淺談IPTV

楊 玲/江西廣播電視臺

淺談IPTV

楊 玲/江西廣播電視臺

本文概述了與廣播電視行業密切相關的IPTV系統，作為新興的前沿科技以及今后普及的一種發展趨勢，著重對其工作原理及技術指標進行簡單探討。

IPTV；單播；多播 ；IGMP協議；TSP協議

引言

眾所周知，IPTV是廣播電視領域和電信領域的結合。IPTV系統與傳統的單向廣播電視系統相比較，在交互性應用上有著許多區別。IP網絡的雙向特性使用戶通過網絡實現視頻點播(VoD)和網絡數字視頻錄像(NDRV)成為可能，這兩項服務也正是IPTV系統勝過單向廣播電視系統的兩個最常見的應用實例。因為在傳統的單向廣播電視系統中，播放的節目是由運營商向節目的收看者推出而不是由收看者按照自己的需求索取的。

一、工作原理

在標準的廣播電視系統中，所有正常播出的頻道(例如CCTV、JXTV 等等)一起發送到用戶的機頂盒中(通過有線網絡、衛星網絡或地面傳輸系統)。所發送的頻道可能有數百個，然而，這數百個頻道是同時交付的。用戶對機頂盒進行調諧以接收他選擇的頻道，以這種方式響應由收看者的遙控器發出的請求。因此，這種調諧頻道的方式實際上是在收看者本地進行的，它使得頻道的轉換幾乎是在瞬間完成的。

但是在IPTV系統中，為了充分利用預留給家庭用戶的最終連接帶寬，在設計IPTV系統時就考慮到僅將用戶請求的節目頻道而不是將所有頻道傳送到機頂盒。需要注意的是，有時也有可能將數個節目(或者頻道)傳送到同一家庭用戶中的不同IP地址處，例如該家庭用戶擁有幾個單獨的機頂盒或者擁有不同IP地址的其它接收設備。

在IPTV系統中，為了切換頻道，需要將一個特定的指令發送到接入網絡中以響應用戶切換頻道的請求。與這種頻道轉換技術相聯系的是復雜的協議交換過程，在這一過程中要使用IGMP協議的“Leave”(離開)和“Join”(加入)指令。完成這種協議的交換需要一定的時間，而所需要的時間又受到網絡中傳輸延時的顯著影響；反之，協議的交換時間又會直接影響到系統的頻道轉換需要一定的時間。從本質上來說，在IPTV系統中，頻道的轉換是在網絡中實現的而不是在本地機頂盒中完成的。因此，我們電視工作者在為終端用戶保留這種寶貴的最后一公里的信號傳輸帶寬的同時，這種頻道轉換方式也給IPTV系統的可分級性和可用性帶來了一系列的復雜問題。

在IPTV系統中，以廣播方式傳送的電視節目是使用IP多播方式(它也屬于IGMP協議，如前所述)經由IP系統以有效地傳送節目。設計這種多播方式正是為了使許多網絡用戶共享這一會話。

但在IPTV系統的VoD業務中，采用的卻是單播IP服務，它使用的是RTSP控制機制。每當收看者發出請求時，被選擇的節目由網絡中的服務器以獨特的單播方式將節目提交給用戶。這種收看方式從效果上來看，相當于在網絡服務器與觀看者機頂盒之間建立了一種專用的網絡連接。

二、技術概述

（一） 視頻壓縮技術

在IPTV的早期階段，采用的是MPEG-2壓縮系統。在IP網絡中傳送一路標準清晰度的視頻信號，如果采用MPEG-2編碼，大約需要3.75Mbps的帶寬，如果傳送一路高清晰度視頻信號，則需要12至15Mbps的帶寬。這樣說來，為了給家庭用戶提供兩個頻道的SD編碼的電視信號，大約需要8Mbps帶寬。如果在接入到家庭的網絡采用的是xDSL接入技術，那么容易看出，這種接入網絡的傳輸帶寬將是一個問題。為了減少對接入網絡的帶寬需求，一種方法是采用新的視頻壓縮技術，例如H.264或者VC-1編碼技術。采用H.264編碼，在獲得同樣圖像質量的前提下，可以比現在使用的MPEG-2壓縮編碼節約50％的帶寬利用率。在IPTV系統中選擇什么樣的壓縮編碼技術，帶寬是一個重要因素。然而，還必須考慮許多其它因素。采用MPEG-2編碼，平均圖像組的長度，即GOP的長度，或者說兩個相鄰I幀之間的圖像組長度大約為12至18幀。如果采用H.264編碼，GOP的長度可能有300幀。這就是說，用H.264編碼的視頻流將對包丟失更加敏感，因為每一H.264編碼幀均包含有更多的有效圖像信息(這是因為它們采用了更高效的圖像壓縮率)，因此，H.264編碼幀的丟失對用戶觀看體驗質量的影響會更加顯著。除了上述技術上的理由之外，還有其它一些因素也應當考慮。例如編碼器和接收機(機頂盒)在商業上的可用性問題，以及H.264編碼設備與其它網絡部件的互操作性問題等。

