基于TS预索引和AIO技术的播出系统设计与实现

论文摘要

随着视频压缩技术和计算机技术的飞速发展,数字电视技术与IT技术的融合、渗透,都在推动着基于视频服务器的数字播出系统的不断发展升级。越来越多的电视播出系统也逐渐从传统AV电视技术平台过渡到以数字编解码技术和网络为基础的IT信息技术平台。目前播出系统设备普遍采用计算机技术,是一套以基于磁盘阵列的视频播出服务器为核心,将经过压缩编码以后的图像和声音数据存储在磁盘阵列中,并根据节目播出需求进行节目编排、控制播出的自动化系统,因此视频服务器是播出系统中的关键设备。但是目前主流的视频服务器多采用硬件板卡设备进行节目视音频流的播出,因此不但成本较高,而且单台服务器支持的频道数也非常有限,这对于小规模应用来说具有一定的制约。而随着计算机技术的突飞猛进,这样的模式肯定会被更具性价比的新系统所取代。本文正是着眼于这一趋势,通过分析现有数字播出系统的关键技术及其优缺点,研究如何把视音频编解码技术和网络通讯技术进行有效的融合,进而探索基于MPEG2-TS技术的纯软件实时视音频播出架构。重点研究提出了基于MPEG2-TS码流实时解码特征的改善应用,并且设计了一套针对异步非阻塞磁盘IO响应模式（AIO）而优化的系统播出调度模型,从而提出了一套能有效提升播出系统性能的纯软件解决方案,并且最终成功实现了整个系统。本文所作的研究主要有以下几方面:1、研究了硬盘播出服务器所涉及的视音频编解码技术特点和几种主要的系统I/O模型各自的优缺点,然后有针对性的做了分析实验并获得了一定的实验数据。2、在充分理解基于MPEG2-TS流格式的视频文件在实时播出时是根据PCR值进行速率控制的这一理论基础上,提出并设计了一套基于PCR值和I Frame（I帧）的预索引应用机制,在一定程度上减轻了播出控制对磁盘IO的负载要求。3、针对播出服务器性能的不同,分别设计了基于内存播出和基于磁盘播出的两类服务器调度模型,奠定了本文所要设计的系统框架基础。4、结合以上各项研究的具体成果,设计了一套基于AIO技术的播出系统框架模型,并最终根据这一模型实现了具体的应用系统。本文的研究成果可以大大降低数字电视播出系统的应用成本,有效提升了播出服务器的性价比,是一套可以广泛应用于数字电视播出领域的具有高可靠性、高灵活性及高性价比的播出系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题应用领域现状
• 1.2.1 IPTV 发展现状
• 1.2.2 VOD 系统发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本文的章节安排
• 第二章 相关理论和技术
• 2.1 MPEG2-TS 数据包分析
• 2.2 系统常见IO 模型分析
• 第三章 AIO 模型及TS 预索引定位技术设计
• 3.1 高并发环境下响应请求的程序模型设计
• 3.1.1 基于磁盘模式的 DISK SERVER
• 3.1.2 基于内存模式的MEM SERVER
• 3.2 基于AIO 技术的数据缓存调度模型设计
• 3.2.1 AIO 的优势
• 3.2.2 本系统 AIO 架构设计
• 3.3 MPEG2-TS 流文件的预索引技术设计
• 3.3.1 目前 TS 流播发速率控制技术的特点与瓶颈
• 3.3.2 本系统预索引定位技术设计
• 第四章 播出系统的设计与实现
• 4.1 播出系统的总体设计
• 4.1.1 功能需求分析
• 4.1.2 播出系统总体框架
• 4.2 核心业务的详细设计
• 4.3 播出系统的关键技术实现
• 4.3.1 TS 流索引技术实现
• 4.3.2 响应请求调度模型实现
• 4.3.3 数据缓存调度实现
• 4.4 系统应用分析
• 4.4.1 系统应用情况
• 4.4.2 与硬件版视频服务器的对比分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文