近年來,隨著寬帶技術的發(fā)展,寬帶用戶的數量急劇上升。寬帶為何如此受歡迎?原因之一是用戶可以得到多種寬帶服務,其中以影視服務為主的寬帶流媒體服務最引人矚目。目前,寬帶用戶基本上都是通過PC機接入寬帶網絡,而我國電視機的普及率卻遠遠高于PC機,如果能把寬帶流媒體服務擴展到機頂盒,使電視用戶也能享受到寬帶帶來的好處,這將給運營商帶來極大的商機。IPTV技術正是為實現這一目標而發(fā)展起來的。
IPTV即網絡電視,它是利用IP寬帶網絡,以“電視機+機頂盒”為主要終端設備,為用戶提供包括電視節(jié)目在內的互動多媒體服務的寬帶增值業(yè)務。IPTV能提供點播、廣播/直播、視頻通信、短信/彩信、信息服務、游戲等業(yè)務。
IPTV技術是一項系統(tǒng)技術,主要包括音視頻編解碼技術、流媒體傳送技術、寬帶接入網絡技術、IP機頂盒技術等。
1、音視頻編解碼技術
IPTV音視頻編解碼技術在整個系統(tǒng)中處于重要地位,IPTV作為IP網絡上的視頻應用,對音視頻編解碼有很高的要求。首先,編碼要有高的壓縮效率和好的圖像質量,壓縮效率越高,傳輸占用帶寬越小;圖像質量越高,用戶體驗則越好。其次,IPTV平臺應能兼容不同編碼標準的媒體文件,以適應今后業(yè)務的發(fā)展。最后,要求終端支持多種編碼格式或具備解碼能力在線升級功能。
目前主流的視頻編碼格式有以下幾種:MPEG-2(ISO/EC13818-2)、MPEG-4Part2(ISO/IEC14496-2)、H.264/AVC(即MPEG-4 Part10)、微軟的WMV-9、Real公司的視頻格式,前三者為公開的國際標準,后兩者為企業(yè)的私有標準。
MPEG-2是DVD標準之一,編碼比較簡單,以TS(TransportStream)流方式傳輸為主。MPEG-4Part2標準開放,同等條件下的編碼復雜度是MPEG-2的3倍,圖像質量是MPEG-2的1.5~3倍。H.264是3GPP編碼標準之一,也是HD-DVD存儲格式之一,同等條件下的編碼復雜度是MPEG-2的4倍,圖像質量是MPEG-2的4~8倍。微軟的WMV-9是HD-DVD存儲格式之一,同等條件下的編碼復雜度是MPEG-2的1.5~2倍,圖像質量是MPEG-2的1.5~3倍。Real公司的視頻格式是在窄帶(主要的互聯網)上進行多媒體傳輸的壓縮編碼技術。
H.264具有高的編碼效率和圖像質量,代表了編解碼技術的發(fā)展方向。同時,由于標準的開放性以及獲得了3GPP、DVDForum的支持,H.264已被大多數運營商和產業(yè)界看好,它將成為IPTV乃至互聯網上其他視頻業(yè)務的編碼標準。
2、流媒體傳送技術
IPTV的核心業(yè)務是數字音視頻流業(yè)務,流媒體傳送技術相當重要,如果傳送技術高效可靠,不僅可以節(jié)約系統(tǒng)帶寬,還可以減輕系統(tǒng)負擔,使系統(tǒng)得到優(yōu)化。通常,IPTV系統(tǒng)中流媒體的傳送方式隨用戶接收方式不同而不同。從終端用戶看主要有點播和廣播兩種接收方式。
2.1點播接收方式下流媒體傳送
點播接收具有個性化,接收的內容和時間取決于用戶喜好,具有實時交互特點。同時,點播業(yè)務對網絡帶寬的需求也很大,為了避免大量消耗骨干帶寬,同時保證服務質量,要求IP網絡能有效地將視頻流推送到用戶接入網絡,使用戶盡可能就近訪問。內容分發(fā)網絡(CDN)就能提供這種支持。
CDN是一個建立并覆蓋在互聯網上的特殊網絡,通過互聯網高效傳遞豐富的多媒體內容。它把流媒體內容從源服務器復制分發(fā)到最靠近終端用戶的緩存服務器上,當終端用戶請求某個業(yè)務時,由最靠近請求來源地的緩存服務器提供服務。如果緩存服務器中沒有用戶要訪問的內容,CDN會根據配置自動到源服務器中,抓取相應的內容,提供給用戶。
CDN的實現需要依賴多種網絡技術的支持,主要包括負載均衡技術、動態(tài)內容路由、高速緩存機制、動態(tài)內容分發(fā)與復制、安全服務等。
2.2廣播接收方式下流媒體傳送
廣播接收在用戶看來是被動的,用戶對內容選擇只限于所提供的頻道,是非交互型的。由于收看廣播的用戶收看的是相同內容,為了減少網絡帶寬浪費,廣播接收方式對IP網絡提出了組播功能要求。
