IPTV业务特点和相关技术

IPTV是在电信网络IP技术架构基础上实现多媒体视频节目互动传播的方式。用户可以通过“IP机顶盒+电视”的方式获得IPTV服务。

　　IPTV是建立在宽带网络基础之上的业务。随着宽带用户逐步增多，以影视服务为主的宽带流媒体服务成为宽带增值业务中重要的服务，获得了广大用户的喜爱。最近几年，中国电信、中国网通等运营商经过大规模的宽带网络升级、改造及对宽带用户的努力培育之后，截止到2004年12月底，已拥有4280万户宽带用户，初步具备了通过高速互联网向用户提供IPTV业务的用户基础和技术基础。因此，IPTV被运营商认为是当前宽带网络上最具发展潜力、最具盈利前景的热点宽带增值应用之一。

　　就宽带网络覆盖的用户来说，目前主要是计算机终端用户，而中国的电视机普及率远远高于PC机，因此，作为家庭接入的宽带网，如果能覆盖到电视终端，那么其潜在的用户市场将大大拓展。因此，运营商需要逐渐从对PC终端的关注转向对电视机终端的关注。同时，对于宽带流媒体服务来说，也需要进行接入终端的扩展，从现有的PC终端扩展到机顶盒终端，使宽带网络逐步进入用户的家庭娱乐领域，成为生活娱乐的一部分。因此开展基于电视机终端的、使用机顶盒、以视频服务为主的IPTV服务，成为电信运营商关注的焦点和下一步宽带网络发展的关键。

　　IPTV具有非常鲜明的特点，可以实现媒体服务者和消费者互动，能根据用户的选择提供内容广泛的多媒体服务。利用机顶盒，用户在电视机前按动遥控器，就可以通过宽带网络进行影视节目点播、交互电视、收听音乐、信息查询等工作，进而实现家庭购物、远程医疗、电视教育、电子函件、旅游指南、订票预约、股票交易等服务，极大地提高和改善生活质量和工作效率。

　　综上所述，IPTV是一项极具市场前景的增值应用。首先，其用户是电视用户，潜在消费群体巨大；其次，它能够充分利用现有网络资源，以增值运营带动宽带接入；再次，通过IPTV能够提高运营商形象，提升用户忠诚度，增强企业竞争力。

IPTV的特点

　　IPTV集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，在技术上具有以下特点。

　　首先，业务开展主要基于宽带IP网，与有线网需要进行双向改造相比，先天就有交互性优势。在传统的广播方式里，所有的观众只能被动地接收，无法与节目内容互动，但IPTV与这种一点对多点传播方式不同，可提供建立在通信网络上的互动性视频服务，让用户可以有多种选择。例如，用户可以在任何时间点播那些已经播过但自己又非常感兴趣的节目，可以对节目进行快进、慢放等调节。

　　其次，除了能提供单向的类似电视的频道制视频直播之外，利用互联网信息资源的优势，IPTV还可以为用户提供包括数字电视节目、可视电话、VOD、互联网浏览、网络游戏、网上购物和远程教育等在内的交互式多媒体信息服务，提供丰富的信息。

　　再次，IPTV平台可开发性强，能够在改动量小的情况下支持不同的视频编码标准。随着视频压缩技术的发展，现在，视频编码效率已经大大提高，这使得在同样带宽条件下视频质量迅速提升，有效节省了网络带宽。

　　当然，目前国内电信宽带接入主要采用ADSL技术，速率较低；另外，IP网与Cable网相比，存在丢包率高、安全性低等不足。但随着ADSL2+、VDSL等新技术的采用，以及IP网QoS的部署，这些缺陷都将得到弥补。同时，随着业务的发展，IPTV机顶盒成本也会不断降低，接近Cable TV机顶盒的水平。

IPTV的传送方式

　　IPTV的核心业务是为用户提供高质量的数字音视频服务，主要采用音视频点播、音视频直播等传送方式。

　　音视频点播

　　音视频点播业务是个性化服务，带宽需求高。为避免对骨干带宽的大量消耗，同时保证服务质量，要求节目尽可能推送到网络边缘，用户尽可能就近访问。

　　内容分发网络(CDN)可提供上述支持能力。CDN是一个建立并覆盖在互联网上的一层特殊网络，专门用于通过互联网高效传递丰富的多媒体内容。其边缘节点分布于城域网并靠近用户一端的网络侧，用于把网站的内容发布到最接近用户的网络“边缘”，让用户可以就近取得所需的内容。因而，CDN可以提高互联网中信息流动的效率，从技术上解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因造成的“拥塞”，提高用户访问网站的速度。

