基于IP网络IPTV技术的应用研究

深圳国微技术有限公司　麦向阳

基于IP网络IPTV技术的应用研究

深圳国微技术有限公司麦向阳

IPTV是近年来面向广大民众的一种技术形式，笔者通过本文简介一下当前比较新颖的IPTV概念，分析一些IPTV中存在的较为技术性的问题，并且基于IP技术提出当前IPTV较为合适的容器封装技术ISOBMFF技术，通过这种技术实现电脑、手机、电视等终端上的画面实时传输，希望能够为日后IPTV这种较为新鲜的技术成为使用更加广泛的技术而做出贡献。

IPTV；IP；ISOBMFF；网络；技术应用

0　前言

近年来，随着计算机技术和网络技术的不断进步，各种网络软件或者网络平台为已经深入到我们日常生活的各个部分，IP技术（Internet Protocol）是一种计算机网络通信过程中的一种协议，最近几年，随着数字技术的发展，网络技术与数字技术在不断的结合而呈现出更加新型的服务模式，就是现在我们常说的IPTV（网络电视）的形式。IPTV的优势就是能够获取大量的资源并且通过快速、准确的数据传输而传至用户的使用终端上，相较于传统的信号传输，IPTV技术是一种更好的适用于多元化技术终端的一种技术。

1　相关概念和介绍

IP协议是因特网中所有在网设备之间进行数据通讯和数字传输的一种协议准则，它的要求是双向的，数据的发出方和接收方都要遵守这项协议。

数字电视也叫作数位电视或数码电视，通常情况下在信号的采集、生成、制作、发射、传输、接收、转码等几个环节中，信号形式都是采用二进制数字模式的信号，相较于闭路电视等其他信号传输手段，数字信号的保真度比较高，同时传输速率和技术难题都具有一定的优势。

IPTV即交互式网络电视，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。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。IPTV既不同于传统的模拟式有线电视，也不同于经典的数字电视。因为，传统的和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点；尽管经典的数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，但只是信号形式的改变，而没有触及媒体内容的传播方式。用户在家中可以有三种方式享受IPTV服务：计算机、网络机顶盒或普通电视机、移动终端。IPTV是数字化技术和网络技术结合的具备一定代表性的科技产物，在年轻人群中更受青睐。

封装格式（也叫容器）就是将已经编码压缩好的视频音频轨按照一定的格式放在一个文件中，封装常见的格式包括ts，avi，mpg，mov，mkv。

ISOBMFF（ISO Base Media File Format， iso基媒体文件封装格式）是能够满足多种标准下的视频封装格式，是由MOV格式扩展发展而来。ISOBMFF定义了一种基于时间的音视频多媒体文件一般结构，定义为一种灵活、可扩展的格式，便于互换、管理、编辑和展示媒体资料。展示方式可以在本地、通过网络、或其他流传递机制。文件格式是设计为独立于网络协议，适用于其他媒体文件格式的基础。

2　基于IP技术的IPTV服务实现难点

2.1缺乏统一化规定

统一化规定既包含解码标准的统一，也包含封装格式的统一。

目前我国现行的IPTV解码标准很多，例如mpeg-4、AVS、H.264等，这些标准虽然各具特色，但是实现标准统一从某种程度上是推广某项技术或服务的先决条件。因为标准不同对硬件、传输、信号制作、解码等方面的硬件和软件要求都不同，会造成大量的资源浪费，掣肘着我国IPTV普及的进度。

目前的IPTV使用的封装格式很多，例如AVI、MKV、FLV、MOV、 MP4、RM/RMVB、WMV等，这些格式多半是部分运营商或者IT企业为了抢占市场或者适应更好的某些软件和平台而推出的封装格式。然而不同格式之间都存在着一些差异，要求客户的终端解码软件要针对不同格式都有比较好的适应性，这也是当前视频和音频文件格式繁杂的现状。

2.2缺乏良好的网络环境

因为IPTV更强调实时性，网络环境的好坏则会直接影响信号传输的稳定和时效性，我国当前的网络环境建设尚未达到发达国家水平，但是自我国各级领导人不断对网络的关注和要求开始以来，我国开始了大范围的提速降费工程，也是为构建我国良好的网络环境打下了基础。随着4k视频在国外软件Youtube上大范围应用开始，我国国内的网络视频也逐步走向了4k时代，但是基础网络的数据传输过程中因为网络上下行数据的差异性可能导致丢包现象，丢包率对视频的直接影响就是用户观看过程如果丢包率过高，选择不同的视频压缩算法、不同的视频清晰度等体验效果都较差，所以在视频信号进行封装的过程中一定要选择较为合适的封装协议和封装方法，在某种程度上可以客服丢包给客户带来的不良观看体验。这些高画质的信号需要的网络环境更加苛刻，这也是一个需要我国网络长期解决的问题。

2.3缺乏互通性

虽然我国的IPTV在目前发展上已经做到了手机端、电视端、计算机终端的软件一致，但是往往平台却不是使用相同平台，或者使用不同信号源。同时不同的终端厂商、不同的解码方式等都会给当前的IPTV推广造成一部分附加难度。

