淺析IPVT的技術及其發展策略

1 引言

IPTV是利用IP方式傳輸的廣播電視服務，也被稱為寬帶網絡數字電視。利用寬帶網的基礎設施，以家用電視機或電腦作為主要終端設備，融合互聯網、多媒體、通信等多種技術，通過互聯網絡協議（IP）向家庭用戶提供包括數字電視在內的多種交互式數字媒體服務。IPTV的結構如下圖1。



圖1系統框圖

從系統圖中可以看出，IPTV業務與其它業務相似，總體上由前端業務平臺、承載網絡和終端用戶系統構成。前端業務平臺的內容有來自電視臺的直播電視節目、衛星直播節目、SDH網傳送的直播節目和自辦節目，存儲再放的時移節目，還有來處不同內容提供商提供的點播節目和信息服務。同時還有數字版權管理（DRM）系統、電子節目指南（EPG）、認證、授權、計費等運營支撐系統（BOSS），把業務內容通過流媒體系統輸出至承載網絡。承載網絡包括IP骨干或城域網，內容分發系統（CDN）和銅線、雙向HFC、無線（GSM或CDMA或WLAN）等接入網絡。終端用戶系統可能是TV、STB+TV、PC、CM+PC、手機等。

2、IPTV的關鍵技術

2.1視音頻編碼

將視頻信號數字化是IPTV內容提供的重要環節，視頻編解碼技術是IPTV的關鍵技術之一。目前數字化過程中主流的視頻編碼技術有：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。常見的標準有MPEG-2，MPEG-4，H.264，AVS。它們有各自的特點。

MPEG-2是運動圖象壓縮標準，主要目的是提供標準數字電視和高清晰度數字電視的編碼方案。該標準完全兼容MPEG-1標準，其處理能力可以達到廣播級水平（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為傳輸數碼率低于64kb/s的實時圖像設計的，是一種高效的編碼標準，其編碼效率是MPEG-2的1.4。它綜合了數字電視、交互圖形學和Internet等領域的多種技術，在大大提高了編碼壓縮率的同時，亦提高了傳輸的靈活性和交互性。

H.264，或稱之為MPEG-4AVC，是一種由ITU-T與ISO/IEC正在聯合進行開發的視頻編解碼方案，是我們最熟悉的MPEG-4標準的第10部分（ISOMPEG-4Part10）。它不僅能使MPEG-4節約50%的碼率，而且引入了面向IP包的編碼機制，更加有利于網絡中的分組傳輸。H.264還具有高的編碼效率和圖像質量，代表了編解碼技術的發展方向。

AVS是我國具備自主知識產權的第二代信源編碼標準。它包括系統，視頻，音頻，數字版權管理等四個主要技術和一致性測試等支持標準。其編碼效率比MPEG-2高2～3倍；與AVC相當，且技術方案簡潔，芯片實現復雜難度低：編碼效率和重建圖像質量也與H.264相當，又減少了CABAC等實現難度大的技術，從而增加了可實現性。

2.2數字版權管理(DRM)

由于缺乏有效的保護機制，IPTV發展將受到的阻礙和瓶頸，其目前的解決方法是DRM。DRM技術是保護內容提供者的私有視頻，音樂或其他視頻的版權提供的一種技術手段。它的工作原理是：媒體制作者在節目制作階段將版權信息嵌入到媒體內容之中，并通過加密方式對其加以保護。當需要驗證媒體合法性的信息時，再通過技術方法或手段從媒體之中將版權信息讀取出來，這樣就可以進行版權信息的比對了。DRM是一個系統概念，包含數字版權信息使用、受保護的數字媒體內容的管理和分發。目前使用較廣泛的DRM是數字水印(DigitalWatermark)。它使用一定的算法，把相關版權信息寫入內容的某些標志性信息內，來實現證明版權歸屬和跟蹤侵權行為的目的。

2.3多播技術

IPTV根據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不同。廣播接收是非交互式的，對IP網絡的承載技術提出了多播的要求；點播接收具有實時交互的特點，要求IP網絡承載技術能將視頻流推送到用戶接入網絡。IP組播將IP數據包從一個源發送到多個目的地，即將信息的拷貝發送到一組地址的所有接收者；IP組播將IP數據包傳輸到一個構成組播群組的主機集合，組群的各個成員可以分布于各個獨立的物理網絡組播群組成員意見的關系是動態的，成員可以隨時加入或者退出；IP組播能夠有效地節省帶寬和資源，方便網絡容量的管理和控制開銷，大大減輕發送服務器的負荷，減少主干網的堵塞。

2.4內容分發網絡(CDN)技術

CDN的全稱是ContentDeliveryNetwork，即內容分發網絡。它是通過在現有的Internet中增加一層新的網絡架構，其目的是通過CDN把互聯網視頻和網頁內容分發到靠近用戶端的CDN節點，使用戶可以就近取得所需的內容，提高用戶訪問網站的響應速度。CDN技術是將多點負載均衡，路由或緩存技術結合起來，利用智能分配技術，將內容根據來訪用戶的地點，按就近訪問的原則分配到多個節點。從用戶的角度講，通過CDN系統，得到響應的時間被縮短，數據傳輸的穩定性被提高，從而提高了網絡服務的總體性能。

CDN網絡架構主要分為中心和邊緣兩大部分，中心指CDN網管中心和域名服務器DNS重定向解析中心，負責全局負載均衡，設備系統安裝在管理中心機房，邊緣主要指異地節點，CDN分發多媒體內容的載體，主要由高速緩存服務器Cache和負載均衡器等組成。實現CDN的主要技術手段是高速緩存、鏡像服務器?？晒ぷ饔贒NS解析或HTTP重定向兩種方式，通過Cache服務器，或異地的鏡像站點完成內容的傳送與同步更新。DNS方式用戶位置判斷準確率大于85%，HTTP方式準確率為99%以上；一般情況，各Cache服務器群的用戶訪問流入數據量與Cache服務器到原始網站取內容的數據量之比在2：1到3：1之間，即分擔50%到70%的到原始網站重復訪問數據量（主要是圖片，流媒體文件等內容）；對于鏡像，除數據同步的流量，其余均在本地完成，不訪問原始服務器。

CDN技術優勢：可減少網絡寬帶，訪問時延，響應時間，提高網絡性能與網站內容的可用性；提高網站資源的控制能力，智能分配內容和進行流量管理；內容提供商可在本地決定服務內容，內容是動態的，且發送的內容是受保護的；低成本的提供內容，提高了服務內容，服務質量和服務速度。CDN為在寬帶網上開展業務、部署應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機頂盒(STB)

IPTV機頂盒類似于數字電視機頂盒，有軟件和硬件兩大部分組成。機頂盒的硬件分為三類：基于專用芯片的構架(SOC+ASIC)；基于多媒體數字信號處理器(DSP)架構，可以很方便地實現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的編解碼標準，和基于X86架構的平臺。

IPTV機頂盒作為用戶接收端設備，與承載網絡連接，將接收到的IP數據轉換成電視屏幕可以顯示的數據;在接入支持方面，STB一般需要支持目前應用較多的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；在協議支持方面，STB需要支持TCP/UDP/IP協議族來完成互操作信息的網絡傳輸，以及IP數據和視頻流媒體數據的接收和處理工作；在對接收的視頻流進行解碼支持方面，一般需要支持的標準格式為MPEG-2MPEG-4，H.264,AVS,WMV，Real等。此外，STB還支持視頻點播，數字版權管理，HTML網頁瀏覽，內容緩存，交互控制和業務及網絡管理功能。