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淺談IPTV業(yè)務的特點及其相關技術應用

2007/02/09

　　IPTV是在電信網(wǎng)絡IP技術架構基礎上實現(xiàn)多媒體視頻節(jié)目互動傳播的方式。 用戶可以通過“IP機頂盒+電視”的方式獲得IPTV服務。

　　IPTV是建立在寬帶網(wǎng)絡基礎之上的業(yè)務。隨著寬帶用戶逐步增多，以影視服務為主的寬帶流媒體服務成為寬帶增值業(yè)務中重要的服務，獲得了廣大用戶的喜愛。最近幾年，中國電信、中國網(wǎng)通等運營商經(jīng)過大規(guī)模的寬帶網(wǎng)絡升級、改造及對寬帶用戶的努力培育之后，截止到2004年12月底，已擁有4280萬戶寬帶用戶，初步具備了通過高速互聯(lián)網(wǎng)向用戶提供IPTV業(yè)務的用戶基礎和技術基礎。因此，IPTV被運營商認為是當前寬帶網(wǎng)絡上最具發(fā)展?jié)摿�、最具盈利前景的熱點寬帶增值應用之一。

　　就寬帶網(wǎng)絡覆蓋的用戶來說，目前主要是計算機終端用戶，而中國的電視機普及率遠遠高于PC機，因此，作為家庭接入的寬帶網(wǎng)，如果能覆蓋到電視終端，那么其潛在的用戶市場將大大拓展。因此，運營商需要逐漸從對PC終端的關注轉向對電視機終端的關注。同時，對于寬帶流媒體服務來說，也需要進行接入終端的擴展，從現(xiàn)有的PC終端擴展到機頂盒終端，使寬帶網(wǎng)絡逐步進入用戶的家庭娛樂領域，成為生活娛樂的一部分。因此開展基于電視機終端的、使用機頂盒、以視頻服務為主的IPTV服務，成為電信運營商關注的焦點和下一步寬帶網(wǎng)絡發(fā)展的關鍵。

　　IPTV具有非常鮮明的特點，可以實現(xiàn)媒體服務者和消費者互動，能根據(jù)用戶的選擇提供內容廣泛的多媒體服務。利用機頂盒，用戶在電視機前按動遙控器，就可以通過寬帶網(wǎng)絡進行影視節(jié)目點播、交互電視、收聽音樂、信息查詢等工作，進而實現(xiàn)家庭購物、遠程醫(yī)療、電視教育、電子函件、旅游指南、訂票預約、股票交易等服務，極大地提高和改善生活質量和工作效率。

　　綜上所述，IPTV是一項極具市場前景的增值應用。首先，其用戶是電視用戶，潛在消費群體巨大；其次，它能夠充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，以增值運營帶動寬帶接入；再次，通過IPTV能夠提高運營商形象，提升用戶忠誠度，增強企業(yè)競爭力。

　　IPTV的特點

　　IPTV集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術于一體，在技術上具有以下特點。

　　首先，業(yè)務開展主要基于寬帶IP網(wǎng)，與有線網(wǎng)需要進行雙向改造相比，先天就有交互性優(yōu)勢。在傳統(tǒng)的廣播方式里，所有的觀眾只能被動地接收，無法與節(jié)目內容互動，但IPTV與這種一點對多點傳播方式不同，可提供建立在通信網(wǎng)絡上的互動性視頻服務，讓用戶可以有多種選擇。例如，用戶可以在任何時間點播那些已經(jīng)播過但自己又非常感興趣的節(jié)目，可以對節(jié)目進行快進、慢放等調節(jié)。

　　其次，除了能提供單向的類似電視的頻道制視頻直播之外，利用互聯(lián)網(wǎng)信息資源的優(yōu)勢，IPTV還可以為用戶提供包括數(shù)字電視節(jié)目、可視電話、VOD、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、網(wǎng)絡游戲、網(wǎng)上購物和遠程教育等在內的交互式多媒體信息服務，提供豐富的信息。

　　再次，IPTV平臺可開發(fā)性強，能夠在改動量小的情況下支持不同的視頻編碼標準。隨著視頻壓縮技術的發(fā)展，現(xiàn)在，視頻編碼效率已經(jīng)大大提高，這使得在同樣帶寬條件下視頻質量迅速提升，有效節(jié)省了網(wǎng)絡帶寬。

　　當然，目前國內電信寬帶接入主要采用ADSL技術，速率較低；另外，IP網(wǎng)與Cable網(wǎng)相比，存在丟包率高、安全性低等不足。但隨著ADSL2+、VDSL等新技術的采用，以及IP網(wǎng)QoS的部署，這些缺陷都將得到彌補。同時，隨著業(yè)務的發(fā)展，IPTV機頂盒成本也會不斷降低，接近Cable TV機頂盒的水平。

