IPTV技術的主要發展趨勢

IPTV業務與傳統的視訊通信業務和廣播電視業務都有差別，它代表了基于IP網絡的新型傳播視訊業務的發展方向，是以在技術選擇上也會遇到很多新的問題。由于目前中國已經開展試驗的IPTV業務主要是對本地的小批量使用者播放電視和錄像節目，大量采用了傳統視訊點播的成熟技術，難以支援業務長期開展的需要。要最終建構全國性的能滿足商用營運需求的IPTV業務網絡就必須對IPTV技術開展循序漸進的研究。下面本文逐一對這些影響到IPTV業務未來的關鍵技術進行探讨。

　　1 IPTV整體網絡架構

　　IPTV系統目前的網絡架構采用單層平面架構，各個試驗地區單獨建構一套獨立的IPTV系統，包括業務層的内容分發網絡(CDN)、營運支撐系統、終端系統，網絡層的承載網裝置和接入網裝置，以及由内容服務商控制的内容管理和編輯、數字版權保護等内容層裝置。這種組網模式是由于政策和市場等多方面因素造成的，其最大的問題就是難以形成一個資源共享、統一管理、聯合認證的全國性系統，而且各個地區的系統和裝置隻能采用一個廠家的産品，不同廠家的産品彼此間無法實作互通和替換。這種架構隻能滿足短期的業務需求，如果将IPTV業務範圍擴充到全國，并且業務内容從現有的電視廣播和視訊點播擴充到其他領域，那麼其建設和營運成本将會十分高昂。

　　目前IPTV行業标準的制訂和其他工作中都将網絡架構的設計作為重點，雖然還沒有最終方案提出，但已經有了很多好的思路：

　　(1)整體系統必須是一個分為全國和本地兩級的網絡，這是開展全國性商業營運必須滿足的要求。目前IPTV試驗系統連接配接的内容源僅有上海文廣一家，随着業務面的擴充，會有各個地方電視台和其他類型的内容服務商接入該系統。這些内容的接入和存儲從降低成本的角度講應該是在本地完成，但是從增大使用者可使用服務内容的角度出發，這些資源應該在全國網絡上進行統一排程和管理。在實際設計網絡架構時必須通盤考慮到兩個不同網絡層次的要求，比如，營運支撐、内容平台與業務平台的接口以及媒體資産管理的前端部分會根據業務開展情況分布在全國業務平台和本地業務平台上，而資源排程管理系統、結算系統則隻能布置在全國業務平台上。

　　(2)内容平台和業務平台之間的接口設計要同時考慮兩個方面：首先這個接口要實作标準化，對中國多家有影響力的内容服務提供商的内容提供格式都應相容，并且不會阻礙其他的内容源接入；其次，接口要劃分為本地接口和全國接口兩個部分，以針對不同位置的内容源，和這個接口互相配合工作的數字版權保護系統、媒體資産管理系統和營運支撐系統也要相應地劃分為全國和本地兩個部分。

　　(3)數字版權保護系統、媒體資産管理系統、存儲系統和營運支撐系統等功能子產品進行分割時要考慮子系統中功能的相對完整和上下級系統間的連接配接和标準化，目前的試驗系統中這些分系統均捆綁為一個整體，進行功能子產品細分時必須統籌考慮；對于和使用者日常使用密切相關的終端管理、業務和節目選擇、計費等功能要盡可能地放在本地進行，而和整網營運有關的資源存儲、資源排程目錄、資費結算等功能應更多地放在全國中心。

　　(4)未來很重要的工作就是要建構完整和開放的媒體資産管理系統，因為目前IPTV系統僅僅提出了電子節目菜單(EPG)的概念，其能夠完成的功能遠遠不能滿足未來業務開展的需要。IPTV開展商業營運時，内容的分類、管理和展示會涉及全國範圍内的多個平台，這些分布在各處的内容很難用電子節目菜單這樣僅能識别簡單的标簽和關鍵字的單級目錄來涵蓋，需要建立一個帶有智能搜尋功能的資訊管理系統，這個系統還會逐漸支援按圖檔、語音或其他資訊進行模糊搜尋，同時，媒體資産管理系統将和存儲管理系統成為一個動态連接配接的整體，媒體資産管理系統可以直接影響到内容存儲的分布結果，而不再是像EPG一樣僅僅是簡單的查找和調用。