　　CDN系统由各种Cache服务器组成，将这些Cache服务器分布到用户访问相对集中的地区或网络中，在用户访问业务内容时，利用全局负载均衡技术(GSLB)，将用户的访问指向到离用户距离最近的工作正常的Cache服务器上，由Cache服务器直接响应用户的请求。如果Cache服务器中没有用户要访问的内容，它会根据配置自动到源服务器去抓取相应的内容并提供给用户。CDN的实现需要依赖多种网络技术的支持，主要包括负载均衡技术、动态内容路由、高速缓存机制、动态内容分发与复制、安全服务等。

　　音视频直播

　　音视频直播类业务的特点是，频道固定，数据传输带宽要求较高，访问量大。与点播类业务不同，收看直播节目的用户看到的是相同的内容，因此，网络适合采用组播方式向用户提供服务。组播技术可以减少直播对带宽资源的占用。因此，IPTV承载网应提供对组播的支持。

　　组播是一种允许一个或多个组播源，一次并同时发送单一数据包到多个接收者的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组，只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。在IPTV里，组播源往往仅有一个，即使用户数量成倍增长，主干带宽也不需要随之增加，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条主干链路上只传送单一视频流，即所谓“一次发送，组内广播”。可见，组播提高了数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性。

根据组播复制点的位置，组播主要实现方式有以下几种：

　　第一，应用层组播。由于组播技术目前在网络上还得不到很好的支持，缺乏运营管理，因此，可在CDN系统中实现应用层组播。直播源在源服务器与边缘节点的Cache服务器之间以单播方式传送，而边缘节点的Cache服务器将传送过来的这个输入流“复制”成多个输出流，与多个用户机顶盒建立单播连接，向多个用户机顶盒单播传送同一个内容，实现同时为多个用户提供直播服务，从而在应用层实现IP组播同样的功能。这种方式的特点在于，减少了对骨干网带宽的占用；无需对现网进行调整；可以充分利用CDN系统良好的认证计费支持。但随着用户数量的上升，需要增加CDN边缘节点并使其逐渐向用户侧靠近，增加了CDN网络自身投资和复杂度，因此，建议在IPTV业务开展初期使用。

　　第二，BRAS支持组播。若BRAS及其以下的网络设备可以支持组播，则可以通过BRAS开展组播业务。这种组播方式可以使用PPPoE认证，用户机顶盒与BRAS之间建立PPPoE隧道，由BRAS设备作为组播源实现组播复制，把组播内容复制到PPPoE隧道，所有的单播、组播、控制数据流都在PPPoE隧道里传送，用户机顶盒加入组播组获取直播内容。通过BRAS实现组播视频业务时，每个用户均有一个来自BRAS的单播流需要通过整个汇聚和接入网络，这大大增加了BRAS规模和汇聚网络的压力；同时，由于面向用户的组播复制点是BRAS，因此，对BRAS的下联带宽要求很高。所以，BRAS支持组播不适合大规模IPTV的组网。建议在IPTV业务开展初期使用。

　　第三，DSLAM支持组播。若DSLAM及其以下的网络设备可以支持组播，则可以通过DSLAM开展组播业务。这种方式需要DSLAM支持组播及视频功能，但传统的基于ATM内核的DSLAM组播能力始终难以达到规模商用的水平，这直接影响了IPTV业务的发展。随着IP内核DSLAM技术的发展，DSLAM解决了组播复制问题，DSLAM已具备相当大的组播能力，有些新型IP DSLAM已能提供内嵌的PPPoE认证，可识别IPTV用户，进行本地认证、组播复制与管理，而对上网用户仍旧透传，由BRAS集中管理。由于DSLAM支持组播方式的复制点较上两种方式更接近用户，因此，对骨干和汇聚网络压力最小，更适合于大规模的IPTV商用。

IPTV使用的编码方式

　　IPTV业务将提供高质量的数字音视频业务，而标准清晰度或高清晰度质量的未压缩数字视频要以几十Mbit/s左右的速率才能传送，因此，为了降低传输带宽和存储需要，视频必须以压缩形式传送，并且需要根据IPTV业务的用户带宽需求选取合适的视频压缩编码技术。

