淺談IPTV技術(shù)

近年來(lái)，隨著(zhù)寬帶技術(shù)的發(fā)展，寬帶用戶(hù)的數量急劇上升。寬帶為何如此受歡迎?原因之一是用戶(hù)可以得到多種寬帶服務(wù)，其中以影視服務(wù)為主的寬帶流媒體服務(wù)最引人矚目。目前，寬帶用戶(hù)基本上都是通過(guò)PC機接入寬帶網(wǎng)絡(luò )，而我國電視機的普及率卻遠遠高于PC機，如果能把寬帶流媒體服務(wù)擴展到機頂盒，使電視用戶(hù)也能享受到寬帶帶來(lái)的好處，這將給運營(yíng)商帶來(lái)極大的商機。IPTV技術(shù)正是為實(shí)現這一目標而發(fā)展起來(lái)的。

IPTV即網(wǎng)絡(luò )電視，它是利用IP寬帶網(wǎng)絡(luò )，以“電視機+機頂盒”為主要終端設備，為用戶(hù)提供包括電視節目在內的互動(dòng)多媒體服務(wù)的寬帶增值業(yè)務(wù)。IPTV能提供點(diǎn)播、廣播/直播、視頻通信、短信/彩信、信息服務(wù)、游戲等業(yè)務(wù)。

IPTV技術(shù)是一項系統技術(shù)，主要包括音視頻編解碼技術(shù)、流媒體傳送技術(shù)、寬帶接入網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、IP機頂盒技術(shù)等。

1、音視頻編解碼技術(shù)

IPTV音視頻編解碼技術(shù)在整個(gè)系統中處于重要地位，IPTV作為IP網(wǎng)絡(luò )上的視頻應用，對音視頻編解碼有很高的要求。首先，編碼要有高的壓縮效率和好的圖像質(zhì)量，壓縮效率越高，傳輸占用帶寬越??；圖像質(zhì)量越高，用戶(hù)體驗則越好。其次，IPTV平臺應能兼容不同編碼標準的媒體文件，以適應今后業(yè)務(wù)的發(fā)展。最后，要求終端支持多種編碼格式或具備解碼能力在線(xiàn)升級功能。

目前主流的視頻編碼格式有以下幾種：MPEG-2(ISO/EC13818-2)、MPEG-4Part2(ISO/IEC14496-2)、H.264/AVC(即MPEG-4 Part10)、微軟的WMV-9、Real公司的視頻格式，前三者為公開(kāi)的國際標準，后兩者為企業(yè)的私有標準。 

MPEG-2是DVD標準之一，編碼比較簡(jiǎn)單，以TS(TransportStream)流方式傳輸為主。MPEG-4Part2標準開(kāi)放，同等條件下的編碼復雜度是MPEG-2的3倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的1.5～3倍。H.264是3GPP編碼標準之一，也是HD-DVD存儲格式之一，同等條件下的編碼復雜度是MPEG-2的4倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的4～8倍。微軟的WMV-9是HD-DVD存儲格式之一，同等條件下的編碼復雜度是MPEG-2的1.5～2倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的1.5～3倍。Real公司的視頻格式是在窄帶(主要的互聯(lián)網(wǎng))上進(jìn)行多媒體傳輸的壓縮編碼技術(shù)。 

H.264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。同時(shí)，由于標準的開(kāi)放性以及獲得了3GPP、DVDForum的支持，H.264已被大多數運營(yíng)商和產(chǎn)業(yè)界看好，它將成為IPTV乃至互聯(lián)網(wǎng)上其他視頻業(yè)務(wù)的編碼標準。

2、流媒體傳送技術(shù)

IPTV的核心業(yè)務(wù)是數字音視頻流業(yè)務(wù)，流媒體傳送技術(shù)相當重要，如果傳送技術(shù)高效可靠，不僅可以節約系統帶寬，還可以減輕系統負擔，使系統得到優(yōu)化。通常，IPTV系統中流媒體的傳送方式隨用戶(hù)接收方式不同而不同。從終端用戶(hù)看主要有點(diǎn)播和廣播兩種接收方式。

2.1點(diǎn)播接收方式下流媒體傳送

點(diǎn)播接收具有個(gè)性化，接收的內容和時(shí)間取決于用戶(hù)喜好，具有實(shí)時(shí)交互特點(diǎn)。同時(shí)，點(diǎn)播業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò )帶寬的需求也很大，為了避免大量消耗骨干帶寬，同時(shí)保證服務(wù)質(zhì)量，要求IP網(wǎng)絡(luò )能有效地將視頻流推送到用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò )，使用戶(hù)盡可能就近訪(fǎng)問(wèn)。內容分發(fā)網(wǎng)絡(luò )(CDN)就能提供這種支持。

CDN是一個(gè)建立并覆蓋在互聯(lián)網(wǎng)上的特殊網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)高效傳遞豐富的多媒體內容。它把流媒體內容從源服務(wù)器復制分發(fā)到最靠近終端用戶(hù)的緩存服務(wù)器上，當終端用戶(hù)請求某個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)，由最靠近請求來(lái)源地的緩存服務(wù)器提供服務(wù)。如果緩存服務(wù)器中沒(méi)有用戶(hù)要訪(fǎng)問(wèn)的內容，CDN會(huì )根據配置自動(dòng)到源服務(wù)器中，抓取相應的內容，提供給用戶(hù)。

CDN的實(shí)現需要依賴(lài)多種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的支持，主要包括負載均衡技術(shù)、動(dòng)態(tài)內容路由、高速緩存機制、動(dòng)態(tài)內容分發(fā)與復制、安全服務(wù)等。