（二） 網絡協議

IPTV系統中有一些常用的協議，這些協議包括IP傳輸協議，例如UDP和RTP，以及一些信令協議，例如RTSP和IGMP等。盡管在本文中提到這些協議，但是實際上，IPTV系統涉及到協議遠不止這幾個。在現代網絡系統中還要用到許多協議，例如MPLS、SIP和SIM如此等等。但這些內容已經超出了這篇文章的范圍。

1. UDP或用戶數據報協議

UDP是在IETF RFC 768文檔中定義的一個協議，它是IP協議簇中的一個重要協議。“數據報”或者“分組”、“包”這些術語是用來描述一個IP數據塊。每個IP數據報均包含有特定的字段組，而且所有的這些字段在各個分組中均有著特定的排列順序，這樣當目的端接收到這些分組時就知道如何解碼這種數據流。許多協議分組可以被封裝在IP數據報的有效負載中。

2.RTP或實時傳輸協議

RTP是在IETF RFC 3550文檔和IETF RFC 3551文檔中被定義，它是基于包的格式以傳送音頻數據和視頻數據。RTP實際上是由兩個緊密相關的部分組成的：RTP和RTCP。實時傳輸協議RTP：RTP提供了時間標記、包順序號，以及和其它傳輸機制一起以解決傳輸定時問題。通過這樣的機制，RTP提供了網絡中端到端的實時數據傳輸。利用包順序編號也可以識別包的丟失或者識別那些傳輸順序發生錯誤的數據包(無序包)。實時傳輸控制協議RTCP：該協議用來獲取端到端監視數據、數據的交付信息以及QoS等。

3. RTSP或實時流協議

RTSP是在IETF RFC 2326文檔中被定義，它用來描述對流媒體實現類似于VCR操作的控制功能。實時流協議的典型應用是從客戶端向服務器端發送RTSP信息，盡管有時也有例外，即由服務器端向客戶端發送RTSP信息。在IPTV系統中，RTSP用于VoD應用服務中，即網絡用戶(客戶端)利用實時流協議訪問并控制保存在VoD服務器中的內容。VoD基本上是一對一的通信連接，它建立在單播應用的基礎上。單播方式與廣播方式恰恰相反。在廣播方式中，我們將信息發向網絡中的所有用戶；單播則允許服務器端接受單個用戶的請求而為其提供VoD 服務，并將用戶所要求的信息或內容發送給單個用戶。

4. IGMP或網際組管理協議

IGMP由幾個IETF RFC文檔所定義，最新的版本由RFC 3376所定義。IP組播被定義為將一個IP數據報傳送給一個“主機組”。這個主機組是用一單個IP目的地址識別的一組主機。在IPTV系統中，主機組可以是希望接收一個特定節目的一組網絡用戶。

三、廣電優勢

與電信行業等其他行業相比，廣電行業在IPTV的發展上有著其他行業所不能比擬的得天獨厚的優勢，具體表現在：

（一）內容優勢：IPTV作為一種以視頻互動點播為基礎的業務形態，對內容資源的消耗巨大，必須要有一個豐富、強大的資源庫作為其業務的供應點，否則將是“無源之水”。而廣電系統經過數十年來的發展，除了擁有現在的豐富的內容資源外，還擁有最強大的制作團隊與硬件資源，無論是歷史還是新制作的節目資源，廣電都擁有得天獨厚的優勢。

（二）網絡優勢：IPTV作為一種在局域網上運營的業務模式，有線電視網絡雙向化改造以后非常適合IPTV的發展。因為有線電視網絡的穩定、可靠、可管理及高帶寬可為IPTV業務的傳送提供充分保障。

（三）政策優勢：國家已經明確IPTV是一種媒體，而廣電部門具有媒體運營的豐富經驗，由現有的媒體運營機構運營IPTV等新媒體業務不存在政策風險。

四、術語介紹

IPTV：交互式網絡電視，是一種利用寬帶網，集互聯網、多媒體、通訊等技術于一體，向家庭用戶提供包括數字電視在內的多種交互式服務的嶄新技術。

單播：發送信息由一個源地址指向另外一個目的地址。

多播：將信息同時提交給的一組目的端地址。

視頻點播(VoD)：在視頻點播系統中，電視節目或電影節目可以在被某一單個用戶請求時而發送給該用戶。

[1] 謝質文、楊滔. IPTV：產品、運營與案例[M]. 電子工業出版社,2008,09.

[2] 中華人民共和國廣播電影電視行業標準GY/T 243-2010 《標準清晰度電視數字視頻通道技術要求和測量方法》.