基于IPTV遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要 IPTV（Intemet Protocol Television）是利用寬帶網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，以電視機(jī)或終端計(jì)算機(jī)等設(shè)備，融合互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)，向用戶提供包括視頻點(diǎn)播、直播及網(wǎng)上瀏覽等功能的多媒體業(yè)務(wù)，具有實(shí)時(shí)性、交互性、可管理等特點(diǎn)，應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文基于IPTV的關(guān)鍵技術(shù)與特點(diǎn)，提出了一種基于IPTV的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)架構(gòu)。

關(guān)鍵詞 IPTV；遠(yuǎn)程教育；系統(tǒng)架構(gòu)

中圖分類號(hào) TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2012）122-0118-02

遠(yuǎn)程教育，也稱為網(wǎng)絡(luò)教育， 是現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于教育后產(chǎn)生的新概念，即運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程技術(shù)與環(huán)境開展的教育。基于IPTV的遠(yuǎn)程教育，將遠(yuǎn)程教育的學(xué)習(xí)環(huán)境通過IPTV來展示。利用寬帶網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，以電視機(jī)或終端計(jì)算機(jī)等設(shè)備，融合互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)，向用戶提供包括視頻點(diǎn)播、直播及網(wǎng)上瀏覽等功能的多媒體業(yè)務(wù)，具有實(shí)時(shí)性、交互性、可管理等特點(diǎn)，應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?；贗PTV的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)融合了電視教育與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教育的優(yōu)點(diǎn)，師生通過學(xué)習(xí)平臺(tái)，利用電視機(jī)或計(jì)算機(jī)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程教育資源共享與互動(dòng)教學(xué)， 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)雙向互動(dòng)的遠(yuǎn)程教育。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

IPTV的出現(xiàn)使多媒體服務(wù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，它不僅可以為用戶提供基于lP的視頻服務(wù)，還具有可交互性、個(gè)性化應(yīng)用架構(gòu)、可應(yīng)用于PC，帶有機(jī)頂盒的電視機(jī)等多種用戶終端的特點(diǎn)。一般來說，IPTV系統(tǒng)主要由五部分組成，分別是中心媒體基站（CMS），歸屬媒體基站（HMS），邊沿媒體基站（EMS），機(jī)頂盒（STB）和承載網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)主要由媒體服務(wù)平臺(tái)、頻道產(chǎn)生系統(tǒng)、媒體門戶平臺(tái)、內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)組成。媒體服務(wù)平臺(tái)提供所有流媒體片源的存儲(chǔ)，直播視頻信號(hào)的編碼、轉(zhuǎn)碼、流化、存儲(chǔ)和播放，該部分即為課程內(nèi)容源，包括視頻等教學(xué)資源。頻道產(chǎn)生系統(tǒng)主要功能是為系統(tǒng)制作頻道服務(wù)，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行管理。內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)是通過在現(xiàn)有的Intent中增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡(luò)“邊緣”，使用戶可以就最短距離取得所需的內(nèi)容，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)用于媒體管理、用戶管理、內(nèi)容管理、用戶自助服務(wù)、計(jì)費(fèi)和網(wǎng)管系統(tǒng)等。用戶通過媒體門戶平臺(tái)訪問系統(tǒng)。

基于IPTV的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要通過學(xué)習(xí)平臺(tái)，使學(xué)生能根據(jù)自己的時(shí)間安排隨時(shí)隨進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，能夠通過直播課堂有機(jī)會(huì)聆聽名校名師輔導(dǎo)。同時(shí)，還可更大范圍的整合師資力量、共享學(xué)習(xí)資源、優(yōu)化課件設(shè)計(jì)以及借助網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)性，滿足不同層次學(xué)生對(duì)不同課程的個(gè)性化要求。

2 關(guān)鍵技術(shù)

在IPTV中要解決一些關(guān)鍵技術(shù)，包括視頻編碼，數(shù)字版權(quán)（DRM）管理，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（EPG）技術(shù)，電子節(jié)目指南（EPG）技術(shù)等技術(shù)。

2.1 視頻編碼技術(shù)

