可運營(yíng)IPTV技術(shù)面面觀(guān)
陳凈 2008/02/28
IPTV是一種以家用電視機或PC為顯示終端，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，提供包括電視節目在內的內容豐富的多媒體服務(wù)業(yè)務(wù)。IPTV具有非常鮮明的特點(diǎn)，可以實(shí)現媒體服務(wù)者和消費者互動(dòng)，它能根據用戶(hù)的選擇提供內容廣泛的多媒體服務(wù)功能，包括視頻點(diǎn)播、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電子郵件以及娛樂(lè )、教育及商務(wù)等功能。IPTV是計算、通信、多媒體和家電產(chǎn)品嶄新技術(shù)的融合，它在給用戶(hù)帶來(lái)全新的交互式視頻內容享受的同時(shí)，使ISP網(wǎng)絡(luò )服務(wù)獲得增值，步入良性循環(huán)。作為網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商、系統提供商、消費類(lèi)電子產(chǎn)品廠(chǎng)商和ICP產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節，ISP自然要關(guān)心推動(dòng)IPTV業(yè)務(wù)發(fā)展的相關(guān)技術(shù)及其當前的應用現狀，關(guān)心該技術(shù)與在營(yíng)網(wǎng)絡(luò )的關(guān)系，關(guān)心IPTV技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨向。
流媒體信號在IP網(wǎng)上的傳送
（1）IP網(wǎng)的播放方式
IPTV視頻流在終端用戶(hù)看來(lái)有點(diǎn)播和廣播兩種接收方式；點(diǎn)播接收具有個(gè)性化，接收的內容和時(shí)間取決于用戶(hù)喜好，具有實(shí)時(shí)交互特點(diǎn)；廣播接收在用戶(hù)看來(lái)是被動(dòng)的，用戶(hù)對內容選擇的余地只限于所提供的頻道，是非交互型的。然而，就視頻流傳播的有效性講，兩種方式的視頻流在IP網(wǎng)上傳送屬于不同的技術(shù)范疇，廣播接收方式對IP網(wǎng)絡(luò )提出了組播功能（Multicast）要求；點(diǎn)播接收方式要求IP網(wǎng)絡(luò )能有效的將視頻流推送到用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò )（VDN/CDN）。
組播傳輸：組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)發(fā)送者（組播源）一次、同時(shí)發(fā)送單一的數據包到多個(gè)接收者的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。組播源把數據包發(fā)送到特定組播組，而只有屬于該組播組的地址才能接收到數據包。在IPTV里，組播源往往僅有一個(gè)，即使用戶(hù)數量成倍增長(cháng)，主干帶寬不需要隨之增加，因為無(wú)論有多少個(gè)目標地址，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的任何一條主干鏈路上只傳送單一視頻流，即所謂“一次發(fā)送，組內廣播”。組播提高了數據傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現擁塞的可能性。
視頻分發(fā)網(wǎng)絡(luò )：VDN/CDN的基本原理是：把經(jīng)過(guò)用戶(hù)選擇的、訪(fǎng)問(wèn)率極高的流媒體內容從初始的流媒體服務(wù)器復制、分發(fā)到最靠近終端用戶(hù)的緩存服務(wù)器上，當終端用戶(hù)請求某視頻業(yè)務(wù)時(shí)，由最靠近請求終端的緩存服務(wù)器提供服務(wù)。顯然，VDN/CDN在初始服務(wù)器和緩存服務(wù)器之間鏈路上，帶寬占用的空間和時(shí)間遠少于用戶(hù)對中心流媒體服務(wù)器集中訪(fǎng)問(wèn)方式的非VDN/CDN環(huán)境，它很好地解決了訪(fǎng)問(wèn)量大，服務(wù)器分布不均對骨干網(wǎng)帶來(lái)的擁塞，提高了用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)流媒體內容的范圍和響應速度，是視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)里非常有效的組網(wǎng)方式。
