Ｐ２Ｐ ＩＰＴＶ技術(shù)進展

摘要：IPTV的發(fā)展面臨客戶機/服務(wù)器模式的輸入/輸出“瓶頸”的制約；另外一方面，中國在發(fā)展P2P Internet TV 方面取得了驕人的進展。用發(fā)展P2P Internet TV的思路和技術(shù)發(fā)展 IPTV有可能開創(chuàng)新局面，即P2P IPTV的概念。發(fā)展P2P IPTV有可能使中國實現(xiàn)世界級的技術(shù)創(chuàng)新。由于電信業(yè)在發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)方面有強烈的需求和良好的基礎(chǔ)，有先進的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和有國際競爭力的電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造業(yè)，可以成功地支持這一創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：IPTV業(yè)務(wù)；互聯(lián)網(wǎng)電視；流媒體；對等連接

Abstract: The input/output problem under the client/server work mode is acknowledged as a bottleneck for developing IPTV. Meanwhile， China has witnessed tremendous progresses in Peer-to-Peer (P2P) Internet TV. P2P IPTV hence arises as a new idea to develop IPTV with the concept and technologies of P2P Internet TV. P2P IPTV may be expected to be a world-class technical innovation of China. The telecom industry of China may successfully back this innovation up， with its strong demands on and good foundation of developing broadband services， as well as with its advanced network infrastructure and world-class telecom and network equipment vendors.

Key words: IPTV service; Internet TV; stream media; peer to peer

1 IPTV采用客戶機/服務(wù)器模式的局限性

IPTV一般泛指通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸音視頻內(nèi)容并用電視機收看的業(yè)務(wù)。目前電信運營商提供的IPTV運營在支持組播的可管理的IP網(wǎng)上，其主要業(yè)務(wù)為直播電視(轉(zhuǎn)播電視廣播)、時移電視、視頻點播(VoD)以及交互信息服務(wù)等。

目前中國的IPTV系統(tǒng)采用客戶機/服務(wù)器模式提供單播和點播(包括VoD和時移電視)業(yè)務(wù)。由于服務(wù)器輸入/輸出(I/O)“瓶頸”的限制，一臺服務(wù)器只能支持有限的并發(fā)流(千數(shù)量級的并發(fā)流)。要解決十萬、百萬用戶同時收看的問題，不僅需要大量服務(wù)器，還需要極寬的網(wǎng)絡(luò)帶寬。目前的解決方法一是采用組播來提供廣播，二是采用內(nèi)容傳送網(wǎng)絡(luò)(CDN)技術(shù)將服務(wù)器盡量放到離客戶近的地方以減輕網(wǎng)絡(luò)負荷?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)要支持組播，需要進行改造，這不僅導(dǎo)致成本增加還將損失互聯(lián)網(wǎng)無所不在的通達能力。因此，IPTV只能在經(jīng)過改造的局部網(wǎng)絡(luò)內(nèi)提供廣播業(yè)務(wù)。對于IPTV進一步向網(wǎng)絡(luò)新媒體演化趨勢，目前的客戶機/服務(wù)器模式也不能很好地提供支持。

客戶機/服務(wù)器已經(jīng)成為制約IPTV發(fā)展的“瓶頸”，解決方法是體系結(jié)構(gòu)向?qū)Φ冗B接(P2P)模式演化。

2 P2P內(nèi)容分發(fā)技術(shù)的演化

計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演化過程不斷在集中和分布之間擺動。早期計算機的使用模式是眾多用戶共享大型計算機，以后發(fā)展了個人計算機，從集中走向分布。在互聯(lián)網(wǎng)上存在類似情況，開始采用客戶機/服務(wù)器方式，使用網(wǎng)站上集中的服務(wù)器。進一步發(fā)展將走向分布式，集中的服務(wù)器變成分布式的。

P2P技術(shù)將許多用戶結(jié)合成一個網(wǎng)絡(luò)，共享其中的帶寬，共同處理其中的信息。與傳統(tǒng)的客戶機/服務(wù)器模式不同，P2P工作方式中，每一個客戶終端既是客戶機又是服務(wù)器。以共享下載文件為例，下載同一個文件的眾多用戶中的每一個用戶只需要下載文件的一個片段，然后互相交換，最終每個用戶都得到完整的文件。

