淺析IPVT的技術(shù)及其發(fā)展策略

1 引言

IPTV是利用IP方式傳輸?shù)膹V播電視服務(wù)，也被稱為寬帶網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電視。利用寬帶網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，以家用電視機(jī)或電腦作為主要終端設(shè)備，融合互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（IP）向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式數(shù)字媒體服務(wù)。IPTV的結(jié)構(gòu)如下圖1。



圖1系統(tǒng)框圖

從系統(tǒng)圖中可以看出，IPTV業(yè)務(wù)與其它業(yè)務(wù)相似，總體上由前端業(yè)務(wù)平臺、承載網(wǎng)絡(luò)和終端用戶系統(tǒng)構(gòu)成。前端業(yè)務(wù)平臺的內(nèi)容有來自電視臺的直播電視節(jié)目、衛(wèi)星直播節(jié)目、SDH網(wǎng)傳送的直播節(jié)目和自辦節(jié)目，存儲再放的時移節(jié)目，還有來處不同內(nèi)容提供商提供的點播節(jié)目和信息服務(wù)。同時還有數(shù)字版權(quán)管理（DRM）系統(tǒng)、電子節(jié)目指南（EPG）、認(rèn)證、授權(quán)、計費等運營支撐系統(tǒng)（BOSS），把業(yè)務(wù)內(nèi)容通過流媒體系統(tǒng)輸出至承載網(wǎng)絡(luò)。承載網(wǎng)絡(luò)包括IP骨干或城域網(wǎng)，內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)（CDN）和銅線、雙向HFC、無線（GSM或CDMA或WLAN）等接入網(wǎng)絡(luò)。終端用戶系統(tǒng)可能是TV、STB+TV、PC、CM+PC、手機(jī)等。

2、IPTV的關(guān)鍵技術(shù)

2.1視音頻編碼

將視頻信號數(shù)字化是IPTV內(nèi)容提供的重要環(huán)節(jié)，視頻編解碼技術(shù)是IPTV的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前數(shù)字化過程中主流的視頻編碼技術(shù)有：MPEG-2(ISO/EC13818-2)，MPEG-4Part2(ISO/IEC14496-2)，H.264/AVC(即MPEG-4Part10)，AVS，微軟的WMV-9，Real公司的視頻格式。常見的標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-2，MPEG-4，H.264，AVS。它們有各自的特點。

MPEG-2是運動圖象壓縮標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視和高清晰度數(shù)字電視的編碼方案。該標(biāo)準(zhǔn)完全兼容MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)，其處理能力可以達(dá)到廣播級水平（即720×480像素），適用于1.5～80Mb/s編碼范圍。目前人們熟知的DVD就是采用的這種格式。

MPEG-4（Part2）是ISO為傳輸數(shù)碼率低于64kb/s的實時圖像設(shè)計的，是一種高效的編碼標(biāo)準(zhǔn)，其編碼效率是MPEG-2的1.4。它綜合了數(shù)字電視、交互圖形學(xué)和Internet等領(lǐng)域的多種技術(shù)，在大大提高了編碼壓縮率的同時，亦提高了傳輸?shù)撵`活性和交互性。

H.264，或稱之為MPEG-4AVC，是一種由ITU-T與ISO/IEC正在聯(lián)合進(jìn)行開發(fā)的視頻編解碼方案，是我們最熟悉的MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的第10部分（ISOMPEG-4Part10）。它不僅能使MPEG-4節(jié)約50%的碼率，而且引入了面向IP包的編碼機(jī)制，更加有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸。H.264還具有高的編碼效率和圖像質(zhì)量，代表了編解碼技術(shù)的發(fā)展方向。

AVS是我國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。它包括系統(tǒng)，視頻，音頻，數(shù)字版權(quán)管理等四個主要技術(shù)和一致性測試等支持標(biāo)準(zhǔn)。其編碼效率比MPEG-2高2～3倍；與AVC相當(dāng)，且技術(shù)方案簡潔，芯片實現(xiàn)復(fù)雜難度低：編碼效率和重建圖像質(zhì)量也與H.264相當(dāng)，又減少了CABAC等實現(xiàn)難度大的技術(shù)，從而增加了可實現(xiàn)性。

2.2數(shù)字版權(quán)管理(DRM)

由于缺乏有效的保護(hù)機(jī)制，IPTV發(fā)展將受到的阻礙和瓶頸，其目前的解決方法是DRM。DRM技術(shù)是保護(hù)內(nèi)容提供者的私有視頻，音樂或其他視頻的版權(quán)提供的一種技術(shù)手段。它的工作原理是：媒體制作者在節(jié)目制作階段將版權(quán)信息嵌入到媒體內(nèi)容之中，并通過加密方式對其加以保護(hù)。當(dāng)需要驗證媒體合法性的信息時，再通過技術(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)信息的比對了。DRM是一個系統(tǒng)概念，包含數(shù)字版權(quán)信息使用、受保護(hù)的數(shù)字媒體內(nèi)容的管理和分發(fā)。目前使用較廣泛的DRM是數(shù)字水印(DigitalWatermark)。它使用一定的算法，把相關(guān)版權(quán)信息寫入內(nèi)容的某些標(biāo)志性信息內(nèi)，來實現(xiàn)證明版權(quán)歸屬和跟蹤侵權(quán)行為的目的。

2.3多播技術(shù)

