Iptv發(fā)展趨勢及其關(guān)鍵技術(shù)

2005-09-14 深圳市廣電集團(tuán) 蔣麟征鄭衛(wèi) 依馬獅網(wǎng)

【摘要】本文主要討論了IPTV發(fā)展的方向，對IPTV系統(tǒng)中使用的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹和分析，最后指出IPTV是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，廣電行業(yè)必須面對這種新技術(shù)的挑戰(zhàn)。
【關(guān)鍵詞】 IPTV CDN 組播 DRM

    一. IPTV發(fā)展趨勢
    IPTV又稱為交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是利用寬帶網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，以家用電視機(jī)（TV＋STB）、計算機(jī)（pc）、手機(jī)等智能設(shè)備作為主要終端設(shè)備，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)于一體，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)的嶄新技術(shù)。IPTV能非常靈活地根據(jù)用戶的選擇提供內(nèi)容廣泛的多媒體服務(wù)；IPTV可實(shí)現(xiàn)信息選擇的超時空性，“黃金時間等于任何時間”；服務(wù)具有個性化特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)電視節(jié)目的增多以及專業(yè)化的播放，為用戶提供了多種選擇，個性化信息服務(wù)提高信息的利用效率；IPTV具有超強(qiáng)的交互性，在節(jié)目和內(nèi)容的傳播過程中，用戶不僅能定制或選擇個人喜愛的內(nèi)容，還可以陳述自己的觀點(diǎn)或要求。
    從上世紀(jì)90年代，交互式網(wǎng)絡(luò)電視IPTV（Interactive Personal TV）受到關(guān)注。目前，IPTV業(yè)務(wù)成功開展的實(shí)例已經(jīng)屢見不鮮：在北美電信運(yùn)營商的IPTV市場中，加拿大傳統(tǒng)電信公司走在了前列，曼尼托巴電信（MTS）和薩斯喀薩溫電信（SaskTel）已經(jīng)在VDSL和ADSL網(wǎng)絡(luò)中開通了IPTV業(yè)務(wù)，Telus和加拿大貝爾已在2005年進(jìn)入這一市場：美國IPTV市場的發(fā)展進(jìn)程較為穩(wěn)定，美國大型電信公司SBC和Quest初期都選擇了和衛(wèi)星電視公司合作，以轉(zhuǎn)售衛(wèi)星廣播電視業(yè)務(wù)的形式來提供IPTV業(yè)務(wù)，美國眾多的獨(dú)立本地運(yùn)營商也積極地在其領(lǐng)地上開展DSL網(wǎng)絡(luò)和光纖網(wǎng)絡(luò)上的IPTV業(yè)務(wù)；歐洲的許多電信運(yùn)營商對IPTV業(yè)務(wù)的態(tài)度也很積極，特別是意大利FastWeb公司在IPTV業(yè)務(wù)上取得的成功改變了許多運(yùn)營商原先持有的觀望態(tài)度，法國電信已經(jīng)在里昂開通業(yè)務(wù)，并在2005年3月份在巴黎開通業(yè)務(wù)，比利時電信、荷蘭電信、奧地利電信和挪威電信都在進(jìn)行IPTV的商用實(shí)驗(yàn)；我國第一家網(wǎng)絡(luò)電視臺也在北京成立，中視網(wǎng)絡(luò)公司已經(jīng)在京、滬蘇落地，付費(fèi)用戶達(dá)到22000戶。到目前為止，IPTV用戶數(shù)最多的兩大運(yùn)營商分別是意大利的FastWeb和中國香港的電訊盈科（PCCW），這兩家公司的電視用戶數(shù)占據(jù)了接近70%的用戶市場份額。在今年CCBN上，IPTV成為了業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，中國電信、中國網(wǎng)通以及眾多增值業(yè)務(wù)運(yùn)營商都展示了各自的IPTV業(yè)務(wù)，作為中國三大門戶網(wǎng)站之一的搜狐也以CCBN獨(dú)家官方網(wǎng)站的身份，在展會現(xiàn)場首次嘗試“網(wǎng)絡(luò)電視臺”的播報模式。根據(jù)多家專業(yè)公司的預(yù)測IPTV用戶數(shù)將從2004年的73.4萬增長到2007年底的1350萬；業(yè)務(wù)收入將達(dá)102億美元，年復(fù)合增長率125%。估計到2008年，亞洲和歐洲將占據(jù)全球IPTV業(yè)務(wù)的83%。國內(nèi)外寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛，IP多媒體技術(shù)日漸成熟，數(shù)字技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)日益與消費(fèi)家電產(chǎn)品相結(jié)合，融合多媒體內(nèi)容平臺、寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺、數(shù)字IPTV終端平臺的全新的寬帶服務(wù)模式即將成為全球下一個極具前景的產(chǎn)業(yè)。從全球發(fā)展?fàn)顩r來看，首先是電信運(yùn)營商積極推動著IPTV業(yè)務(wù)的發(fā)展，但電信運(yùn)營商與廣電運(yùn)營商之間的合作無處不在。其次運(yùn)營商IPTV業(yè)務(wù)往往采取捆綁服務(wù)的模式，充分發(fā)揮了互聯(lián)網(wǎng)的拓展性與交互性。在我國多達(dá)上億的電視機(jī)用戶和接近一億的網(wǎng)絡(luò)用戶就說明IPTV產(chǎn)業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Αｏ@然，IPTV必將成為拉動寬帶網(wǎng)絡(luò)市場再次高速發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵應(yīng)用。