（2）VDN/CDN建設格局
VDN/CDN以集中管理、分布式存儲的策略性整體為特色，它包括分布式存儲、負載均衡、網(wǎng)絡(luò )請求重定向和內容管理四部分，其中內容管理和全局網(wǎng)絡(luò )流量管理是VDN/CDN的核心所在。根據用戶(hù)就近訪(fǎng)問(wèn)原則和服務(wù)器負載均衡原則，確保流媒體內容以極高效方式為用戶(hù)請求提供服務(wù)。當然，在流媒體應用服務(wù)里，內容管理還包括服務(wù)認證、計費等等。
VDN/CDN在國內已經(jīng)有許多應用，系統有覆蓋城域網(wǎng)的，也有覆蓋國內廣域網(wǎng)的。前者多出于運營(yíng)商地域性業(yè)務(wù)競爭考慮，特別是對娛樂(lè )性市場(chǎng)份額的爭奪，系統有很強的對流媒體分發(fā)業(yè)務(wù)的支持功能；后者由于覆蓋地域廣，考慮的不僅僅是網(wǎng)絡(luò )暢通，更多的是注重運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的品牌意識，以吸引更多優(yōu)秀ICP加盟自己的互聯(lián)網(wǎng)平臺。因此，系統的分發(fā)內容往往是綜合性的，包括Web內容和流媒體業(yè)務(wù)。
無(wú)論作為支持IPTV業(yè)務(wù)，還是作為支持PCVOD的VDN/CDN網(wǎng)絡(luò )，它們應具備的一般性要求是：
1.管理中心、分發(fā)中心和緩存服務(wù)點(diǎn)呈層次化網(wǎng)絡(luò )結構，多個(gè)分布式節點(diǎn)之間進(jìn)行負載均衡和備份，方便地支持性能和功能的擴展；
2.完整的服務(wù)認證、計費體系，包括系統管理、用戶(hù)管理、配置管理、監控統計、內容管理、ICP管理和開(kāi)通管理；
3.基于應用層方案，支持基于MMS、RTSP、HTTP協(xié)議的應用層重定向，將用戶(hù)導向至邊緣節點(diǎn)，并通過(guò)遠程節點(diǎn)的媒體服務(wù)系統最終為用戶(hù)提供流媒體服務(wù)；
4.實(shí)現跨越網(wǎng)絡(luò )地址轉換NAT部署，解決全局負載均衡不能跨越NAT轉到私有網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題；
5.系統具有良好的伸縮性和兼容性。
（3）組播和分發(fā)網(wǎng)應用趨向
從上述組播和分發(fā)網(wǎng)支持流媒體特點(diǎn)看，二者應用具有一定的差異：首先，與傳統的電視和組播接收模式比較，點(diǎn)播更符合人們偏愛(ài)交互性觀(guān)賞節目的習慣，如果節目的內容豐富，點(diǎn)播接收模式會(huì )很快贏(yíng)得市場(chǎng)認可，如此，視頻分發(fā)網(wǎng)建設會(huì )受到ISP重視；其次，雖然單業(yè)務(wù)如IPTV或小范圍的組播可以實(shí)現，但是，因組播技術(shù)涉及網(wǎng)絡(luò )安全以及網(wǎng)絡(luò )異構性復雜問(wèn)題，大范圍、綜合業(yè)務(wù)的組播還是不易實(shí)現，加之組播接收模式交互性差，因此，它的發(fā)展前景并不看好；最后，分發(fā)網(wǎng)建設在技術(shù)上遇到的問(wèn)題遠沒(méi)有組播那樣復雜，雖然也有諸如安全性、實(shí)時(shí)性和播放器兼容性等問(wèn)題，可這些都幾乎和網(wǎng)絡(luò )的二、三層設備無(wú)關(guān)，它既適合城域網(wǎng)也適合廣域網(wǎng)部署。所以，分發(fā)網(wǎng)的業(yè)務(wù)模式和技術(shù)特點(diǎn)更有利于IPTV業(yè)務(wù)的開(kāi)展。
IPTV終端系統
IPTV網(wǎng)絡(luò )終端即IP機頂盒，功能包括三方面：首先，支持目前的LAN或DSL網(wǎng)絡(luò )傳輸，接收及處理IP數據和視頻流；其次，支持MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、WMV和Real等視頻解碼，支持視頻點(diǎn)播、電視屏幕顯示和數字版權管理；最后，支持HTML網(wǎng)頁(yè)瀏覽，支持網(wǎng)絡(luò )游戲等等。
