浅谈IPTV技术

　　近年来，随着宽带技术的发展，宽带用户的数量急剧上升。宽带为何如此受欢迎?原因之一是用户可以得到多种宽带服务，其中以影视服务为主的宽带流媒体服务最引人瞩目。目前，宽带用户基本上都是通过PC机接入宽带网络，而我国电视机的普及率却远远高于PC机，如果能把宽带流媒体服务扩展到机顶盒，使电视用户也能享受到宽带带来的好处，这将给运营商带来极大的商机。IPTV技术正是为实现这一目标而发展起来的。
　　IPTV即网络电视，它是利用IP宽带网络，以“电视机+机顶盒”为主要终端设备，为用户提供包括电视节目在内的互动多媒体服务的宽带增值业务。IPTV能提供点播、广播/直播、视频通信、短信/彩信、信息服务、游戏等业务。
　　IPTV技术是一项系统技术，主要包括音视频编解码技术、流媒体传送技术、宽带接入网络技术、IP机顶盒技术等。
1、音视频编解码技术
　　IPTV音视频编解码技术在整个系统中处于重要地位，IPTV作为IP网络上的视频应用，对音视频编解码有很高的要求。首先，编码要有高的压缩效率和好的图像质量，压缩效率越高，传输占用带宽越小；图像质量越高，用户体验则越好。其次，IPTV平台应能兼容不同编码标准的媒体文件，以适应今后业务的发展。最后，要求终端支持多种编码格式或具备解码能力在线升级功能。
　　目前主流的视频编码格式有以下几种：MPEG-2(ISO/EC 13818-2)、MPEG-4 Part 2(ISO/IEC14496-2)、H.264/AVC(即MPEG-4 Part10)、微软的WMV-9、Real公司的视频格式，前三者为公开的国际标准，后两者为企业的私有标准。
　　MPEG-2是DVD标准之一，编码比较简单，以TS(Transport Stream)流方式传输为主。MPEG-4 Part 2标准开放，同等条件下的编码复杂度是MPEG-2的3倍，图像质量是MPEG-2的1.5～3倍。H.264是3GPP编码标准之一，也是HD-DVD存储格式之一，同等条件下的编码复杂度是MPEG-2的4倍，图像质量是MPEG-2的4～8倍。微软的WMV-9是HD-DVD存储格式之一，同等条件下的编码复杂度是MPEG-2的1.5～2倍，图像质量是MPEG-2的1.5～3倍。Real公司的视频格式是在窄带(主要的互联网)上进行多媒体传输的压缩编码技术。
　　H.264具有高的编码效率和图像质量，代表了编解码技术的发展方向。同时，由于标准的开放性以及获得了3GPP、DVD Forum的支持，H.264已被大多数运营商和产业界看好，它将成为IPTV乃至互联网上其他视频业务的编码标准。
2、流媒体传送技术
　　IPTV的核心业务是数字音视频流业务，流媒体传送技术相当重要，如果传送技术高效可靠，不仅可以节约系统带宽，还可以减轻系统负担，使系统得到优化。通常，IPTV系统中流媒体的传送方式随用户接收方式不同而不同。从终端用户看主要有点播和广播两种接收方式。
　　2.1　点播接收方式下流媒体传送
　　点播接收具有个性化，接收的内容和时间取决于用户喜好，具有实时交互特点。同时，点播业务对网络带宽的需求也很大，为了避免大量消耗骨干带宽，同时保证服务质量，要求IP网络能有效地将视频流推送到用户接入网络，使用户尽可能就近访问。内容分发网络(CDN)就能提供这种支持。
　　CDN是一个建立并覆盖在互联网上的特殊网络，通过互联网高效传递丰富的多媒体内容。它把流媒体内容从源服务器复制分发到最靠近终端用户的缓存服务器上，当终端用户请求某个业务时，由最靠近请求来源地的缓存服务器提供服务。如果缓存服务器中没有用户要访问的内容，CDN会根据配置自动到源服务器中，抓取相应的内容，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。
　　2.2　广播接收方式下流媒体传送
　　广播接收在用户看来是被动的，用户对内容选择只限于所提供的频道，是非交互型的。由于收看广播的用户收看的是相同内容，为了减少网络带宽浪费，广播接收方式对IP网络提出了组播功能要求。
