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(jī)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(diǎn)[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(fèi)者，客戶是指IPTV服務(wù)提供商和運(yùn)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(dá)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(yùn)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(gè)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(jìn)行IPTV試點(diǎn)， 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┓?wù)器提供這套界面,。EPG是一個(gè)當(dāng)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(jìn)行瀏覽[2],。EPG 模塊在整個(gè)IPTV系統(tǒng)中是至關(guān)重要的,，它是整個(gè)IPTV系統(tǒng)的門戶。EPG給用戶提供一個(gè)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(gè)系統(tǒng)的評價(jià)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(biāo)。
2 IPTV的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型
圖1是一個(gè)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(shí)際應(yīng)用,。在此模型結(jié)構(gòu)圖中,，整個(gè)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(gè)系統(tǒng)的服務(wù)器管理、用戶認(rèn)證和計(jì)費(fèi)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(gè)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(jī)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(jī)頂盒是一臺功能簡單的計(jì)算機(jī),，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(jī)上顯示出來。用戶通過操縱遙控器使用機(jī)頂盒提供的功能,。
用戶被劃分為多個(gè)區(qū)域,，每個(gè)區(qū)域分別部署多個(gè)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(kuò)充的特點(diǎn),，適合大規(guī)模部署。增加一個(gè)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(shí)，用戶的大部分?jǐn)?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(fù)擔(dān),，而且單個(gè)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(fù)責(zé)如何將這些節(jié)目分發(fā)到下面的每一個(gè)區(qū)域中的媒體基站中。②同時(shí)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(jī)經(jīng)過后臺認(rèn)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(dāng)用戶選擇一個(gè)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(jī)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(jī)頂盒向后臺發(fā)送扣除相應(yīng)收費(fèi)的請求,，同時(shí)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(gè)區(qū)域的用戶不是很多。目前系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)區(qū)域支持最多3000用戶,，在同一時(shí)刻訪問EPG服務(wù)器的用戶數(shù)不超過500,。當(dāng)用戶數(shù)量增多時(shí)，可以使用EPG服務(wù)器集群。在圖1中,，每個(gè)區(qū)域都部署了一個(gè)主EPG服務(wù)器,，為了系統(tǒng)的穩(wěn)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(shè)計(jì)
從IPTV系統(tǒng)在中國的部署應(yīng)用看,，EPG模塊是整個(gè)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(jì)時(shí),，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(jì)時(shí),，首先要考慮能夠在最短的時(shí)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(jì)有利于快速開發(fā)。
（2） 維護(hù)方便,。能夠讓客戶在對EPG代碼和實(shí)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(yùn)行。
（3） 方便客戶定制,。
客戶可能要求自己制作EPG,。因此，設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)間內(nèi)掌握制作EPG。
（4） 性能滿足設(shè)計(jì)要求,。要滿足設(shè)計(jì)時(shí)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(kuò)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(jī)頂盒,。
EPG實(shí)現(xiàn)主要有兩種方案選擇，本地應(yīng)用方案和交互式實(shí)現(xiàn)方案 [7],。目前國內(nèi)和國外的EPG設(shè)計(jì)基本上是針對數(shù)字電視的,，其EPG實(shí)現(xiàn)一般采用本地應(yīng)用方案。本地方案對機(jī)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(jì)和實(shí)現(xiàn)適合采用第二種方案。
