基于IP網(wǎng)絡(luò)IPTV技術(shù)的應(yīng)用研究

深圳國微技術(shù)有限公司　麥向陽

基于IP網(wǎng)絡(luò)IPTV技術(shù)的應(yīng)用研究

深圳國微技術(shù)有限公司麥向陽

IPTV是近年來面向廣大民眾的一種技術(shù)形式，筆者通過本文簡介一下當(dāng)前比較新穎的IPTV概念，分析一些IPTV中存在的較為技術(shù)性的問題，并且基于IP技術(shù)提出當(dāng)前IPTV較為合適的容器封裝技術(shù)ISOBMFF技術(shù)，通過這種技術(shù)實現(xiàn)電腦、手機(jī)、電視等終端上的畫面實時傳輸，希望能夠為日后IPTV這種較為新鮮的技術(shù)成為使用更加廣泛的技術(shù)而做出貢獻(xiàn)。

IPTV；IP；ISOBMFF；網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)應(yīng)用

0　前言

近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種網(wǎng)絡(luò)軟件或者網(wǎng)絡(luò)平臺為已經(jīng)深入到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€部分，IP技術(shù)（Internet Protocol）是一種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信過程中的一種協(xié)議，最近幾年，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字技術(shù)在不斷的結(jié)合而呈現(xiàn)出更加新型的服務(wù)模式，就是現(xiàn)在我們常說的IPTV（網(wǎng)絡(luò)電視）的形式。IPTV的優(yōu)勢就是能夠獲取大量的資源并且通過快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸而傳至用戶的使用終端上，相較于傳統(tǒng)的信號傳輸，IPTV技術(shù)是一種更好的適用于多元化技術(shù)終端的一種技術(shù)。

1　相關(guān)概念和介紹

IP協(xié)議是因特網(wǎng)中所有在網(wǎng)設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和數(shù)字傳輸?shù)囊环N協(xié)議準(zhǔn)則，它的要求是雙向的，數(shù)據(jù)的發(fā)出方和接收方都要遵守這項協(xié)議。

數(shù)字電視也叫作數(shù)位電視或數(shù)碼電視，通常情況下在信號的采集、生成、制作、發(fā)射、傳輸、接收、轉(zhuǎn)碼等幾個環(huán)節(jié)中，信號形式都是采用二進(jìn)制數(shù)字模式的信號，相較于閉路電視等其他信號傳輸手段，數(shù)字信號的保真度比較高，同時傳輸速率和技術(shù)難題都具有一定的優(yōu)勢。

IPTV即交互式網(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)。它能夠很好地適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的趨勢，充分有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。IPTV既不同于傳統(tǒng)的模擬式有線電視，也不同于經(jīng)典的數(shù)字電視。因為，傳統(tǒng)的和經(jīng)典的數(shù)字電視都具有頻分制、定時、單向廣播等特點；盡管經(jīng)典的數(shù)字電視相對于模擬電視有許多技術(shù)革新，但只是信號形式的改變，而沒有觸及媒體內(nèi)容的傳播方式。用戶在家中可以有三種方式享受IPTV服務(wù)：計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒或普通電視機(jī)、移動終端。IPTV是數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的具備一定代表性的科技產(chǎn)物，在年輕人群中更受青睞。

封裝格式（也叫容器）就是將已經(jīng)編碼壓縮好的視頻音頻軌按照一定的格式放在一個文件中，封裝常見的格式包括ts，avi，mpg，mov，mkv。

ISOBMFF（ISO Base Media File Format， iso基媒體文件封裝格式）是能夠滿足多種標(biāo)準(zhǔn)下的視頻封裝格式，是由MOV格式擴(kuò)展發(fā)展而來。ISOBMFF定義了一種基于時間的音視頻多媒體文件一般結(jié)構(gòu)，定義為一種靈活、可擴(kuò)展的格式，便于互換、管理、編輯和展示媒體資料。展示方式可以在本地、通過網(wǎng)絡(luò)、或其他流傳遞機(jī)制。文件格式是設(shè)計為獨立于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，適用于其他媒體文件格式的基礎(chǔ)。

2　基于IP技術(shù)的IPTV服務(wù)實現(xiàn)難點

2.1缺乏統(tǒng)一化規(guī)定

統(tǒng)一化規(guī)定既包含解碼標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，也包含封裝格式的統(tǒng)一。