IPTV的標(biāo)準(zhǔn)中最重要的標(biāo)準(zhǔn)就是編解碼標(biāo)準(zhǔn)。IPTV傳播的主要是視頻等多媒體內(nèi)容，這些內(nèi)容的著特點(diǎn)就是要傳輸?shù)男畔⒘糠浅４?，所以不同的編碼技術(shù)對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響程度不同，因此視頻編碼技術(shù)在IPTV中的地位非常重要。目前，已經(jīng)發(fā)布的有：H.261，H.262，H.263，H.264以及MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4等。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展的IPTV業(yè)務(wù)基本上都是使用MPEG-2編碼方式。隨著人們對(duì)視頻編碼技術(shù)研究的不斷深入，將有更好的編碼技術(shù)產(chǎn)生與被利用。

2.2 數(shù)字版權(quán)管理技術(shù)

由于網(wǎng)絡(luò)的開放性和互聯(lián)性，人們可以通過各種存儲(chǔ)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)非常方便地進(jìn)行多媒體內(nèi)容（包括照片，影視，音樂、歌曲、作品等）的存儲(chǔ)、復(fù)制和傳播，而且根本不需要物流傳送，盡需要幾個(gè)快捷的操作，時(shí)間成本極短，非常方便快捷。進(jìn)入信息化時(shí)代，計(jì)算機(jī)知識(shí)的普及，也使得普通大眾對(duì)多媒體內(nèi)容進(jìn)行任意編輯和修改成為了可能。信息話就像一把雙刃劍，人們?cè)诜奖憧旖莸乇M情享受視聽愉悅的同時(shí)，也不禁對(duì)媒體內(nèi)容的安全性和真實(shí)性產(chǎn)生懷疑；媒體原創(chuàng)者在享受媒體介質(zhì)傳送的快捷性的同時(shí)，也承受著盜版問題帶來的經(jīng)濟(jì)損失和版權(quán)紛爭(zhēng)問題帶來的困擾。數(shù)據(jù)數(shù)字版權(quán)管理（Digital Rights Management，簡(jiǎn)稱DRM）技術(shù)為內(nèi)容提供者保護(hù)他們的私有視頻、音樂或其他數(shù)據(jù)的版權(quán)提供了一種技術(shù)手段，也為這些問題的解決帶來了希望。這種技術(shù)的工作原理就是，媒體制作者首先在節(jié)目制作階段通過一定的技術(shù)將版權(quán)信息嵌入到媒體內(nèi)容之中，并通過加密方式對(duì)其加以保護(hù)。當(dāng)需要獲取該媒體時(shí)，同時(shí)首先要驗(yàn)證媒體合法性的信息，通過技術(shù)方法或手段從媒體之中將版權(quán)信息讀取出來，這樣就可以進(jìn)行版權(quán)信息的比對(duì)了。 如今，使用最為普遍的數(shù)字版權(quán)技術(shù)是數(shù)字水印（Digital Watermark），可以是圖片，也可以是文字。它是使用一定的算法，在被保護(hù)的數(shù)字格式的音樂、歌曲、圖片或影片中嵌入某些標(biāo)志性信息（稱為數(shù)字水?。?，來達(dá)到證明版權(quán)歸屬并能跟蹤侵權(quán)行為的目的。數(shù)字水印信息一般包括作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志以及一些有特殊意義的文本信息。雖然這些數(shù)字水印一般很難被清除掉，但它們并不影響原內(nèi)容的價(jià)值和使用，而且為了不影響用戶觀看正常節(jié)目?jī)?nèi)容，也常常不易被人的感知系統(tǒng)所察覺出來。 數(shù)字多媒體內(nèi)容是IPTV中最為關(guān)鍵的節(jié)目來源。有了DRM技術(shù)，可使各個(gè)平臺(tái)（無論是因特網(wǎng)、流媒體還是交互數(shù)字電視）的內(nèi)容提供商們放心地提供更多的內(nèi)容，采取更靈活的節(jié)目銷售方式，同時(shí)有效地保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

2.3 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）技術(shù)

