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浅谈IPTV业务的特点及其相关技术应用

发布时间:2020-02-11 04:26:38 阅读: 来源:真空过滤机厂家

IPTV是在电信网络IP技术架构基础上实现多媒体视频节目互动传播的方式。 用户可以通过“IP机顶盒+电视”的方式获得IPTV服务。

IPTV是建立在宽带网络基础之上的业务。随着宽带用户逐步增多,以影视服务为主的宽带流媒体服务成为宽带增值业务中重要的服务,获得了广大用户的喜爱。最近几年,中国电信、中国网通等运营商经过大规模的宽带网络升级、改造及对宽带用户的努力培育之后,截止到2004年12月底,已拥有4280万户宽带用户,初步具备了通过高速互联网向用户提供IPTV业务的用户基础和技术基础。因此,IPTV被运营商认为是当前宽带网络上最具发展潜力、最具盈利前景的热点宽带增值应用之一。

就宽带网络覆盖的用户来说,目前主要是计算机终端用户,而中国的电视机普及率远远高于PC机,因此,作为家庭接入的宽带网,如果能覆盖到电视终端,那么其潜在的用户市场将大大拓展。因此,运营商需要逐渐从对PC终端的关注转向对电视机终端的关注。同时,对于宽带流媒体服务来说,也需要进行接入终端的扩展,从现有的PC终端扩展到机顶盒终端,使宽带网络逐步进入用户的家庭娱乐领域,成为生活娱乐的一部分。因此开展基于电视机终端的、使用机顶盒、以视频服务为主的IPTV服务,成为电信运营商关注的焦点和下一步宽带网络发展的关键。

IPTV具有非常鲜明的特点,可以实现媒体服务者和消费者互动,能根据用户的选择提供内容广泛的多媒体服务。利用机顶盒,用户在电视机前按动遥控器,就可以通过宽带网络进行影视节目点播、交互电视、收听音乐、信息查询等工作,进而实现家庭购物、远程医疗、电视教育、电子函件、旅游指南、订票预约、股票交易等服务,极大地提高和改善生活质量和工作效率。

综上所述,IPTV是一项极具市场前景的增值应用。首先,其用户是电视用户,潜在消费群体巨大;其次,它能够充分利用现有网络资源,以增值运营带动宽带接入;再次,通过IPTV能够提高运营商形象,提升用户忠诚度,增强企业竞争力。 IPTV的特点

IPTV集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体,在技术上具有以下特点。

首先,业务开展主要基于宽带IP网,与有线网需要进行双向改造相比,先天就有交互性优势。在传统的广播方式里,所有的观众只能被动地接收,无法与节目内容互动,但IPTV与这种一点对多点传播方式不同,可提供建立在通信网络上的互动性视频服务,让用户可以有多种选择。例如,用户可以在任何时间点播那些已经播过但自己又非常感兴趣的节目,可以对节目进行快进、慢放等调节。

其次,除了能提供单向的类似电视的频道制视频直播之外,利用互联网信息资源的优势,IPTV还可以为用户提供包括数字电视节目、可视电话、VOD、互联网浏览、网络游戏、网上购物和远程教育等在内的交互式多媒体信息服务,提供丰富的信息。

再次,IPTV平台可开发性强,能够在改动量小的情况下支持不同的视频编码标准。随着视频压缩技术的发展,现在,视频编码效率已经大大提高,这使得在同样带宽条件下视频质量迅速提升,有效节省了网络带宽。

当然,目前国内电信宽带接入主要采用ADSL技术,速率较低;另外,IP网与Cable网相比,存在丢包率高、安全性低等不足。但随着ADSL2+、VDSL等新技术的采用,以及IP网QoS的部署,这些缺陷都将得到弥补。同时,随着业务的发展,IPTV机顶盒成本也会不断降低,接近Cable TV机顶盒的水平。 IPTV的传送方式

