ＩＰＴＶ技術(shù)淺議

王　昆　李曉峰　王洪祥

濟(jì)南 250101；3.濟(jì)南卷煙廠，山東 濟(jì)南 250104)

摘要：介紹了IPTV的基本概念，特征，組成，并按照形態(tài)劃分來(lái)介紹IPTV和它的業(yè)務(wù)內(nèi)容，著重綜述了IPTV涉及的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)對(duì)比了國(guó)外和國(guó)內(nèi)IPTV發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，分析了我國(guó)IPTV發(fā)展遇到的難點(diǎn)問(wèn)題，最后對(duì)其發(fā)展作出了展望。

關(guān)鍵詞：IPTV；視頻點(diǎn)播；數(shù)字版權(quán)管理；內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)；電子節(jié)目指南

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)18-2pppp-0c

Overview of IPTV Techonlogy

WANG Kun1,LI Xiao-feng2,WANG Hong-xiang3

(1.School of Information Science and Technology,Shandong Institute of Light Industry,Jinan 250353,China;2.School of Computer Science and Technology,Shandong Jianzhu University,Jinan 250101;3.Jinan Cigarette Factory,Jinan 250104,China)

Abstract:Basic concept,characters,constructions of IPTV are introduced as well as its forms and business contents,key technologies refer to IPTV are presented highlightly.At the same time,the history and current situation of IPTV between overseas and domestic are compared,the confronting difficulties in development of our country's IPTV are analysed,at the end,the prospect of IPTV is proposed.

Key words:IPTV;VOD;DRM;CDN;EPG

1 IPTV的概念

IPTV[1],Internet Protocol Television(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電視)的簡(jiǎn)稱，是IP與TV結(jié)合的產(chǎn)物，是將電視，視頻節(jié)目

源流化為IP信元，運(yùn)用IP的存儲(chǔ)、交換技術(shù),通過(guò)雙向網(wǎng)絡(luò)，依照命令進(jìn)行即時(shí)的內(nèi)容選擇，用戶可以任意選擇節(jié)目的起點(diǎn)和終點(diǎn)，控制播放進(jìn)程和時(shí)序。

IPTV的簡(jiǎn)要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖：

圖1 IPTV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

從圖1可以看出，IPTV是個(gè)雙向的網(wǎng)絡(luò)，這是與傳統(tǒng)的廣播電視最大不同的地方。傳統(tǒng)廣播電視是按照預(yù)先設(shè)置的節(jié)目時(shí)間表進(jìn)行播放，用戶只能被動(dòng)接受，播放過(guò)程也不能實(shí)現(xiàn)倒退、暫停等功能。而IPTV保證用戶指令和系統(tǒng)命令總是處于實(shí)時(shí)的交互中，節(jié)目的選擇、播放和控制都是由用戶來(lái)操控的。

2 IPTV的特征

(1)用戶可有極為廣泛的自由度選擇各網(wǎng)站提供的視頻節(jié)目。

(2)IPTV可根據(jù)用戶的選擇配置多媒體服務(wù)，包括數(shù)字電視節(jié)目，游戲，瀏覽網(wǎng)頁(yè)等多種在線咨詢、娛樂(lè)、教育及商務(wù)功能。

(3)用戶可以得到接近DVD水平的數(shù)字媒體服務(wù)。

3 IPTV的組成

IPTV系統(tǒng)總體上可分成三個(gè)部分：發(fā)送部分，傳輸部分和接收部分。各個(gè)部分都有相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)成，完成具體的功能。

發(fā)送部分完成電視節(jié)目的錄制，編輯，存儲(chǔ)，檢索和發(fā)送等功能，并將傳統(tǒng)的視音頻文件處理轉(zhuǎn)換成為能在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。主要設(shè)備有編碼器，存儲(chǔ)器等。

傳輸部分主要是把第一步轉(zhuǎn)換成的數(shù)字節(jié)目傳輸?shù)侥康挠脩?。主要的設(shè)備是IP視頻服務(wù)器，路由器，交換機(jī)，以TCP/IP為主要協(xié)議的寬帶骨干網(wǎng)，城域網(wǎng)和接入網(wǎng)等。

