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淺談IPTV業(yè)務(wù)的特點(diǎn)及其相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

2007/02/09

　　IPTV是在電信網(wǎng)絡(luò)IP技術(shù)架構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多媒體視頻節(jié)目互動(dòng)傳播的方式。用戶(hù)可以通過(guò)“IP機(jī)頂盒+電視”的方式獲得IPTV服務(wù)。

　　IPTV是建立在寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的業(yè)務(wù)。隨著寬帶用戶(hù)逐步增多，以影視服務(wù)為主的寬帶流媒體服務(wù)成為寬帶增值業(yè)務(wù)中重要的服務(wù)，獲得了廣大用戶(hù)的喜愛(ài)。最近幾年，中國(guó)電信、中國(guó)網(wǎng)通等運(yùn)營(yíng)商經(jīng)過(guò)大規(guī)模的寬帶網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、改造及對(duì)寬帶用戶(hù)的努力培育之后，截止到2004年12月底，已擁有4280萬(wàn)戶(hù)寬帶用戶(hù)，初步具備了通過(guò)高速互聯(lián)網(wǎng)向用戶(hù)提供IPTV業(yè)務(wù)的用戶(hù)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。因此，IPTV被運(yùn)營(yíng)商認(rèn)為是當(dāng)前寬帶網(wǎng)絡(luò)上最具發(fā)展?jié)摿�、最具盈利前景的熱點(diǎn)寬帶增值應(yīng)用之一。

　　就寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，目前主要是計(jì)算機(jī)終端用戶(hù)，而中國(guó)的電視機(jī)普及率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PC機(jī)，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(hù)市場(chǎng)將大大拓展。因此，運(yùn)營(yíng)商需要逐漸從對(duì)PC終端的關(guān)注轉(zhuǎn)向?qū)﹄娨暀C(jī)終端的關(guān)注。同時(shí)，對(duì)于寬帶流媒體服務(wù)來(lái)說(shuō)，也需要進(jìn)行接入終端的擴(kuò)展，從現(xiàn)有的PC終端擴(kuò)展到機(jī)頂盒終端，使寬帶網(wǎng)絡(luò)逐步進(jìn)入用戶(hù)的家庭娛樂(lè)領(lǐng)域，成為生活?yuàn)蕵?lè)的一部分。因此開(kāi)展基于電視機(jī)終端的、使用機(jī)頂盒、以視頻服務(wù)為主的IPTV服務(wù)，成為電信運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)和下一步寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵。

　　IPTV具有非常鮮明的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)媒體服務(wù)者和消費(fèi)者互動(dòng)，能根據(jù)用戶(hù)的選擇提供內(nèi)容廣泛的多媒體服務(wù)。利用機(jī)頂盒，用戶(hù)在電視機(jī)前按動(dòng)遙控器，就可以通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行影視節(jié)目點(diǎn)播、交互電視、收聽(tīng)音樂(lè)、信息查詢(xún)等工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家庭購(gòu)物、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電視教育、電子函件、旅游指南、訂票預(yù)約、股票交易等服務(wù)，極大地提高和改善生活質(zhì)量和工作效率。

　　綜上所述，IPTV是一項(xiàng)極具市場(chǎng)前景的增值應(yīng)用。首先，其用戶(hù)是電視用戶(hù)，潛在消費(fèi)群體巨大；其次，它能夠充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，以增值運(yùn)營(yíng)帶動(dòng)寬帶接入；再次，通過(guò)IPTV能夠提高運(yùn)營(yíng)商形象，提升用戶(hù)忠誠(chéng)度，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　IPTV的特點(diǎn)