　　组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)一次并同时发送单一的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”。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，组播实现方式分为应用层组播、BARS组播和DSLAM组播。
3、宽带接入网络技术
　　IPTV接入可以充分利用现有宽带接入技术，主要有xDSL、FTTx+LAN、Cable Modem等三种。
　　3.1　xDSL
　　目前，xDSL技术中最常用的技术有ADSL和VDSL。
　　ADSL是上下行传输速率不相等的DSL技术，它在一对双绞线上提供的下行速率为1.5Mbit/s～8Mbit/s，上行速率为16Mbit/s～640kbit/s。目前ADSL是我国主要的宽带接入方式，普通家庭用户ADSL速率通常在下行1Mbit/s左右，而IPTV需要大约3Mbit/s的下行带宽，因此，普通用户ADSL可以通过提速支持IPTV业务。
　　VDSL在一对双绞线上提供的下行速率为3Mbit/s-52Mbit/s，上行速率为1.5Mbit/s-2.3Mbit/s。因此，VDSL可以更好地支持IPTV业务。
　　3.2　FTTx+LAN
　　FTTx技术是光纤到x的简称，它可以是光纤到户(FTTH)、光纤到局(FTTE)、光纤到配线盒/路边(FTTC)、光纤到大楼/办公室(FTTB/O)。
　　光纤具有很宽的带宽，可以说，光纤到户技术非常有利于开展IPTV业务。
　　3.3　Cable Modem
　　Cable Modem接入方式是利用有线电视的同轴电缆传送数据信息，它的上下行速率可高达48Mbit/s。但Cable Modem是一种总线型的接入方式，同一条电缆上的用户互相共享带宽，在密集的住宅区，若用户过多，Cable Modem一般难以达到较为理想的速率。
4、IP机顶盒技术
　　IP机顶盒主要实现3方面的功能：a)与宽带接入网连接，收发和处理IP数据和视频流；b)对接收的视频流进行解码，包括对MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、WMV、Real等编码格式的解码，支持视频点播、电视屏幕显示、数字版权管理等功能；c)支持HTML网页浏览、网络游戏等。
　　IPTV机顶盒所有功能的实现均基于高性能微处理器，嵌入式操作系统是对芯片实时解码和纯软件实时解码应用的基本支撑平台。目前，IPTV机顶盒的嵌入式操作系统基本上分为嵌入式WinCE和嵌入式Linux两类。
　　4.1　嵌入式WinCE机顶盒
　　WinCE最大特点是其API与Win32兼容，这有利于使用Windows环境开发WinCE应用，此外，WMV-9播放器还可直接运行于WinCE，许多现成的Windows组件稍加改造就能应用于终端上的网络管理以及视频流控制等，这些对DSL低带宽环境充分分享Windows Media优秀成果而言，不能不说是事半功倍的终端开发捷径。
　　4.2　嵌入式Linux机顶盒
　　嵌入式Linux机顶盒以专用的多媒体微处理器为核心，辅以以太接口和视频接口构成系统。多媒体微处理器带有MPEG-2或MPEG-4实时解码功能芯片。系统优点是：a)视频处理速度明显提高，特别适合视频直播系统应用；b)内存占用少，硬件结构紧凑，成本不高；c)Linux源代码公开，有大量免费优秀开发工具和应用软件可用；d)Linux操作系统非常稳定，内核精悍，运行所需资源少，并有优秀的网络功能，支持的硬件数量庞大。高性价比是其最大特色。
5、结束语
　　IPTV是一项系统技术，技术复杂度较高，涉及到了信号处理、通信、计算机、微电子等众多领域，它的发展需依靠整个产业链的发展。随着条件的成熟，IPTV将走进千家万户，使更多的人体验到宽带带来的乐趣，使人们的生活质量得到提高。同时，IPTV也拓展了运营商的市场，带来了很大的机遇，有利于信息产业的发展。