接收部分負(fù)責(zé)接收和識(shí)別傳送來(lái)的內(nèi)容，并將它們轉(zhuǎn)換成人們能夠直接識(shí)別的信息。

4 IPTV的基本形態(tài)

IPTV承載網(wǎng)絡(luò)分別有IP網(wǎng)，同軸電纜網(wǎng)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)三種。根據(jù)IPTV的終端，分為PC平臺(tái)，TV+機(jī)頂盒[2]和手機(jī)平臺(tái)。目前PC平臺(tái)和TV+機(jī)頂盒的方式比較普遍。

4.1 以PC為終端的IPTV

通過(guò)PC收看網(wǎng)絡(luò)電視是當(dāng)前的主要方式，基于PC平臺(tái)的解決方案和產(chǎn)品也比較成熟和兼容。從節(jié)目?jī)?nèi)容的來(lái)源看，主要來(lái)自廣電媒體和門戶網(wǎng)站：

(1)廣電媒體的視頻播放網(wǎng)站：傳統(tǒng)的廣電媒體將自身的音視頻資源與網(wǎng)絡(luò)傳播結(jié)合起來(lái)，建立視頻播放的網(wǎng)站,但這種方式需要進(jìn)行視頻壓縮，畫面質(zhì)量必然有所下降。

(2)網(wǎng)站經(jīng)營(yíng)的IPTV：綜合網(wǎng)站為了拓展業(yè)務(wù)，豐富寬帶內(nèi)容，也開辟網(wǎng)絡(luò)電視的板塊，包括電視劇，電影，音樂(lè)等節(jié)目，在遇到重要活動(dòng)時(shí)，網(wǎng)站也會(huì)進(jìn)行視頻直播。

4.2 以TV+機(jī)頂盒為終端的IPTV

TV本身并沒(méi)有存儲(chǔ)功能，不支持軟件安裝，也無(wú)法像手機(jī)那樣加裝流媒體支持功能，所以必須加裝一個(gè)將IP數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成TV可以接受的信號(hào)的機(jī)頂盒作中介才能收看IPTV節(jié)目。這種方式以IP機(jī)頂盒為聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以TV為顯示終端，有大量的用戶群。

5 IPTV的業(yè)務(wù)內(nèi)容

5.1 電視類業(yè)務(wù):比如廣播電視，點(diǎn)播電視。廣播電視節(jié)目是原來(lái)所有電視收費(fèi)頻道的節(jié)目，點(diǎn)播電視一般說(shuō)來(lái)就是VOD(video on demand，視頻點(diǎn)播)[3]服務(wù)，用戶可以通過(guò)IPTV業(yè)務(wù)進(jìn)行視頻節(jié)目的點(diǎn)播，可在線觀看也可以下載到本地收看。

5.2 通信類業(yè)務(wù):主要是基于語(yǔ)音業(yè)務(wù)、即時(shí)通信服務(wù)、電視短信等。語(yǔ)音業(yè)務(wù)基本是語(yǔ)音聊天的語(yǔ)音服務(wù)。電視短信服務(wù)能夠接受來(lái)自手機(jī)、機(jī)頂盒、電子郵件、網(wǎng)站等各種消息源數(shù)據(jù)，以圖文方式發(fā)送給指定的機(jī)頂盒用戶。

5.3增值類業(yè)務(wù):指電視購(gòu)物、互動(dòng)廣告、在線游戲等。電視購(gòu)物就是用戶在線購(gòu)買網(wǎng)站推薦的商品?；?dòng)廣告包括所有形式的網(wǎng)絡(luò)廣告、無(wú)線廣告和交互電視廣告。在線游戲包括現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)游戲等能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的游戲。

6 IPTV的關(guān)鍵技術(shù)

6.1 視頻編碼技術(shù)

因IPTV帶寬有限，如何使得在有限帶寬上傳輸?shù)墓?jié)目接近或達(dá)到DVD的水平，使IPTV達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)清晰度的標(biāo)準(zhǔn)就成為很重要的問(wèn)題，此外廣電節(jié)目普遍采用MPEG2[4]格式，為方便格式轉(zhuǎn)換，必須要求編碼能對(duì)MPEG2進(jìn)行壓縮，這樣與MPEG2的對(duì)比也成為衡量視頻編碼解碼技術(shù)的主要參數(shù)。