　　上述這些思路在IPTV網絡整體架構設計中必須展現，由于目前符合要求的系統還不存在，是以完善IPTV的網絡架構将是一個循序漸近的過程，需要逐漸地演進發展。目前在設計網絡架構時，必須考慮到這種演進的趨勢，在滿足現有業務開展需要的情況下，給未來的發展留下空間。

　　2 媒體傳遞網

　　在IPTV網絡中，将内容根據需要傳遞到單一或一批使用者群的工作由媒體傳遞系統完成。目前商用試驗中多采用内容分發網(CDN)技術來完成此項工作，實作對多媒體内容的存儲、排程、轉發、播放等功能。媒體傳遞系統可以降低伺服器和帶寬資源的過多消耗并提高服務品質。但現有的CDN網絡是從基于PC機的流媒體業務發展而來，在大使用者同時選擇同一内容時，存在服務效率低、重定向機制複雜等問題。媒體傳遞系統更适宜視訊點播服務的開展，對直播電視、時移電視以及各種增殖業務支援能力相對有限。雖然現在也提出了一些改善機制，但CDN先天性的架構缺陷還是難以滿足IPTV業務的節目性要求，無法承載IPTV的全部功能并會引入流量“瓶頸”。

　　為解決CDN存在的問題，近期已經開展将現有的CDN架構改造為P2P形式的媒體傳遞網絡的研究。建立P2P機制的媒體傳遞網絡需要在業務會聚、内容分發和流媒體播放3個方面進行系統改造。首先在内容提供時可以将内容提供商作為整個P2P網絡的一個節點來向整個業務平台提供節目内容，所提供的内容可以有選擇地會聚到位于P2P網絡内的中心業務節點以便進行相關的内容處理；其次，可采用基于P2P的内容分發機制将音、視訊節目内容的切片由中心業務節點分發到靠近使用者的邊緣業務節點内，以降低核心網的傳送壓力，而且對于不同的節目内容往往會采用不同的内容分發政策；第三，通過靠近使用者的邊緣業務節點向使用者提供流媒體服務的過程也可以采用基于P2P的流媒體播放方式，此時邊緣業務節點由許多處于對等地位的流媒體伺服器組成，使用者使用服務時可以通過多個流媒體伺服器同時工作，實作不同流媒體伺服器的負載均衡增長，降低系統擁塞的風險。

　　目前已經開展了采用P2P機制的混合式媒體傳遞體系結構的标準化研究工作，由于中國目前還沒有能大規模商用的案例，要發展和完善基于P2P機制的媒體傳遞系統還需要一段時間。作為臨時性的解決辦法，目前的IPTV業務依然可以沿用現有的CDN系統，并在業務達到一定規模時采取由上而下的方式逐漸完成整個媒體傳遞網絡的更新。

　　3 數字版權管理

　　在IPTV業務的産業鍊中，數字版權管理(DRM)技術是保證内容提供商利益的關鍵所在。DRM技術主要包括數字識别技術、安全和加密技術以及電子交易技術。IPTV和數字電視業務在數字視訊的版權保護方面存在着明顯的不同，其版權保護技術的基本原理要遵循雙向特點來實作。

　　業務營運商實作DRM目前可以選擇不同方案，如營運商自建全套DRM系統，營運商與内容提供商合建DRM系統，業務營運商不建DRM系統。3種方案各有利弊，而且同一營運商在不同地區開展業務時由于使用者發展狀況不同，對建設DRM系統的要求也會有所不同。由于IPTV本身是一個内容傳播平台，與DRM的實作方式無關，理想的方式是建立一個開放式的DRM平台。