目前我國現(xiàn)行的IPTV解碼標(biāo)準(zhǔn)很多，例如mpeg-4、AVS、H.264等，這些標(biāo)準(zhǔn)雖然各具特色，但是實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一從某種程度上是推廣某項技術(shù)或服務(wù)的先決條件。因為標(biāo)準(zhǔn)不同對硬件、傳輸、信號制作、解碼等方面的硬件和軟件要求都不同，會造成大量的資源浪費，掣肘著我國IPTV普及的進(jìn)度。

目前的IPTV使用的封裝格式很多，例如AVI、MKV、FLV、MOV、 MP4、RM/RMVB、WMV等，這些格式多半是部分運營商或者IT企業(yè)為了搶占市場或者適應(yīng)更好的某些軟件和平臺而推出的封裝格式。然而不同格式之間都存在著一些差異，要求客戶的終端解碼軟件要針對不同格式都有比較好的適應(yīng)性，這也是當(dāng)前視頻和音頻文件格式繁雜的現(xiàn)狀。

2.2缺乏良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

因為IPTV更強調(diào)實時性，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的好壞則會直接影響信號傳輸?shù)姆€(wěn)定和時效性，我國當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)尚未達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平，但是自我國各級領(lǐng)導(dǎo)人不斷對網(wǎng)絡(luò)的關(guān)注和要求開始以來，我國開始了大范圍的提速降費工程，也是為構(gòu)建我國良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境打下了基礎(chǔ)。隨著4k視頻在國外軟件Youtube上大范圍應(yīng)用開始，我國國內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)視頻也逐步走向了4k時代，但是基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸過程中因為網(wǎng)絡(luò)上下行數(shù)據(jù)的差異性可能導(dǎo)致丟包現(xiàn)象，丟包率對視頻的直接影響就是用戶觀看過程如果丟包率過高，選擇不同的視頻壓縮算法、不同的視頻清晰度等體驗效果都較差，所以在視頻信號進(jìn)行封裝的過程中一定要選擇較為合適的封裝協(xié)議和封裝方法，在某種程度上可以客服丟包給客戶帶來的不良觀看體驗。這些高畫質(zhì)的信號需要的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更加苛刻，這也是一個需要我國網(wǎng)絡(luò)長期解決的問題。

2.3缺乏互通性

雖然我國的IPTV在目前發(fā)展上已經(jīng)做到了手機(jī)端、電視端、計算機(jī)終端的軟件一致，但是往往平臺卻不是使用相同平臺，或者使用不同信號源。同時不同的終端廠商、不同的解碼方式等都會給當(dāng)前的IPTV推廣造成一部分附加難度。

2.4信號穩(wěn)定性欠佳

現(xiàn)在我國IPTV使用者已經(jīng)呈逐年上升的趨勢，面對這種用戶量暴增的情況，各大廠商和網(wǎng)絡(luò)運營商尚未做好充足的準(zhǔn)備，我們經(jīng)常遇到卡頓、清晰度不足等現(xiàn)象，都是由于某些時段大量用戶使用同一信號源造成的信號穩(wěn)定性變差導(dǎo)致的。

3　基于IP網(wǎng)絡(luò)的IPTV技術(shù)探討

當(dāng)前的IP網(wǎng)絡(luò)運營商通常會提供如下幾種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：

（1）DPT（RFC 2892）/RPR（802.17）。這種技術(shù)方式是當(dāng)前使用過程中被絕大多數(shù)視頻音頻傳輸工作者認(rèn)同的。這種技術(shù)使用過程中普遍認(rèn)為具備速度較快、安全性較高、信號穩(wěn)定性較高、并且全面支持組播、維護(hù)成本較低等特點，綜合起來被廣大服務(wù)提供商認(rèn)可。

（2）GE/L3SW。這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不太適用于大范圍使用的網(wǎng)絡(luò)，因為其管理成本和投資成本在大局域網(wǎng)布設(shè)的時候較高。但是相對來說，這種架構(gòu)在小型局域網(wǎng)上更具備經(jīng)濟(jì)性，初期的投資較低，小型局域網(wǎng)的運營維護(hù)也相對簡單，更加適用于小區(qū)、公司等地。

