OTT TV和IPTV的技術(shù)比較分析

施唯佳 ，蔣 力 ，2，賈立鼎

（1.中國(guó)電信股份有限公司上海研究院 上海 200122；2.中國(guó)電信IPTV實(shí)驗(yàn)室 上海 200122）

1 引言

自2005年以來(lái)，中國(guó)電信集團(tuán)公司與中央電視臺(tái)、上海文廣等集成播控方合作開(kāi)展IPTV業(yè)務(wù)，逐步建立起了較為完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和成熟的商業(yè)模式。為了保證業(yè)務(wù)質(zhì)量和加強(qiáng)業(yè)務(wù)管控，IPTV業(yè)務(wù)采用的是端到端封閉架構(gòu)下的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。在運(yùn)營(yíng)商的積極推動(dòng)下，IPTV標(biāo)準(zhǔn)體系不斷成熟，從V1.0標(biāo)準(zhǔn)到V2.0標(biāo)準(zhǔn)，再到V3.0標(biāo)準(zhǔn)。自2008年開(kāi)始，隨著IPTV規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化的完善，整個(gè)IPTV產(chǎn)業(yè)鏈蓬勃發(fā)展，用戶規(guī)模不斷提升，目前全國(guó)IPTV用戶數(shù)已經(jīng)接近3000萬(wàn)戶。

另一方面，近年來(lái)隨著技術(shù)的快速發(fā)展以及寬帶網(wǎng)絡(luò)的不斷提速，OTT（over the top）TV等新興互聯(lián)網(wǎng)視頻業(yè)務(wù)開(kāi)始興起。OTT TV采用開(kāi)放的體系架構(gòu)，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用引入門檻低、業(yè)務(wù)加載靈活、技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、建設(shè)成本較低，可以快速規(guī)模部署。雖然OTT TV的穩(wěn)定性和質(zhì)量保障不如IPTV業(yè)務(wù)，但是對(duì)已有IPTV的技術(shù)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)帶來(lái)了巨大的沖擊。

由于IPTV和OTT TV分別在運(yùn)營(yíng)商專有網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)公共網(wǎng)絡(luò)下提供服務(wù)，因此兩者采用了完全不同的技術(shù)體系架構(gòu)。本文就是從編碼技術(shù)、流傳輸技術(shù)、終端技術(shù)角度出發(fā)，對(duì)IPTV和OTT TV業(yè)務(wù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行比較分析，從而探討未來(lái)視頻業(yè)務(wù)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和方向。

2 編碼技術(shù)的差異化

視頻編碼技術(shù)是決定視頻質(zhì)量和資源消耗的關(guān)鍵技術(shù)。所謂視頻編碼技術(shù)就是指通過(guò)特定的壓縮技術(shù)，將某個(gè)視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。好的視頻編碼技術(shù)可以在盡量不損失視頻質(zhì)量的情況下，采用較高的壓縮比，將原始視頻文件變小，從而降低資源存儲(chǔ)要求和傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬消耗。

2.1 OTT TV和IPTV編碼技術(shù)

OTT TV業(yè)務(wù)中的視頻編碼一般采用H.264方式，并采用mp4或者TS流進(jìn)行封裝。采用HTTP下載方式的點(diǎn)播視頻，一般采用H.264多次編碼的VBR（variable bit rate，可變比特率）編碼方式，以盡量低的平均碼率獲取盡可能高的視頻質(zhì)量，圍繞此目的所采用的編碼參數(shù)也相對(duì)復(fù)雜，包括采用離線多次編碼方式、更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法、VBR控制算法、下變換降低分辨率、更高的編碼級(jí)別、更長(zhǎng)的 GOP（group of picture，圖像組）長(zhǎng)度、更多的參考幀。目前各OTT平臺(tái)所采用的編碼碼率及網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性見(jiàn)表1，其中標(biāo)準(zhǔn)清晰度以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)清”，高清晰度以下簡(jiǎn)稱“高清”，比高清視頻碼率更高的為“超清”。