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

　　首先，業(yè)務(wù)開(kāi)展主要基于寬帶IP網(wǎng)，與有線網(wǎng)需要進(jìn)行雙向改造相比，先天就有交互性?xún)?yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)的廣播方式里，所有的觀眾只能被動(dòng)地接收，無(wú)法與節(jié)目?jī)?nèi)容互動(dòng)，但I(xiàn)PTV與這種一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳播方式不同，可提供建立在通信網(wǎng)絡(luò)上的互動(dòng)性視頻服務(wù)，讓用戶(hù)可以有多種選擇。例如，用戶(hù)可以在任何時(shí)間點(diǎn)播那些已經(jīng)播過(guò)但自己又非常感興趣的節(jié)目，可以對(duì)節(jié)目進(jìn)行快進(jìn)、慢放等調(diào)節(jié)。

　　其次，除了能提供單向的類(lèi)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(shì)，IPTV還可以為用戶(hù)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(luò)游戲、網(wǎng)上購(gòu)物和遠(yuǎn)程教育等在內(nèi)的交互式多媒體信息服務(wù)，提供豐富的信息。

　　再次，IPTV平臺(tái)可開(kāi)發(fā)性強(qiáng)，能夠在改動(dòng)量小的情況下支持不同的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。隨著視頻壓縮技術(shù)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(zhì)量迅速提升，有效節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。

　　當(dāng)然，目前國(guó)內(nèi)電信寬帶接入主要采用ADSL技術(shù)，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(shù)的采用，以及IP網(wǎng)QoS的部署，這些缺陷都將得到彌補(bǔ)。同時(shí)，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，IPTV機(jī)頂盒成本也會(huì)不斷降低，接近Cable TV機(jī)頂盒的水平。

　　IPTV的傳送方式

　　IPTV的核心業(yè)務(wù)是為用戶(hù)提供高質(zhì)量的數(shù)字音視頻服務(wù)，主要采用音視頻點(diǎn)播、音視頻直播等傳送方式。

　　音視頻點(diǎn)播

　　音視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)是個(gè)性化服務(wù)，帶寬需求高。為避免對(duì)骨干帶寬的大量消耗，同時(shí)保證服務(wù)質(zhì)量，要求節(jié)目盡可能推送到網(wǎng)絡(luò)邊緣，用戶(hù)盡可能就近訪問(wèn)。

　　內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）可提供上述支持能力。CDN是一個(gè)建立并覆蓋在互聯(lián)網(wǎng)上的一層特殊網(wǎng)絡(luò)，專(zhuān)門(mén)用于通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)高效傳遞豐富的多媒體內(nèi)容。其邊緣節(jié)點(diǎn)分布于城域網(wǎng)并靠近用戶(hù)一端的網(wǎng)絡(luò)側(cè)，用于把網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)“邊緣”，讓用戶(hù)可以就近取得所需的內(nèi)容。因而，CDN可以提高互聯(lián)網(wǎng)中信息流動(dòng)的效率，從技術(shù)上解決由于網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶(hù)訪問(wèn)量大、網(wǎng)點(diǎn)分布不均等原因造成的“擁塞”，提高用戶(hù)訪問(wèn)網(wǎng)站的速度。

　　CDN系統(tǒng)由各種Cache服務(wù)器組成，將這些Cache服務(wù)器分布到用戶(hù)訪問(wèn)相對(duì)集中的地區(qū)或網(wǎng)絡(luò)？？術(shù)（GSLB），將用戶(hù)的訪問(wèn)指向到離用戶(hù)距離最近的工作正常的Cache服務(wù)器上，由Cache服務(wù)器直接響應(yīng)用戶(hù)的請(qǐng)求。如果Cache服務(wù)器中沒(méi)有用戶(hù)要訪問(wèn)的內(nèi)容，它會(huì)根據(jù)配置自動(dòng)到源服務(wù)器去抓取相應(yīng)的內(nèi)容并提供給用戶(hù)。CDN的實(shí)現(xiàn)需要依賴(lài)多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，主要包括負(fù)載均衡技術(shù)、動(dòng)態(tài)內(nèi)容路由、高速緩存機(jī)制、動(dòng)態(tài)內(nèi)容分發(fā)與復(fù)制、安全服務(wù)等。

