浅谈IPTV

杨 玲/江西广播电视台

浅谈IPTV

杨 玲/江西广播电视台

本文概述了与广播电视行业密切相关的IPTV系统，作为新兴的前沿科技以及今后普及的一种发展趋势，着重对其工作原理及技术指标进行简单探讨。

IPTV；单播；多播 ；IGMP协议；TSP协议

引言

众所周知，IPTV是广播电视领域和电信领域的结合。IPTV系统与传统的单向广播电视系统相比较，在交互性应用上有着许多区别。IP网络的双向特性使用户通过网络实现视频点播(VoD)和网络数字视频录像(NDRV)成为可能，这两项服务也正是IPTV系统胜过单向广播电视系统的两个最常见的应用实例。因为在传统的单向广播电视系统中，播放的节目是由运营商向节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

在标准的广播电视系统中，所有正常播出的频道(例如CCTV、JXTV 等等)一起发送到用户的机顶盒中(通过有线网络、卫星网络或地面传输系统)。所发送的频道可能有数百个，然而，这数百个频道是同时交付的。用户对机顶盒进行调谐以接收他选择的频道，以这种方式响应由收看者的遥控器发出的请求。因此，这种调谐频道的方式实际上是在收看者本地进行的，它使得频道的转换几乎是在瞬间完成的。

但是在IPTV系统中，为了充分利用预留给家庭用户的最终连接带宽，在设计IPTV系统时就考虑到仅将用户请求的节目频道而不是将所有频道传送到机顶盒。需要注意的是，有时也有可能将数个节目(或者频道)传送到同一家庭用户中的不同IP地址处，例如该家庭用户拥有几个单独的机顶盒或者拥有不同IP地址的其它接收设备。

在IPTV系统中，为了切换频道，需要将一个特定的指令发送到接入网络中以响应用户切换频道的请求。与这种频道转换技术相联系的是复杂的协议交换过程，在这一过程中要使用IGMP协议的“Leave”(离开)和“Join”(加入)指令。完成这种协议的交换需要一定的时间，而所需要的时间又受到网络中传输延时的显著影响；反之，协议的交换时间又会直接影响到系统的频道转换需要一定的时间。从本质上来说，在IPTV系统中，频道的转换是在网络中实现的而不是在本地机顶盒中完成的。因此，我们电视工作者在为终端用户保留这种宝贵的最后一公里的信号传输带宽的同时，这种频道转换方式也给IPTV系统的可分级性和可用性带来了一系列的复杂问题。

在IPTV系统中，以广播方式传送的电视节目是使用IP多播方式(它也属于IGMP协议，如前所述)经由IP系统以有效地传送节目。设计这种多播方式正是为了使许多网络用户共享这一会话。

但在IPTV系统的VoD业务中，采用的却是单播IP服务，它使用的是RTSP控制机制。每当收看者发出请求时，被选择的节目由网络中的服务器以独特的单播方式将节目提交给用户。这种收看方式从效果上来看，相当于在网络服务器与观看者机顶盒之间建立了一种专用的网络连接。

二、技术概述

（一） 视频压缩技术

在IPTV的早期阶段，采用的是MPEG-2压缩系统。在IP网络中传送一路标准清晰度的视频信号，如果采用MPEG-2编码，大约需要3.75Mbps的带宽，如果传送一路高清晰度视频信号，则需要12至15Mbps的带宽。这样说来，为了给家庭用户提供两个频道的SD编码的电视信号，大约需要8Mbps带宽。如果在接入到家庭的网络采用的是xDSL接入技术，那么容易看出，这种接入网络的传输带宽将是一个问题。为了减少对接入网络的带宽需求，一种方法是采用新的视频压缩技术，例如H.264或者VC-1编码技术。采用H.264编码，在获得同样图像质量的前提下，可以比现在使用的MPEG-2压缩编码节约50％的带宽利用率。在IPTV系统中选择什么样的压缩编码技术，带宽是一个重要因素。然而，还必须考虑许多其它因素。采用MPEG-2编码，平均图像组的长度，即GOP的长度，或者说两个相邻I帧之间的图像组长度大约为12至18帧。如果采用H.264编码，GOP的长度可能有300帧。这就是说，用H.264编码的视频流将对包丢失更加敏感，因为每一H.264编码帧均包含有更多的有效图像信息(这是因为它们采用了更高效的图像压缩率)，因此，H.264编码帧的丢失对用户观看体验质量的影响会更加显著。除了上述技术上的理由之外，还有其它一些因素也应当考虑。例如编码器和接收机(机顶盒)在商业上的可用性问题，以及H.264编码设备与其它网络部件的互操作性问题等。

