浅析IPTV的技术及其发展策略

1 引言
   
　　IPTV是利用IP方式传输的广播电视服务，也被称为宽带网络数字电视。利用宽带网的基础设施，以家用电视机或电脑作为主要终端设备，融合互联网、多媒体、通信等多种技术，通过互联网络协议（IP）向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务。IPTV的结构如下图1。
   
　　从系统图中可以看出，IPTV业务与其它业务相似，总体上由前端业务平台、承载网络和终端用户系统构成。前端业务平台的内容有来自电视台的直播电视节目、卫星直播节目、SDH网传送的直播节目和自办节目，存储再放的时移节目，还有来处不同内容提供商提供的点播节目和信息服务。同时还有数字版权管理（DRM）系统、电子节目指南（EPG）、认证、授权、计费等运营支撑系统（BOSS），把业务内容通过流媒体系统输出至承载网络。承载网络包括IP骨干或城域网，内容分发系统（CDN）和铜线、双向HFC、无线（GSM或CDMA或WLAN）等接入网络。终端用户系统可能是TV、STB+TV、PC、CM+PC、手机等。

图1系统框图

2、IPTV的关键技术
   
　　2.1视音频编码
   
　　将视频信号数字化是IPTV内容提供的重要环节，视频编解码技术是IPTV的关键技术之一。目前数字化过程中主流的视频编码技术有：MPEG-2(ISO/EC13818-2)，MPEG-4Part2(ISO/IEC14496-2)，H.264/AVC(即MPEG-4Part10)，AVS，微软的WMV-9，Real公司的视频格式。常见的标准有MPEG-2，MPEG-4，H.264，AVS。它们有各自的特点。
   
　　MPEG-2是运动图象压缩标准，主要目的是提供标准数字电视和高清晰度数字电视的编码方案。该标准完全兼容MPEG-1标准，其处理能力可以达到广播级水平（即720×480像素），适用于1.5～80Mb/s编码范围。目前人们熟知的DVD就是采用的这种格式。
   
　　MPEG-4（Part2）是ISO为传输数码率低于64kb/s的实时图像设计的，是一种高效的编码标准，其编码效率是MPEG-2的1.4。它综合了数字电视、交互图形学和Internet等领域的多种技术，在大大提高了编码压缩率的同时，亦提高了传输的灵活性和交互性。
   
　　H.264，或称之为MPEG-4AVC，是一种由ITU-T与ISO/IEC正在联合进行开发的视频编解码方案，是我们最熟悉的MPEG-4标准的第10部分（ISOMPEG-4Part10）。它不仅能使MPEG-4节约50%的码率，而且引入了面向IP包的编码机制，更加有利于网络中的分组传输。H.264还具有高的编码效率和图像质量，代表了编解码技术的发展方向。
   
　　AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。它包括系统，视频，音频，数字版权管理等四个主要技术和一致性测试等支持标准。其编码效率比MPEG-2高2～3倍；与AVC相当，且技术方案简洁，芯片实现复杂难度低：编码效率和重建图像质量也与H.264相当，又减少了CABAC等实现难度大的技术，从而增加了可实现性。
   
　　2.2数字版权管理(DRM)
   
　　由于缺乏有效的保护机制，IPTV发展将受到的阻碍和瓶颈，其目前的解决方法是DRM。DRM技术是保护内容提供者的私有视频，音乐或其他视频的版权提供的一种技术手段。它的工作原理是：媒体制作者在节目制作阶段将版权信息嵌入到媒体内容之中，并通过加密方式对其加以保护。当需要验证媒体合法性的信息时，再通过技术方法或手段从媒体之中将版权信息读取出来，这样就可以进行版权信息的比对了。DRM是一个系统概念，包含数字版权信息使用、受保护的数字媒体内容的管理和分发。目前使用较广泛的DRM是数字水印(DigitalWatermark)。它使用一定的算法，把相关版权信息写入内容的某些标志性信息内，来实现证明版权归属和跟踪侵权行为的目的。
   