IPTV的核心业务是为用户提供高质量的数字音视频服务,主要采用音视频点播、音视频直播等传送方式。

音视频点播

音视频点播业务是个性化服务,带宽需求高。为避免对骨干带宽的大量消耗,同时保证服务质量,要求节目尽可能推送到网络边缘,用户尽可能就近访问。

内容分发网络(CDN)可提供上述支持能力。CDN是一个建立并覆盖在互联网上的一层特殊网络,专门用于通过互联网高效传递丰富的多媒体内容。其边缘节点分布于城域网并靠近用户一端的网络侧,用于把网站的内容发布到最接近用户的网络“边缘”,让用户可以就近取得所需的内容。因而,CDN可以提高互联网中信息流动的效率,从技术上解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等原因造成的“拥塞”,提高用户访问网站的速度。

CDN系统由各种Cache服务器组成,将这些Cache服务器分布到用户访问相对集中的地区或网络??术(GSLB),将用户的访问指向到离用户距离最近的工作正常的Cache服务器上,由Cache服务器直接响应用户的请求。如果Cache服务器中没有用户要访问的内容,它会根据配置自动到源服务器去抓取相应的内容并提供给用户。CDN的实现需要依赖多种网络技术的支持,主要包括负载均衡技术、动态内容路由、高速缓存机制、动态内容分发与复制、安全服务等。

音视频直播

音视频直播类业务的特点是,频道固定,数据传输带宽要求较高,访问量大。与点播类业务不同,收看直播节目的用户看到的是相同的内容,因此,网络适合采用组播方式向用户提供服务。组播技术可以减少直播对带宽资源的占用。因此,IPTV承载网应提供对组播的支持。

组播是一种允许一个或多个组播源,一次并同时发送单一数据包到多个接收者的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组,只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。在IPTV里,组播源往往仅有一个,即使用户数量成倍增长,主干带宽也不需要随之增加,因为无论有多少个目标地址,在整个网络的任何一条主干链路上只传送单一视频流,即所谓“一次发送,组内广播”。可见,组播提高了数据传送效率,减少了主干网出现拥塞的可能性。

根据组播复制点的位置,组播主要实现方式有以下几种:

第一,应用层组播。由于组播技术目前在网络上还得不到很好的支持,缺乏运营管理,因此,可在CDN系统中实现应用层组播。直播源在源服务器与边缘节点的Cache服务器之间以单播方式传送,而边缘节点的Cache服务器将传送过来的这个输入流“复制”成多个输出流,与多个用户机顶盒建立单播连接,向多个用户机顶盒单播传送同一个内容,实现同时为多个用户提供直播服务,从而在应用层实现IP组播同样的功能。这种方式的特点在于,减少了对骨干网带宽的占用;无需对现网进行调整;可以充分利用CDN系统良好的认证计费支持。但随着用户数量的上升,需要增加CDN边缘节点并使其逐渐向用户侧靠近,增加了CDN网络自身投资和复杂度,因此,建议在IPTV业务开展初期使用。

第二,BRAS支持组播。若BRAS及其以下的网络设备可以支持组播,则可以通过BRAS开展组播业务。这种组播方式可以使用PPPoE认证,用户机顶盒与BRAS之间建立PPPoE隧道,由BRAS设备作为组播源实现组播复制,把组播内容复制到PPPoE隧道,所有的单播、组播、控制数据流都在PPPoE隧道里传送,用户机顶盒加入组播组获取直播内容。通过BRAS实现组播视频业务时,每个用户均有一个来自BRAS的单播流需要通过整个汇聚和接入网络,这大大增加了BRAS规模和汇聚网络的压力;同时,由于面向用户的组播复制点是BRAS,因此,对BRAS的下联带宽要求很高。所以,BRAS支持组播不适合大规模IPTV的组网。建议在IPTV业务开展初期使用。

第三,DSLAM支持组播。若DSLAM及其以下的网络设备可以支持组播,则可以通过DSLAM开展组播业务。这种方式需要DSLAM支持组播及视频功能,但传统的基于ATM内核的DSLAM组播能力始终难以达到规模商用的水平,这直接影响了IPTV业务的发展。随着IP内核DSLAM技术的发展,DSLAM解决了组播复制问题,DSLAM已具备相当大的组播能力,有些新型IP DSLAM已能提供内嵌的PPPoE认证,可识别IPTV用户,进行本地认证、组播复制与管理,而对上网用户仍旧透传,由BRAS集中管理。由于DSLAM支持组播方式的复制点较上两种方式更接近用户,因此,对骨干和汇聚网络压力最小,更适合于大规模的IPTV商用。 IPTV使用的编码方式

