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1、引言

　　隨著視頻和寬帶接入技術的迅速發展和成熟，通過IP寬帶網絡收看各種直播和點播節目已經成為現實。時移電視業務結合了視頻直播、視頻點播及視頻錄制等技術特點，使用戶在看電視直播時可以進行暫停、回跳延時觀看以及從延時觀看切換回直播狀態等操作，還可以讓用戶回看已播的電視節目。時移電視使用戶徹底從“你播我看”的傳統被動收看電視這一模式中解放出來，目前已被CCSA IPTV標準列為基本業務之一。目前在寬帶網絡上實現時移電視業務主要有兩種思路，即基于C/S模式的IPTV建設方案和基于P2P技術的P2P疊加網絡方案。

　　在IPTV中，時移電視是通過直播和點播相結合實現的，其難點類似于視頻點播。在傳統的視頻點播模式下。每個用戶與視頻服務器之間需要建立一個連接，因此即使是有限個用戶也會很快耗盡服務器的資源。這樣，如何減小服務器的壓力就成為系統設計的關鍵。對此業界已經提出了許多流調度算法，如金字塔算法(Pyramid)[1，2]、摩天大樓(Skyscraper)算法[3]、批處理(Batching)技術[4]、補丁(Patching)技術[5～7]及層次組播流合并(hierarchICal multicast stream merging，HMSM)[8]技術等，已提出的大多數算法的基本出發點是采用組播方式，將同一文件的多個點播合并為一個組播信道服務。但這些策略在實際商業運營中卻難以得到實際使用，其原因為，目前整個網絡并不支持全網IP組播，且這種節省資源的策略是以延時用戶響應為代價的，在商業運營中得不償失。參考文獻[3]中提出了采用P2P辦法實現時移電視的傳輸策略，但也是基于直播流采用IP組播傳輸的前提，并且要求客戶端能夠同時接收組播流和補丁流。該傳輸策略能夠適用于小型的局域網系統，但不適合現有的廣域網絡。其原因是現有廣域網絡并不支持全網IP組播，且目前使用最廣泛的ADSL線路帶寬不足以支撐同時傳輸兩個流。

　　另一方面，在P2P視頻系統中，視頻直播業務應用比較廣泛，如Cool Streaming、PPlive等，而規模應用的P2P視頻點播系統卻很少見，具備時移電視功能的P2P系統則基本上沒有見到。但從用戶角度看，真正吸引用戶使用P2P視頻系統的是比賽類節目，如體育比賽、超女比賽等，而且，用戶對這類節目的時移需求很強烈。比如觀看中突然有事，需要暫停，希望回來后能不間斷地繼續觀看，或者某個精彩鏡頭沒看清，希望跳回觀看，或者由于有事錯過了已播節目，希望能夠重新點播觀看等，因此，如果能夠在已有的P2P直播基礎上加入時移功能，必將受到用戶的極大歡迎。

　　以前，IPTV與P2P基本是相互獨立發展的，有關IPTV與P2P結合的研究文獻不多見。最近，出現了部分有關IPTV與P2P結合的研究文獻[8～11]，強調兩者的優勢互補，并就如何在技術層面融合進行了探討。

　　本文將提出一種采用P2P技術實現的時移電視系統，這個系統不僅利用了P2P技術分散錄制和存儲直播節目，而且不需要依賴IP組播技術進行直播，因此能夠解決IPTV系統中時移電視業務建設成本高、擴展性差的問題。此外，每個客戶端在播放節目的同時，只須錄制和存儲部分節目片段，并能為其他客戶端提供正在播放的視頻服務和已存儲的節目服務，因此本文所提出的系統不僅減少了每個客戶端的開銷，而且可達到參與者越多，可供資源越多，服務質量也就越好的規模擴展效果。

　　2、系統方案

　　2.1　系統架構

　　圖1是基于P2P的時移電視系統架構，由圖1可見，系統包括一個分片處理器、一個媒體定位器以及若干對等節點(Peer)。分片處理器對輸入的直播流進行分塊和分段處理，形成媒體分塊和分段。一個媒體分段包括固定數量順序編號的媒體分塊，段的起始和結束由塊頭中標志位標識。媒體分段是系統定位和存儲媒體的基本單位，媒體分塊是系統傳輸媒體的基本單位。對等節點可從多個其他節點取得分塊數據進行解碼和播放。為了敘述方便，把播放點附近不斷滾動的若干媒體分塊定義為一個邏輯上的特殊分段——直播分段。

　　??????????????????????????????????????????????????????? 圖1　基于P2P的時移電視系統架構

　　媒體定位器管理媒體分段(包括直播分段)在各對等節點中的分布情況及確定其是否處于可服務的狀態，并為對等節點提供媒體分段的定位服務。另外，媒體定位器還從分片處理器接收每個分段的起始時間和結束時間信息，該信息用于從時間信息到分段信息的翻譯服務。比如，某個節點需要收看某個頻道某個時刻的節目，該節點向媒體定位器請求源節點，媒體定位器可從分段時間信息中得到對應的分段號，并返回具備該分段服務能力的源節點。

　　對等節點接收到媒體數據后可緩存于內存和磁盤中。節點把上下線事件、緩存分段數據增減事件以及節點對外服務能力跳變事件都通過消息上報給媒體定位器，據此媒體定位器可精確維護每個節點上的每個媒體分 段的可服務狀態。數據傳輸在對等節點之間直接進行。

　　2.2　數據封裝

　　經分片處理器處理后的媒體分塊和分段格式如圖2所示。塊由塊頭和載荷區兩部分組成，載荷區中存放按時間順序排列的音視頻幀，塊頭除了對這些幀進行描述外，還包括頻道號、段編號、塊編號以及段標志。段標志用于標識該分塊在分段中的位置，可取段開始、段中間和段結束3種值，利用此標志，對等節點可以方便地從分塊流中進行段定界。
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　　???????????????????????????????????????????????????? 圖2　媒體分段和分塊封裝格式

　　經過分片處理后，對等節點可以從網絡中多個節點取得不同分塊，拼接并恢復媒體流，因此，節點可以采用靈活健壯的多源傳輸策略進行直播和時移業務傳輸。