◆劉 毅 袁少瑋 王喜仁

淺析在IPTV下的流媒體技術(shù)

◆劉 毅 袁少瑋 王喜仁

(陸軍裝甲兵學(xué)院教研保障中心 北京 100072)

為推進軍隊院校信息化、數(shù)字化建設(shè)，保證合理使用網(wǎng)絡(luò)資源，本文依托現(xiàn)有的校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)，進一步分析掌握IPTV搭建的關(guān)鍵技術(shù)，解決在網(wǎng)絡(luò)運營模式下、校園網(wǎng)用戶對帶寬需求等各個方面無法滿足的問題。一方面，對校園網(wǎng)絡(luò)起到數(shù)據(jù)導(dǎo)流的作用，緩解校園網(wǎng)出口帶寬的壓力；另一方面，可以以此為依托，為學(xué)校開展視頻教學(xué)、精品課點播等服務(wù)工作提供更加高速、穩(wěn)定全面的服務(wù)平臺，為學(xué)員、教員提供更加便利的上網(wǎng)環(huán)境。下面對搭建校園網(wǎng)絡(luò)平臺所需要的基本技術(shù)一個簡單的解析，為更好構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺做好鋪墊。

IPTV；流媒體；流媒體播放方式

0 前言

IPTV稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議電視或者被稱為交互式網(wǎng)絡(luò)電視，它不同于傳統(tǒng)的模擬信號電視，同時與數(shù)字電視技術(shù)也不同。IPTV是結(jié)合數(shù)字、計算機、多媒體技術(shù)等日益密切科技的產(chǎn)物，利用寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)、多媒體和通訊等多種技術(shù)集合于一體，以IPTV機頂盒或者PC計算機做為主要接收設(shè)備，電視機和電腦顯示器作為主要顯示設(shè)備，為終端設(shè)備提供各種交互服務(wù)技術(shù)，例如休閑娛樂、電子商務(wù)、互動服務(wù)，同時需要通過TCPIP協(xié)議來完成網(wǎng)頁瀏覽、電子郵件、廣告互動、在線信息咨詢、娛樂等，正是IPTV的出現(xiàn)，有效的集成了電視、通信、計算機等各個領(lǐng)域，為網(wǎng)絡(luò)運營商和內(nèi)容提供商提供了無限的市場商機。

1 IPTV系統(tǒng)組成

IPTV是基于TCPIP網(wǎng)絡(luò)平臺的基礎(chǔ)上為用戶終端提供流媒體服務(wù)，從邏輯上是可以劃分為5大部分：流服務(wù)系統(tǒng)、多媒體處理系統(tǒng)、內(nèi)容管理系統(tǒng)、電子節(jié)目單服務(wù)系統(tǒng)、運營支持平臺。

1.1流服務(wù)系統(tǒng)

無論電視直播還是視頻點播方式等，IPTV的核心都需要流媒體的方式來為終端用戶提供服務(wù)。

1.2多媒體處理系統(tǒng)

主要用來處理多種節(jié)目源轉(zhuǎn)換成數(shù)字化方式，通過互聯(lián)網(wǎng)來接收視頻、音頻等流媒體節(jié)目源，IPTV提供終端的流媒體服務(wù)。

1.3內(nèi)容管理系統(tǒng)

主要是對媒體資源進行管理，包括了內(nèi)容管理、編排和報表信息的采集和生成，最重要的是對客戶的需求進行更深入的分析，才可以保證提供最為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

1.4電子節(jié)目單服務(wù)系統(tǒng)

為用戶提供更加方便、快捷、可視化的業(yè)務(wù)界面，供用戶選擇自己喜歡的視頻，起到了索引的效果，也就是為用戶完成了接入請求。

1.5運營支持系統(tǒng)

整個運用體系是需要運營商來提供服務(wù)和管理，這就包括設(shè)備的管理，定價策略，終端用戶管理、平臺計費等后期的維護。

IPTV平臺的總體結(jié)構(gòu)分為4層：支撐層、媒體業(yè)務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)承載層和用戶終端層。

2 流媒體技術(shù)