IPTV业务将提供高质量的数字音视频业务,而标准清晰度或高清晰度质量的未压缩数字视频要以几十Mbit/s左右的速率才能传送,因此,为了降低传输带宽和存储需要,视频必须以压缩形式传送,并且需要根据IPTV业务的用户带宽需求选取合适的视频压缩编码技术。

当前中国电信运营商提供的宽带接入方式主要以512kbit/s至2Mbit/s速率的ADSL为主,因此,在IPTV系统上主要采用MPEG-4、WMT和H.264标准的视音频压缩编码算法。

MPEG-4

运动图像专家组(MPEG)于1999年2月正式公布了MPEG-4(ISO/IEC14496)标准第一版本。同年年底,MPEG-4第二版完成,并于2000年年初正式成为国际标准。现在一般所谈到的MPEG-4都是指MPEG-4的第2版。MPEG-4算法与MPEG-1和MPEG-2相比有很大改进,拥有更高的编码效率,数据率相对较低,使得视频、音频在低带宽信道上传送成??变化的处理;对音频信号可在6kbit/s的4kHz长话音质与多通道广播级音质之间进行处理。这种可升级性,使得音频与视频数据可以经专门调整,以适应实际环境。

MPEG-4在编码高清质量的IPTV节目时,通常的编码速率为768kbit/s到2Mbit/s之间。音频编码通常采用MP3或AAC编码,数据码率在64kbit/s至128kbit/s之间。在采用AAC编码时,典型比特流为96kbit/s,音质超过128kbit/s的MP3编码。

WMT

WMT(Windows Media Technology)是Microsoft提出的信息流式播放方案,其主要目的是在Internet和Intranet上实现包括音频、视频信息在内的多媒体流信息的传输。

WMV(Windows Media Video)是Microsoft视频技术的首要编解码器,已发展到第9版,它派生于MPEG-4,几个专有扩展功能使其可在给定码率下提供更好的图像质量,可以支持True-VBR(真正动态变量速率编码,能保证下载过程中影像的品质)和Two-Pass编码技术。WMA(Windows Media Audio)是Microsoft音频技术的首要编解码器,编解码器类似于MP3。

H.264

H.264是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG组成的联合视频组(Joint Video Team,JVT)开发的最新数字视频编码标准,它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。目前该标准还在开发之中,预计2005年上半年可正式通过。

在技术上,H.264标准采用了许多新算法,如统一的VLC符号编码,高精度、多模式的位移估计,基于4×4块的整数变换,分层的编码语法等。这些措施使得H.264算法具有很高的编码效率,在相同的重建图像质量下,能够比H.263节约50%左右的码率。其码流结构网络适应性强,增加了差错恢复能力,能够很好地适应IP和无线网络的应用。为了更好地完成运动估计,H.264显著增加了可变块尺寸的种类和可变参考帧的数目。新技术的使用使H.264在略低于1Mbit/s的传输速度下播放质量达到DVD水平,有望比目前MPEG-4实现的视频格式在性能方面提高33%。

尽管H.264尚未最后定稿,但其更高的压缩比、更好的信道适应性,必将在数字视频的通信或存储领域得到越来越广泛的应用,其发展潜力不可估量。

从总体上说,H.264性能的改进是以增加复杂性为代价而获得的。据估计,编码的计算复杂度大约相当于H.263的3倍,解码复杂度大约相当于H.263的2倍。但是,随着技术的发展,这种复杂性的增加是在技术可接受范围之内的。 表1 IPTV采用的主要视音频压缩编解码算法特点比较[img][/img]

表1对IPTV系统采用的主要视音频压缩编解码算法的特点进行了比较。其中,MPEG-4与WMV9作为当前比较成熟的视音频编码标准,在相同码流下视频质量接近。MPEG-4标准自身可选项较多,运营商需对标准进行规范,以保证厂商间互通性。WMV9是一个私有的技术,没有MPEG-4这样的缺点,但标准的开放性较差。运营商可以根据自己的需求在这两种标准中选择。H.264作为下一代的视音频编码标准,在相同码流下视频质量较MPEG-4和WMV9有了相当程度的提高,可以在不增加带宽的情况下大幅度提升IPTV业务质量,因此,有条件成为未来大规模商用的主要编码标准。

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