　　在業務開展初期，業務營運商需要使用内容提供商指定的DRM方案，此時IPTV系統必須友善地內建多個内容提供商的DRM系統，系統的開放性可以滿足内容提供商對DRM系統的不同需求。營運商自建全套DRM系統可以為大量非主流内容提供商提供相應的保護機制，擴大營運商的内容服務範圍，是營運商必須要考慮的工作。在這個過程中，IPTV業務平台DRM系統要面對不同來源的内容，必須考慮标準化的需求。

　　在IPTV DRM所遵循的标準選擇上，由于目前還沒有适合營運商采用的完整的DRM解決方案，而開放移動聯盟(OMA)的标準化方案存在高額的專利費，是以建立開放的标準化DRM系統不是短時間内能實作的問題，需要投入專門的力量加以解決。多種DRM方案并存的局面預計還會在相當長的時間記憶體在。

　　4 視訊編碼

　　開展IPTV業務需要消耗大量的網絡帶寬資源，采用合适的視訊編碼技術是實作IPTV業務的關鍵。

　　目前國際标準化組織(ISO)和國際電信聯盟(ITU)相繼推出了一系列視訊壓縮編碼的國際标準，标準包括H.261、H.262、H.263、H.264以及MPEG1、MPEG2、MPEG4等。目前IPTV系統中使用較多的标準主要是H.264和MPEG4。此外國外一些有實力的公司也提出了自己的視訊編碼标準，如ASF、nAVI、AVI、DIVx、QuickTime、Real Audio、Real Video及Real Flash等。音視訊編解碼技術标準(AVS)是中國自行開發、具有自主知識産權的新一代編碼方式，目前正在進行AVS的标準制訂工作。AVS是以取代MPEG2規格為目标的高效編碼方式之一，編碼效率相當于H.264和Windows Media 9(VC-1)的水準[1]。

　　考慮IPTV業務采用的視訊編碼要從編碼壓縮率、業務的需求程度、互通性和使用成本幾個方面來統一衡量，其中使用成本是最為關鍵的因素。IPTV目前通常采用的H.264和MPEG4視訊編碼都面臨着不同程度的專利費問題。由于這些視訊編碼标準組織采用了同時向裝置制造商和營運商收費的政策，大大增加了整個産業的總體經營成本。中國的AVS許可政策相對優惠。

　　目前各地區建設的IPTV試驗系統對視訊編碼的選擇更多地側重于網絡和技術性能，但從長遠發展來看，盡快開展對AVS和其他視訊編碼技術水準的摸底工作，并最終實作全網向高效的統一視訊編碼的過渡是必然要考慮的問題。

　　5 存儲系統

　　數字視訊檔案一般需要占用大量的存儲空間，是以必須建立高效、低成本的儲存和分發機制，一方面可以優化系統對資料網絡的帶寬占用，另一方面可以提高IPTV系統的安全穩定性和用戶端的快速響應速度。存儲系統大體上包括儲存設備、存儲網絡和管理3個部分，它們分别擔負着資料存儲、存儲容量和性能擴充、資料管理等任務。

　　IPTV的儲存設備可以選用磁盤備援陣列、CD光牒和錄音帶等。磁盤備援陣列具有速度快、容量大、安全可靠等優點，一般作為流媒體應用的線上(On-line)儲存設備。與硬碟相比，CD光牒和錄音帶在讀寫通路速度方面存在明顯的差距，但是在機關容量價格和容量擴充性等方面有着明顯的優勢，是以通常作為系統的近線(Near-line)或離線(Off-line)儲存設備。在實際工作中，3種儲存設備将組合使用，以滿足不同場景的要求。