　　音視頻直播

　　音視頻直播類(lèi)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是，頻道固定，數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求較高，訪問(wèn)量大。與點(diǎn)播類(lèi)業(yè)務(wù)不同，收看直播節(jié)目的用戶(hù)看到的是相同的內(nèi)容，因此，網(wǎng)絡(luò)適合采用組播方式向用戶(hù)提供服務(wù)。組播技術(shù)可以減少直播對(duì)帶寬資源的占用。因此，IPTV承載網(wǎng)應(yīng)提供對(duì)組播的支持。

　　組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)組播源，一次并同時(shí)發(fā)送單一數(shù)據(jù)包到多個(gè)接收者的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。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(gè)，即使用戶(hù)數(shù)量成倍增長(zhǎng)，主干帶寬也不需要隨之增加，因?yàn)闊o(wú)論有多少個(gè)目標(biāo)地址，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(nèi)廣播”�？梢�(jiàn)，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(fù)制點(diǎn)的位置，組播主要實(shí)現(xiàn)方式有以下幾種：

　　第一，應(yīng)用層組播。由于組播技術(shù)目前在網(wǎng)絡(luò)上還得不到很好的支持，缺乏運(yùn)營(yíng)管理，因此，可在CDN系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層組播。直播源在源服務(wù)器與邊緣節(jié)點(diǎn)的Cache服務(wù)器之間以單播方式傳送，而邊緣節(jié)點(diǎn)的Cache服務(wù)器將傳送過(guò)來(lái)的這個(gè)輸入流“復(fù)制”成多個(gè)輸出流，與多個(gè)用戶(hù)機(jī)頂盒建立單播連接，向多個(gè)用戶(hù)機(jī)頂盒單播傳送同一個(gè)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)同時(shí)為多個(gè)用戶(hù)提供直播服務(wù)，從而在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)IP組播同樣的功能。這種方式的特點(diǎn)在于，減少了對(duì)骨干網(wǎng)帶寬的占用；無(wú)需對(duì)現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整；可以充分利用CDN系統(tǒng)良好的認(rèn)證計(jì)費(fèi)支持。但隨著用戶(hù)數(shù)量的上升，需要增加CDN邊緣節(jié)點(diǎn)并使其逐漸向用戶(hù)側(cè)靠近，增加了CDN網(wǎng)絡(luò)自身投資和復(fù)雜度，因此，建議在IPTV業(yè)務(wù)開(kāi)展初期使用。

　　第二，BRAS支持組播。若BRAS及其以下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以支持組播，則可以通過(guò)BRAS開(kāi)展組播業(yè)務(wù)。這種組播方式可以使用PPPoE認(rèn)證，用戶(hù)機(jī)頂盒與BRAS之間建立PPPoE隧道，由BRAS設(shè)備作為組播源實(shí)現(xiàn)組播復(fù)制，把組播內(nèi)容復(fù)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(hù)機(jī)頂盒加入組播組獲取直播內(nèi)容。通過(guò)BRAS實(shí)現(xiàn)組播視頻業(yè)務(wù)時(shí)，每個(gè)用戶(hù)均有一個(gè)來(lái)自BRAS的單播流需要通過(guò)整個(gè)匯聚和接入網(wǎng)絡(luò)，這大大增加了BRAS規(guī)模和匯聚網(wǎng)絡(luò)的壓力；同時(shí)，由于面向用戶(hù)的組播復(fù)制點(diǎn)是BRAS，因此，對(duì)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(wù)開(kāi)展初期使用。