目前，IPTV業(yè)務(wù)中使用的視頻編碼采用的標(biāo)準(zhǔn)也是H.264，IPTV業(yè)務(wù)中的音視頻編碼一般要求采用CBR（constant bit rate，固定比特率）方式，以避免傳輸時(shí)帶來(lái)的帶寬波動(dòng)，同時(shí)視頻編碼要求支持場(chǎng)編碼及幀編碼方式，并采用ITU-T H.222.0中定義的TS流進(jìn)行封裝。IPTV業(yè)務(wù)對(duì)于視頻編碼設(shè)置了兩種編碼規(guī)格:標(biāo)清和高清。標(biāo)清建議視頻碼率為1.3～2.5 Mbit/s，視頻分辨率達(dá)到720×576像素。高清根據(jù)不同的視頻分辨率分別建議，視頻分辨率為1920×1080像素時(shí)，建議視頻碼率為8～10 Mbit/s；視頻分辨率為1280×720像素時(shí)，建議視頻碼率為6～8 Mbit/s。

2.2 OTT TV和IPTV編碼技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

OTT TV和IPTV業(yè)務(wù)所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、業(yè)務(wù)性質(zhì)和質(zhì)量要求都不同。OTT TV視頻編碼采用VBR編碼方式和HTTP下載傳輸方式，通過(guò)增加終端緩存平滑傳輸機(jī)制，以應(yīng)對(duì)開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)QoS狀況。IPTV通過(guò)CBR編碼方式和實(shí)時(shí)流傳輸機(jī)制，在網(wǎng)絡(luò)QoS有保障的基礎(chǔ)上，提供可運(yùn)營(yíng)的QoE服務(wù)。兩者的具體對(duì)比見(jiàn)表2。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬穩(wěn)定性無(wú)保障以及對(duì)音視頻實(shí)時(shí)度要求不高的情況，一般采用可變視頻碼率編碼 （即VBR編碼）。VBR編碼能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前情況采用不同碼率的編碼，但是在網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下音視頻質(zhì)量下降明顯。

與CBR技術(shù)相比，VBR的優(yōu)點(diǎn)是顯著地減少了“填充比特”，大大地提高了傳輸和存儲(chǔ)媒體的資源利用率，并且就主觀圖像質(zhì)量而言，它可以明顯地消除在固定碼率壓縮中出現(xiàn)的高速運(yùn)動(dòng)和色彩鮮艷的圖像中的鋸齒。缺點(diǎn)是編碼器的技術(shù)難度大，壓縮速度慢或最終影片的平均碼率不好控制。綜上分析，從OTT TV視頻所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、視頻質(zhì)量要求和業(yè)務(wù)性質(zhì)的角度出發(fā)，選擇VBR編碼的效率和展現(xiàn)的效果都要好于CBR編碼。

視頻編碼技術(shù)基本每10年編碼效率翻一番，新的編碼技術(shù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供IP視頻超越數(shù)字電視體驗(yàn)質(zhì)量的可能，從而為OTT TV的快速發(fā)展提供了技術(shù)可能；隨著視頻編碼技術(shù)的不斷發(fā)展，OTT TV視頻質(zhì)量將會(huì)有很大的提升，OTT TV通常采用較低碼率編碼高清（720P），獲取的視頻質(zhì)量雖然達(dá)不到IPTV和數(shù)字電視高清的級(jí)別，但是對(duì)比IPTV和數(shù)字電視標(biāo)清，用戶獲得的視頻質(zhì)量體驗(yàn)也得到了大大提高。