2.4信号稳定性欠佳

现在我国IPTV使用者已经呈逐年上升的趋势，面对这种用户量暴增的情况，各大厂商和网络运营商尚未做好充足的准备，我们经常遇到卡顿、清晰度不足等现象，都是由于某些时段大量用户使用同一信号源造成的信号稳定性变差导致的。

3　基于IP网络的IPTV技术探讨

当前的IP网络运营商通常会提供如下几种网络架构：

（1）DPT（RFC 2892）/RPR（802.17）。这种技术方式是当前使用过程中被绝大多数视频音频传输工作者认同的。这种技术使用过程中普遍认为具备速度较快、安全性较高、信号稳定性较高、并且全面支持组播、维护成本较低等特点，综合起来被广大服务提供商认可。

（2）GE/L3SW。这种网络技术不太适用于大范围使用的网络，因为其管理成本和投资成本在大局域网布设的时候较高。但是相对来说，这种架构在小型局域网上更具备经济性，初期的投资较低，小型局域网的运营维护也相对简单，更加适用于小区、公司等地。

（3）纯路由网络。这种网络的特点是类似于金字塔结构，等级比较清晰，而且各个等级之间提供的业务功能也全面，同时不同的层级也代表着投入费用的高低，更便于视频运营商选择，而且随着网络的不断发展，租赁形式的出现更是充分的利用了这一网络。

（4）MPEG-2TS over IP。IPTV技术中视频流和音频流的传输一般采用两种方式，第一种方式是将音频和视频分开传输，但是这种技术在传输过程中极易因为网络问题导致“声话不同步”现象。第二种为视频音频的复用传输，通常的传输方式是MPEG-2TS over IP，这种传输方式实现相对简单，也具备更好的传输效果，这种技术的定义标准是MPEG-2（ISO/IEC13818-1），媒体数据经过MPEG-2TS封装后利用TCP/IP协议封装成IP数据包，进而在IP网路中进行传播，用户下载后即可获得相应的视频音频文件。TS包数据长度通常是固定值（188字节），传输过程由于网络的原因或者硬件原因造成丢包后，客户的数据接收端可以检测下一数据包的同步信息，避免长时间的音频或者视频丢失现象。简单来说TS码流封装过程是将原始的视频、音频数据按照网络情况进行合适尺寸的分割，使之成为ES流，然后附加信息形成PES包，按照一定的协议规则将PES包与系统信息进行融合，形成TS包，多个TS包即形成了完整的TS码流。PES包通常是新源编码器生成的，其中包括码率、定时、数据描述等编码器信息，同时也包含包头、起始码等。如图1所示。

图1　MPEG-2复用层次示意图

MPEG-2在音频视频同步传输过程中利用了系统时钟的时间标签分别在ES，PES，TS三个层次中，ES层同步利用视频缓冲验证来实现，有效地防止解码器的缓冲器出现上溢或者下溢。PES层利用显示时间戳和解码时间戳的方式实现同步，TS层中利用节目时钟参考。所以PTS是一种带有通知性质的图像帧，可以让解码器在正确的时间显示图像，DTS则是一种命令，可以通知解码器合适对接收到的数据进行解码。

（5）封装协议。常见的封装协议有MPE、ULE、GSE等。MPE封装协议通过48-bi t的MAC地址字段来支持单播， 组播和广播，封装最大段长4kb，该协议头部较大，灵活性也较差；ULE封装协议的头部最小值为4字节，并且可以将NPA设置为可选字段，另外其Type值在［0，1535］时可以选择更多的拓展头格式，兼容性更强，封装最大段长32kb；GSE是二十世纪初期针对BBFrame提出的新型封装协议，这种封装格式目前推广难度较大，硬件支持性较差，其封装最大段长4kb。

4　结语

过去的几年，数字电视一直以来都是广大群众观看电视节目的主要方式，但是随着新型的IPTV服务问世，其更加广泛的资源、更快的更新速度、更加实惠的价格都越来越赢得年轻人的青睐，并且基于IP技术提出当前IPTV较为合适的容器封装ISOBMFF技术。同时笔者认为随着技术的不断进步，未来的容器封装ISOBMFF技术可能会更加快速发展，目前全世界范围内无线和有线网络的速度提升都较为明显，在以后网络环境更加优化的时候，IPTV能够在数字信号和压缩算法上更进一步的时候，IPTV极有可能取代数字电视和闭路电视成为唯一的信号源。

［1］许协，鲁岩，吴明航.宽带卫星IP通信网络中的可靠传输技术研究［J］.数字通信世界，2015（10）：101-102.

［2］程新丽.IPTV业务对承载网的要求探析［J］.中小企业管理与科技，2015（11）：131-132.

［3］雷晓星.IP业务流量及带宽需求预测计算方法在工程实践中的应用［J］.网络安全技术与应用，2015（01）：111-112.

［4］徐学斌.基于IP技术的三网融合研究［J］.信息通信（网络版），2015（10）：17-19.