(1)MPEG4[5]標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介：

MPEG4是動(dòng)態(tài)圖像專家組的縮寫。適于交互AV服務(wù)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前主要被用于三個(gè)領(lǐng)域：數(shù)字電視、交互式的圖形應(yīng)用、交互式多媒體領(lǐng)域等?？傮w說(shuō)MPEG4有幾方面的優(yōu)勢(shì)。首先，作為一個(gè)國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)具有很好的兼容性；其次，MPEG4在提供高壓縮比的同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的損失很小，且傳輸速率不高。

(2)H.264[6]標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介：

H.264是ITU-T視頻編碼專家組和ISO/IEC活動(dòng)圖像編碼專家組(MPEG)的聯(lián)合視頻組(JVT)開發(fā)的一個(gè)新的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。相比傳統(tǒng)的MPEG4，H.264壓縮率更高，可達(dá)到MPEG4的2倍，但相對(duì)的是壓縮時(shí)間也更長(zhǎng)，大約是1.5倍。

(3) AVS[7]標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介：

AVS標(biāo)準(zhǔn)是“數(shù)字音視頻編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的簡(jiǎn)稱，其核心是把數(shù)字視頻和音頻數(shù)據(jù)壓縮為原來(lái)的幾十分之一以下，AVS包括系統(tǒng)、視頻、音頻等三個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)和一致性測(cè)試等支撐標(biāo)準(zhǔn)，這是我國(guó)自主制定的開放標(biāo)準(zhǔn)。AVS具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)性能高，編碼效率是MPEG2的2倍以上，與H.264的編碼效率處于同一水平;(2)復(fù)雜度低，算法復(fù)雜度比H.264明顯低,軟硬件實(shí)現(xiàn)成本都低于H.264；(3)我國(guó)掌握主要知識(shí)產(chǎn)權(quán)，專利授權(quán)模式簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。

6.2 數(shù)字版權(quán)管理(DRM)[8]技術(shù)

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多媒體內(nèi)容的傳播非常容易，隨之版權(quán)問(wèn)題備受重視。數(shù)據(jù)數(shù)字版權(quán)管理(Digital Rights Management，簡(jiǎn)稱DRM)技術(shù)為內(nèi)容提供者保護(hù)他們的數(shù)據(jù)版權(quán)提供了一種手段。DRM技術(shù)通過(guò)對(duì)數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行加密和附加使用規(guī)則對(duì)數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)，其中使用規(guī)則可以斷定用戶是否符合播放數(shù)字內(nèi)容的條件，它一般可以防止內(nèi)容被復(fù)制或者限制內(nèi)容的播放次數(shù)。DRM工作原理是：媒體制作者在節(jié)目制作階段將版權(quán)信息嵌入到媒體內(nèi)容之中，并通過(guò)加密方式對(duì)其加以保護(hù)。當(dāng)需要驗(yàn)證媒體合法性的信息時(shí)，再通過(guò)技術(shù)方法或手段從媒體之中將版權(quán)信息讀取出來(lái)，這樣就能進(jìn)行版權(quán)信息的比對(duì)了。

6.3 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Distribution Network，CDN）[10]技術(shù)

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)是建立在內(nèi)容分發(fā)技術(shù)上的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和整體系統(tǒng)，是在流量管理、負(fù)載均衡和分布式技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種分發(fā)緩存技術(shù)，采用將緩存服務(wù)器放置于Internet的邊緣節(jié)點(diǎn)處，通過(guò)負(fù)載均衡等算法實(shí)現(xiàn)資源的就近分配和就近訪問(wèn)原則，把視頻和網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容分發(fā)到靠近用戶端的CDN節(jié)點(diǎn)．

因?yàn)殡娨曈^眾對(duì)視頻信號(hào)的質(zhì)量及實(shí)時(shí)性要求遠(yuǎn)比其對(duì)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容高得多，而原架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)又無(wú)法承載完整的IPTV業(yè)務(wù)，這就對(duì)CDN提出了更高的要求，諸如需要存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，提供支持流媒體能力，支持急劇擴(kuò)大的客戶數(shù)據(jù)流量，以及提供更高的服務(wù)質(zhì)量等。此時(shí)CDN網(wǎng)絡(luò)除了提高用戶響應(yīng)速度之外，還要減輕巨大的數(shù)據(jù)流量對(duì)骨干網(wǎng)的壓力。