　　存儲網絡包括直接連接配接存儲(DAS)、網絡通路存儲(NAS)和存儲區域網絡(SAN) 3種方式。采用DAS連接配接的方法，具有技術簡單、投資較小的優點，可以滿足IPTV内容的海量存儲要求，但安全性低，難以實作資料高效備份，維護管理困難，不是今後的發展方向；NAS方式可利用已搭建的區域網路絡，擴充友善，實施簡單，但不能滿足大容量、實時性要求較高的資料存儲通路，并會對網絡性能産生較大影響，也不宜作為IPTV存儲方案的首選；SAN是一個由儲存設備和系統部件構成的網絡，通過光網絡完成工作，其具有較高的資料讀取速度，增加了對存儲系統的備援連結，提供了對高可用群集系統的支援，但輸出帶寬不能随着使用者和業務規模的擴充而線性擴充，系統建設成本較為昂貴。從技術的角度講，SAN具有很大的優勢，但在成本大幅下降以前，現有存儲系統的利用是IPTV業務開展中不可回避的一個問題。

　　IPTV系統對網絡資源的要求很高，大規模部署必須考慮分布的存儲方式，目前常用中心節點和多個邊緣節點形成多級存儲結構以降低成本。但是這種方式由于會給内容分發過程帶來時延增大和網絡負擔增加的問題，是以選取優化的存儲管理機制就成為IPTV中的重要課題。目前的IPTV系統對存儲内容的組織和管理有檔案和切片兩種方式。檔案方式以檔案作為網絡的最小存儲單元，将視訊流按照檔案的方式存儲在磁盤上，對實時業務的反映能力較差；切片方式可以很好地解決檔案存儲方式無法很好滿足多媒體業務實時性的問題，能夠支援更加靈活的内容交換及路由政策，将大大提升網絡的負載均衡和快速響應能力，同時降低存儲網絡對帶寬和存儲空間的占用。切片方式在内容的分發、内容的交換、内容的內建和連結、系統性能和使用者體驗等方面有許多優勢，是IPTV業務中存儲技術的發展方向。

　　6 使用者接入認證

　　目前IPTV系統可以采用寬帶網絡的常用接入認證方式，如虛拟撥号認證、Web認證、動态主機控制協定(DHCP)認證、IEEE 802.1x認證等。

　　傳統的接入認證方式用于寬帶視訊業務時，存在“瓶頸”，如上行帶寬小，裝置處理能力低，難以應付大流量高并發的環境，對多點傳播的支援差等。而且對越來越多的基于機頂盒方式的IPTV業務，傳統的接入認證方式在認證時都存在使用者使用不友善的問題。

　　DHCP認證方式存在計費時間不準确、使用者空閑時間長、會自動下線等問題。但其優點是不存在二層網絡限制、可支援多點傳播協定。IPTV業務不需要按時長精确進行計費，在業務提供時也不存在使用者空閑狀态，而且能夠實作對多點傳播的支援，是以适合業務開展。目前在業務實施中可以通過采用獨立的IP位址池和有針對性的政策配置，實作IPTV業務與其他網際網路業務的隔離。

　　未來IPTV的業務開展要考慮多種接入認證方式結合的統一認證，需要進一步研究和論證。

　　7 媒體資産管理

　　

　　在IPTV業務中需要處理的資料對象主要是視訊節目，它與傳統的文字、圖檔等資訊有着很大的不同。為此在IPTV業務中引進了媒體資産管理(MAM)的概念。媒體資産管理系統技術的可行性已被證明，但有些問題，如内容索引的格式規範問題，還需要解決。媒體資産管理技術涉及媒體資料存儲管理、内容搜尋、編目資料管理、媒體資産應用與釋出等多個内容。目前營運商已經在IPTV系統中采用的EPG技術就屬于媒體資産應用與釋出的範疇。

　　EPG可以給使用者提供一個容易使用、界面友好、可以快速通路節目的方式，使用者還可以通過EPG檢視感興趣的資訊。

　　由于IPTV業務的内容提供者日益增多，對内容進行分類也就日益複雜，通過EPG使用業務将變得非常困難，而且随着業務開展的需要，一些業務的内容排程不會嚴格按照EPG習慣的索引菜單的方式進行，還要進行多方向的搜尋和查詢，是以必須逐漸考慮在未來的IPTV系統中引入完整的媒體資産管理系統的概念。