2.2廣播接收方式下流媒體傳送

廣播接收在用戶(hù)看來(lái)是被動(dòng)的，用戶(hù)對內容選擇只限于所提供的頻道，是非交互型的。由于收看廣播的用戶(hù)收看的是相同內容，為了減少網(wǎng)絡(luò )帶寬浪費，廣播接收方式對IP網(wǎng)絡(luò )提出了組播功能要求。

組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)發(fā)送者(組播源)一次并同時(shí)發(fā)送單一的數據包到多個(gè)接收者的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。組播源把數據包發(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據包。在IPTV里，組播源往往僅有一個(gè)，即使用戶(hù)數量成倍增長(cháng)，主干帶寬也不需要隨之增加，因為無(wú)論有多少個(gè)目標地址，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，組內廣播”。組播提高了數據傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現擁塞的可能性。

根據組播復制點(diǎn)的位置，組播實(shí)現方式分為應用層組播、BARS組播和DSLAM組播。

3、寬帶接入網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

IPTV接入可以充分利用現有寬帶接入技術(shù)，主要有xDSL、FTTx+LAN、CableModem等三種。

3.1xDSL

目前，xDSL技術(shù)中最常用的技術(shù)有ADSL和VDSL。

ADSL是上下行傳輸速率不相等的DSL技術(shù)，它在一對雙絞線(xiàn)上提供的下行速率為1.5Mbit/s～8Mbit/s，上行速率為16Mbit/s～640kbit/s。目前ADSL是我國主要的寬帶接入方式，普通家庭用戶(hù)ADSL速率通常在下行1Mbit/s左右，而IPTV需要大約3Mbit/s的下行帶寬，因此，普通用戶(hù)ADSL可以通過(guò)提速支持IPTV業(yè)務(wù)。

VDSL在一對雙絞線(xiàn)上提供的下行速率為3Mbit/s-52Mbit/s，上行速率為1.5Mbit/s-2.3Mbit/s。因此，VDSL可以更好地支持IPTV業(yè)務(wù)。

3.2FTTx+LAN

FTTx技術(shù)是光纖到x的簡(jiǎn)稱(chēng)，它可以是光纖到戶(hù)(FTTH)、光纖到局(FTTE)、光纖到配線(xiàn)盒/路邊(FTTC)、光纖到大樓/辦公室(FTTB/O)。

光纖具有很寬的帶寬，可以說(shuō)，光纖到戶(hù)技術(shù)非常有利于開(kāi)展IPTV業(yè)務(wù)。

3.3CableModem

CableModem接入方式是利用有線(xiàn)電視的同軸電纜傳送數據信息，它的上下行速率可高達48Mbit/s。但CableModem是一種總線(xiàn)型的接入方式，同一條電纜上的用戶(hù)互相共享帶寬，在密集的住宅區，若用戶(hù)過(guò)多，CableModem一般難以達到較為理想的速率。 

4、IP機頂盒技術(shù)

IP機頂盒主要實(shí)現3方面的功能：a)與寬帶接入網(wǎng)連接，收發(fā)和處理IP數據和視頻流；b)對接收的視頻流進(jìn)行解碼，包括對MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、WMV、Real等編碼格式的解碼，支持視頻點(diǎn)播、電視屏幕顯示、數字版權管理等功能；c)支持HTML網(wǎng)頁(yè)瀏覽、網(wǎng)絡(luò )游戲等。

IPTV機頂盒所有功能的實(shí)現均基于高性能微處理器，嵌入式操作系統是對芯片實(shí)時(shí)解碼和純軟件實(shí)時(shí)解碼應用的基本支撐平臺。目前，IPTV機頂盒的嵌入式操作系統基本上分為嵌入式WinCE和嵌入式Linux兩類(lèi)。

4.1嵌入式WinCE機頂盒

WinCE最大特點(diǎn)是其API與Win32兼容，這有利于使用Windows環(huán)境開(kāi)發(fā)WinCE應用，此外，WMV-9播放器還可直接運行于WinCE，許多現成的Windows組件稍加改造就能應用于終端上的網(wǎng)絡(luò )管理以及視頻流控制等，這些對DSL低帶寬環(huán)境充分分享WindowsMedia優(yōu)秀成果而言，不能不說(shuō)是事半功倍的終端開(kāi)發(fā)捷徑。

4.2嵌入式Linux機頂盒

嵌入式Linux機頂盒以專(zhuān)用的多媒體微處理器為核心，輔以以太接口和視頻接口構成系統。多媒體微處理器帶有MPEG-2或MPEG-4實(shí)時(shí)解碼功能芯片。系統優(yōu)點(diǎn)是：a)視頻處理速度明顯提高，特別適合視頻直播系統應用；b)內存占用少，硬件結構緊湊，成本不高；c)Linux源代碼公開(kāi)，有大量免費優(yōu)秀開(kāi)發(fā)工具和應用軟件可用；d)Linux操作系統非常穩定，內核精悍，運行所需資源少，并有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能，支持的硬件數量龐大。高性?xún)r(jià)比是其最大特色。

5、結束語(yǔ)

IPTV是一項系統技術(shù)，技術(shù)復雜度較高，涉及到了信號處理、通信、計算機、微電子等眾多領(lǐng)域，它的發(fā)展需依靠整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。隨著(zhù)條件的成熟，IPTV將走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，使更多的人體驗到寬帶帶來(lái)的樂(lè )趣，使人們的生活質(zhì)量得到提高。同時(shí)，IPTV也拓展了運營(yíng)商的市場(chǎng)，帶來(lái)了很大的機遇，有利于信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。