（二） 网络协议

IPTV系统中有一些常用的协议，这些协议包括IP传输协议，例如UDP和RTP，以及一些信令协议，例如RTSP和IGMP等。尽管在本文中提到这些协议，但是实际上，IPTV系统涉及到协议远不止这几个。在现代网络系统中还要用到许多协议，例如MPLS、SIP和SIM如此等等。但这些内容已经超出了这篇文章的范围。

1. UDP或用户数据报协议

UDP是在IETF RFC 768文档中定义的一个协议，它是IP协议簇中的一个重要协议。“数据报”或者“分组”、“包”这些术语是用来描述一个IP数据块。每个IP数据报均包含有特定的字段组，而且所有的这些字段在各个分组中均有着特定的排列顺序，这样当目的端接收到这些分组时就知道如何解码这种数据流。许多协议分组可以被封装在IP数据报的有效负载中。

2.RTP或实时传输协议

RTP是在IETF RFC 3550文档和IETF RFC 3551文档中被定义，它是基于包的格式以传送音频数据和视频数据。RTP实际上是由两个紧密相关的部分组成的：RTP和RTCP。实时传输协议RTP：RTP提供了时间标记、包顺序号，以及和其它传输机制一起以解决传输定时问题。通过这样的机制，RTP提供了网络中端到端的实时数据传输。利用包顺序编号也可以识别包的丢失或者识别那些传输顺序发生错误的数据包(无序包)。实时传输控制协议RTCP：该协议用来获取端到端监视数据、数据的交付信息以及QoS等。

3. RTSP或实时流协议

RTSP是在IETF RFC 2326文档中被定义，它用来描述对流媒体实现类似于VCR操作的控制功能。实时流协议的典型应用是从客户端向服务器端发送RTSP信息，尽管有时也有例外，即由服务器端向客户端发送RTSP信息。在IPTV系统中，RTSP用于VoD应用服务中，即网络用户(客户端)利用实时流协议访问并控制保存在VoD服务器中的内容。VoD基本上是一对一的通信连接，它建立在单播应用的基础上。单播方式与广播方式恰恰相反。在广播方式中，我们将信息发向网络中的所有用户；单播则允许服务器端接受单个用户的请求而为其提供VoD 服务，并将用户所要求的信息或内容发送给单个用户。

4. IGMP或网际组管理协议

IGMP由几个IETF RFC文档所定义，最新的版本由RFC 3376所定义。IP组播被定义为将一个IP数据报传送给一个“主机组”。这个主机组是用一单个IP目的地址识别的一组主机。在IPTV系统中，主机组可以是希望接收一个特定节目的一组网络用户。

三、广电优势

与电信行业等其他行业相比，广电行业在IPTV的发展上有着其他行业所不能比拟的得天独厚的优势，具体表现在：

（一）内容优势：IPTV作为一种以视频互动点播为基础的业务形态，对内容资源的消耗巨大，必须要有一个丰富、强大的资源库作为其业务的供应点，否则将是“无源之水”。而广电系统经过数十年来的发展，除了拥有现在的丰富的内容资源外，还拥有最强大的制作团队与硬件资源，无论是历史还是新制作的节目资源，广电都拥有得天独厚的优势。

（二）网络优势：IPTV作为一种在局域网上运营的业务模式，有线电视网络双向化改造以后非常适合IPTV的发展。因为有线电视网络的稳定、可靠、可管理及高带宽可为IPTV业务的传送提供充分保障。

（三）政策优势：国家已经明确IPTV是一种媒体，而广电部门具有媒体运营的丰富经验，由现有的媒体运营机构运营IPTV等新媒体业务不存在政策风险。

四、术语介绍

IPTV：交互式网络电视，是一种利用宽带网，集互联网、多媒体、通讯等技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。

单播：发送信息由一个源地址指向另外一个目的地址。

多播：将信息同时提交给的一组目的端地址。

视频点播(VoD)：在视频点播系统中，电视节目或电影节目可以在被某一单个用户请求时而发送给该用户。

[1] 谢质文、杨滔. IPTV：产品、运营与案例[M]. 电子工业出版社,2008,09.

[2] 中华人民共和国广播电影电视行业标准GY/T 243-2010 《标准清晰度电视数字视频通道技术要求和测量方法》.