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IPTV經典技術盤點

中國電信北京研究院 魏丫丫 2006/12/21

　　IPTV節(jié)目內容可分為實時視頻和已有的存儲節(jié)目。當節(jié)目內容經過DRM系統(tǒng)的加工或授權后通過寬帶媒體傳輸協議傳給中間服務商，中間服務商通過網絡以xDSL/FFTx等方式將視頻流傳給終端用戶。在用戶側，用戶依靠調制解調器、個人電腦、機頂盒等多種設備播放流媒體視頻。在整個系統(tǒng)中，系統(tǒng)運營商負責電子節(jié)目指南生成、內容加密、內容管理、鑒權認證、計費等管理功能，并將媒體流送給中間服務商。此外，IPTV的正常運轉同樣還需要健壯的運營支撐平臺，主要包括系統(tǒng)管理，權限管理，用戶管理，內容管理，資源管理等基本管理模塊以及計費采集、節(jié)目管理、版權管理、流量管理等中間件系統(tǒng)。

　　視頻壓縮技術

　　由于視頻數據的龐大，未壓縮的數字視頻數據量對于目前的計算機和網絡來說無論是存儲或傳輸都是不現實的，因此在多媒體中應用數字視頻的關鍵問題是數字視頻的壓縮技術，而視頻是由連續(xù)的圖像幀形成的圖像序列，由于景物變換速度的限制，相鄰幀之間存在很高的相關性，因此利用運動補償技術結合變換編碼，構成了序列圖像編碼的主要方法。

　　目前，ITU，ISO等組織制定了許多成功的視頻圖像編碼標準，如以JPEG和JPEG-2000為代表的靜止圖像壓縮標準。以MPEG-1、MPEG-2為代表的中高碼率多媒體數據編碼標準。以H.261，H.263，和H.264為代表的低碼率、甚低碼率運動圖像壓縮標準，以及覆蓋范圍更寬面向對象應用的MPEG-4。此外還有我國自主的第二代信源編碼標準AVS。

　　這些標準之間在碼率、圖像質量、實現復雜度、差錯控制能力、延時特性及可編輯性上有很大的差別，從而滿足了各種多媒體應用。下表我們主要針對視頻編碼標準做一概括總結。

　　采用了傳統(tǒng)的基于塊的混合視頻編碼框架，具體包括幀內預測、幀間預測、變換、量化和熵編碼等一系列技術來實現高效率的視頻編碼。幀間預測使用基于塊的運動矢量來消除圖像間的冗余，幀內預測使用空間預測模式來消除圖像內的冗余。再通過對預測殘差進行變換和量化消除圖像內的視覺冗余，最后，運動矢量、預測模式、量化參數和變換系數等用熵編碼進行壓縮。

　　測試結果表明，h.264比H.263++平均編碼比特率要少48.80%，比MPEG-4ASP要少38.2%，相對H.263約提高一倍壓縮效率。H.264的碼流結構網絡適應性強，增加了糾錯恢復能力，能夠很好地適應IP和無線網絡的應用。另外，微軟公司開發(fā)WMV9，壓縮效率和重建圖像質量與H.264不相上下，目前正在申請成為國際標準。我國現在正在制定具有自主知識產權的音視頻編解碼系統(tǒng)(AVS)標準，其編碼效率和重建圖像質量也與H.264相當。正是視頻壓縮技術的發(fā)展，使寬帶網上傳輸高質量視頻信號成為可能。

　　多播技術

　　IPTV根據視頻流的兩種接收方式：廣播接收和點播接收。不同接收方式的承載技術也不同。廣播接收是非交互的，對IP網絡的承載技術提出了多播(Multicast)要求。點播接收具有實時交互特點，要求IP網絡承載技術能將視頻流推送到用戶接人網絡。IP組播將IP數據包從一個源發(fā)送到多個目的地，即將信息的拷貝發(fā)送到一組地址的所有接收者IP組播將IP數據包傳輸到一個構成組播群組的主機集合，群組的各個成員可以分布于各個獨立的物理網絡組播群組成員之間的關系是動態(tài)的，成員可以隨時加入或退出。IP組播能夠有效節(jié)省網絡帶寬和資源，方便網絡容量的管理和控制開銷，大大減輕發(fā)送服務器的負荷，減少主干網出現擁塞。