　　IPTV的傳送方式

　　IPTV的核心業(yè)務是為用戶提供高質量的數(shù)字音視頻服務，主要采用音視頻點播、音視頻直播等傳送方式。

　　音視頻點播

　　音視頻點播業(yè)務是個性化服務，帶寬需求高。為避免對骨干帶寬的大量消耗，同時保證服務質量，要求節(jié)目盡可能推送到網(wǎng)絡邊緣，用戶盡可能就近訪問。

　　內容分發(fā)網(wǎng)絡（CDN）可提供上述支持能力。CDN是一個建立并覆蓋在互聯(lián)網(wǎng)上的一層特殊網(wǎng)絡，專門用于通過互聯(lián)網(wǎng)高效傳遞豐富的多媒體內容。其邊緣節(jié)點分布于城域網(wǎng)并靠近用戶一端的網(wǎng)絡側，用于把網(wǎng)站的內容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡“邊緣”，讓用戶可以就近取得所需的內容。因而，CDN可以提高互聯(lián)網(wǎng)中信息流動的效率，從技術上解決由于網(wǎng)絡帶寬小、用戶訪問量大、網(wǎng)點分布不均等原因造成的“擁塞”，提高用戶訪問網(wǎng)站的速度。

　　CDN系統(tǒng)由各種Cache服務器組成，將這些Cache服務器分布到用戶訪問相對集中的地區(qū)或網(wǎng)絡？？術（GSLB），將用戶的訪問指向到離用戶距離最近的工作正常的Cache服務器上，由Cache服務器直接響應用戶的請求。如果Cache服務器中沒有用戶要訪問的內容，它會根據(jù)配置自動到源服務器去抓取相應的內容并提供給用戶。CDN的實現(xiàn)需要依賴多種網(wǎng)絡技術的支持，主要包括負載均衡技術、動態(tài)內容路由、高速緩存機制、動態(tài)內容分發(fā)與復制、安全服務等。

　　音視頻直播

　　音視頻直播類業(yè)務的特點是，頻道固定，數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求較高，訪問量大。與點播類業(yè)務不同，收看直播節(jié)目的用戶看到的是相同的內容，因此，網(wǎng)絡適合采用組播方式向用戶提供服務。組播技術可以減少直播對帶寬資源的占用。因此，IPTV承載網(wǎng)應提供對組播的支持。

　　組播是一種允許一個或多個組播源，一次并同時發(fā)送單一數(shù)據(jù)包到多個接收者的網(wǎng)絡技術。組播源把數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定組播組，只有屬于該組播組的地址才能接收到數(shù)據(jù)包。在IPTV里，組播源往往僅有一個，即使用戶數(shù)量成倍增長，主干帶寬也不需要隨之增加，因為無論有多少個目標地址，在整個網(wǎng)絡的任何一條主干鏈路上只傳送單一視頻流，即所謂“一次發(fā)送，組內廣播”�？梢�，組播提高了數(shù)據(jù)傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性。

　　根據(jù)組播復制點的位置，組播主要實現(xiàn)方式有以下幾種：

　　第一，應用層組播。由于組播技術目前在網(wǎng)絡上還得不到很好的支持，缺乏運營管理，因此，可在CDN系統(tǒng)中實現(xiàn)應用層組播。直播源在源服務器與邊緣節(jié)點的Cache服務器之間以單播方式傳送，而邊緣節(jié)點的Cache服務器將傳送過來的這個輸入流“復制”成多個輸出流，與多個用戶機頂盒建立單播連接，向多個用戶機頂盒單播傳送同一個內容，實現(xiàn)同時為多個用戶提供直播服務，從而在應用層實現(xiàn)IP組播同樣的功能。這種方式的特點在于，減少了對骨干網(wǎng)帶寬的占用；無需對現(xiàn)網(wǎng)進行調整；可以充分利用CDN系統(tǒng)良好的認證計費支持。但隨著用戶數(shù)量的上升，需要增加CDN邊緣節(jié)點并使其逐漸向用戶側靠近，增加了CDN網(wǎng)絡自身投資和復雜度，因此，建議在IPTV業(yè)務開展初期使用。

　　第二，BRAS支持組播。若BRAS及其以下的網(wǎng)絡設備可以支持組播，則可以通過BRAS開展組播業(yè)務。這種組播方式可以使用PPPoE認證，用戶機頂盒與BRAS之間建立PPPoE隧道，由BRAS設備作為組播源實現(xiàn)組播復制，把組播內容復制到PPPoE隧道，所有的單播、組播、控制數(shù)據(jù)流都在PPPoE隧道里傳送，用戶機頂盒加入組播組獲取直播內容。通過BRAS實現(xiàn)組播視頻業(yè)務時，每個用戶均有一個來自BRAS的單播流需要通過整個匯聚和接入網(wǎng)絡，這大大增加了BRAS規(guī)模和匯聚網(wǎng)絡的壓力；同時，由于面向用戶的組播復制點是BRAS，因此，對BRAS的下聯(lián)帶寬要求很高。所以，BRAS支持組播不適合大規(guī)模IPTV的組網(wǎng)。建議在IPTV業(yè)務開展初期使用。