在Internet發(fā)展的初期階段，網(wǎng)絡(luò)在多媒體中的傳輸方式為靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸“先下載，后享用”，為欣賞豐富的視頻信息、音頻信息等，需要經(jīng)歷漫長的數(shù)據(jù)下載時間，同時要提供大容量的本地磁盤來進行緩沖，這種方式越來越不可行，而且對于用戶來說很不方便。為適應(yīng)Internet的傳輸，提出了數(shù)據(jù)傳輸模式“流傳輸”，并得到了快速的發(fā)展。與傳統(tǒng)“先下載，后享用”的傳輸模式不同，流媒體的傳輸方式 “邊下載，邊享用”。采用“流媒體傳輸”模式時，先把連續(xù)的媒體數(shù)據(jù)劃分為小的數(shù)據(jù)包，然后按照一定的時間間隔依次連續(xù)發(fā)送給接收方。接收方在收到一部分數(shù)據(jù)包后進行重組，來獲得播放媒體的連續(xù)的小片段。這樣的傳輸方式中，接收方一邊接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，一邊同時可以連續(xù)播放媒體片段，而不需要很長的等待時間和本地大容量的磁盤進行緩沖。

表1 IPTV系統(tǒng)組成

應(yīng)用服務(wù)EPG 內(nèi)容制作內(nèi)容管理 流媒體服務(wù)增值業(yè)務(wù)

國家主干網(wǎng) 省主干網(wǎng)/城域網(wǎng) ADSL接入LAN接入WLAN接入GEPON接入

機頂盒/PC/移動終端

2.1流媒體傳輸技術(shù)

在IPTV系統(tǒng)中，流媒體的傳輸技術(shù)分為：實時流傳輸（Real-time Streaming）和順序流傳輸（Progressive Streaming）。一般實時流傳輸是采用實時協(xié)議或者流式傳輸媒 對實時流傳輸?shù)拿襟w信號與寬帶信號進行匹配，使用戶媒體能夠?qū)崟r觀看或者進行隨機訪問，快進或者后退來觀看前面或后面的內(nèi)容；順序流傳輸是通過Http或者FTP，傳輸方式可以用Web來進行傳輸，用戶在線觀看媒體的時候，只能觀看已經(jīng)下載了的部分媒體信息，沒有下載的是不能看到的。理論上來說，在實時流播放過程中是不能停止的，如果發(fā)生暫停，就需要再次進行與寬帶連接進行匹配，對流媒體進行解碼和壓縮操作。

RTP協(xié)議實現(xiàn)在TCP協(xié)議和UDP協(xié)議中的應(yīng)用層來完成，因為TCP協(xié)議中包含了擁塞控制和自動重傳請求機制，不能達到流媒體連續(xù)傳輸?shù)膶崟r性要求。

表2 RTP協(xié)議

RTP協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的之間的關(guān)系。

RTP協(xié)議中兩個基本的協(xié)議報頭為數(shù)據(jù)包序列號和時間戳，利用數(shù)據(jù)包序列號，接收者可以很方便的判斷在數(shù)據(jù)包的前后次序中是否發(fā)生丟失；利用時間戳來確定數(shù)據(jù)包的內(nèi)容的播放時間，同時可以推算出網(wǎng)絡(luò)傳輸經(jīng)歷的延遲和抖動情況。在傳輸?shù)倪^程中可以RTP控制協(xié)議一直在監(jiān)控RTP數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，控制接收方和發(fā)送方的通信。

2.2流媒體播放方式

可以通過單播的方式為用戶傳送流媒體數(shù)據(jù)，也可以通過多個用戶傳送流媒體數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)在線視頻點播技術(shù)或者直播技術(shù)。

（1）單播

采用單播的方式傳輸流媒體數(shù)據(jù)，在服務(wù)器和客戶端之間建立點到點的單獨數(shù)據(jù)通道。它的特點是服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)包的時間段內(nèi)只能有一個客戶端可以接收，當(dāng)有大量客戶在同一時間段發(fā)生請求是無法完成的，這對服務(wù)器產(chǎn)生大量負荷，同時需要對網(wǎng)絡(luò)的速度產(chǎn)生要求。

（2）廣播

數(shù)據(jù)流統(tǒng)一發(fā)送所有用戶，不管用戶是否有需求，通過這種方式是可以減少對服務(wù)器的負載，但用戶端是被動接收，無法滿足用戶的個性化需求。

（3）組播

結(jié)合了單播和廣播的優(yōu)點，通過分組的模式把數(shù)據(jù)包發(fā)送給多個用戶，從而保證服務(wù)器的最小負載和網(wǎng)絡(luò)帶寬的使用，同時也滿足網(wǎng)絡(luò)底層對組播的支持。