表1 OTT TV業(yè)務(wù)編碼情況對(duì)比

表2 OTT TV和IPTV編碼對(duì)比

3 流傳輸技術(shù)的差異化

流式傳輸是流媒體播放的關(guān)鍵技術(shù)，它不需要下載龐大的媒體文件就可觀看視頻節(jié)目，雖然在播放前要進(jìn)行緩沖，但這種緩沖也只有幾秒或十幾秒。實(shí)現(xiàn)流式傳輸有兩種方法:實(shí)時(shí)流式傳輸和順序流式傳輸。一般來(lái)說(shuō)，如果視頻為實(shí)時(shí)廣播或使用流式傳輸媒體服務(wù)器，使用如RTSP（real time streaming protocol）的實(shí)時(shí)協(xié)議，這種傳輸方式即實(shí)時(shí)流式傳輸。如果使用Web服務(wù)器、HTTP，那么文件即通過(guò)順序流發(fā)送。

3.1 OTT TV和IPTV流傳輸技術(shù)

OTT TV一般采用順序流式傳輸技術(shù)，即HTTP流媒體技術(shù)。在下載文件的同時(shí)用戶可觀看在線媒體。順序流式傳輸在高帶寬（帶寬大于流媒體文件的比特率）的情況下，可以實(shí)現(xiàn)邊下載邊播放，網(wǎng)絡(luò)分組丟失會(huì)重新傳輸直至用戶收到，所以能夠保證視頻播放的最終質(zhì)量，因此，它一般被用來(lái)傳輸高質(zhì)量的短片段，如片頭、片尾和廣告。順序流式傳輸不適用廣播實(shí)況流，不能跳過(guò)頭部，必須先下完前面的才可以看后面的，必須經(jīng)歷時(shí)延。

為了充分利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬，OTT TV也引入了自適應(yīng)的機(jī)制，發(fā)送端根據(jù)接收端的反饋信息預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀況，并據(jù)此采用某種策略實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)送碼率的動(dòng)態(tài)調(diào)整。隨機(jī)、突發(fā)的分組丟失和過(guò)大的時(shí)延、抖動(dòng)對(duì)視頻質(zhì)量具有極大的破壞性，采用優(yōu)良的自適應(yīng)傳輸策略，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高視頻數(shù)據(jù)的傳輸效率，保證流媒體服務(wù)的傳輸質(zhì)量。

IPTV一般采用實(shí)時(shí)流式傳輸?shù)姆绞剑瑢?shí)時(shí)流式傳輸總是實(shí)時(shí)傳送，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)況轉(zhuǎn)播，支持隨機(jī)訪問(wèn)，用戶可快進(jìn)或后退以觀看前面或后面的內(nèi)容。

實(shí)時(shí)流式傳輸必須匹配連接帶寬，也就是說(shuō)，如果文件比特率超過(guò)連接速度，觀看將會(huì)斷續(xù)，而且，由于出錯(cuò)丟失的信息會(huì)被服務(wù)器忽略，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁擠或出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，視頻質(zhì)量會(huì)下降，所以，要想保證視頻質(zhì)量，選擇順序流式傳輸會(huì)更好。實(shí)時(shí)流式傳輸需要特定的服務(wù)器，如QuickTime Streaming Server、RealSystem IQ 與 Windows Media Server。這些服務(wù)器允許對(duì)媒體發(fā)送進(jìn)行更多級(jí)別的控制，因而系統(tǒng)設(shè)置、管理比標(biāo)準(zhǔn)HTTP服務(wù)器更復(fù)雜。實(shí)時(shí)流式傳輸使用與之適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，如RTSP或MMS（Microsoft Media Server），在有防火墻時(shí)這些協(xié)議有時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致用戶不能看到一些地點(diǎn)的實(shí)時(shí)內(nèi)容。

3.2 OTT TV和IPTV流傳輸技術(shù)對(duì)比

OTT TV一般采用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)流媒體技術(shù)，OTT TV和IPTV盡管都是視頻業(yè)務(wù)，但兩者在實(shí)現(xiàn)機(jī)制上有較大的差別，見(jiàn)表3。