實現(xiàn)P2P的第一步是在互聯(lián)網(wǎng)上進行檢索，找到擁有所需內(nèi)容和計算能力的結(jié)點地址；第二步是通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對等連接。為了充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)無所不在的優(yōu)勢，不能對互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進行任何修改。解決的方法是在基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)上架設(shè)一個P2P重疊網(wǎng)。

P2P重疊網(wǎng)分為無組織的P2P重疊網(wǎng)、有組織的P2P重疊網(wǎng)和混合型網(wǎng)三大類。目前在互聯(lián)網(wǎng)上廣泛使用的大多是無組織的P2P重疊網(wǎng)，如BitTorrent(BT)下載。而有組織的P2P重疊網(wǎng)目前還處于學(xué)術(shù)界研究階段，如Tapestry、Chord、Pastry和CAN等網(wǎng)絡(luò)。正在研究的新一代的P2P應(yīng)用包括多播、網(wǎng)絡(luò)存儲等都運行在這種有組織的P2P重疊網(wǎng)上。一些實用系統(tǒng)開始使用混合型結(jié)構(gòu)。

無組織的P2P重疊網(wǎng)已經(jīng)演進了幾代。第一代P2P網(wǎng)絡(luò)采用中央控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。早期的軟件Napster就采用這種結(jié)構(gòu)；第二代P2P采用分散分布網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，適合在自組織(Ad hoc)網(wǎng)上應(yīng)用，如即時通信等；第三代P2P采用混合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，這種模式綜合了第一代和第二代的優(yōu)點，用分布的超級結(jié)點取代中央檢索服務(wù)器，并進一步利用有組織網(wǎng)的分布式哈希表(DHT)加速檢索。

廣播影視資料內(nèi)容的分發(fā)主要采用兩種方法：一種方法是先下載，下載后再觀看，這種方法現(xiàn)在被稱為播客(Podcast)；另一種就是用流媒體的方式邊下載邊收看。P2P技術(shù)對這兩種方式都支持。

P2P共享下載大家比較熟悉。目前常用的P2P軟件BT屬于第三代混合型無組織網(wǎng)。每天全球都有數(shù)以千萬計的網(wǎng)民用BT軟件下載整部電影、MP3和大型軟件等，其數(shù)據(jù)流量已占全球因特網(wǎng)總數(shù)據(jù)流量的70%以上。在中國情況類似，寬帶用戶大部分流量是P2P應(yīng)用。版權(quán)問題是困擾P2P下載發(fā)展的主要問題，目前一些有合法版權(quán)的播客網(wǎng)站開始健康發(fā)展。

P2P流媒體是近年來才發(fā)展起來的，目前在中國發(fā)展得非常好，有10多家網(wǎng)站采用自主開發(fā)的軟件提供P2P Internet視頻服務(wù)，注冊用戶達250萬戶。

3 P2P流媒體直播技術(shù)進展

利用P2P技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模流媒體點播和直播的系統(tǒng)Webcast出現(xiàn)于1998年。Webcast利用一棵二叉多播樹在用戶之間進行實時多媒體數(shù)據(jù)的傳輸和共享。此后由于流媒體直播服務(wù)相對簡單，首先得到快速發(fā)展。2000年出現(xiàn)第一套P2P視頻直播系統(tǒng)的原型——ESM系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用用戶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)互連構(gòu)造最優(yōu)媒體數(shù)據(jù)多播樹的方法在用戶間傳播實時的多媒體內(nèi)容。由于算法限制，這套系統(tǒng)只能擴展到幾千人同時在線，但已經(jīng)標(biāo)志著P2P流媒體直播系統(tǒng)進入了系統(tǒng)發(fā)展期。

此后各種原型系統(tǒng)、高度可擴展的應(yīng)用層多播協(xié)議大量涌現(xiàn)。其中典型的系統(tǒng)有提供音頻廣播的Standford大學(xué)的Peercast系統(tǒng)和德國的P2PRadio系統(tǒng)，他們均采用開放源代碼。而應(yīng)用層多播協(xié)議有微軟的Coopnet/Splitstream協(xié)議、思科的Overcast協(xié)議、馬里蘭大學(xué)的NICE協(xié)議、伯克利大學(xué)的Gossip協(xié)議等。雖然這些系統(tǒng)和協(xié)議尚不能實用，但為P2P流媒體直播打下了堅實的理論基礎(chǔ)。