2.3流媒體系統(tǒng)特點

因為不同的流媒體應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枨笫遣幌嗤?要根據(jù)實際情況也有很大差別，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需求對流媒體進行傳輸，可將流媒體系統(tǒng)分為四大類，如表3。

表3 流媒體基本應(yīng)用模型和特征

2.4流媒體系統(tǒng)功能要求

（1）端到端的質(zhì)量問題：能夠很好接收從媒體源接收媒體傳輸過來的信息是保證，也是流媒體系統(tǒng)的基本功能需求。它有以下幾個因素的影響:第一，媒體質(zhì)量：衡量流媒體整體性能的主要指標(biāo)，對于視頻可以用峰值信噪比來進行媒體質(zhì)量，也可以通過衡量媒體話音質(zhì)量來進行衡量；第二，延遲：從終端發(fā)送數(shù)據(jù)請求接收多媒體數(shù)據(jù)所用的間隔時間；第三，抖動：流媒體數(shù)據(jù)之間時間相關(guān)度，也就是媒體播放的不連貫性，數(shù)據(jù)包達到了接收端的間隔時間一致。

（2）可擴展性：流媒體應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)中達到的最大會話規(guī)模，例如視頻點播和直播支持大量用戶訂閱，網(wǎng)絡(luò)視頻會議和網(wǎng)絡(luò)電話支持大量并發(fā)會話，能夠支持媒體源和接收端口同時蔡玉大規(guī)模的流媒體會話。

（3）系統(tǒng)效率：解決提供各種服務(wù)成本和代價，實現(xiàn)高的系統(tǒng)效率才能在系統(tǒng)性能和部署成本中取得平衡。

（4）會話管理：終端客戶與服務(wù)器之間雙方會話，如視頻點播，對每個視頻節(jié)目的點播都是一個獨立的雙方會話，會話管理還可以為用戶提供豐富的VCR操作，例如暫停、快進退等隨機定位模式，也可以為多個終端客戶之間進行多方會話，進行網(wǎng)絡(luò)視頻會議，實時通話邀請，建立一個會話小組驚醒討論。

（5）安全性：流媒體系統(tǒng)的安全性包括會話、功能的安全性和基礎(chǔ)設(shè)施的安全性。會話的安全性指要對終端客戶進行用戶的身份認證，媒體數(shù)據(jù)加密認證；功能的安全性是指會話管理協(xié)議在傳遞身份認證信息和協(xié)商會話密鑰，再通過網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)送和接收信息?；A(chǔ)設(shè)施的安全性需要借助服務(wù)節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)接觸設(shè)施提供服務(wù)，這些服務(wù)為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供了足夠的保障，有效避免受惡意攻擊破壞和干擾，保障流媒體系統(tǒng)正常、穩(wěn)定的工作。

3 小結(jié)

通過淺析IPTV系統(tǒng)中所涉及的相關(guān)技術(shù)，可以基本確定在搭建校園網(wǎng)的IPTV系統(tǒng)過程中所需要的條件和一系列的視頻流的操作，對系統(tǒng)構(gòu)建一個初步總體模型的架構(gòu)做好鋪墊。

[1]曾愛華，劉捷，冼進.IPTV系統(tǒng)架構(gòu)及主要技術(shù)[J].通信技術(shù), 2010.

[2]羅斯青，肖晴，胡源.面向IPTV的H.264高清編碼視頻質(zhì)量評估[J].電信科學(xué)，2008.

[3]饒敏，鄭斌，張治中.IPTV流媒體點播與直播系統(tǒng)設(shè)計[J].電視技術(shù)，2011.

[4]楊定中，趙剛.IPTV技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2009.

[5]徐生權(quán).IPTV對中國電視傳播形態(tài)的改變與發(fā)展趨勢[J].廣播電視大學(xué)學(xué)報:哲學(xué)社會科學(xué)版，2012.

[6]溫建偉，王厚芹.國際三網(wǎng)融合進程評價與啟示[J].電視技術(shù)，2010.

[7]肖志輝.基于中間件的IPTV擴展業(yè)務(wù)平臺體系結(jié)構(gòu)研究[J].電信科學(xué)，2009.

[8]鞠宏磊.從IPTV集成播控平臺看三網(wǎng)融合的困境與出路[J].當(dāng)代傳播，2011.

[9]金峰.中國或于今年底成全球IPTV最大市場[J].通信世界，2012.