淺談IPTV

楊 玲/江西廣播電視臺(tái)

淺談IPTV

楊 玲/江西廣播電視臺(tái)

本文概述了與廣播電視行業(yè)密切相關(guān)的IPTV系統(tǒng)，作為新興的前沿科技以及今后普及的一種發(fā)展趨勢(shì)，著重對(duì)其工作原理及技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

IPTV；單播；多播 ；IGMP協(xié)議；TSP協(xié)議

引言

眾所周知，IPTV是廣播電視領(lǐng)域和電信領(lǐng)域的結(jié)合。IPTV系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單向廣播電視系統(tǒng)相比較，在交互性應(yīng)用上有著許多區(qū)別。IP網(wǎng)絡(luò)的雙向特性使用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播(VoD)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻錄像(NDRV)成為可能，這兩項(xiàng)服務(wù)也正是IPTV系統(tǒng)勝過(guò)單向廣播電視系統(tǒng)的兩個(gè)最常見(jiàn)的應(yīng)用實(shí)例。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的單向廣播電視系統(tǒng)中，播放的節(jié)目是由運(yùn)營(yíng)商向節(jié)目的收看者推出而不是由收看者按照自己的需求索取的。

一、工作原理

在標(biāo)準(zhǔn)的廣播電視系統(tǒng)中，所有正常播出的頻道(例如CCTV、JXTV 等等)一起發(fā)送到用戶的機(jī)頂盒中(通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng))。所發(fā)送的頻道可能有數(shù)百個(gè)，然而，這數(shù)百個(gè)頻道是同時(shí)交付的。用戶對(duì)機(jī)頂盒進(jìn)行調(diào)諧以接收他選擇的頻道，以這種方式響應(yīng)由收看者的遙控器發(fā)出的請(qǐng)求。因此，這種調(diào)諧頻道的方式實(shí)際上是在收看者本地進(jìn)行的，它使得頻道的轉(zhuǎn)換幾乎是在瞬間完成的。

但是在IPTV系統(tǒng)中，為了充分利用預(yù)留給家庭用戶的最終連接帶寬，在設(shè)計(jì)IPTV系統(tǒng)時(shí)就考慮到僅將用戶請(qǐng)求的節(jié)目頻道而不是將所有頻道傳送到機(jī)頂盒。需要注意的是，有時(shí)也有可能將數(shù)個(gè)節(jié)目(或者頻道)傳送到同一家庭用戶中的不同IP地址處，例如該家庭用戶擁有幾個(gè)單獨(dú)的機(jī)頂盒或者擁有不同IP地址的其它接收設(shè)備。

在IPTV系統(tǒng)中，為了切換頻道，需要將一個(gè)特定的指令發(fā)送到接入網(wǎng)絡(luò)中以響應(yīng)用戶切換頻道的請(qǐng)求。與這種頻道轉(zhuǎn)換技術(shù)相聯(lián)系的是復(fù)雜的協(xié)議交換過(guò)程，在這一過(guò)程中要使用IGMP協(xié)議的“Leave”(離開(kāi))和“Join”(加入)指令。完成這種協(xié)議的交換需要一定的時(shí)間，而所需要的時(shí)間又受到網(wǎng)絡(luò)中傳輸延時(shí)的顯著影響；反之，協(xié)議的交換時(shí)間又會(huì)直接影響到系統(tǒng)的頻道轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，在IPTV系統(tǒng)中，頻道的轉(zhuǎn)換是在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的而不是在本地機(jī)頂盒中完成的。因此，我們電視工作者在為終端用戶保留這種寶貴的最后一公里的信號(hào)傳輸帶寬的同時(shí)，這種頻道轉(zhuǎn)換方式也給IPTV系統(tǒng)的可分級(jí)性和可用性帶來(lái)了一系列的復(fù)雜問(wèn)題。

在IPTV系統(tǒng)中，以廣播方式傳送的電視節(jié)目是使用IP多播方式(它也屬于IGMP協(xié)議，如前所述)經(jīng)由IP系統(tǒng)以有效地傳送節(jié)目。設(shè)計(jì)這種多播方式正是為了使許多網(wǎng)絡(luò)用戶共享這一會(huì)話。