　　第三，DSLAM支持組播。若DSLAM及其以下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以支持組播，則可以通過(guò)DSLAM開(kāi)展組播業(yè)務(wù)。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(nèi)核的DSLAM組播能力始終難以達(dá)到規(guī)模商用的水平，這直接影響了IPTV業(yè)務(wù)的發(fā)展。隨著IP內(nèi)核DSLAM技術(shù)的發(fā)展，DSLAM解決了組播復(fù)制問(wèn)題，DSLAM已具備相當(dāng)大的組播能力，有些新型IP DSLAM已能提供內(nèi)嵌的PPPoE認(rèn)證，可識(shí)別IPTV用戶(hù)，進(jìn)行本地認(rèn)證、組播復(fù)制與管理，而對(duì)上網(wǎng)用戶(hù)仍舊透?jìng)�，由BRAS集中管理。由于DSLAM支持組播方式的復(fù)制點(diǎn)較上兩種方式更接近用戶(hù)，因此，對(duì)骨干和匯聚網(wǎng)絡(luò)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(wù)將提供高質(zhì)量的數(shù)字音視頻業(yè)務(wù)，而標(biāo)準(zhǔn)清晰度或高清晰度質(zhì)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(chǔ)需要，視頻必須以壓縮形式傳送，并且需要根據(jù)IPTV業(yè)務(wù)的用戶(hù)帶寬需求選取合適的視頻壓縮編碼技術(shù)。

　　當(dāng)前中國(guó)電信運(yùn)營(yíng)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(biāo)準(zhǔn)的視音頻壓縮編碼算法。

　　MPEG-4

　　運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組（MPEG）于1999年2月正式公布了MPEG-4（ISO/IEC14496）標(biāo)準(zhǔn)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。現(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(jìn)，擁有更高的編碼效率，數(shù)據(jù)率相對(duì)較低，使得視頻、音頻在低帶寬信道上傳送成？？變化的處理；對(duì)音頻信號(hào)可在6kbit/s的4kHz長(zhǎng)話音質(zhì)與多通道廣播級(jí)音質(zhì)之間進(jìn)行處理。這種可升級(jí)性，使得音頻與視頻數(shù)據(jù)可以經(jīng)專(zhuān)門(mén)調(diào)整，以適應(yīng)實(shí)際環(huán)境。

　　MPEG-4在編碼高清質(zhì)量的IPTV節(jié)目時(shí)，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(shí)，典型比特流為96kbit/s，音質(zhì)超過(guò)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(shí)現(xiàn)包括音頻、視頻信息在內(nèi)的多媒體流信息的傳輸。

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

　　H.264

　　H.264是ITU-T的VCEG（視頻編碼專(zhuān)家組）和ISO/IEC的MPEG組成的聯(lián)合視頻組（Joint Video Team，JVT）開(kāi)發(fā)的最新數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。目前該標(biāo)準(zhǔn)還在開(kāi)發(fā)之中，預(yù)計(jì)2005年上半年可正式通過(guò)。

　　在技術(shù)上，H.264標(biāo)準(zhǔn)采用了許多新算法，如統(tǒng)一的VLC符號(hào)編碼，高精度、多模式的位移估計(jì)，基于4×4塊的整數(shù)變換，分層的編碼語(yǔ)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(zhì)量下，能夠比H.263節(jié)約50%左右的碼率。其碼流結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)，增加了差錯(cuò)恢復(fù)能力，能夠很好地適應(yīng)IP和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。為了更好地完成運(yùn)動(dòng)估計(jì)，H.264顯著增加了可變塊尺寸的種類(lèi)和可變參考幀的數(shù)目。新技術(shù)的使用使H.264在略低于1Mbit/s的傳輸速度下播放質(zhì)量達(dá)到DVD水平，有望比目前MPEG-4實(shí)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(yīng)性，必將在數(shù)字視頻的通信或存儲(chǔ)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒俊?br />
　　從總體上說(shuō)，H.264性能的改進(jìn)是以增加復(fù)雜性為代價(jià)而獲得的。據(jù)估計(jì)，編碼的計(jì)算復(fù)雜度大約相當(dāng)于H.263的3倍，解碼復(fù)雜度大約相當(dāng)于H.263的2倍。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種復(fù)雜性的增加是在技術(shù)可接受范圍之內(nèi)的。

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