　　8 流媒體

　　流媒體技術是采用流式傳輸方式，在IP網上播放音視訊等多媒體資訊的技術，與單純的資訊下載下傳方式相比，不僅啟動延時大幅度縮短，而且對系統的緩存容量需求也大大降低。數字視訊流在完成編碼壓縮以後，可通過不同的網絡傳輸協定實作資料的傳輸和控制，其中比較常用的有實時傳送協定(RTP)和實時流式媒體協定(RTSP)等。網際網路流媒體聯盟(ISMA)釋出的技術規範對資料的傳輸和控制方案做了規範。此外流傳輸協定(TS)也被用于規範此方面的内容。

　　ISMA和TS兩種流格式在市場上都有一定範圍的應用，各有優缺點。ISMA的方案适合IP網的特點，開銷小，但音、視訊要分開用兩個流傳輸，同步難度大；TS的方案是将音、視訊流複用在同一個流中，同步精度較高，并且可以在一個流中攜帶豐富的節目相關資訊，但是開銷較大。從目前IPTV系統的應用情況看，ISMA和TS兩種流格式短時間内難以統一，但不會對系統的正常工作造成影響。可以通過支援兩種流格式的機頂盒或專門的ISMA-TS轉碼子產品來解決這一問題。

　　在IPTV系統中使用的流媒體伺服器擔負着将預先編碼壓縮或實時編碼壓縮的視訊檔案以流的方式推送到網絡中去的任務，要有很高的性能和可靠性要求。為達到此要求，就必須考慮提高單機可靠性或通過伺服器叢集設定來解決。依靠單台伺服器的性能改善來解決整體性能和服務可用性問題，存在着性能價格比方面的限制。伺服器叢集(Cluster)技術的出現有效地解決了這個問題。負載均衡的松散耦合叢集系統是解決大規模流媒體服務的重要方向。

　　9 承載網

　　為了保證使用者能夠便捷地使用IPTV業務，就要求營運商能夠提供适宜的承載網絡。目前的IP承載網絡技術還存在許多不足。

　　IPTV業務需要一個大容量、高速率的接入系統，目前可用于IPTV業務接入承載的方式有不對稱數字使用者線(ADSL)、千兆比以太網無源光網絡(GEPON)、區域網路(LAN)和寬帶無線接入等。中國主要采用ADSL技術，受線路品質及ADSL接入複用器(DSLAM)的影響，存在速率低、有效傳輸距離短、服務品質(QoS)無法保證、對多點傳播功能支援有限等問題。雖然數字使用者線(DSL)技術在不斷發展，傳輸的帶寬有所提高，但是服務品質仍難以令人滿意。目前營運商也試圖采用ADSL2+的方式來解決這一問題，ADSL2+可以提供更高的接入帶寬和更遠的傳輸距離。GEPON正在受到越來越多的關注。

　　GEPON采用全光網絡結構，可提供上、下行對稱的高帶寬，對每個IPTV使用者的帶寬可進行動态配置設定，同時在整個接傳入連結路上支援全程的QoS保證，接入覆寫範圍廣，可大大降低維護成本和線路的品質。GEPON系統可以很好地滿足IPTV系統業務開展的需要，但是前期的裝置費用和光纖鋪設費用很高，影響了其推廣。目前營運商基本還是立足于對ADSL線路更新改造來提供相應的業務。

　　接入網目前采用千兆比無源光網絡(GPON)方式來支援IPTV等寬帶多媒體業務的成本比較高，但随着使用者的增多和業務的不斷普及，在一定時期後将會是IPTV的接入方式的較好選擇。