　　2.3多播技术
   
　　IPTV根据视频流的两种接收方式：广播接收和点播接收，不同的接收方式的承载技术不同。广播接收是非交互式的，对IP网络的承载技术提出了多播的要求；点播接收具有实时交互的特点，要求IP网络承载技术能将视频流推送到用户接入网络。IP组播将IP数据包从一个源发送到多个目的地，即将信息的拷贝发送到一组地址的所有接收者；IP组播将IP数据包传输到一个构成组播群组的主机集合，组群的各个成员可以分布于各个独立的物理网络组播群组成员意见的关系是动态的，成员可以随时加入或者退出；IP组播能够有效地节省带宽和资源，方便网络容量的管理和控制开销，大大减轻发送服务器的负荷，减少主干网的堵塞。

2.4内容分发网络(CDN)技术
   
　　CDN的全称是ContentDeliveryNetwork，即内容分发网络。它是通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，其目的是通过CDN把互联网视频和网页内容分发到靠近用户端的CDN节点，使用户可以就近取得所需的内容，提高用户访问网站的响应速度。CDN技术是将多点负载均衡，路由或缓存技术结合起来，利用智能分配技术，将内容根据来访用户的地点，按就近访问的原则分配到多个节点。从用户的角度讲，通过CDN系统，得到响应的时间被缩短，数据传输的稳定性被提高，从而提高了网络服务的总体性能。
   
　　CDN网络架构主要分为中心和边缘两大部分，中心指CDN网管中心和域名服务器DNS重定向解析中心，负责全局负载均衡，设备系统安装在管理中心机房，边缘主要指异地节点，CDN分发多媒体内容的载体，主要由高速缓存服务器Cache和负载均衡器等组成。实现CDN的主要技术手段是高速缓存、镜像服务器。可工作于DNS解析或HTTP重定向两种方式，通过Cache服务器，或异地的镜像站点完成内容的传送与同步更新。DNS方式用户位置判断准确率大于85%，HTTP方式准确率为99%以上；一般情况，各Cache服务器群的用户访问流入数据量与Cache服务器到原始网站取内容的数据量之比在2：1到3：1之间，即分担50%到70%的到原始网站重复访问数据量（主要是图片，流媒体文件等内容）；对于镜像，除数据同步的流量，其余均在本地完成，不访问原始服务器。
   
　　CDN技术优势：可减少网络宽带，访问时延，响应时间，提高网络性能与网站内容的可用性；提高网站资源的控制能力，智能分配内容和进行流量管理；内容提供商可在本地决定服务内容，内容是动态的，且发送的内容是受保护的；低成本的提供内容，提高了服务内容，服务质量和服务速度。CDN为在宽带网上开展业务、部署应用开辟了全新的途径，具有广阔的市场前景和长期的盈利空间。

2.5机顶盒(STB)
   
　　IPTV机顶盒类似于数字电视机顶盒，有软件和硬件两大部分组成。机顶盒的硬件分为三类：基于专用芯片的构架(SOC+ASIC)；基于多媒体数字信号处理器(DSP)架构，可以很方便地实现MPEG-2/4视频和音频处理、H.264视频处理，同时还支持其他用于IPTV的编解码标准，和基于X86架构的平台。
   
　　IPTV机顶盒作为用户接收端设备，与承载网络连接，将接收到的IP数据转换成电视屏幕可以显示的数据;在接入支持方面，STB一般需要支持目前应用较多的LAN或xDSL或WLAN等多种宽带接入方式，未来还要提供FTTH接入支持；在协议支持方面，STB需要支持TCP/UDP/IP协议族来完成互操作信息的网络传输，以及IP数据和视频流媒体数据的接收和处理工作；在对接收的视频流进行解码支持方面，一般需要支持的标准格式为MPEG-2MPEG-4，H.264,AVS,WMV，Real等。此外，STB还支持视频点播，数字版权管理，HTML网页浏览，内容缓存，交互控制和业务及网络管理功能。

作者：袁济生 陆 美   来源：中国数字电视