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)其目的就是通過內(nèi)容分發(fā)的網(wǎng)絡(luò)把互聯(lián)網(wǎng)中視頻和網(wǎng)頁內(nèi)容分發(fā)到靠近用戶端的CDN節(jié)點(diǎn)上，由于相對(duì)傳輸距離短，在一定程度上保證端到端的服務(wù)質(zhì)量（Qos），提高用戶的響應(yīng)速度。在互聯(lián)網(wǎng)中，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)承載的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和流量都不是很大，主要傳送的流媒體文件格式為RM和WMV等。然而，對(duì)于IPTV業(yè)務(wù)，由于電視觀眾對(duì)視頻信號(hào)的高質(zhì)量及實(shí)時(shí)性要求遠(yuǎn)比其對(duì)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的要求高得多，所以如果直接使用原來互聯(lián)網(wǎng)中所使用的內(nèi)容，就無法承載完整的IPTV業(yè)務(wù)。這就對(duì)所提供的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，比如需要存儲(chǔ)海量的數(shù)據(jù)量更大，提供支持流媒體能力越強(qiáng)，支持急劇擴(kuò)大的客戶數(shù)據(jù)流量，以及提供更高的服務(wù)質(zhì)量等。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)除了提高用戶響應(yīng)速度之外，還有一個(gè)更為重要的作用，就是要減輕巨大的數(shù)據(jù)流量對(duì)骨干網(wǎng)的壓力。因此，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的地位越來越重要，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了單獨(dú)的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，這樣相應(yīng)的服務(wù)才能到位。

2.4 電子節(jié)目指南技術(shù)

電子節(jié)目指南（EPG）也就是電視節(jié)目導(dǎo)航系統(tǒng)，是IPTV的一個(gè)門戶系統(tǒng)，提供系統(tǒng)和用戶交互的首要界面，是系統(tǒng)的核心模塊之一。IPTV所提供的各種業(yè)務(wù)的索引及導(dǎo)航都是通過EPG系統(tǒng)來完成的。

電子節(jié)目指南是用戶通過機(jī)頂盒收看電視節(jié)目和享受信息服務(wù)時(shí)所使用的導(dǎo)航菜單，是用戶進(jìn)入交互電視系統(tǒng)的門戶，是構(gòu)成交互電視系統(tǒng)的重要技術(shù)之一。在IPTV業(yè)務(wù)中，用戶可通過EPG來了解電視節(jié)目的名稱、播放時(shí)間和內(nèi)容梗概等相關(guān)信息，并實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)目的快速檢索和訪問，進(jìn)行頻道選擇或視頻點(diǎn)播等操作。除了電視節(jié)目的導(dǎo)航之外，還可通過電子節(jié)目指南向用戶提供由文字、圖形和圖像組成的人機(jī)交互界面來實(shí)現(xiàn)各種增值業(yè)務(wù)的導(dǎo)航。

2.5 機(jī)頂盒技術(shù)

IPTV有計(jì)算機(jī)、手機(jī)和電視機(jī)這三種基本類型的終端是。IPTV機(jī)頂盒的核心成分是CPU和編解碼器。機(jī)頂盒功能的強(qiáng)弱與選擇不同檔次的核心器件有直接關(guān)系。核心控制單元一般采用嵌入式系統(tǒng)處理器芯片，可以運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。但是，電視機(jī)作為終端設(shè)備本身并沒有存儲(chǔ)功能，不能安裝各種軟件，也不能像手機(jī)那樣加裝流媒體支持功能的軟件，因而無法實(shí)現(xiàn)IP等功能，如果要實(shí)現(xiàn)，必須加裝一個(gè)將IP數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成電視機(jī)可以接受的信號(hào)的機(jī)頂盒設(shè)備作為中介才能收看IPTV節(jié)目。因此，為了讓電視機(jī)成為普及的遠(yuǎn)程教育終端，機(jī)頂盒技術(shù)就成為開展IPTV業(yè)務(wù)的關(guān)鍵。

3 結(jié)束語

IPTV是一種全新的業(yè)務(wù)，從內(nèi)容制作到終端接收的整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程，涉及到包括編碼技術(shù)、數(shù)字版權(quán)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、電子節(jié)目指南、機(jī)頂盒等許多關(guān)鍵技術(shù)。在IPTV中進(jìn)行遠(yuǎn)程教育并與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，達(dá)到良好的教學(xué)效果更需要考慮這些技術(shù)。

基金項(xiàng)目：湖南大眾傳媒職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)科研課題《基于IPTV的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》（項(xiàng)目編號(hào)：12YJ19）

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