　　IPTV業務的開展對城域網的傳輸品質也提出了新的要求，目前有兩種方案可供選擇：一是将原有IP城域網改建為一張真正的多業務承載網，實作全網多點傳播業務的開通、全網QoS政策的保證、高可靠性、高帶寬支援與帶寬保證等，這适合于原城域網基礎較好的城市；另一方案是建構IPTV業務專用網絡，原城域網隻承載原有網際網路業務，接入網流量在彙聚層被分離，這适合原城域網絡較複雜的城市。兩種方案的選擇可以根據各地的自身網絡狀況而定，但也可采用其他更為經濟的臨時性解決辦法。

　　多點傳播技術是開展IPTV業務的關鍵技術，但目前遇到下面幾個問題：

　　現有的網際網路組管理協定(IGMP)V1和V2版本，對于多點傳播使用者的加入、離開多點傳播組，對于多點傳播源的建立都沒有相應的安全機制，很可能會對現有網絡造成沖擊和影響。現有網絡核心裝置雖然支援多協定邊界網關協定(MBGP)和協定獨立型多點傳播(PIM)等協定，但是并沒有經過實際業務檢驗，而在多點傳播支援方面存在較大缺陷。現有城域網彙聚裝置主要是寬帶接入遠端服務(BRAS)裝置，在多點傳播支援方面存在較大缺陷。接入網中的大量裝置在支援多點傳播組數目、複制效率(CPU占用率)等方面都不是很強，在多點傳播大規模開展時候都可能存在性能問題。

　　多點傳播在IPTV業務開展中是一個很關鍵的問題，不可能在短時間内得以解決。目前比較現實的就是針對業務實際需求給出臨時性解決辦法，在IPTV業務屬性和承載内容完全明确後再通盤考慮。

　　10 終端

　　IPTV業務的終端目前可分為個人電腦+軟體、機頂盒+電視兩種。前者實作較為簡單，投資小，但播放器軟體局限于廠商私有的檔案格式，通用性差，而且不會使用電腦的人無法享受此項業務，是以利用個人電腦作為IPTV終端系統适合于低成本推廣IPTV業務的場合，不會成為發展的重點。但是基于P2P機制的播放器軟體依然是近期發展亮點。

　　基于機頂盒形式的IPTV終端兼顧了個人電腦和電視機的功能，而且可以直接利用家庭中已有的電視終端來擴張業務，是以成為目前發展的重點。IPTV機頂盒目前有3種實作方式：即基于專用晶片(ASIC)的機頂盒、基于數字信号處理器(DSP)的機頂盒、基于中央處理器(CPU)的機頂盒。采用ASIC方式的機頂盒解碼效率高，成本低，但擴充性不好，功能單一；采用DSP方式的機頂盒可程式設計，是以擴充性較好，并且可以增加功能，但開發成本較高，互通性較差；通用CPU結構的機頂盒開發簡單，功能易擴充，但是成本較高。目前階段由于視訊編碼、傳輸流格式和DRM等技術沒有完全确定，是以要求終端具有一定的靈活性和可擴充性，更适合采用DSP或通用CPU架構。在技術穩定後低成本的專用晶片的機頂盒會有更為廣闊的市場。

　　在終端設計上，越來越多地引入了中間件的概念。由于IPTV是一個逐漸豐富的業務系統，如果不能很好地解決後續業務功能添加的問題，就會增加IPTV業務的推廣成本，通過中間件可以很好地解決新功能的引入的問題。但中間件本身的概念和範圍還有争議，需要一段時間的研究和實用驗證。

　　11 結束語

　　本文僅涉及到了IPTV系統中主要的技術方向，還有很多細節限于篇幅沒有一一論述，這些細節的完善對于IPTV系統的發展也是十分重要的。本文所探讨的技術發展趨勢是基于目前業務開展的情況進行論述的。應該清醒地認識到，IPTV本身是一種全新的業務形式，其業務特性和發展方向還有許多有待進一步明确的地方，是以對技術發展趨勢的認識也要不斷調整和完善。