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論文：探討IPTV系統中EPG模塊框架的設計和實(shí)現
摘 要 IPTV系統是目前寬帶網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的前沿應用，EPG提供IPTV系統和用戶(hù)交互的首要界面，是系統的核心模塊之一。當前數字電視中EPG的常用設計方法不適合用來(lái)設計IPTV中的EPG。根據IPTV系統的自身特點(diǎn)，本文介紹了一種EPG模塊的設計和實(shí)現方法。
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 )應用，它利用寬帶互聯(lián)網(wǎng)的基礎設施，以家用電視機作為主要終端，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）來(lái)提供包括電視節目在內的多種數字媒體服務(wù)及其增值業(yè)務(wù)的技術(shù)。IPTV最大的優(yōu)勢在于“互動(dòng)性”和“按需觀(guān)看”，徹底改變了傳統電視單向廣播的特點(diǎn)[1]。它的出現極大的滿(mǎn)足了用戶(hù)（文中的用戶(hù)是指安裝了IPTV客戶(hù)端的消費者，客戶(hù)是指IPTV服務(wù)提供商和運營(yíng)商）對在線(xiàn)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(mén)子、阿爾卡特、惠普等，國內的華為、中興和盛大等廠(chǎng)家都投入了IPTV的開(kāi)發(fā)和研究。國外早已有IPTV的商業(yè)運營(yíng)系統，英國Video Networks公司早在1999年就推出了IPTV業(yè)務(wù)。國內截至目前，首個(gè)IPTV已在上海投入商業(yè)應用，并且中國電信已在五省市進(jìn)行IPTV試點(diǎn)，IPTV在國內和國際都有廣闊的發(fā)展前景。
為了提供“互動(dòng)性”和“按需觀(guān)看”，系統需要提供和用戶(hù)交互的界面，供用戶(hù)瀏覽系統提供的節目信息并選擇要欣賞的節目。在IPTV系統中由EPG（Electronic Program Guide電子程序向導）服務(wù)器提供這套界面。EPG是一個(gè)當前和將來(lái)節目信息的交互式節目安排表，用戶(hù)通過(guò)操作遙控器進(jìn)行瀏覽[2]。EPG模塊在整個(gè)IPTV系統中是至關(guān)重要的，它是整個(gè)IPTV系統的門(mén)戶(hù)。EPG給用戶(hù)提供一個(gè)容易使用的、界面友好的、可以快速訪(fǎng)問(wèn)節目的一種方式。因此，用戶(hù)對IPTV整個(gè)系統的評價(jià)在很大程度上取決于EPG。提供簡(jiǎn)單易用、快速、穩定、美觀(guān)的交互界面是EPG的首要目標。
2 IPTV的系統結構模型
圖1是一個(gè)IPTV系統結構模型,此模型已在國內一些城市得到實(shí)際應用。在此模型結構圖中，整個(gè)IPTV系統分為兩大部分：后臺部分和用戶(hù)接入部分。后臺部分主要提供媒體內容的管理、用戶(hù)管理、整個(gè)系統的服務(wù)器管理、用戶(hù)認證和計費管理等等。用戶(hù)接入部分為用戶(hù)提供視頻服務(wù)和其他服務(wù)，根據城市規模大小可分為多個(gè)區域，每一區域主要有區域媒體基站和EPG服務(wù)器。用戶(hù)使用機頂盒[3] [4] [5]加電視或者PC作為終端，通過(guò)ADSL或小區寬帶收看系統存儲的節目或者直播電視節目。機頂盒是一臺功能簡(jiǎn)單的計算機，有CPU、內存、網(wǎng)絡(luò )連接設備、解碼器等硬件及操作系統和應用程序等軟件，接收通過(guò)寬帶IP網(wǎng)絡(luò )傳輸過(guò)來(lái)的視頻信號，信號經(jīng)過(guò)處理后在電視機上顯示出來(lái)。用戶(hù)通過(guò)操縱遙控器使用機頂盒提供的功能。
