楊 玲/江西廣播電視臺

淺談IPTV

楊 玲/江西廣播電視臺

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，著重對其工作原理及技術(shù)指標進行簡單探討。

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網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)視頻點播(VoD)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻錄像(NDRV)成為可能，這兩項服務(wù)也正是IPTV系統(tǒng)勝過單向廣播電視系統(tǒng)的兩個最常見的應(yīng)用實例。因為在傳統(tǒng)的單向廣播電視系統(tǒng)中，播放的節(jié)目是由運營商向節(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

在標準的廣播電視系統(tǒng)中，所有正常播出的頻道(例如CCTV、JXTV 等等)一起發(fā)送到用戶的機頂盒中(通過有線網(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，然而，這數(shù)百個頻道是同時交付的。用戶對機頂盒進行調(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)出的請求。因此，這種調(diào)諧頻道的方式實際上是在收看者本地進行的，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IPTV系統(tǒng)時就考慮到僅將用戶請求的節(jié)目頻道而不是將所有頻道傳送到機頂盒。需要注意的是，有時也有可能將數(shù)個節(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單獨的機頂盒或者擁有不同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)用戶切換頻道的請求。與這種頻道轉(zhuǎn)換技術(shù)相聯(lián)系的是復雜的協(xié)議交換過程，在這一過程中要使用IGMP協(xié)議的“Leave”(離開)和“Join”(加入)指令。完成這種協(xié)議的交換需要一定的時間，而所需要的時間又受到網(wǎng)絡(luò)中傳輸延時的顯著影響；反之，協(xié)議的交換時間又會直接影響到系統(tǒng)的頻道轉(zhuǎn)換需要一定的時間。從本質(zhì)上來說，在IPTV系統(tǒng)中，頻道的轉(zhuǎn)換是在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)的而不是在本地機頂盒中完成的。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傳輸帶寬的同時，這種頻道轉(zhuǎn)換方式也給IPTV系統(tǒng)的可分級性和可用性帶來了一系列的復雜問題。

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)計這種多播方式正是為了使許多網(wǎng)絡(luò)用戶共享這一會話。

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控制機制。每當收看者發(fā)出請求時，被選擇的節(jié)目由網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器以獨特的單播方式將節(jié)目提交給用戶。這種收看方式從效果上來看，相當于在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與觀看者機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)中傳送一路標準清晰度的視頻信號，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，則需要12至15Mbps的帶寬。這樣說來，為了給家庭用戶提供兩個頻道的SD編碼的電視信號，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問題。為了減少對接入網(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，平均圖像組的長度，即GOP的長度，或者說兩個相鄰I幀之間的圖像組長度大約為12至18幀。如果采用H.264編碼，GOP的長度可能有300幀。這就是說，用H.264編碼的視頻流將對包丟失更加敏感，因為每一H.264編碼幀均包含有更多的有效圖像信息(這是因為它們采用了更高效的圖像壓縮率)，因此，H.264編碼幀的丟失對用戶觀看體驗質(zhì)量的影響會更加顯著。除了上述技術(shù)上的理由之外，還有其它一些因素也應(yīng)當考慮。例如編碼器和接收機(機頂盒)在商業(yè)上的可用性問題，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，但是實際上，IPTV系統(tǒng)涉及到協(xié)議遠不止這幾個。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)報協(xié)議

UDP是在IETF RFC 768文檔中定義的一個協(xié)議，它是IP協(xié)議簇中的一個重要協(xié)議?！皵?shù)據(jù)報”或者“分組”、“包”這些術(shù)語是用來描述一個IP數(shù)據(jù)塊。每個IP數(shù)據(jù)報均包含有特定的字段組，而且所有的這些字段在各個分組中均有著特定的排列順序，這樣當目的端接收到這些分組時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)報的有效負載中。

2.RTP或?qū)崟r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實際上是由兩個緊密相關(guān)的部分組成的：RTP和RTCP。實時傳輸協(xié)議RTP：RTP提供了時間標記、包順序號，以及和其它傳輸機制一起以解決傳輸定時問題。通過這樣的機制，RTP提供了網(wǎng)絡(luò)中端到端的實時數(shù)據(jù)傳輸。利用包順序編號也可以識別包的丟失或者識別那些傳輸順序發(fā)生錯誤的數(shù)據(jù)包(無序包)。實時傳輸控制協(xié)議RTCP：該協(xié)議用來獲取端到端監(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流協(xié)議

RTSP是在IETF RFC 2326文檔中被定義，它用來描述對流媒體實現(xiàn)類似于VCR操作的控制功能。實時流協(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)利用實時流協(xié)議訪問并控制保存在VoD服務(wù)器中的內(nèi)容。VoD基本上是一對一的通信連接，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)器端接受單個用戶的請求而為其提供VoD 服務(wù)，并將用戶所要求的信息或內(nèi)容發(fā)送給單個用戶。

4. IGMP或網(wǎng)際組管理協(xié)議

IGMP由幾個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IP數(shù)據(jù)報傳送給一個“主機組”。這個主機組是用一單個IP目的地址識別的一組主機。在IPTV系統(tǒng)中，主機組可以是希望接收一個特定節(jié)目的一組網(wǎng)絡(luò)用戶。

三、廣電優(yōu)勢

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厚的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在：

（一）內(nèi)容優(yōu)勢：IPTV作為一種以視頻互動點播為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)形態(tài)，對內(nèi)容資源的消耗巨大，必須要有一個豐富、強大的資源庫作為其業(yè)務(wù)的供應(yīng)點，否則將是“無源之水”。而廣電系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年來的發(fā)展，除了擁有現(xiàn)在的豐富的內(nèi)容資源外，還擁有最強大的制作團隊與硬件資源，無論是歷史還是新制作的節(jié)目資源，廣電都擁有得天獨厚的優(yōu)勢。

（二）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢：IPTV作為一種在局域網(wǎng)上運營的業(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。因為有線電視網(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：國家已經(jīng)明確IPTV是一種媒體，而廣電部門具有媒體運營的豐富經(jīng)驗，由現(xiàn)有的媒體運營機構(gòu)運營IPTV等新媒體業(yè)務(wù)不存在政策風險。

四、術(shù)語介紹

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)送信息由一個源地址指向另外一個目的地址。

多播：將信息同時提交給的一組目的端地址。

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

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

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