IPTV和OTT TV的主要區(qū)別為:節(jié)目源不同、承載網(wǎng)絡(luò)不同、傳輸機(jī)制不同。IPTV的視頻內(nèi)容來(lái)自廣電，質(zhì)量較高且穩(wěn)定，一般采用固定碼率編碼；OTT TV的視頻內(nèi)容來(lái)自多個(gè)地方，包括互聯(lián)網(wǎng)視頻網(wǎng)站等，一般采用動(dòng)態(tài)碼率編碼。IPTV用專網(wǎng)承載，網(wǎng)絡(luò)輕載、質(zhì)量穩(wěn)定；OTT TV業(yè)務(wù)承載在互聯(lián)網(wǎng)上，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量受到其他業(yè)務(wù)的影響。IPTV以實(shí)時(shí)流媒體方式傳輸，采用RTP/UDP；OTT TV業(yè)務(wù)以漸進(jìn)式下載方式傳輸，采用HTTP。IPTV業(yè)務(wù)和OTT TV業(yè)務(wù)的協(xié)議棧如圖1所示。

表3 OTT TV與IPTV比較分析

圖1 IPTV與OTT TV協(xié)議對(duì)比

OTT TV相對(duì)于IPTV具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力。由于IPTV業(yè)務(wù)以UDP方式進(jìn)行流式傳輸，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)分組丟失敏感且網(wǎng)絡(luò)帶寬必須穩(wěn)定；而OTT TV以HTTP方式進(jìn)行漸進(jìn)式下載傳輸，對(duì)網(wǎng)絡(luò)分組丟失和帶寬變化不敏感，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延敏感，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)時(shí)延會(huì)降低TCP的吞吐速率；另外，IPTV采用固定碼率編碼，OTT采用動(dòng)態(tài)碼率編碼，所以在相同體驗(yàn)的情況下，OTT TV對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求比IPTV業(yè)務(wù)低。此外，OTT TV支持網(wǎng)絡(luò)帶寬具有自適應(yīng)能力，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬低于編碼碼率時(shí)，可自動(dòng)切換到較低一檔的碼率。

HTTP視頻采用HTTP，以TCP方式承載，對(duì)網(wǎng)絡(luò)分組丟失、抖動(dòng)不敏感，但是過(guò)多的分組丟失會(huì)引起TCP重傳率變大，網(wǎng)絡(luò)吞吐率下降。HTTP視頻對(duì)時(shí)延比較敏感，時(shí)延增大，TCP建立連接的時(shí)間變長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)吞吐量變化，下載速率變小。OTT TV和IPTV的交互對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 OTT TV和IPTV的交互對(duì)比

RTSP信令交互的實(shí)時(shí)性優(yōu)于HTTP交互。HTTP視頻由于需要緩存一段時(shí)間再進(jìn)行播放，一般點(diǎn)播時(shí)延比IPTV長(zhǎng)。HTTP應(yīng)用到多播中，多播時(shí)延也會(huì)較長(zhǎng)，無(wú)法體現(xiàn)多播實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。

HTTP視頻對(duì)用戶接入帶寬和流媒體服務(wù)器的要求相對(duì)較低，可以有效滿足OTT TV業(yè)務(wù)快速規(guī)模發(fā)展的需求。

4 OTT TV和IPTV終端差異化

4.1 OTT TV及IPTV終端技術(shù)

承載視頻業(yè)務(wù)的機(jī)頂盒終端主要包括OTT TV終端和IPTV終端。這兩類終端既有共同點(diǎn)也有不同點(diǎn)。在終端支持的業(yè)務(wù)功能上，OTT TV終端和IPTV終端都支持視頻業(yè)務(wù)、游戲、音樂(lè)等多種業(yè)務(wù)功能。

但由于OTT TV終端屬于新興終端，而IPTV終端已發(fā)展多年，在硬件配置、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)、終端形態(tài)方面等存在不同。OTT TV終端主要為基于Android操作系統(tǒng)的智能終端，硬件配置較高，支持的視頻業(yè)務(wù)基于HTTP，游戲、音樂(lè)等業(yè)務(wù)采用C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)、Pad等設(shè)備的多屏互動(dòng)操作。IPTV終端以Linux機(jī)頂盒為主，硬件能力配置較低，支持的視頻業(yè)務(wù)基于RTSP，游戲、音樂(lè)等增值業(yè)務(wù)采用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，IPTV終端也正在向智能終端方向發(fā)展。