用戶(hù)被劃分為多個(gè)區域，每個(gè)區域分別部署多個(gè)區域媒體服務(wù)器和EPG服務(wù)器，用戶(hù)的視頻服務(wù)和交互界面由用戶(hù)所在區域的媒體服務(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(diǎn)，適合大規模部署。增加一個(gè)區域只須增加區域媒體基站和EPG服務(wù)器，對后臺部分和其它區域不會(huì )造成影響。同時(shí)，用戶(hù)的大部分數據流量都集中在自己所在區域，減輕了主干網(wǎng)的負擔，而且單個(gè)區域系統的崩潰不會(huì )影響其它區域。
系統工作過(guò)程大致如下：①媒體源經(jīng)過(guò)媒體處理模塊處理成系統所定義的格式，存儲在主媒體基站上，并由后臺的媒體分發(fā)管理模塊負責如何將這些節目分發(fā)到下面的每一個(gè)區域中的媒體基站中。②同時(shí)有關(guān)節目的信息也被下發(fā)到EPG服務(wù)器中，供EPG顯示給用戶(hù)。③用戶(hù)開(kāi)機經(jīng)過(guò)后臺認證后登錄到EPG服務(wù)器上，開(kāi)始瀏覽系統的節目信息。④當用戶(hù)選擇一個(gè)節目觀(guān)看后，EPG將有關(guān)節目信息和用戶(hù)的信息發(fā)送到后臺部分，由后臺的用戶(hù)管理部分判斷用戶(hù)是否能夠欣賞節目，如果可以，用戶(hù)的機頂盒則向本區域的媒體基站發(fā)送播放節目的請求。⑤播放完畢，機頂盒向后臺發(fā)送扣除相應收費的請求，同時(shí)重新定向到EPG服務(wù)器，用戶(hù)可以繼續瀏覽節目和欣賞節目。
考慮到目前IPTV在國內還處于發(fā)展階段，一個(gè)區域的用戶(hù)不是很多。目前系統設計為一個(gè)區域支持最多3000用戶(hù)，在同一時(shí)刻訪(fǎng)問(wèn)EPG服務(wù)器的用戶(hù)數不超過(guò)500。當用戶(hù)數量增多時(shí)，可以使用EPG服務(wù)器集群。在圖1中，每個(gè)區域都部署了一個(gè)主EPG服務(wù)器，為了系統的穩定性，同時(shí)也部署了一個(gè)備用的EPG服務(wù)器。
3 EPG模塊的設計
從IPTV系統在中國的部署應用看，EPG模塊是整個(gè)系統中需求變化最大、最快的模塊，而且是直接展示給客戶(hù)的模塊，很大程度上決定客戶(hù)是否采用我們的系統。模塊在整體框架設計時(shí)，主要考慮以下原則：
�。�1） 結構清晰，開(kāi)發(fā)快速�？蛻�(hù)的需求變化是很快的，在設計時(shí)，首先要考慮能夠在最短的時(shí)間內按照客戶(hù)的要求開(kāi)發(fā)出新界面，結構清晰的設計有利于快速開(kāi)發(fā)。
�。�2） 維護方便。能夠讓客戶(hù)在對EPG代碼和實(shí)現不是很了解的情況下改動(dòng)EPG的某些代碼或修改一些配置，而不會(huì )影響EPG的運行。
�。�3） 方便客戶(hù)定制�？蛻�(hù)可能要求自己制作EPG。因此，設計時(shí)要考慮到能夠快速、簡(jiǎn)單地使客戶(hù)明白EPG的制作過(guò)程，在較短時(shí)間內掌握制作EPG。
�。�4） 性能滿(mǎn)足設計要求。要滿(mǎn)足設計時(shí)的性能要求，主要考慮服務(wù)器優(yōu)化，數據庫的優(yōu)化。
�。�5） 界面簡(jiǎn)單美觀(guān)，有良好的可擴展性和開(kāi)放性。容易支持新的業(yè)務(wù)，能夠兼容不同廠(chǎng)家的機頂盒。
EPG實(shí)現主要有兩種方案選擇，本地應用方案和交互式實(shí)現方案 [7]。目前國內和國外的EPG設計基本上是針對數字電視的，其EPG實(shí)現一般采用本地應用方案。本地方案對機頂盒的硬件要求較高，而且在和用戶(hù)的交互性方面做的不是很好。IPTV是一種和用戶(hù)有高度交互性的系統，設計和實(shí)現適合采用第二種方案。
此模型中EPG實(shí)現選擇交互式方案，采用由EPG服務(wù)器給機頂盒提供HTML頁(yè)面的實(shí)現方式。將系統的節目信息存儲在數據庫中，服務(wù)器從數據庫中檢索節目信息，以HTML頁(yè)面的形式提供給機頂盒，機頂盒解析頁(yè)面后呈現給用戶(hù)。這樣，對PC用戶(hù)來(lái)說(shuō)，用戶(hù)端自帶的瀏覽器即可瀏覽。對使用機頂盒的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，需要機頂盒實(shí)現能夠解析HTML頁(yè)面的功能。