　　第三，DSLAM支持組播。若DSLAM及其以下的網(wǎng)絡設備可以支持組播，則可以通過DSLAM開展組播業(yè)務。這種方式需要DSLAM支持組播及視頻功能，但傳統(tǒng)的基于ATM內核的DSLAM組播能力始終難以達到規(guī)模商用的水平，這直接影響了IPTV業(yè)務的發(fā)展。隨著IP內核DSLAM技術的發(fā)展，DSLAM解決了組播復制問題，DSLAM已具備相當大的組播能力，有些新型IP DSLAM已能提供內嵌的PPPoE認證，可識別IPTV用戶，進行本地認證、組播復制與管理，而對上網(wǎng)用戶仍舊透傳，由BRAS集中管理。由于DSLAM支持組播方式的復制點較上兩種方式更接近用戶，因此，對骨干和匯聚網(wǎng)絡壓力最小，更適合于大規(guī)模的IPTV商用。

　　IPTV使用的編碼方式

　　IPTV業(yè)務將提供高質量的數(shù)字音視頻業(yè)務，而標準清晰度或高清晰度質量的未壓縮數(shù)字視頻要以幾十Mbit/s左右的速率才能傳送，因此，為了降低傳輸帶寬和存儲需要，視頻必須以壓縮形式傳送，并且需要根據(jù)IPTV業(yè)務的用戶帶寬需求選取合適的視頻壓縮編碼技術。

　　當前中國電信運營商提供的寬帶接入方式主要以512kbit/s至2Mbit/s速率的ADSL為主，因此，在IPTV系統(tǒng)上主要采用MPEG-4、WMT和H.264標準的視音頻壓縮編碼算法。

　　MPEG-4

　　運動圖像專家組（MPEG）于1999年2月正式公布了MPEG-4（ISO/IEC14496）標準第一版本。同年年底，MPEG-4第二版完成，并于2000年年初正式成為國際標準�，F(xiàn)在一般所談到的MPEG-4都是指MPEG-4的第2版。MPEG-4算法與MPEG-1和MPEG-2相比有很大改進，擁有更高的編碼效率，數(shù)據(jù)率相對較低，使得視頻、音頻在低帶寬信道上傳送成？？變化的處理；對音頻信號可在6kbit/s的4kHz長話音質與多通道廣播級音質之間進行處理。這種可升級性，使得音頻與視頻數(shù)據(jù)可以經(jīng)專門調整，以適應實際環(huán)境。

　　MPEG-4在編碼高清質量的IPTV節(jié)目時，通常的編碼速率為768kbit/s到2Mbit/s之間。音頻編碼通常采用MP3或AAC編碼，數(shù)據(jù)碼率在64kbit/s至128kbit/s之間。在采用AAC編碼時，典型比特流為96kbit/s，音質超過128kbit/s的MP3編碼。

　　WMT

　　WMT（Windows Media Technology）是Microsoft提出的信息流式播放方案，其主要目的是在Internet和Intranet上實現(xiàn)包括音頻、視頻信息在內的多媒體流信息的傳輸。

　　WMV（Windows Media Video）是Microsoft視頻技術的首要編解碼器，已發(fā)展到第9版，它派生于MPEG-4，幾個專有擴展功能使其可在給定碼率下提供更好的圖像質量，可以支持True-VBR（真正動態(tài)變量速率編碼，能保證下載過程中影像的品質）和Two-Pass編碼技術。WMA（Windows Media Audio）是Microsoft音頻技術的首要編解碼器，編解碼器類似于MP3.

　　H.264

　　H.264是ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG組成的聯(lián)合視頻組（Joint Video Team，JVT）開發(fā)的最新數(shù)字視頻編碼標準，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。目前該標準還在開發(fā)之中，預計2005年上半年可正式通過。

　　在技術上，H.264標準采用了許多新算法，如統(tǒng)一的VLC符號編碼，高精度、多模式的位移估計，基于4×4塊的整數(shù)變換，分層的編碼語法等。這些措施使得H.264算法具有很高的編碼效率，在相同的重建圖像質量下，能夠比H.263節(jié)約50%左右的碼率。其碼流結構網(wǎng)絡適應性強，增加了差錯恢復能力，能夠很好地適應IP和無線網(wǎng)絡的應用。為了更好地完成運動估計，H.264顯著增加了可變塊尺寸的種類和可變參考幀的數(shù)目。新技術的使用使H.264在略低于1Mbit/s的傳輸速度下播放質量達到DVD水平，有望比目前MPEG-4實現(xiàn)的視頻格式在性能方面提高33%.

　　盡管H.264尚未最后定稿，但其更高的壓縮比、更好的信道適應性，必將在數(shù)字視頻的通信或存儲領域得到越來越廣泛的應用，其發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒俊?br />
　　從總體上說，H.264性能的改進是以增加復雜性為代價而獲得的。據(jù)估計，編碼的計算復雜度大約相當于H.263的3倍，解碼復雜度大約相當于H.263的2倍。但是，隨著技術的發(fā)展，這種復雜性的增加是在技術可接受范圍之內的。

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