（3）純路由網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)的特點是類似于金字塔結(jié)構(gòu)，等級比較清晰，而且各個等級之間提供的業(yè)務(wù)功能也全面，同時不同的層級也代表著投入費用的高低，更便于視頻運營商選擇，而且隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，租賃形式的出現(xiàn)更是充分的利用了這一網(wǎng)絡(luò)。

（4）MPEG-2TS over IP。IPTV技術(shù)中視頻流和音頻流的傳輸一般采用兩種方式，第一種方式是將音頻和視頻分開傳輸，但是這種技術(shù)在傳輸過程中極易因為網(wǎng)絡(luò)問題導(dǎo)致“聲話不同步”現(xiàn)象。第二種為視頻音頻的復(fù)用傳輸，通常的傳輸方式是MPEG-2TS over IP，這種傳輸方式實現(xiàn)相對簡單，也具備更好的傳輸效果，這種技術(shù)的定義標(biāo)準(zhǔn)是MPEG-2（ISO/IEC13818-1），媒體數(shù)據(jù)經(jīng)過MPEG-2TS封裝后利用TCP/IP協(xié)議封裝成IP數(shù)據(jù)包，進(jìn)而在IP網(wǎng)路中進(jìn)行傳播，用戶下載后即可獲得相應(yīng)的視頻音頻文件。TS包數(shù)據(jù)長度通常是固定值（188字節(jié)），傳輸過程由于網(wǎng)絡(luò)的原因或者硬件原因造成丟包后，客戶的數(shù)據(jù)接收端可以檢測下一數(shù)據(jù)包的同步信息，避免長時間的音頻或者視頻丟失現(xiàn)象。簡單來說TS碼流封裝過程是將原始的視頻、音頻數(shù)據(jù)按照網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行合適尺寸的分割，使之成為ES流，然后附加信息形成PES包，按照一定的協(xié)議規(guī)則將PES包與系統(tǒng)信息進(jìn)行融合，形成TS包，多個TS包即形成了完整的TS碼流。PES包通常是新源編碼器生成的，其中包括碼率、定時、數(shù)據(jù)描述等編碼器信息，同時也包含包頭、起始碼等。如圖1所示。

圖1　MPEG-2復(fù)用層次示意圖

MPEG-2在音頻視頻同步傳輸過程中利用了系統(tǒng)時鐘的時間標(biāo)簽分別在ES，PES，TS三個層次中，ES層同步利用視頻緩沖驗證來實現(xiàn)，有效地防止解碼器的緩沖器出現(xiàn)上溢或者下溢。PES層利用顯示時間戳和解碼時間戳的方式實現(xiàn)同步，TS層中利用節(jié)目時鐘參考。所以PTS是一種帶有通知性質(zhì)的圖像幀，可以讓解碼器在正確的時間顯示圖像，DTS則是一種命令，可以通知解碼器合適對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。

（5）封裝協(xié)議。常見的封裝協(xié)議有MPE、ULE、GSE等。MPE封裝協(xié)議通過48-bi t的MAC地址字段來支持單播， 組播和廣播，封裝最大段長4kb，該協(xié)議頭部較大，靈活性也較差；ULE封裝協(xié)議的頭部最小值為4字節(jié)，并且可以將NPA設(shè)置為可選字段，另外其Type值在［0，1535］時可以選擇更多的拓展頭格式，兼容性更強，封裝最大段長32kb；GSE是二十世紀(jì)初期針對BBFrame提出的新型封裝協(xié)議，這種封裝格式目前推廣難度較大，硬件支持性較差，其封裝最大段長4kb。

4　結(jié)語

過去的幾年，數(shù)字電視一直以來都是廣大群眾觀看電視節(jié)目的主要方式，但是隨著新型的IPTV服務(wù)問世，其更加廣泛的資源、更快的更新速度、更加實惠的價格都越來越贏得年輕人的青睞，并且基于IP技術(shù)提出當(dāng)前IPTV較為合適的容器封裝ISOBMFF技術(shù)。同時筆者認(rèn)為隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來的容器封裝ISOBMFF技術(shù)可能會更加快速發(fā)展，目前全世界范圍內(nèi)無線和有線網(wǎng)絡(luò)的速度提升都較為明顯，在以后網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更加優(yōu)化的時候，IPTV能夠在數(shù)字信號和壓縮算法上更進(jìn)一步的時候，IPTV極有可能取代數(shù)字電視和閉路電視成為唯一的信號源。

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