IPTV根據(jù)視頻流的兩種接收方式：廣播接收和點播接收，不同的接收方式的承載技術(shù)不同。廣播接收是非交互式的，對IP網(wǎng)絡(luò)的承載技術(shù)提出了多播的要求；點播接收具有實時交互的特點，要求IP網(wǎng)絡(luò)承載技術(shù)能將視頻流推送到用戶接入網(wǎng)絡(luò)。IP組播將IP數(shù)據(jù)包從一個源發(fā)送到多個目的地，即將信息的拷貝發(fā)送到一組地址的所有接收者；IP組播將IP數(shù)據(jù)包傳輸?shù)揭粋€構(gòu)成組播群組的主機(jī)集合，組群的各個成員可以分布于各個獨立的物理網(wǎng)絡(luò)組播群組成員意見的關(guān)系是動態(tài)的，成員可以隨時加入或者退出；IP組播能夠有效地節(jié)省帶寬和資源，方便網(wǎng)絡(luò)容量的管理和控制開銷，大大減輕發(fā)送服務(wù)器的負(fù)荷，減少主干網(wǎng)的堵塞。

2.4內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)技術(shù)

CDN的全稱是ContentDeliveryNetwork，即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。它是通過在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其目的是通過CDN把互聯(lián)網(wǎng)視頻和網(wǎng)頁內(nèi)容分發(fā)到靠近用戶端的CDN節(jié)點，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，提高用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度。CDN技術(shù)是將多點負(fù)載均衡，路由或緩存技術(shù)結(jié)合起來，利用智能分配技術(shù)，將內(nèi)容根據(jù)來訪用戶的地點，按就近訪問的原則分配到多個節(jié)點。從用戶的角度講，通過CDN系統(tǒng)，得到響應(yīng)的時間被縮短，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性被提高，從而提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的總體性能。

CDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為中心和邊緣兩大部分，中心指CDN網(wǎng)管中心和域名服務(wù)器DNS重定向解析中心，負(fù)責(zé)全局負(fù)載均衡，設(shè)備系統(tǒng)安裝在管理中心機(jī)房，邊緣主要指異地節(jié)點，CDN分發(fā)多媒體內(nèi)容的載體，主要由高速緩存服務(wù)器Cache和負(fù)載均衡器等組成。實現(xiàn)CDN的主要技術(shù)手段是高速緩存、鏡像服務(wù)器?？晒ぷ饔贒NS解析或HTTP重定向兩種方式，通過Cache服務(wù)器，或異地的鏡像站點完成內(nèi)容的傳送與同步更新。DNS方式用戶位置判斷準(zhǔn)確率大于85%，HTTP方式準(zhǔn)確率為99%以上；一般情況，各Cache服務(wù)器群的用戶訪問流入數(shù)據(jù)量與Cache服務(wù)器到原始網(wǎng)站取內(nèi)容的數(shù)據(jù)量之比在2：1到3：1之間，即分擔(dān)50%到70%的到原始網(wǎng)站重復(fù)訪問數(shù)據(jù)量（主要是圖片，流媒體文件等內(nèi)容）；對于鏡像，除數(shù)據(jù)同步的流量，其余均在本地完成，不訪問原始服務(wù)器。

CDN技術(shù)優(yōu)勢：可減少網(wǎng)絡(luò)寬帶，訪問時延，響應(yīng)時間，提高網(wǎng)絡(luò)性能與網(wǎng)站內(nèi)容的可用性；提高網(wǎng)站資源的控制能力，智能分配內(nèi)容和進(jìn)行流量管理；內(nèi)容提供商可在本地決定服務(wù)內(nèi)容，內(nèi)容是動態(tài)的，且發(fā)送的內(nèi)容是受保護(hù)的；低成本的提供內(nèi)容，提高了服務(wù)內(nèi)容，服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)速度。CDN為在寬帶網(wǎng)上開展業(yè)務(wù)、部署應(yīng)用開辟了全新的途徑，具有廣闊的市場前景和長期的盈利空間。

2.5機(jī)頂盒(STB)

IPTV機(jī)頂盒類似于數(shù)字電視機(jī)頂盒，有軟件和硬件兩大部分組成。機(jī)頂盒的硬件分為三類：基于專用芯片的構(gòu)架(SOC+ASIC)；基于多媒體數(shù)字信號處理器(DSP)架構(gòu)，可以很方便地實現(xiàn)MPEG-2/4視頻和音頻處理、H.264視頻處理，同時還支持其他用于IPTV的編解碼標(biāo)準(zhǔn)，和基于X86架構(gòu)的平臺。

IPTV機(jī)頂盒作為用戶接收端設(shè)備，與承載網(wǎng)絡(luò)連接，將接收到的IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電視屏幕可以顯示的數(shù)據(jù);在接入支持方面，STB一般需要支持目前應(yīng)用較多的LAN或xDSL或WLAN等多種寬帶接入方式，未來還要提供FTTH接入支持；在協(xié)議支持方面，STB需要支持TCP/UDP/IP協(xié)議族來完成互操作信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸，以及IP數(shù)據(jù)和視頻流媒體數(shù)據(jù)的接收和處理工作；在對接收的視頻流進(jìn)行解碼支持方面，一般需要支持的標(biāo)準(zhǔn)格式為MPEG-2MPEG-4，H.264,AVS,WMV，Real等。此外，STB還支持視頻點播，數(shù)字版權(quán)管理，HTML網(wǎng)頁瀏覽，內(nèi)容緩存，交互控制和業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)管理功能。