EPG，服務(wù)器的性能也達到了預(yù)先的要求。
從以上的測試和分析可以看出，使用上文所說的設(shè)計方法開發(fā)EPG總體上達到了預(yù)先的設(shè)計原則。
4 結(jié)束語
本文闡述了一個IPTV系統(tǒng)模型及其EPG模塊的設(shè)計和實現(xiàn)，在實際應(yīng)用中也證明了我們的設(shè)計方法對快速開發(fā)易維護、方便擴展的EPG是正確和可行的。隨著IPTV的發(fā)展和用戶數(shù)的增多，今后需要在服務(wù)器的性能方面和EPG的個性化方面進行更深入的研究。
表1 EPG服務(wù)器響應(yīng)時間
事務(wù)
模擬用戶數(shù)
登錄EPG
瀏覽VOD菜單
瀏覽TV菜單
返回首頁
220
最大響應(yīng)時間
4.456
3.464
4.048
4.035
最小響應(yīng)時間
0.034
0.017
0.038
0.016
平均響應(yīng)時間
0.297
0.279
0.0941
0.245
500
最大響應(yīng)時間
10.465
9.087
8.53
8.551
最小響應(yīng)時間
0.035
0.017
0.038
0.016
平均響應(yīng)時間
2.611
1.934
2.471
2.054
表2 事務(wù)執(zhí)行統(tǒng)計
事務(wù)
模擬用戶數(shù)
登錄EPG
瀏覽VOD菜單
瀏覽TV菜單
返回首頁
220
共執(zhí)行次數(shù)
26010
26010
26010
26010
通過次數(shù)
26010
26010
26010
26010
失敗次數(shù)
500
共執(zhí)行次數(shù)
82904
82904
82904
82904
通過次數(shù)
82904
82904
82904
82904
失敗次數(shù)
參考文獻:
[1] 關(guān)注IPTV關(guān)注網(wǎng)絡(luò)發(fā)展[EB/OL]. http://www.chinabbc.com.cn/news/news.asp?newsid=200563111314246&classid=112111 2005.12.16
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