此模型中EPG實(shí)現(xiàn)選擇交互式方案,，采用由EPG服務(wù)器給機(jī)頂盒提供HTML頁面的實(shí)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(jī)頂盒,，機(jī)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(jī)頂盒的用戶來說,，需要機(jī)頂盒實(shí)現(xiàn)能夠解析HTML頁面的功能,。
在本文中，著重針對機(jī)頂盒的EPG設(shè)計(jì) ,，具體實(shí)現(xiàn)采用Linux+Apache+MySQL+PHP,，程序的整個(gè)框架設(shè)計(jì)基于MVC模式的思想。
3.1 MVC的設(shè)計(jì)模式
模型－視圖－控制（Model-View-Controller）是一種經(jīng)典的軟件設(shè)計(jì)模式,，它采用分治的思想將系統(tǒng)分成三大模塊,，每個(gè)模塊各負(fù)其責(zé)，其關(guān)系如圖2所示,。
(1) 模型,。負(fù)責(zé)維護(hù)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(gè)MVC 模型中可以有多個(gè)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?fù)責(zé)調(diào)用模型的改值方法以改變模型的狀態(tài), 同時(shí), 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(shí)現(xiàn)了表示與數(shù)據(jù)的分離,能很方便地用多個(gè)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(dá)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(shí)現(xiàn)
根據(jù)設(shè)計(jì)目的和MVC模式,，考慮到用戶使用的終端設(shè)備為機(jī)頂盒,，在客戶端需要一些與機(jī)頂盒有關(guān)的特殊處理，服務(wù)器處理請求的實(shí)現(xiàn)過程分為五個(gè)層次,，如圖3所示,。
（１） 頁面展示層。負(fù)責(zé)系統(tǒng)節(jié)目信息的顯示,。
（２） 用戶端處理層,。負(fù)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?yàn)槟壳坝脩舻慕K端為機(jī)頂盒,，機(jī)頂盒瀏覽器的功能不是很強(qiáng),。在用戶轉(zhuǎn)向另外一個(gè)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(biāo)的位置,、初始化光標(biāo)位置。
（３）
請求和響應(yīng)層,。負(fù)責(zé)請求到達(dá)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(fù)責(zé)對客戶的請求進(jìn)行處理,。
（５） 數(shù)據(jù)訪問層,。負(fù)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(shí)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:
（１）用戶在首頁單擊“最新影片”，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(jìn)行處理,。
（２）請求和響應(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）。
（３）邏輯處理層計(jì)算數(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(jià)格、簡介,、海報(bào)圖片名稱等）,。
（５）邏輯處理層對取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的所有數(shù)據(jù)保存在一個(gè)變量中,，這個(gè)變量要傳遞給顯示結(jié)果的頁面,。
（６）請求和響應(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。
（７）機(jī)頂盒解析傳遞過來的HTML頁面,，初始化光標(biāo)位置,，將熱門影片信息顯示給用戶。
開發(fā)之前,，在設(shè)計(jì)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(gè)部分的開發(fā)可以并行工作，大大提高了開發(fā)速度,?！ ?/p>
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(shí)后期的維護(hù)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(gè)EPG模塊每個(gè)頁面的編碼都遵循這種規(guī)則,。同時(shí)我們提供給客戶一個(gè)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€(gè)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(shí)間內(nèi)獨(dú)立編寫自己的EPG,。
3.3 EPG性能測試
為了測試EPG性能是否達(dá)到了當(dāng)初的設(shè)計(jì)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(biāo)是不同并發(fā)用戶數(shù)時(shí)的事務(wù)響應(yīng)時(shí)間,，它是服務(wù)器性能最重要的指標(biāo),。
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(shí)間和事務(wù)完成情況。服務(wù)器響應(yīng)時(shí)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(dāng)并發(fā)用戶數(shù)為500時(shí)，沒有出現(xiàn)事務(wù)失敗的情況,，平均響應(yīng)時(shí)間不超過3秒,。對用戶來說，這個(gè)時(shí)間是可以接受的,。說明采用這種設(shè)計(jì)方法開發(fā)EPG,，服務(wù)器的性能也達(dá)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(jì)方法開發(fā)EPG總體上達(dá)到了預(yù)先的設(shè)計(jì)原則,。
4 結(jié)束語
本文闡述了一個(gè)IPTV系統(tǒng)模型及其EPG模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中也證明了我們的設(shè)計(jì)方法對快速開發(fā)易維護(hù),、方便擴(kuò)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(gè)性化方面進(jìn)行更深入的研究,。