浅谈IPTV系统的技术构成

浅谈IPTV系统的技术构成摘要：IPTV既不同于传统的模拟式有线电视，也不同于经典的数字电视。是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。关键字：IPTV网络电视组播机顶盒一、什么是IPTV?IPTV即交互式网络电视，是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。用户在家中可以有两种方式享受IPTV服务：(1)计算机，(2)网络机顶盒+普通电视机)。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。IPTV既不同于传统的模拟式有线电视，也不同于经典的数字电视。因为，传统的和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点；尽管经典的数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，但只是信号形式的改变，而没有触及媒体内容的传播方式。IPTV是利用计算机或机顶盒+电视完成接收视频点播节目、视频广播及网上冲浪等功能。它采用高效的视频压缩技术，使视频流传输带宽在800Kb/s时可以有接近DVD的收视效果(通常DVD的视频流传输带宽需要3Mb/s)，对今后开展视频类业务如互联网上视频直播、远距离真视频点播、节目源制作等来讲，有很强的优势，是一个全新的技术概念。传统电视播放存在的问题传统的电视是单向广播方式，它极大地限制了电视观众与电视服务提供商之间的互动，也限制了节目的个性化和即时化。如果一位电视观众对正在播送的所有频道内容都没有兴趣，他(她)将别无选择。这不仅对该电视观众来说是一个时间上的损失，对有线电视服务提供商来说也是一个资源的浪费。另外，目前实行的特定内容的节目在特定的时间段内播放对于许多观众来说是不方便的。一位上夜班的观众可能希望在凌晨某个时候收看新闻，而一位准备搭乘某次列车的乘客则希望离家以前看一场原定晚上播出的足球比赛录像。现在看来是不可能的。二、IPTV的特点及应用IPTV是利用宽带有线电视网的基础设施，以家用电视机作为主要终端电器，通过互联网络协议来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。特点表现在：1)用户可以得到高质量(接近DVD水平的)数字媒体服务。2)用户可有极为广泛的自由度选择宽带IP网上各网站提供的视频节目。3)实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。IPTV采用的播放平台将是新一代家庭数字媒体终端的典型代表，它能根据用户的选择配置多种多媒体服务功能，包括数字电视节目，可视IP电话，DVD/VCD播放，互联网游览，电子邮件，以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能。4)为网络发展商和节目提供商提供了广阔的新兴市场。目前我国通信事业正在迅猛地发展，用户对信息服务的要求越来越高，特别是宽带视频信息。可以说中国已基本具备了大力发展IPTV的技术条件和市场条件。三、IPTV系统技术概述IPTV技术是一项系统技术。它能使音视频内容节目或信号，以IP包的方式，在不同物理网络中，被安全、有效且保质地传送或分发给不同用户。它包括音视频编解码技术、音视频服务器和存储阵列技术、IP单播(unicast)和组播(multicast)技术、IPQoS技术、IP信令技术（如SIP技术）、内容分送网络(CDN)技术、数字版权管理(DRM)技术、IP机顶盒与EPG技术、用户管理和收费系统技术等。它还涉及各种不同的宽带接入网络技术，如CableModem网络技术、以太网络技术和ADSL网络技术等等。IPTV系统技术能用来提供将视音频流媒体节目，如IP电视节目，从节目中心（firstmile）播出，并通过骨干网、城域网和宽带接入网（lastmile）传输，直到被用户接收之端到端的完整技术解决方案。