二. IPTV關(guān)鍵技術(shù)
IPTV應(yīng)用系統(tǒng)主要包括四個部分：內(nèi)容制作系統(tǒng)；IPG（互動節(jié)目指南）系統(tǒng)；機(jī)頂盒客戶端系統(tǒng)（STB）；業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)這些子系統(tǒng)功能主要包括音視頻編解碼技術(shù)、音視頻服務(wù)器和存儲陣列技術(shù)、IP單播(unicast)和組播(multicast)技術(shù)、IP QoS技術(shù)、IP信令技術(shù)（如SIP技術(shù)）、內(nèi)容分送網(wǎng)絡(luò)(CDN)技術(shù)、數(shù)字版權(quán)管理(DRM)技術(shù)、IP機(jī)頂盒與EPG技術(shù)、用戶管理和收費(fèi)系統(tǒng)技術(shù)等。它還涉及各種不同的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Cable Modem網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和ADSL網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等。IPTV系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)提供將視音頻流媒體節(jié)目，如IP電視節(jié)目，從節(jié)目中心（first mile）播出，并通過骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)（last mile）傳輸，直到被用戶接收之端到端的完整技術(shù)解決方案。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

    1.編碼技術(shù)
    信源編碼技術(shù)是IPTV實(shí)現(xiàn)的核心，在IPTV系統(tǒng)中使用的視頻編碼方式主要有MPEG-2、微軟的windows media technology、MPEG-4和H.264等。MPEG-2是直接將TS流封裝在IP包里，直接到網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。這種方式主要在廣電行業(yè)使用，要達(dá)到DVD的質(zhì)量，至少需要4-6兆Mb/s的速率，這對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了很高的要求，目前在我國只能通過廣播方式傳輸電視信號，很難實(shí)現(xiàn)雙向傳輸或者視頻點(diǎn)播。微軟的視頻編碼派生于MPEG-4幾個專有擴(kuò)展功能使其能夠在定位率下提供更好的的圖象質(zhì)量，在DSL/Cable連接速度下能夠達(dá)到接近DVD的視頻品質(zhì)。MPEG-4是ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)，其視頻編碼是開放的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用范圍比較廣。2003年5月，國際電聯(lián)（ITU）和MPEG標(biāo)準(zhǔn)組織ISO共同發(fā)布了H.264/MPEG-4AVC視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn),采用H.264協(xié)議進(jìn)行視頻編碼在同等的畫質(zhì)下，H.264比上一代編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2平均節(jié)約64%的傳輸碼流，比MPEG-4ASP要平均節(jié)約39%的傳輸碼流，除去更精細(xì)的運(yùn)動補(bǔ)償和基于上下文的熵編碼外，幀內(nèi)預(yù)測，多參考幀的預(yù)測，環(huán)路濾波和率失真優(yōu)化技術(shù)也極大地提高了該標(biāo)準(zhǔn)的性能，在768kb/s下就可以達(dá)到接近DVD的效果，大大降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬需要，同時其自適應(yīng)傳輸能力大大提高了系統(tǒng)抗抖動性能，將使得以前無法滿足客戶需要的視頻服務(wù)成為現(xiàn)實(shí)，并且顯著提高畫面質(zhì)量，或降低后端服務(wù)器建造成本。未來IPTV系統(tǒng)編碼技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⑹荋.264/MPEG-4AVC，其相應(yīng)編解碼芯片已經(jīng)開始面世。