表5 IPTV終端和OTT TV終端對(duì)比

隨著三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的發(fā)展以及終端能力的不斷提升，OTT終端和IPTV終端的發(fā)展越來(lái)越趨于同化，都在向智能化、高清化、融合化發(fā)展。

4.2 OTT TV和IPTV機(jī)頂盒終端對(duì)比

IPTV終端和OTT TV終端在軟硬件方面既有相同點(diǎn)也有不同點(diǎn)，主要對(duì)比見(jiàn)表5。

通過(guò)上述對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，OTT TV終端普遍比IPTV終端的硬件配置高、硬件接口少、遙控器簡(jiǎn)潔、外觀更時(shí)尚、體積小。同時(shí)，OTT TV終端基本都為智能終端，支持HTTP媒體承載協(xié)議，支持應(yīng)用商城、多屏、游戲等業(yè)務(wù)，UI設(shè)計(jì)絢麗、圖大字小，具有一定的升級(jí)、配置等管理功能，采用社會(huì)化實(shí)時(shí)開(kāi)通方式，從而更受新興互聯(lián)網(wǎng)用戶歡迎。但I(xiàn)PTV具有安全控制、業(yè)務(wù)質(zhì)量保障等優(yōu)勢(shì)，在長(zhǎng)遠(yuǎn)使用上具有優(yōu)勢(shì)。

兩種機(jī)頂盒終端隨著終端智能化發(fā)展，差異性越來(lái)越小，逐漸向統(tǒng)一趨同方向發(fā)展。硬件配置都逐漸提高，軟件為智能操作系統(tǒng)且支持多種協(xié)議和應(yīng)用形式。同時(shí)對(duì)OTT TV終端的管理也要逐步考慮更多的管理控制要求，如終端管控、QoS監(jiān)測(cè)、安全控制等。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，OTT TV和OTT TV技術(shù)之間的差異化，是由多方面的因素所造成的，其中業(yè)務(wù)發(fā)展的時(shí)期不同、內(nèi)容的來(lái)源不同、承載服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)條件不同、提供的服務(wù)功能不同是最主要的因素。但是從IPTV和OTT TV業(yè)務(wù)逐步融合的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)看，不管是運(yùn)營(yíng)商還是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都會(huì)選擇更加開(kāi)放、建設(shè)成本更低、用戶體驗(yàn)更好的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。從編碼技術(shù)來(lái)看，VBR編碼技術(shù)可以在保證視頻質(zhì)量的前提下，有效節(jié)省存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)帶寬，隨著編碼器設(shè)備的能力不斷提升，VBR編碼應(yīng)該是視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)的首選技術(shù)。從流傳輸技術(shù)來(lái)看，HTTP流傳輸協(xié)議和RTSP流傳輸協(xié)議具有各自的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)應(yīng)該是多協(xié)議兼容的融合發(fā)展，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的視頻服務(wù)可采用HTTP流傳輸協(xié)議，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的視頻服務(wù)采用RTSP流傳輸協(xié)議。從終端技術(shù)發(fā)展角度看，IPTV和OTT TV將逐步趨同，智能化將是終端未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，終端層面的軟硬件分離，機(jī)頂盒終端和其他終端的互動(dòng)操控將是技術(shù)發(fā)展的方向。總體而言，不斷結(jié)合IPTV和OTT TV技術(shù)的各自優(yōu)勢(shì)，根據(jù)用戶需求相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，走融合發(fā)展之路，是視頻技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 陳玨奇，劉峰.流媒體傳輸技術(shù).計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012（3）

2 中國(guó)電信集團(tuán)公司.IPTV業(yè)務(wù)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范V3.0系列規(guī)范，2011