2004年5月歐洲杯期間，香港科技大學(xué)張欣研博士開發(fā)的CoolStreaming原型系統(tǒng)在Planetlab網(wǎng)上試用獲得成功。這套系統(tǒng)使用Goosip協(xié)議在用戶之間傳播控制信令，使用類似于BT的多點對多點數(shù)據(jù)傳播協(xié)議在用戶之間傳送媒體數(shù)據(jù)包。CoolStreaming系統(tǒng)是第一次真正將高可擴展和高可靠性的網(wǎng)狀多播協(xié)議應(yīng)用在P2P流直播系統(tǒng)當(dāng)中，標(biāo)志P2P直播技術(shù)進入準(zhǔn)商業(yè)運作階段。在CoolStreaming成功的鼓舞下，中國流媒體直播技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，在世界上獨樹一幟，目前中國有10多個網(wǎng)站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P流媒體直播業(yè)務(wù)。用戶最多的是PPLive網(wǎng)采用的Synacast系統(tǒng)。Synacast系統(tǒng)的核心是一套完整的網(wǎng)上視頻傳輸和運營支持業(yè)務(wù)平臺。在此平臺上可以方便地完成節(jié)目采集、發(fā)布、認證、統(tǒng)計分析等功能。

由于采用了P2P技術(shù)進行流媒體內(nèi)容的分發(fā)，Synacast系統(tǒng)對服務(wù)器端的要求比較低。通常情況下，每一個源分發(fā)服務(wù)程序只占用5%左右的CPU負載，20 MB的內(nèi)存和10 Mb/s的網(wǎng)絡(luò)帶寬。以PPLive網(wǎng)為例，該網(wǎng)站原本使用的是傳統(tǒng)的Windows Media服務(wù)器，一臺100 Mb/s服務(wù)器以單播方式提供一路節(jié)目的直播，最多可支持200～300個用戶并發(fā)訪問；當(dāng)使用了Synacast技術(shù)后，一臺100 Mb/s接入互聯(lián)網(wǎng)的普通PC服務(wù)器可以同時提供5～10路視頻節(jié)目的直播，每一路節(jié)目均可以支持百萬用戶同時收視。

目前P2P流媒體直播的主要性能如下：播放的電視節(jié)目的碼率一般為3～500 kb/s，有些頻道已經(jīng)開始提供800 kb/s的碼率，超過VCD的畫面質(zhì)量；在20 s～1 min左右完成數(shù)據(jù)緩沖，并開始播放，可以給用戶提供穩(wěn)定、清晰的電視節(jié)目，一般不會出現(xiàn)播放停頓的問題；具有內(nèi)網(wǎng)穿越功能，從而保障內(nèi)網(wǎng)用戶的使用；使用5～10 Mb/s服務(wù)器出口帶寬支持百萬級數(shù)量用戶的同時在線；具有認證、計費平臺。

P2P流媒體電視直播采用計算機終端，在用戶計算機中存儲的內(nèi)容僅幾分鐘，不需要使用硬盤，目前正開始發(fā)展廉價的機頂盒終端。

4 P2P流媒體點播技術(shù)進展

與直播領(lǐng)域相比，在流媒體點播領(lǐng)域，P2P技術(shù)的發(fā)展速度相對較為緩慢。主要是因為點播當(dāng)中的高度交互性需求，使得實現(xiàn)的復(fù)雜程度較高。此外節(jié)目源版權(quán)因素對P2P點播技術(shù)的應(yīng)用有阻礙。2000年，美國普度大學(xué)實現(xiàn)的GnuStream系統(tǒng)是在Gnutella網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的第一個P2P準(zhǔn)點播系統(tǒng)。該系統(tǒng)也使用了網(wǎng)狀多播的策略。由于版權(quán)因素的限制，這套系統(tǒng)沒有能得到大規(guī)模的使用。2000年之后，P2P的點播技術(shù)在適用于點播的應(yīng)用層傳輸協(xié)議技術(shù)、底層編碼技術(shù)以及數(shù)字版權(quán)技術(shù)等方面都有重要進展。在應(yīng)用層傳輸協(xié)議方面，比較重要的有2002年提出的P2Cast協(xié)議以及2003年提出的CollectCast協(xié)議(用于PROMISE系統(tǒng))。目前正在發(fā)展實用的P2P點播系統(tǒng)，開始進入商業(yè)應(yīng)用階段。

