【摘要】
    隨著網(wǎng)絡(luò)電視（IPTV）在全球的逐漸升溫，人們對(duì)使用因特網(wǎng)協(xié)議（IP）在網(wǎng)絡(luò)上傳輸視頻的技術(shù)也越來越關(guān)注。誠然，IPTV有諸多優(yōu)勢(shì)，但不可否認(rèn)的是，它也存在不少問題，可靠性不高，服務(wù)質(zhì)量（QoS）較難保證最為突出。
    隨著頻道數(shù)量的劇增，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中是否存在問題變得更加復(fù)雜。另外，節(jié)目本身也包含諸多語言、字幕和隱含字幕選項(xiàng)。注意到傳輸過程中存在問題是一回事，而找出問題的根源則是另一回事。因此，計(jì)劃利用IP傳輸視頻的公司需要有一套預(yù)防性監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)與供應(yīng)商無關(guān)、能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、并能在傳輸鏈路的每一階段上進(jìn)行檢查和比較。該系統(tǒng)還應(yīng)能在各種問題影響顧客之前發(fā)現(xiàn)這些問題，并能迅速找到各個(gè)問題的根源。

    背景
    隨著數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的成熟，因特網(wǎng)協(xié)議（IP）作為一種沿著傳輸鏈路傳送數(shù)字視頻的手段，得到了人們廣泛的認(rèn)可。利用MPEG-2壓縮在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)字視頻具有眾多的優(yōu)點(diǎn)。例如，它允許各公司卓有成效地利用昂貴的帶寬；此外，這些相同的IP網(wǎng)絡(luò)還可以傳輸數(shù)字音頻、電話、數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)等。對(duì)于那些想利用其現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施從事融合服務(wù)戰(zhàn)略的有線電視公司和電話公司來說，這是其優(yōu)勢(shì)所在。
    然而，盡管IP網(wǎng)絡(luò)有很多優(yōu)勢(shì)，但也有很多嚴(yán)重的弊端，如QoS（服務(wù)質(zhì)量）難以保證等。這一問題如不加以克服，將會(huì)直接導(dǎo)致客戶流失。

    顧客想要什么
    正常收看是觀眾對(duì)IPTV的基本要求。如打開電視機(jī)即可快速瀏覽各頻道的節(jié)目，選好頻道后應(yīng)能一直看下去而不會(huì)出現(xiàn)傳輸中斷，平滑的即時(shí)的頻道轉(zhuǎn)換等等。

    轉(zhuǎn)換頻道
    對(duì)那些分發(fā)IPTV的公司來說，像頻道瀏覽這樣簡單的事情都會(huì)成為一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)工程問題。頻道瀏覽是一件電視觀看者們都會(huì)不假思索地去做的普通事情。但在IPTV業(yè)務(wù)中，頻道瀏覽者就會(huì)遇到一種不愉快的感受，如在觀眾試圖瀏覽頻道時(shí)，電視信號(hào)會(huì)在顯示下一個(gè)頻道的圖像之前消隱幾秒鐘。
    在開路廣播系統(tǒng)中，電視發(fā)射機(jī)通過無線電波同時(shí)發(fā)送出所有節(jié)目。在有線電視系統(tǒng)中，有線電視公司通過有線電視網(wǎng)絡(luò)，將所有節(jié)目發(fā)送到機(jī)頂盒中。在這兩種情況下，轉(zhuǎn)換頻道只不過是切換到電視機(jī)已經(jīng)接收到但沒有顯示出來的節(jié)目。
    但在基于IP的網(wǎng)絡(luò)中，頻道瀏覽就會(huì)成為問題，因?yàn)樵谌魏我粋€(gè)時(shí)間里都只有一個(gè)視頻流被傳送到電視機(jī)中。當(dāng)觀眾想轉(zhuǎn)換頻道時(shí)，他按一下遙控器，將一個(gè)信號(hào)發(fā)送給電視機(jī)，后者轉(zhuǎn)而將另一個(gè)信號(hào)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的路由器。然后，路由器必須停止傳送原來的碼流，然后再根據(jù)被請(qǐng)求的頻道，重新傳送新碼流。這就導(dǎo)致路由器在停止發(fā)送原頻道信號(hào)和開始發(fā)送被請(qǐng)求的新頻道信號(hào)之間產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)。