    2.CDN網(wǎng)
    內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN（Content Delivery Network）是構(gòu)建在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的一種分布式的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)。CDN的基本工作原理就是廣泛采用各種Cache服務(wù)器，將這些Cache服務(wù)器分布到用戶訪問相對集中的地區(qū)或網(wǎng)絡(luò)中，在用戶訪問網(wǎng)站時，利用全局負(fù)載均衡技術(shù)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(wù)器上，由Cache服務(wù)器直接響應(yīng)用戶的請求。如果Cache服務(wù)器中沒有用戶要訪問的內(nèi)容，它會根據(jù)配置自動到原服務(wù)器去抓取相應(yīng)的內(nèi)容并提供給用戶。視頻業(yè)務(wù)具有高帶寬的特征，集中提供視頻服務(wù)勢必造成骨干網(wǎng)中繼帶寬和核心設(shè)備接口帶寬的大量消耗，無法保證QoS。這就決定了CDN必須采用分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。CDN網(wǎng)的架構(gòu)是根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)設(shè)立的，要保證分發(fā)QoS必須建立兩級以上的CDN服務(wù)器并和相適應(yīng)的組播協(xié)議完成信號的正常傳輸。CDN的對帶寬較少的占用可以一定程度上保證端到端的服務(wù)質(zhì)量，較好的解決了訪問量大、服務(wù)器不均勻?qū)歉删W(wǎng)的擁塞問題。擴(kuò)大了用戶訪問流媒體內(nèi)容的范圍。
    3.組播技術(shù)
    IPTV中視頻傳播有點(diǎn)播和廣播兩種方式，從技術(shù)上講，廣播方式對IP網(wǎng)提出了組播功能的要求，組播是一臺主機(jī)向被分配到同一組(可以不是同一子網(wǎng))的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，也是點(diǎn)到多點(diǎn)的通信方式。組播通信機(jī)制主要包括兩方面內(nèi)容：主機(jī)組模式和組播路由協(xié)議。主機(jī)組模式一般指怎么獲得組播群成員的名單和地址（如通過互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP<Internet Group Management Protocol>）。組播路由協(xié)議的目標(biāo)是找到一種算法或策略，在保證接收組所有成員都能接收到發(fā)送到該組的數(shù)據(jù)信息包的情況下，找到一種鏈路連接方式，盡量減少網(wǎng)絡(luò)資源占有量和信息包的發(fā)送范圍。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中多播組成員的分布，總的說來IP多播路由協(xié)議可以分為以下兩種基本類型。第一種假設(shè)多播組成員密集地分布在網(wǎng)絡(luò)中，也就是說，網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)的子網(wǎng)都至少包含一個多播組成員，而且網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠大，這種被稱作“密集模式”（Dense-Mode）的多播路由協(xié)議依賴于廣播技術(shù)來將數(shù)據(jù)“推”向網(wǎng)絡(luò)中所有的路由器。密集模式路由協(xié)議包括距離向量多播路由協(xié)議（DVMRP：Distance Vector Multic