但在IPTV系統(tǒng)的VoD業(yè)務(wù)中，采用的卻是單播IP服務(wù)，它使用的是RTSP控制機(jī)制。每當(dāng)收看者發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，被選擇的節(jié)目由網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器以獨(dú)特的單播方式將節(jié)目提交給用戶。這種收看方式從效果上來(lái)看，相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與觀看者機(jī)頂盒之間建立了一種專用的網(wǎng)絡(luò)連接。

二、技術(shù)概述

（一） 視頻壓縮技術(shù)

在IPTV的早期階段，采用的是MPEG-2壓縮系統(tǒng)。在IP網(wǎng)絡(luò)中傳送一路標(biāo)準(zhǔn)清晰度的視頻信號(hào)，如果采用MPEG-2編碼，大約需要3.75Mbps的帶寬，如果傳送一路高清晰度視頻信號(hào)，則需要12至15Mbps的帶寬。這樣說(shuō)來(lái)，為了給家庭用戶提供兩個(gè)頻道的SD編碼的電視信號(hào)，大約需要8Mbps帶寬。如果在接入到家庭的網(wǎng)絡(luò)采用的是xDSL接入技術(shù)，那么容易看出，這種接入網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬將是一個(gè)問(wèn)題。為了減少對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求，一種方法是采用新的視頻壓縮技術(shù)，例如H.264或者VC-1編碼技術(shù)。采用H.264編碼，在獲得同樣圖像質(zhì)量的前提下，可以比現(xiàn)在使用的MPEG-2壓縮編碼節(jié)約50％的帶寬利用率。在IPTV系統(tǒng)中選擇什么樣的壓縮編碼技術(shù)，帶寬是一個(gè)重要因素。然而，還必須考慮許多其它因素。采用MPEG-2編碼，平均圖像組的長(zhǎng)度，即GOP的長(zhǎng)度，或者說(shuō)兩個(gè)相鄰I幀之間的圖像組長(zhǎng)度大約為12至18幀。如果采用H.264編碼，GOP的長(zhǎng)度可能有300幀。這就是說(shuō)，用H.264編碼的視頻流將對(duì)包丟失更加敏感，因?yàn)槊恳籋.264編碼幀均包含有更多的有效圖像信息(這是因?yàn)樗鼈儾捎昧烁咝У膱D像壓縮率)，因此，H.264編碼幀的丟失對(duì)用戶觀看體驗(yàn)質(zhì)量的影響會(huì)更加顯著。除了上述技術(shù)上的理由之外，還有其它一些因素也應(yīng)當(dāng)考慮。例如編碼器和接收機(jī)(機(jī)頂盒)在商業(yè)上的可用性問(wèn)題，以及H.264編碼設(shè)備與其它網(wǎng)絡(luò)部件的互操作性問(wèn)題等。

（二） 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

IPTV系統(tǒng)中有一些常用的協(xié)議，這些協(xié)議包括IP傳輸協(xié)議，例如UDP和RTP，以及一些信令協(xié)議，例如RTSP和IGMP等。盡管在本文中提到這些協(xié)議，但是實(shí)際上，IPTV系統(tǒng)涉及到協(xié)議遠(yuǎn)不止這幾個(gè)。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中還要用到許多協(xié)議，例如MPLS、SIP和SIM如此等等。但這些內(nèi)容已經(jīng)超出了這篇文章的范圍。

1. UDP或用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議

UDP是在IETF RFC 768文檔中定義的一個(gè)協(xié)議，它是IP協(xié)議簇中的一個(gè)重要協(xié)議?！皵?shù)據(jù)報(bào)”或者“分組”、“包”這些術(shù)語(yǔ)是用來(lái)描述一個(gè)IP數(shù)據(jù)塊。每個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)均包含有特定的字段組，而且所有的這些字段在各個(gè)分組中均有著特定的排列順序，這樣當(dāng)目的端接收到這些分組時(shí)就知道如何解碼這種數(shù)據(jù)流。許多協(xié)議分組可以被封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)的有效負(fù)載中。

2.RTP或?qū)崟r(shí)傳輸協(xié)議

RTP是在IETF RFC 3550文檔和IETF RFC 3551文檔中被定義，它是基于包的格式以傳送音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。RTP實(shí)際上是由兩個(gè)緊密相關(guān)的部分組成的：RTP和RTCP。實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP：RTP提供了時(shí)間標(biāo)記、包順序號(hào)，以及和其它傳輸機(jī)制一起以解決傳輸定時(shí)問(wèn)題。通過(guò)這樣的機(jī)制，RTP提供了網(wǎng)絡(luò)中端到端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。利用包順序編號(hào)也可以識(shí)別包的丟失或者識(shí)別那些傳輸順序發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包(無(wú)序包)。實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP：該協(xié)議用來(lái)獲取端到端監(jiān)視數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的交付信息以及QoS等。