美國在線(AOL)和華納兄弟合作將在互聯(lián)網(wǎng)上采用Kontiki公司P2P VoD推出In2TV業(yè)務(wù)，為客戶提供電視劇點播業(yè)務(wù)。有6類電視劇節(jié)目，具有DVD質(zhì)量的視頻效果。In2TV還提供各種交互服務(wù)如游戲等。

與P2P流媒體直播不同，P2P流媒體終端必須擁有硬盤，其成本高于直播終端。

5 P2P Internet TV發(fā)展情況和存在的問題

2004年中國開始出現(xiàn)采用P2P流媒體技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)上進行電視直播的網(wǎng)站。目前中國有10多個網(wǎng)站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P流媒體直播業(yè)務(wù)，掀起了一股P2P Internet TV浪潮。主要Internet TV系統(tǒng)有：

●PPLive網(wǎng)絡(luò)(采用Synacast軟件)

●ppStream網(wǎng)絡(luò)

●QQ直播網(wǎng)絡(luò)(已與新版QQ進行了捆綁)

●貓眼網(wǎng)絡(luò)電視(貓撲網(wǎng))

●TVKoo網(wǎng)絡(luò)(沸點網(wǎng)絡(luò)電視)

●Rox磊客網(wǎng)

一些電信運營商也開始加入這一潮流，貴州網(wǎng)通采用上海網(wǎng)用公司的技術(shù)開展實驗運營，上海電信也在實驗。

P2P流媒體一方面提高了電視的通達性，另一方面降低了電視播出的門檻。

目前中央電視臺網(wǎng)站通過客戶機/服務(wù)器模式向全世界提供廣播服務(wù)。但是畫面很小，同時在線人數(shù)也受限制。如果采用P2P模式既可保持互聯(lián)網(wǎng)的通達性，覆蓋到全球，又可以保證質(zhì)量支持大量用戶同時收看。P2P流媒體還可以降低廣播電視播出門檻，用很簡單的服務(wù)器就可以實現(xiàn)網(wǎng)上流媒體廣播。P2P共享下載可以降低內(nèi)容分發(fā)的門檻。

2006年春節(jié)聯(lián)歡晚會期間，中央電視臺使用P2P和CDN技術(shù)向全球進行同步視頻直播。除在全球布設(shè)CDN服務(wù)，采用客戶機/服務(wù)器模式用流媒體技術(shù)提供直播外，還采用清華大學(xué)的Gridmedia系統(tǒng)和天天寬廣公司的UUSee平臺進行P2P流媒體電視直播。2006年1月28日16時至1月29日1時，央視網(wǎng)站頁面點擊量達到2.96億次，頁訪問次數(shù)達4 792萬次，收看春節(jié)晚會視頻直播的人次為410萬，其中89萬來自海外；最高同時在線人數(shù)為46.7萬，其中7.5萬來自海外；最大帶寬超過5.38 Gb/s，其中國際帶寬最大4.9 Gb/s。

2005年湖南衛(wèi)視超女總決賽，PPLive進行了網(wǎng)上直播，有50萬人同時在線收看。2005年12月31日晚，使用PPLive直播軟件看“2005－2006年超女跨年演唱會”的用戶數(shù)突破百萬大關(guān)。其中30%來自海外。

中國基于E-mail和手機號碼的網(wǎng)上收付費平臺——由快錢公司和上海天娛傳媒有限公司合作完成的系統(tǒng)，首次應(yīng)用P2P內(nèi)容版權(quán)保護技術(shù)于網(wǎng)絡(luò)直播活動，用戶需要領(lǐng)取免費的門票才可以觀看。

中國已經(jīng)開始P2P流媒體網(wǎng)上新聞直播，如神六升空和返回過程中，搜狐、新浪和網(wǎng)易等門戶網(wǎng)站使用P2P流媒體技術(shù)進行了視頻直播。

山東省三大新聞網(wǎng)之一的山東新聞網(wǎng)與擁有國際領(lǐng)先流媒體技術(shù)的光芒傳媒合作，成功開通了網(wǎng)上視頻新聞欄目。搜狐2006年將推出“我形我秀”的P2P網(wǎng)絡(luò)電視臺。

P2P流媒體技術(shù)和業(yè)務(wù)在中國的快速發(fā)展受到了資本市場的青睞，如軟銀投資CoolStreaming公司，建立光芒傳媒Roxbeam公司，運營Rox磊客網(wǎng)，并且向Yahoo BB提供技術(shù)。此外還有