一个端到端的IPTV系统一般具有节目采集、存储和服务、节目传送网络、用户接收端等四个部件。3.1前端系统IPTV前端一般具有和完成节目采集与存储和服务二种功能。节目采集包含节目的接收（如从卫星、CATV网、地面无线和IP/ATM网络等）、节目的压缩编码或变换编码（transcoding）及格式化、加密和DRM打包、以及节目生成等。节目存储和服务则完成对经节目采集程序处理后生成的节目之大规模存储或播送服务。这里的播送服务不仅要将加密的视音频流媒体节目，以IP单播或组播的方式，从视频服务器播送出去，而且还要对用户或用户终端设备的进行认证（authentication），并从DRM授权/密钥服务器(DRMlicenseserver)，向被认证的用户或用户终端设备传送DRM授权/密钥，使用户能够对已接收的加密视音频流媒体节目进行解密和播放。IPTV所使用的DRM技术，与传统的条件接收技术相比，具有二个基本的不同之处。其一是，前者是对视音频流媒体内容本身进行加密，而后者是对连接/传输层如MPEG2系统复用层/流的加密；其二是，前者的DRM授权/密钥一般不与被加密的视音频流媒体节目流一起传送，而后者的密钥如ECM必须与被加密的视音频流媒体节目流一起传送。3.2传送网络IPTV系统的节目传送功能是由IP骨干网、IP城域网、有线电视前端或电信中心站、以及相应的宽带接入网络完成的。对以IP单播或组播方式发送的视音频流媒体节目流进行路由交换传输，是IP骨干网和IP城域网在IPTV系统网络中要发挥的基本功能。一般而言，IP骨干网和IP城域网现有的路由器可以很容易地支持各种不同的IP单播路由协议，但它们的许多必须通过升级方能支持IP组播路由交换。目前，各设备厂家普遍支持的IP组播协议是IGMPv2。为了保证所传送的IPTV节目流的质量和实时收看性，IP骨干网和IP城域网通常要采用各种不同的IPQoS技术，如Diffserv和MPLS等。此外，为了提高对IPTV节目流点播的响应和传输实时性，以及解决或减缓IPTV点播请求之冲击性和波动性对IPTV前端设计容量所造成的压力，IP骨干网和IP城域网上普遍采用了内容分送网络技术。IP骨干网和IP城域网也可以采用不同的低层物理网，以IPoverSDH/SONET（即packetoverSDH/SONET）、IPoverATM或IPoverDWDMoptical（如千兆/万兆光以太网）的方式提供传输服务。有线电视前端或电信中心站则根据相应的宽带接入网络，如CableModem网络或DSL网络，将IP视音频流媒体节目流以IPoverDOCSIS或IPoverDSL的方式，通过放在有线电视前端的CMTS鉴定或电信中心站的DSLAM设备，向用户发送出去。有线电视前端或电信中心站还往往配备有视音频流媒体节目流内容服务器和DRM授权/密钥服务器，具有节目存储和服务功能。网络电视系统所使用的是以TCP/IP协议为主的网络，包括骨干/城域网络、宽带接入网络和内容分发网络等。骨干/城域网络主要完成视频流在城市范围和城市之间的传送，目前城域网络主要采用千兆/万兆以太网络，而长距离的骨干网络则较多选用SDH或DWDM作为IP业务的承载网络。宽带接入网络主要完成用户到城域网络的连接，目前常见的宽带接入网络包括xDSL、LAN、WLAN和双向HFC等，可以为用户提供数百kbps至100Mbps的带宽。内容分发网络是一个叠加在骨干/城域网络之上的应用系统，其主要作用是将位于前端的视频内容分布存放到网络的边缘以改善用户获得服务的质量，减少视频流对骨干/城域网络的带宽压力。一般而言网络电视系统的前端直接连接在骨干/城域网络上，视频流通过内容分发网络被复制到位于网络边缘的宽带接入设备或边缘服务器中，然后通过宽带接入网络传送到业务的接收端，由此可以看出网络电视业务中的视频流实际上是通过分布在全网边缘的各个宽带接入设备或边缘服务器与前端部分共同完成的。3.3接收端IPTV用户终端设备被用来接收、存储和播放及转发IP视音频流媒体节目。