3. RTSP或?qū)崟r(shí)流協(xié)議

RTSP是在IETF RFC 2326文檔中被定義，它用來(lái)描述對(duì)流媒體實(shí)現(xiàn)類似于VCR操作的控制功能。實(shí)時(shí)流協(xié)議的典型應(yīng)用是從客戶端向服務(wù)器端發(fā)送RTSP信息，盡管有時(shí)也有例外，即由服務(wù)器端向客戶端發(fā)送RTSP信息。在IPTV系統(tǒng)中，RTSP用于VoD應(yīng)用服務(wù)中，即網(wǎng)絡(luò)用戶(客戶端)利用實(shí)時(shí)流協(xié)議訪問(wèn)并控制保存在VoD服務(wù)器中的內(nèi)容。VoD基本上是一對(duì)一的通信連接，它建立在單播應(yīng)用的基礎(chǔ)上。單播方式與廣播方式恰恰相反。在廣播方式中，我們將信息發(fā)向網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶；單播則允許服務(wù)器端接受單個(gè)用戶的請(qǐng)求而為其提供VoD 服務(wù)，并將用戶所要求的信息或內(nèi)容發(fā)送給單個(gè)用戶。

4. IGMP或網(wǎng)際組管理協(xié)議

IGMP由幾個(gè)IETF RFC文檔所定義，最新的版本由RFC 3376所定義。IP組播被定義為將一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送給一個(gè)“主機(jī)組”。這個(gè)主機(jī)組是用一單個(gè)IP目的地址識(shí)別的一組主機(jī)。在IPTV系統(tǒng)中，主機(jī)組可以是希望接收一個(gè)特定節(jié)目的一組網(wǎng)絡(luò)用戶。

三、廣電優(yōu)勢(shì)

與電信行業(yè)等其他行業(yè)相比，廣電行業(yè)在IPTV的發(fā)展上有著其他行業(yè)所不能比擬的得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在：

（一）內(nèi)容優(yōu)勢(shì)：IPTV作為一種以視頻互動(dòng)點(diǎn)播為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)形態(tài)，對(duì)內(nèi)容資源的消耗巨大，必須要有一個(gè)豐富、強(qiáng)大的資源庫(kù)作為其業(yè)務(wù)的供應(yīng)點(diǎn)，否則將是“無(wú)源之水”。而廣電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)十年來(lái)的發(fā)展，除了擁有現(xiàn)在的豐富的內(nèi)容資源外，還擁有最強(qiáng)大的制作團(tuán)隊(duì)與硬件資源，無(wú)論是歷史還是新制作的節(jié)目資源，廣電都擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

（二）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)：IPTV作為一種在局域網(wǎng)上運(yùn)營(yíng)的業(yè)務(wù)模式，有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化改造以后非常適合IPTV的發(fā)展。因?yàn)橛芯€電視網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠、可管理及高帶寬可為IPTV業(yè)務(wù)的傳送提供充分保障。

（三）政策優(yōu)勢(shì)：國(guó)家已經(jīng)明確IPTV是一種媒體，而廣電部門具有媒體運(yùn)營(yíng)的豐富經(jīng)驗(yàn)，由現(xiàn)有的媒體運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)運(yùn)營(yíng)IPTV等新媒體業(yè)務(wù)不存在政策風(fēng)險(xiǎn)。

四、術(shù)語(yǔ)介紹

IPTV：交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是一種利用寬帶網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等技術(shù)于一體，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。

單播：發(fā)送信息由一個(gè)源地址指向另外一個(gè)目的地址。

多播：將信息同時(shí)提交給的一組目的端地址。

視頻點(diǎn)播(VoD)：在視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中，電視節(jié)目或電影節(jié)目可以在被某一單個(gè)用戶請(qǐng)求時(shí)而發(fā)送給該用戶。

[1] 謝質(zhì)文、楊滔. IPTV：產(chǎn)品、運(yùn)營(yíng)與案例[M]. 電子工業(yè)出版社,2008,09.

[2] 中華人民共和國(guó)廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 243-2010 《標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視數(shù)字視頻通道技術(shù)要求和測(cè)量方法》.