IPTV網(wǎng)絡(luò )終端所有功能實(shí)現基于高性能微處理器，而嵌入式操作系統構成了對芯片實(shí)時(shí)解碼和純軟件實(shí)時(shí)解碼（Codec）應用的基本支撐平臺。目前，因使用不同的嵌入式OS，IPTV網(wǎng)絡(luò )終端基本上分為兩類(lèi)，在技術(shù)和市場(chǎng)應用前景上，它們各具特色。
（1）嵌入式WinCE終端
WinCE最大特點(diǎn)是其API與Win32兼容，這有利于使用Windows環(huán)境開(kāi)發(fā)WinCE應用，此外，WMVx播放器還可直接運行于WinCE OS，許多現成的Windows組件稍加改造就能應用于終端上的網(wǎng)絡(luò )管理以及視頻流控制等功能，這些對DSL低帶寬環(huán)境充分分享象MMS等的Windows Media優(yōu)秀成果而言，不能不說(shuō)是事倍功半的終端開(kāi)發(fā)捷徑。
不過(guò)開(kāi)發(fā)此類(lèi)終端不利的是：應用源代碼不公開(kāi)，終端采用WinCE須向微軟交納版稅；另外，WinCE代碼龐大，占用很多的ROM和RAM，要求有高性能的X86微處理器支持，所有這些都制約了終端成本。
（2）嵌入式Linux終端
這種終端往往以專(zhuān)用的多媒體微處理器為核心，輔以以太接口和視頻接口構成系統。多媒體微處理器本身不但具有嵌入式RISC（精簡(jiǎn)指令集CPU）去運行系統軟件和應用軟件，而且帶有MPEG-2或MPEG-4實(shí)時(shí)解碼功能芯片，在引入linuxOS和必要的視頻以及各輔助接口驅動(dòng)程序后，就成為一個(gè)完整的IPTV網(wǎng)絡(luò )終端運用環(huán)境。系統優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的：在硬件方面，由于使用了實(shí)時(shí)視頻解碼功能芯片，視頻處理速度明顯提高，配合實(shí)時(shí)編碼，全程視頻處理時(shí)延小，特別適合視頻直播系統應用；系統配有USB、IDE、PCMCIA和以太等接口，使IPTV終端功能可擴充性增強；內存占用少，硬件結構緊湊，成本不高；在軟件方面，使用Linux開(kāi)發(fā)平臺優(yōu)點(diǎn)首先是：Linux源代碼公開(kāi)，有大量免費優(yōu)秀開(kāi)發(fā)工具和應用軟件可用，無(wú)須為每例應用交納許可證費；其次，有龐大的開(kāi)發(fā)群體，技術(shù)交流方便，軟件開(kāi)發(fā)和維護成本低；最后，linux本身穩定，內核精悍，運行所需資源少，有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能，支持的硬件數量龐大。總之，性?xún)r(jià)比高是其最大特色。
但是，這種系統適應低帶寬能力存在一定的局限性。廠(chǎng)家產(chǎn)品發(fā)展趨向是符合ISMA1.0Profile1 ，即MPEG-4 ASP，由于采用的是硬件實(shí)時(shí)解碼，解碼器性能提高受制于芯片技術(shù)發(fā)展，于是就省去QPEL和GMC編解碼工具，這就使得MPEG-4 ASP高清晰度性能、適合DSL低帶寬網(wǎng)絡(luò )傳輸的優(yōu)點(diǎn)得不到充分發(fā)揮，某些OS基于μCLinux、解碼器基于不完全MPEG-4 ASP的終端，線(xiàn)路工作帶寬在3Mbit/s，在同樣播放分辯率D1下，適合DSL網(wǎng)絡(luò )低帶寬的能力比基于WMVx的Codec終端遜色。
總結
IP網(wǎng)主干和接入帶寬資源以及終端處理資源是有限的，不管是提高主干流量效率的組播、VDN技術(shù)還是改造DSL設備、改善QoS和提高接入帶寬，也不論終端處理器的性能，它們的傳送能力和處理能力總來(lái)自于現實(shí)網(wǎng)絡(luò )和芯片技術(shù)，多媒體編解碼技術(shù)發(fā)展日蒸完善，其流文件編碼率、基于多種方法的壓縮比和播發(fā)分辨率更具彈性，對應上述有限資源，總能以最小數據與帶寬獲得最令人滿(mǎn)意的多媒體視、音頻效果的編解碼方案，因此，選擇合適的編解碼標準是IPTV整體方案的核心所在。對此，業(yè)界將繼續關(guān)注編解碼標準研究的深入，關(guān)注軟、硬件編解碼工程技術(shù)的實(shí)際進(jìn)展。
中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)(www.cnii.com.cn)
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