6.4 電子節(jié)目指南(Electronic Program Guide，EPG，電子節(jié)目菜單)技術(shù)

EPG是 IPTV的一個(gè)門戶系統(tǒng)，界面與Web頁(yè)面類似，提供各類菜單、鏈接等可供用戶直接選擇。用戶通過(guò)EPG了解節(jié)目的名稱、播放時(shí)間等信息，并實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)目的檢索和訪問(wèn)。

6.5 機(jī)頂盒技術(shù)

IPTV機(jī)頂盒相當(dāng)于嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，并接入寬帶網(wǎng)絡(luò)，將接收到的數(shù)據(jù)流解壓，轉(zhuǎn)換成模擬視音頻信號(hào)輸出至電視機(jī)，實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播等功能。

IPTV機(jī)頂盒的主要功能：(1)接收并處理流媒體數(shù)據(jù)；(2)視音頻解碼功能：支持WMV,Real,MPEG-4,H.264或AVS等數(shù)字視音頻文件的解壓縮和解碼；(3)支持用戶認(rèn)證功能，數(shù)字版權(quán)管理，計(jì)費(fèi)等功能；(4)支持用EPG瀏覽節(jié)目及頻道列表；(5)支持交互式應(yīng)用：用戶通過(guò)機(jī)頂盒內(nèi)置客戶端軟件，交互實(shí)現(xiàn)節(jié)目的播放，停止，可實(shí)現(xiàn)時(shí)移電視，視頻點(diǎn)播等功能。

7 IPTV的發(fā)展?fàn)顟B(tài)

7.1 國(guó)外IPTV業(yè)務(wù)發(fā)展?fàn)顩r

自英國(guó)Video Networks公司在1999年推出IPTV業(yè)務(wù)以來(lái)，國(guó)外許多電信運(yùn)營(yíng)商相繼進(jìn)入IPTV，主因在于技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求的擴(kuò)大：(1)視頻壓縮技術(shù)的進(jìn)步，使得視頻節(jié)目能夠以較低碼率提供較好的畫質(zhì)；(2)全球?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為IPTV業(yè)務(wù)的傳輸提供了穩(wěn)定通路；(3)電信運(yùn)營(yíng)商在大力發(fā)展寬帶的同時(shí)卻沒(méi)有從中得到足夠的收益，寬帶的盈利方式還是局限在接入費(fèi)用的收取上；(4)用戶對(duì)綜合信息服務(wù)要求越來(lái)越高。

7.2 運(yùn)營(yíng)模式

在北美和歐洲部分國(guó)家，政府放松了對(duì)有線電視業(yè)和電信運(yùn)營(yíng)業(yè)相互進(jìn)入的管制，彼此開始滲透。有線電視運(yùn)營(yíng)商進(jìn)入電信市場(chǎng)的一般路線是先為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入，隨后滲透到IP電話領(lǐng)域。針對(duì)有線電視運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)，歐美許多電信運(yùn)營(yíng)商也開始部署以電視為主的視頻業(yè)務(wù)，同樣推出了融合IPTV和寬帶接入以及電話業(yè)務(wù)的電信領(lǐng)域的triple-play（語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻三合一）的業(yè)務(wù)模式，以期在競(jìng)爭(zhēng)中保持有利地位。

7.3 國(guó)內(nèi)IPTV的發(fā)展?fàn)顟B(tài)及問(wèn)題

IPTV在我國(guó)的發(fā)展尚處起步階段，在政策體制、技術(shù)手段、業(yè)務(wù)模式等方面均不成熟，存在一些制約我國(guó)網(wǎng)絡(luò)電視發(fā)展的問(wèn)題。

7.3.1 政策方面

政策與監(jiān)管是IPTV發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前我國(guó)IPTV發(fā)展的最大障礙是相關(guān)政策不明朗、監(jiān)管滯后，這使IPTV從試驗(yàn)階段推進(jìn)到商用階段仍有較大風(fēng)險(xiǎn)。IPTV的出現(xiàn)要求廣電和電信兩大行業(yè)必須進(jìn)行相應(yīng)的合作。但國(guó)家規(guī)定凡是視頻內(nèi)容，由廣電部門進(jìn)行管理，具有內(nèi)容發(fā)布權(quán)。而從電信的角度看，IPTV是互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和技術(shù)的延伸，也屬于信息產(chǎn)業(yè)部的管理范圍，認(rèn)為IPTV是政策的一個(gè)灰色地帶。