Uusee、Mysee、PPLive、PPstream和千橡等網(wǎng)絡(luò)也都得到了風(fēng)險投資(VC)公司的投資。

P2P Internet TV在短短的一年多時間內(nèi)快速發(fā)展，2005年底注冊用戶已達到250萬戶。顯示出了巨大的生命力，但另一方面也應(yīng)該看到其還面臨很多困難和問題。

首先是缺乏能夠盈利，可以持續(xù)發(fā)展的運營模式和產(chǎn)業(yè)鏈。目前基本上都是免費收看爭取提高用戶點擊率，以獲取VC公司的投資。結(jié)果是不能通過健康的產(chǎn)業(yè)鏈，合法地得到內(nèi)容，只能轉(zhuǎn)播現(xiàn)有的電視頻道和以灰色方式得到內(nèi)容。

其次是接入門檻很低，眾多的新興公司進入競爭行列，導(dǎo)致競爭加劇。而大多數(shù)創(chuàng)業(yè)者是搞技術(shù)出身，不熟悉媒體業(yè)，資本不足，形成不了規(guī)模，結(jié)果只能導(dǎo)致低水平競爭。

P2P Internet TV的發(fā)展將引發(fā)一系列法律問題。傳統(tǒng)電視是本地服務(wù)的，有一系列監(jiān)管的法律法規(guī)。簡單地將目前用于電視的法規(guī)移植到互聯(lián)網(wǎng)上是不可行的。目前歐洲共同體已經(jīng)開始制訂適用于Internet TV的新法規(guī)。

此外P2P Internet TV將會引發(fā)利益分配的問題。在中國已出現(xiàn)電信運營商要封堵BT和Skype軟件的傳言；在美國一些電信運營商推出分兩等級服務(wù)的計劃，導(dǎo)致要求國會立法保持網(wǎng)絡(luò)中性的爭論。

6 P2P IPTV

目前中國IPTV和P2P Internet TV是沿兩條路徑獨立發(fā)展的，各自遇到一些發(fā)展中的困難。如果將兩者結(jié)合起來，以發(fā)展IPTV的資源和力量發(fā)展P2P Internet TV，或者換句話說以P2P Internet TV的理念和技術(shù)發(fā)展IPTV有可能開創(chuàng)網(wǎng)絡(luò)媒體演化的新局面。這就是 P2P IPTV。

中國正在建設(shè)創(chuàng)新型國家，發(fā)展基于P2P的IPTV是一次引領(lǐng)世界發(fā)展潮流，實現(xiàn)世界級創(chuàng)新的歷史機會。目前中國在P2P Internet TV的技術(shù)和應(yīng)用方面居世界領(lǐng)先地位，電信業(yè)在發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)方面有強烈的需求和良好的基礎(chǔ)，有先進的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和有國際競爭力的電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造業(yè)，可以成功地支持創(chuàng)新。

P2P IPTV運行在公共互聯(lián)網(wǎng)上，架構(gòu)P2P重疊網(wǎng)，建立運營平臺，擁有認證、授權(quán)和計費系統(tǒng)，具有互聯(lián)網(wǎng)無所不在覆蓋全球的通達能力，能夠支持向網(wǎng)絡(luò)新媒體平滑演進。

P2P IPTV還面臨技術(shù)、運營模式、產(chǎn)業(yè)鏈以及法律法規(guī)等各方面的問題，而解決這些問題為實現(xiàn)科技創(chuàng)新提供了很好的機會。發(fā)展P2P IPTV有助于平衡各方面利益，建立可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈。

7 結(jié)束語

IPTV的發(fā)展面臨客戶機/服務(wù)器模式的制約，中國在發(fā)展P2P Internet TV中取得了驕人的進展，用P2P Internet TV的思路和技術(shù)發(fā)展IPTV就是P2P IPTV。發(fā)展P2P IPTV有可能使中國實現(xiàn)頂層創(chuàng)新，引領(lǐng)世界潮流^[1-3]。

8 參考文獻

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收稿日期：2006-03-12

作者簡介

侯自強，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所DSP工程中心研究員，信息產(chǎn)業(yè)部通信科技委委員。中國網(wǎng)通集團(香港)有限公司獨立董事。曾任中國科學(xué)院秘書長、中國科學(xué)院聲學(xué)研究所所長。