在本文中，著(zhù)重針對機頂盒的EPG設計 ，具體實(shí)現采用Linux+Apache+MySQL+PHP，程序的整個(gè)框架設計基于MVC模式的思想。
3.1 MVC的設計模式
模型－視圖－控制（Model-View-Controller）是一種經(jīng)典的軟件設計模式，它采用分治的思想將系統分成三大模塊，每個(gè)模塊各負其責，其關(guān)系如圖2所示。
(1) 模型。負責維護數據并提供數據訪(fǎng)問(wèn)方法。模型只有純粹的功能性接口, 也就是一系列的公開(kāi)方法。通過(guò)這些公開(kāi)方法, 可以取得模型的所有功能。
(2) 視圖。用來(lái)顯示模型的數據。在一個(gè)MVC 模型中可以有多個(gè)視圖。
(3) 控制器。用戶(hù)可以通過(guò)視圖來(lái)改變模型的狀態(tài), 這種更新是通過(guò)控制器來(lái)完成的�？刂破髫撠熣{用模型的改值方法以改變模型的狀態(tài), 同時(shí), 控制器會(huì )通知所有的已登記視圖刷新數據顯示。
MVC 體系有效地實(shí)現了表示與數據的分離,能很方便地用多個(gè)視圖來(lái)顯示多套數據,使系統很方便地支持其它新的客戶(hù)端類(lèi)型,可以很好地表達用戶(hù)的交互。從國內的應用情況看，大部分客戶(hù)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，可以很方便的響應客戶(hù)的需求變化，而且可以很容易提供不同的顯示界面讓客戶(hù)自己選擇。
3.2 具體實(shí)現
根據設計目的和MVC模式，考慮到用戶(hù)使用的終端設備為機頂盒，在客戶(hù)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(shí)現過(guò)程分為五個(gè)層次，如圖3所示。
�。ǎ保� 頁(yè)面展示層。負責系統節目信息的顯示。
�。ǎ玻� 用戶(hù)端處理層。負責請求發(fā)出前和請求處理結果返回后的一些特殊處理。此處加入用戶(hù)端處理層主要是因為目前用戶(hù)的終端為機頂盒，機頂盒瀏覽器的功能不是很強。在用戶(hù)轉向另外一個(gè)頁(yè)面或者返回到原來(lái)的頁(yè)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。
�。ǎ常� 請求和響應層。負責請求到達服務(wù)器后和處理結果返回給用戶(hù)端前的一些處理。
�。ǎ矗� 邏輯處理層。負責對客戶(hù)的請求進(jìn)行處理。
�。ǎ担� 數據訪(fǎng)問(wèn)層。負責提供獲取數據庫中數據的接口。
我們以顯示熱門(mén)影片的實(shí)例說(shuō)明使用MVC模式的思想處理請求的過(guò)程。處理顯示熱門(mén)影片請求的過(guò)程如圖4所示。
過(guò)程如下:
�。ǎ保┯脩�(hù)在首頁(yè)單擊“最新影片”，經(jīng)過(guò)用戶(hù)端控制層處理（關(guān)閉在首頁(yè)播放的廣告視頻）后，請求被提交到服務(wù)器進(jìn)行處理。
�。ǎ玻┱埱蠛晚憫獙娱_(kāi)始處理請求，保存上一頁(yè)有關(guān)的狀態(tài)，并且初始化一些變量（如取數據的類(lèi)、保存頁(yè)面所有信息的變量）。
�。ǎ常┻壿嬏幚韺佑嬎銛祿䦷熘幸〉臒衢T(mén)影片的起始位置和數量。
�。ǎ矗┱{用數據訪(fǎng)問(wèn)層的接口開(kāi)始從數據庫里面取出熱門(mén)影片的信息（節目名稱(chēng)、價(jià)格、簡(jiǎn)介、海報圖片名稱(chēng)等）。
�。ǎ担┻壿嬏幚韺訉θ〉降臄祿M(jìn)行轉換，轉換后的所有數據保存在一個(gè)變量中，這個(gè)變量要傳遞給顯示結果的頁(yè)面。
�。ǎ叮┱埱蠛晚憫獙诱{用顯示結果的頁(yè)面和用戶(hù)端的控制代碼，生成HTML代碼。
�。ǎ罚C頂盒解析傳遞過(guò)來(lái)的HTML頁(yè)面，初始化光標位置，將熱門(mén)影片信息顯示給用戶(hù)。