　　当前中国电信运营商提供的宽带接入方式主要以512kbit/s至2Mbit/s速率的ADSL为主，因此，在IPTV系统上主要采用MPEG-4、WMT和H.264标准的视音频压缩编码算法。

　　MPEG-4

　　运动图像专家组(MPEG)于1999年2月正式公布了MPEG-4(ISO/IEC14496)标准第一版本。同年年底，MPEG-4第二版完成，并于2000年年初正式成为国际标准。现在一般所谈到的MPEG-4都是指MPEG-4的第2版。MPEG-4算法与MPEG-1和MPEG-2相比有很大改进，拥有更高的编码效率，数据率相对较低，使得视频、音频在低带宽信道上传送成为可能。MPEG-4可对视频信号提供5kbit/s与10Mbit/s之间变化的处理；对音频信号可在6kbit/s的4kHz长话音质与多通道广播级音质之间进行处理。这种可升级性，使得音频与视频数据可以经专门调整，以适应实际环境。

　　MPEG-4在编码高清质量的IPTV节目时，通常的编码速率为768kbit/s到2Mbit/s之间。音频编码通常采用MP3或AAC编码，数据码率在64kbit/s至128kbit/s之间。在采用AAC编码时，典型比特流为96kbit/s，音质超过128kbit/s的MP3编码。

　　WMT

　　WMT(Windows Media Technology)是Microsoft提出的信息流式播放方案，其主要目的是在Internet和Intranet上实现包括音频、视频信息在内的多媒体流信息的传输。

　　WMV(Windows Media Video)是Microsoft视频技术的首要编解码器，已发展到第9版，它派生于MPEG-4，几个专有扩展功能使其可在给定码率下提供更好的图像质量，可以支持True-VBR(真正动态变量速率编码，能保证下载过程中影像的品质)和Two-Pass编码技术。WMA(Windows Media Audio)是Microsoft音频技术的首要编解码器，编解码器类似于MP3。

　　H.264

　　H.264是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG组成的联合视频组(Joint Video Team，JVT)开发的最新数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。目前该标准还在开发之中，预计2005年上半年可正式通过。

　　在技术上，H.264标准采用了许多新算法，如统一的VLC符号编码，高精度、多模式的位移估计，基于4×4块的整数变换，分层的编码语法等。这些措施使得H.264算法具有很高的编码效率，在相同的重建图像质量下，能够比H.263节约50%左右的码率。其码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。为了更好地完成运动估计，H.264显著增加了可变块尺寸的种类和可变参考帧的数目。新技术的使用使H.264在略低于1Mbit/s的传输速度下播放质量达到DVD水平，有望比目前MPEG-4实现的视频格式在性能方面提高33%。

　　尽管H.264尚未最后定稿，但其更高的压缩比、更好的信道适应性，必将在数字视频的通信或存储领域得到越来越广泛的应用，其发展潜力不可估量。

　　从总体上说，H.264性能的改进是以增加复杂性为代价而获得的。据估计，编码的计算复杂度大约相当于H.263的3倍，解码复杂度大约相当于H.263的2倍。但是，随着技术的发展，这种复杂性的增加是在技术可接受范围之内的。

表1　IPTV采用的主要视音频压缩编解码算法特点比较

MPEG-4
WMV9
H.264

标准开放性
基于标准的、多厂家支持。但可选项多，影响厂商间互通性，需对标准进行规范
私有协议
基于标准的、多厂家支持

数字标清DVD质量所需传输码率(720×576/720×480)
1.2-1.5Mbit/s
1.2-1.5Mbit/s
＜1.2-1.5Mbit/s

技术成熟度
成熟
成熟
基本成熟

压缩比
高
高
最高

终端支持
较多
较多
较少

　　表1对IPTV系统采用的主要视音频压缩编解码算法的特点进行了比较。其中，MPEG-4与WMV9作为当前比较成熟的视音频编码标准，在相同码流下视频质量接近。MPEG-4标准自身可选项较多，运营商需对标准进行规范，以保证厂商间互通性。WMV9是一个私有的技术，没有MPEG-4这样的缺点，但标准的开放性较差。运营商可以根据自己的需求在这两种标准中选择。H.264作为下一代的视音频编码标准，在相同码流下视频质量较MPEG-4和WMV9有了相当程度的提高，可以在不增加带宽的情况下大幅度提升IPTV业务质量，因此，有条件成为未来大规模商用的主要编码标准。