組播是一種允許一個或多個發(fā)送者(組播源)一次并同時發(fā)送單一的數據包到多個接收者的網絡技術。組播源把數據包發(fā)送到特定組播組,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,即使用戶數量成倍增長,主干帶寬也不需要隨之增加,因為無論有多少個目標地址,在整個網絡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,減少了主干網出現擁塞的可能性。
根據組播復制點的位置,組播實現方式分為應用層組播、BARS組播和DSLAM組播。
3、寬帶接入網絡技術
IPTV接入可以充分利用現有寬帶接入技術,主要有xDSL、FTTx+LAN、CableModem等三種。
3.1xDSL
目前,xDSL技術中最常用的技術有ADSL和VDSL。
ADSL是上下行傳輸速率不相等的DSL技術,它在一對雙絞線上提供的下行速率為1.5Mbit/s~8Mbit/s,上行速率為16Mbit/s~640kbit/s。目前ADSL是我國主要的寬帶接入方式,普通家庭用戶ADSL速率通常在下行1Mbit/s左右,而IPTV需要大約3Mbit/s的下行帶寬,因此,普通用戶ADSL可以通過提速支持IPTV業(yè)務。
VDSL在一對雙絞線上提供的下行速率為3Mbit/s-52Mbit/s,上行速率為1.5Mbit/s-2.3Mbit/s。因此,VDSL可以更好地支持IPTV業(yè)務。
3.2FTTx+LAN
FTTx技術是光纖到x的簡稱,它可以是光纖到戶(FTTH)、光纖到局(FTTE)、光纖到配線盒/路邊(FTTC)、光纖到大樓/辦公室(FTTB/O)。
光纖具有很寬的帶寬,可以說,光纖到戶技術非常有利于開展IPTV業(yè)務。
3.3CableModem
CableModem接入方式是利用有線電視的同軸電纜傳送數據信息,它的上下行速率可高達48Mbit/s。但CableModem是一種總線型的接入方式,同一條電纜上的用戶互相共享帶寬,在密集的住宅區(qū),若用戶過多,CableModem一般難以達到較為理想的速率。
4、IP機頂盒技術
IP機頂盒主要實現3方面的功能:a)與寬帶接入網連接,收發(fā)和處理IP數據和視頻流;b)對接收的視頻流進行解碼,包括對MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、WMV、Real等編碼格式的解碼,支持視頻點播、電視屏幕顯示、數字版權管理等功能;c)支持HTML網頁瀏覽、網絡游戲等。
IPTV機頂盒所有功能的實現均基于高性能微處理器,嵌入式操作系統(tǒng)是對芯片實時解碼和純軟件實時解碼應用的基本支撐平臺。目前,IPTV機頂盒的嵌入式操作系統(tǒng)基本上分為嵌入式WinCE和嵌入式Linux兩類。
4.1嵌入式WinCE機頂盒
WinCE最大特點是其API與Win32兼容,這有利于使用Windows環(huán)境開發(fā)WinCE應用,此外,WMV-9播放器還可直接運行于WinCE,許多現成的Windows組件稍加改造就能應用于終端上的網絡管理以及視頻流控制等,這些對DSL低帶寬環(huán)境充分分享WindowsMedia優(yōu)秀成果而言,不能不說是事半功倍的終端開發(fā)捷徑。
4.2嵌入式Linux機頂盒
嵌入式Linux機頂盒以專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(tǒng)。多媒體微處理器帶有MPEG-2或MPEG-4實時解碼功能芯片。系統(tǒng)優(yōu)點是:a)視頻處理速度明顯提高,特別適合視頻直播系統(tǒng)應用;b)內存占用少,硬件結構緊湊,成本不高;c)Linux源代碼公開,有大量免費優(yōu)秀開發(fā)工具和應用軟件可用;d)Linux操作系統(tǒng)非常穩(wěn)定,內核精悍,運行所需資源少,并有優(yōu)秀的網絡功能,支持的硬件數量龐大。高性價比是其最大特色。
5、結束語
IPTV是一項系統(tǒng)技術,技術復雜度較高,涉及到了信號處理、通信、計算機、微電子等眾多領域,它的發(fā)展需依靠整個產業(yè)鏈的發(fā)展。隨著條件的成熟,IPTV將走進千家萬戶,使更多的人體驗到寬帶帶來的樂趣,使人們的生活質量得到提高。同時,IPTV也拓展了運營商的市場,帶來了很大的機遇,有利于信息產業(yè)的發(fā)展。