開(kāi)發(fā)之前，在設計文檔中定義預先定義頁(yè)面展示層和邏輯處理層、邏輯處理層和數據訪(fǎng)問(wèn)層的接口。每一部分的開(kāi)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用其它層的功能。這樣各個(gè)部分的開(kāi)發(fā)可以并行工作，大大提高了開(kāi)發(fā)速度。
數據訪(fǎng)問(wèn)層和邏輯處理層可以很容易編寫(xiě)單元測試來(lái)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(shí)后期的維護也是很方便的，如果需求有變，只須改動(dòng)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(dòng)。
整個(gè)EPG模塊每個(gè)頁(yè)面的編碼都遵循這種規則。同時(shí)我們提供給客戶(hù)一個(gè)EPG參考手冊，主要是取數據的接口函數和用戶(hù)端處理層JavaScript函數的使用說(shuō)明�？蛻�(hù)只需要掌握一個(gè)頁(yè)面的制作過(guò)程和所提供的使用手冊中的函數調用方法，并具有一定的編程水平，就可在很短的時(shí)間內獨立編寫(xiě)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計要求，使用LoadRunner測試工具對EPG服務(wù)器進(jìn)行了性能測試，測試最主要的指標是不同并發(fā)用戶(hù)數時(shí)的事務(wù)響應時(shí)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， 內存 1GB，網(wǎng)卡 1GB/s。軟件環(huán)境為：操作系統 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(hù)數為220、500，測試EPG服務(wù)器的事務(wù)響應時(shí)間和事務(wù)完成情況。服務(wù)器響應時(shí)間和事務(wù)完成情況測試數據如表1和表2所示。從測試數據看，當并發(fā)用戶(hù)數為500時(shí)，沒(méi)有出現事務(wù)失敗的情況，平均響應時(shí)間不超過(guò)3秒。對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)間是可以接受的。說(shuō)明采用這種設計方法開(kāi)發(fā)EPG，服務(wù)器的性能也達到了預先的要求。
從以上的測試和分析可以看出，使用上文所說(shuō)的設計方法開(kāi)發(fā)EPG總體上達到了預先的設計原則。
4 結束語(yǔ)
本文闡述了一個(gè)IPTV系統模型及其EPG模塊的設計和實(shí)現，在實(shí)際應用中也證明了我們的設計方法對快速開(kāi)發(fā)易維護、方便擴展的EPG是正確和可行的。隨著(zhù)IPTV的發(fā)展和用戶(hù)數的增多，今后需要在服務(wù)器的性能方面和EPG的個(gè)性化方面進(jìn)行更深入的研究。
表1 EPG服務(wù)器響應時(shí)間
事務(wù)
模擬用戶(hù)數
登錄EPG
瀏覽VOD菜單
瀏覽TV菜單
返回首頁(yè)
220
最大響應時(shí)間
4.456
3.464
4.048
4.035
最小響應時(shí)間
0.034
0.017
0.038
0.016
平均響應時(shí)間
0.297
0.279
0.0941
0.245
500
最大響應時(shí)間
10.465
9.087
8.53
8.551
最小響應時(shí)間
0.035
0.017
0.038
0.016
平均響應時(shí)間
2.611
1.934
2.471
2.054
表2 事務(wù)執行統計
事務(wù)
模擬用戶(hù)數
登錄EPG
瀏覽VOD菜單
瀏覽TV菜單
返回首頁(yè)
220
共執行次數
26010
26010
26010
26010
通過(guò)次數
26010
26010
26010
26010
失敗次數
500
共執行次數
82904
82904
82904
82904
通過(guò)次數
82904
82904
82904
82904
失敗次數
參考文獻:
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