    這一延時(shí)的長短取決于多個(gè)因素，如網(wǎng)速、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及路由器的響應(yīng)速度等。它可能會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間比大多數(shù)人預(yù)計(jì)的長。當(dāng)路由器同時(shí)接到多個(gè)頻道轉(zhuǎn)換請(qǐng)求時(shí)，情況將更加糟糕。
    一個(gè)可類比的例子就是世界杯賽。在IP網(wǎng)絡(luò)上，世界杯賽的中場休息意味著：在網(wǎng)上觀看世界杯比賽的觀眾有可能全都在同一時(shí)間轉(zhuǎn)換頻道，以便在恢復(fù)比賽之前找些其它節(jié)目來看。這可能會(huì)使各地的路由器超載，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。更糟糕的是，人們能成功地轉(zhuǎn)換頻道，但卻發(fā)現(xiàn)由于路由器的過載，他們不能及時(shí)轉(zhuǎn)換回來觀看比賽。

    圖像抖動(dòng)問題
    在IP網(wǎng)絡(luò)上，數(shù)據(jù)被分解成許多小包，然后分包發(fā)送。在其最終目的地，這些數(shù)據(jù)包重新被組合在一起。當(dāng)視頻被放在IP網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該視頻也被分解成許多小包，然后從其源頭（即廣播機(jī)構(gòu)）通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，最后再被重新組合成電視觀眾可收看的視頻節(jié)目。盡管這一系統(tǒng)是傳送普通數(shù)據(jù)文件的好辦法，但當(dāng)運(yùn)用于視頻時(shí)，則會(huì)帶來問題。視頻文件非常大，發(fā)送一個(gè)完整的文件可能需要好幾個(gè)小時(shí)。
    解決方法就是邊下載數(shù)據(jù)包邊播放視頻。然而，由于路由改變、網(wǎng)絡(luò)擁塞或定時(shí)的漂移等因素的影響，數(shù)據(jù)包不能以同樣的速度，甚至不能按正確的順序到達(dá)。這一問題被稱之為抖動(dòng)問題。解決這一問題的辦法就是使用抖動(dòng)緩存技術(shù)。抖動(dòng)緩存在包進(jìn)來時(shí)存儲(chǔ)它們。這些數(shù)據(jù)包在使用前在緩存中被組合到一起，以便后續(xù)數(shù)據(jù)包能被添加進(jìn)來。
    遺憾的是，緩存方案并非是完美無缺的。受視頻數(shù)據(jù)包到達(dá)速度的影響，緩存可能遇到下溢或溢出問題。下溢問題在數(shù)據(jù)包過于緩慢地到達(dá)時(shí)發(fā)生，這一問題導(dǎo)致圖像因等待數(shù)據(jù)包的最終到達(dá)而斷斷續(xù)續(xù)；溢出問題則在數(shù)據(jù)的到達(dá)速度過快，以致于緩存來不及處理時(shí)發(fā)生，它導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟失。