　　CDN(ContentDeliveryNet-work，內容發(fā)布網絡)是一種用于視頻內容分發(fā)的網絡，它疊加在IP基礎網絡之上，通過將內容發(fā)布到網絡邊緣，實現就近的內容提供服務其工作原理是在網絡各節(jié)點放置內容緩存服務器，CDN中心控制系統(tǒng)實時地根據網絡流量和各節(jié)點的連接、負載狀況以及到用戶的距離等信息，將用戶的請求導向最佳的服務節(jié)點上，從而大大縮短用戶的請求響應時間，并提高數據傳輸的穩(wěn)定性。

　　流媒體

　　流媒體(Streaming Media)是指在網絡中使用流式傳輸技術的連續(xù)時基媒體，如音頻、視頻和其它多媒體文件。流媒體技術一般是指把連續(xù)的影像和聲音信息經過壓縮處理后放在流媒體服務器上，讓用戶一邊下載一邊觀看、收聽，而不需要等整個壓縮文件下載到自己機器后才可以觀看的視頻/音頻傳輸、編解碼技術。流媒體技術不是單一的技術，它是建立在很多基礎技術之上的技術。流媒體實現的關鍵技術是流式傳輸。流媒體的主要技術特征就是采用流式傳輸，即通過網絡將流媒體內容傳送到客戶機。大多數流媒體應用采用基于組播的應用層協議，如RTP/RTCP。RTP是一種提供端對端傳輸服務的實時傳輸協議，用來支持在單目標廣播和多目標廣播網絡服務傳輸實時數據，而實時數據的傳輸則由RTCP協議來監(jiān)視和控制。

　　網絡電視機頂盒

　　IPTV的基本構想之一就是把電視播放和互聯網結合起來，使用戶在收看電視的同時，能夠通過網絡獲得信息。現在這項功能是通過機頂盒來實現的。網絡電視機頂盒(NetTVSTB)可以具有以下功能：內置操作系統(tǒng)，可以通過紅外線遙控來操作；對加密電視信號進行解密；將數字視音頻信號進行解壓縮；用戶身份識別和付費；可以下載運行游戲和軟件；對同一頻道上的不同節(jié)目進行分離；可連接互聯網、收發(fā)電子郵件等功能。

　　STB已在歐洲和美國已建成的交互電視系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，在我國也具有廣闊的應用前景。目前我國在廣播電視系統(tǒng)對有線電視網進行的整體數模轉換，其中網絡電視機頂盒技術就是其中的一項關鍵的技術。雖然IPTV成為互聯網進化的驅動力，但面臨的一系列問題正成為IPTV進一步發(fā)展的阻力。這其中的一個重要問題就是版權保護問題(DRM)。

　　數字版權

　　IPTV傳播的數字內容具有無損地低成本復制、存儲和再傳播的特點，人們可以借助數字技術和互聯網免費而且沒有任何質量損失地批量復制和發(fā)行節(jié)目內容，使得數字媒體業(yè)遭受嚴重損失。數字媒體非法復制、傳播的成本極其低廉，版權很容易受到侵害。所以，缺乏有效的數字版權保護機制，將極大地阻礙著IPTV的發(fā)展。

　　目前的解決方案即數字版權管理DRM系統(tǒng)，DRM提供的解決方案主要強調使用技術的手段，對數字產品在分發(fā)、傳輸和使用等各個環(huán)節(jié)進行控制，使數字產品只能被授權使用的人按照授權的方式，在授權使用的期限內使用。DRM不僅僅指版權保護，同時也提供了數字媒體內容的傳輸、管理和發(fā)行等一套完整的解決方案。因此DRM是一個系統(tǒng)概念，包含數字版權信息使用、受版權保護的數字媒體內容的管理和分發(fā)。

通信產業(yè)報


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