7.3.2 技術(shù)方面

目前我國(guó)大多數(shù)寬帶用戶的接入方式采用ADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶線路），盡管ADSL可以傳送IPTV節(jié)目，但用收看IPTV仍面臨以下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）速率問(wèn)題：目前1M的ADSL網(wǎng)速很慢，很大原因是個(gè)別Web服務(wù)器繁忙或上網(wǎng)軟件和操作系統(tǒng)之間的兼容問(wèn)題而導(dǎo)致網(wǎng)速很慢。而IPTV的帶寬以6－8M接入為限，因此ADSL用戶還較難高質(zhì)量地在線收看IPTV。

（2）傳輸距離問(wèn)題：ADSL業(yè)務(wù)從局端到用戶端設(shè)備的線路距離越長(zhǎng)，衰減越大，當(dāng)ADSL傳輸距離超過(guò)規(guī)定后，將直接導(dǎo)致線路速率下降，誤碼率和丟包率提高、甚至“掉線”或無(wú)法激活。

（3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的兼容性問(wèn)題

目前網(wǎng)絡(luò)骨干網(wǎng)的大規(guī)模改造進(jìn)度不一，中國(guó)電信（大規(guī)模地配置高性能骨干節(jié)點(diǎn)路由器）下一代網(wǎng)絡(luò)“CN2”已進(jìn)入建設(shè)階段（同時(shí)覆蓋省市地二級(jí)網(wǎng)也在進(jìn)行），但對(duì)中國(guó)網(wǎng)通而言，網(wǎng)絡(luò)改造已經(jīng)落后于中國(guó)電信，此外網(wǎng)通傳輸帶寬和業(yè)務(wù)質(zhì)量控制能力雖然做好了準(zhǔn)備，但入網(wǎng)的改造卻還存在很多爭(zhēng)執(zhí)。

8 結(jié)束語(yǔ)

由于在政策，技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)上還存在諸多限制，IPTV在國(guó)內(nèi)的發(fā)展還需要一段時(shí)間的準(zhǔn)備期。同時(shí)高昂的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和改造成本也需要運(yùn)營(yíng)商尋求更好的盈利模式來(lái)彌補(bǔ)介入收入的不足。隨著三網(wǎng)（電視網(wǎng)，電信網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)）合一時(shí)代的到來(lái)，業(yè)務(wù)的融合不可避免，雖然當(dāng)前IPTV只處于初級(jí)階段，但I(xiàn)PTV作為可靠的可管理的多媒體業(yè)務(wù)在未來(lái)必將大放異彩。

參考文獻(xiàn)：

[1]許永明,謝質(zhì)文,歐陽(yáng)春.IPTV技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006年.1-30.

[2]王艷榮.數(shù)字電視機(jī)頂盒技術(shù)綜述[J].廣播電視信息,2003:43-46.

[3]S.Sheu,K.Hua,W.Tavanapong,"Chaining:A Generalized Batching Technique for Video-on-Demand Systems"[S].in IEEE ICMCS 1997:1-12.

[4]D.Hoffman,G. Fernando,V. Goyal,M. Civanlar. RTP Format for MPEG1/MPEG2 Video[S].IETF RFC 2250. January 1998.

[5]Y.Kikuchi,T.Nomura,Y. Matsui,H. Kimata. RTP Payload Format for MPEG-4 Audio/Visual Streams[S].IETF RFC 3016.November,2000.

[6]S.Wenger,M.M. Hannuksela,T.Stockhammer,M.Westerlund,D.Singer.RTP Payload Format for H.264 Video[S].IETF RFC 3984.February 2005.

[7]梁凡.AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)[J].電視技術(shù),2005第7期:8-12.

[8]Davis D.M.Impact of digital rights management on access and distribution of intellectual property in libraries and information centers[J].Technicalities,2000,20(4):2-7.

[10]宋家友,桑紅濤.CDN技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].電視技術(shù),2005（6）:75-77.

收稿日期：2008-03-11

作者簡(jiǎn)介：王昆（1983-），男，山東濟(jì)南市人，碩士研究生，山東輕工業(yè)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。