    建設(shè)IPTV網(wǎng)絡(luò)時(shí)遇到的挑戰(zhàn)
    建設(shè)IPTV傳輸網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的工作。視頻的特殊性就在于視頻文件的大小和即時(shí)性。在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳送視頻，給網(wǎng)絡(luò)帶來了極大的壓力，所以工程師們必須找出能更有效地傳輸數(shù)據(jù)的途徑。
    在IP網(wǎng)絡(luò)上將視頻傳輸?shù)蕉鄠€(gè)用戶時(shí)，通常使用一種我們稱之為多播的技術(shù)。多播不是用視頻服務(wù)器來操作向每個(gè)電視觀眾發(fā)送一個(gè)獨(dú)立的視頻碼流（即所謂的單播），而是將視頻碼流發(fā)送到路由器，后者復(fù)制數(shù)據(jù)、分離數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中不同位置上的其它路由器。這些路由器依次接收數(shù)據(jù)、復(fù)制并將其發(fā)送出去。這樣，數(shù)據(jù)就以樹狀結(jié)構(gòu)的方式被分配出去，從而給網(wǎng)絡(luò)帶來最小壓力。然而，盡管這種方法非常有效，但也存在不少與這種結(jié)構(gòu)的可縮放性有關(guān)的技術(shù)問題。
    此外，實(shí)時(shí)視頻通常是利用不同于其它數(shù)據(jù)的協(xié)議來發(fā)送的。在IPTV中，大多數(shù)數(shù)據(jù)是利用TCP（傳輸控制協(xié)議）來發(fā)送的。這種協(xié)議采用數(shù)據(jù)包的發(fā)送方式，所以如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失，信源就會(huì)得到通知，而丟失的數(shù)據(jù)包則會(huì)被重新發(fā)送，這就確保了所有被發(fā)送的文件都是完整的。然而，TCP并不適合于傳輸實(shí)時(shí)視頻，原因在于反饋過程花費(fèi)的時(shí)間過長。取而代之的是，視頻通常是利用一種我們稱之為UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）的協(xié)議來傳輸?shù)摹DP是一種非常簡單的協(xié)議，它并不要求對(duì)傳輸?shù)某晒蚴∽鋈魏未_認(rèn)。即使出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失，它也不發(fā)送反饋信號(hào)或請(qǐng)求重新傳輸。所以，UDP本質(zhì)上說是不可靠的。即便某個(gè)數(shù)據(jù)包丟失，信源也永遠(yuǎn)不會(huì)知道，接收方也永遠(yuǎn)無法檢索到丟失的數(shù)據(jù)包。
    令事情變得更糟糕的是，盡管人們都認(rèn)為UDP是以協(xié)議方式被傳輸?shù)模⒎撬械腢DP傳輸都遵從這一標(biāo)準(zhǔn)。這就使整個(gè)傳輸過程變得更加復(fù)雜。

    嚴(yán)密監(jiān)視
    有鑒于此，IPTV運(yùn)營商需要一個(gè)對(duì)其網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視的途徑，以確保能為用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。傳統(tǒng)的做法是雇傭一批操作人員，瞪大眼睛盯著一組監(jiān)視器，以查看視頻傳輸過程中出現(xiàn)的問題。但在數(shù)字世界里，這種做法就不可行了。頻道數(shù)目的激增意味著不可能用人工方法監(jiān)視數(shù)以百計(jì)的頻道，其中可能包括多種語言的節(jié)目以及關(guān)于聲道和字幕的選項(xiàng)。
    此外，由于當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的高復(fù)雜性，要確定造成某個(gè)問題的原因也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。問題的根源可能隱藏在好幾個(gè)地方：從多播路由器，到視頻壓縮方式，還可能存在于接收衛(wèi)星信號(hào)的前端。既然使用IP網(wǎng)絡(luò)時(shí)存在各種潛在的、與服務(wù)的分發(fā)有關(guān)的問題，對(duì)那些依靠IP生存的公司來說，擁有各種自動(dòng)化的、節(jié)約成本的解決方案來幫助他們對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視，以便他們能根據(jù)其服務(wù)水平協(xié)議分發(fā)，是至關(guān)重要的。
    最理想的情況是，這樣一套系統(tǒng)能監(jiān)視涵蓋所有媒體的整個(gè)傳輸鏈路上的服務(wù)質(zhì)量和信號(hào)完整性。監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)能在傳輸鏈路的各個(gè)階段上進(jìn)行檢查和比較。
    該系統(tǒng)