基本型IPTV用户终端设备的硬件没有内置cablemodem或DSLmodem，它只提供一个以太网接口，与外部的cablemodem、DSLmodem或以太网HUB相接。集成式的IPTV用户终端设备则内置cablemodem或DSLmodem，可与cablemodem或DSL宽带网络直接相连。高端IPTV用户终端设备还带有内置硬盘，可以提供IPTVDVR功能，甚至支持IEEE802.11无线联网功能,能将受DRM保护的IP视音频流媒体节目通过无线传输给其它设备,如PC机等。一个IPTV用户终端设备必须带有IPTV系统所使用的DRM技术之客户端软件。为了使IPTV系统成为一个开放式的业务平台，IPTV用户终端设备通常还使用了中间件软件。网络电视系统的接收端包括了计算机、电视、手机和其他智能终端设备。计算机设备包括了各种台式计算机以及各种可以移动的计算机，如PDA等，此类设备的特点是自身具备较强的处理能力，不仅可以独立完成视频解码显示任务，同时还可以安装其它软件完成信息交互、自动升级和远程管理等功能，如浏览器和终端管理代理等。电视一般仅具备显示各类模拟和数字视频信号的能力，目前市场上大多数的模拟电视需要配备专门的数字视频处理设备，如机顶盒（SetTopBox,STB），后才可以完成数字视频的显示工作；近期才开始上市的数字电视产品可以接收基于DVB的数字电视信号，但对于网络电视业务来说仍然需要增加相应的功能。手机作为网络电视业务的终端显示设备必须具备处理和显示数字视频信号的能力，目前市场上出现的可以处理显示动态画面的手机由于其网络传输速率和视频解码处理能力的限制还无法提供比较流畅的视频信号，因此在3G网络投入运营以及有更为有效的编码方案后，手机会逐步成为网络电视的真正终端设备。视频流在到达接收端的各类终端设备经过解码后显示出来，同时需要接收和显示的内容还包括了电子节目指南等信息。计算机与节目指南服务器间可以通过标准的HTTP协议以HTML格式传输节目指南信息，因此在服务系统中无须进行特殊的处理；而机顶盒在与节目指南服务器进行信息交换时尽管基本上也采用标准的传输协议和格式，但是由于机顶盒操作系统和中间件的不同，需要在机顶盒与节目指南服务器间进行相关的定制工作。此外，各类终端设备还可以通过网管代理实现远程监控、自动升级等功能。四、IPTV在中国IPTV近一段时间以来，成为业界关注的焦点。市场调研机构MRG公司去年发布的一份市场预测报告曾指出，随着欧洲、亚洲和北美IPTV试验、部署及技术竞争的加剧，全球IPTV市场呈现出了加速增长势头，并预计2008年，全球IPTV用户将达2600万。同时，这家市场调研机构还预计，今年将成为“IPTV年”。UT斯达康宽带事业部总监李颖认为，中国发展IPTV的时机已经基本成熟，制约IPTV发展的瓶颈已被打破，中国正处在IPTV爆发的前夜。来自IDC(中国)的数字显示，2003年到2008年我国的IPTV用户年复合增长率将达到245%，到2008年将达到855万。种种迹象表明，制约IPTV发展的瓶颈政策、内容、接入和运营等因素，目前正在逐步消除。从政策层面上看，电信运营商对于IPTV一直非常积极，此前主要是广电总局的态度不明朗，但是这种障碍随着广电39号文件的出台而不复存在。广电总局在去年10月11日施行的这个文件中说，“国家鼓励地（市）级以上广播电台、电视台通过国际互联网传播视听节目”，“业务类别分为播放自办节目、转播节目和提供节目集成运营服务等。接受终端分为计算机、电视机、手机及其他各类电子设备。传播网络分为移动通信网、固定通信网、微波通信网、有线电视网、卫星或其他城域网、广域网、局域网等。”在接入方面，中国的宽带用户已经达到了2200多万，为IPTV的发展提供了坚实的用户基础。无论是电信运营商的ADSL接入还是有线电视的Cable接入，其带宽已经基本上满足了IPTV的最低要求。IPTV设备商已经具备了多厂家环境，一些设备商的IPTV解决方案在国外的应用中得到了验证。如UT斯达康公司IPTV系统产品mVision宽带视频技术解决方案前一段时间赢得了美国DSSI公司的订单，为美国阿拉巴马州和佛罗里达州的10万用户提供通过互联网传送的电视节目，并