IPTV

关于IPTV的介绍

一、IPTV简介

IPTV即交互式网络电视,是一种利用宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体；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。用户在家中可以有两种方式享受IPTV服务：(1)计算机，(2)网络机顶盒+普通电视机。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。

IPTV技术是利用互联网设施和MPEG-4、H．264等视频压缩技术，通过互联网IP协议互动地向用户提供数字电视广播、视频点播(VOD)、互联网浏览和IP可视电话等交互式多媒体信息服务的新技术。IPTV系统主要以IPTV机顶盒或电脑为接收设备、以电视机或电脑显示器为显示设备、以IP宽带网为传输网络提供交互式多媒体信息服务。

二、IPTV的系统结构组成

1.前端

IPTV 系统的前端部分主要包括了流媒体系统、用户管理系统、存储设备编码器、信源接收设备等。

(1) 流媒体（Streaming Media）系统流媒体系统把经过数字化处理的

视频内容以视频流的形式推送到网络中，使得用户可以在仅下载部分视频文件后即可开始观看，在观看的同时后续视频内容将继续传输。流媒体系统中包括了提供广播（Broadcasting）和点播（On-demand）服务的视频服务器。

（2）用户管理系统（SMS，Subscribers Management System）：用户管理包括了对网络电视业务用户的认证、计费、授权等功能，保证用户可以得到合理安、具有一定QoS的服务。

（3）存储系统：主要用于存储数字化后的供点播的视频内容和各类管理信息，存储系统必须兼顾容量和安全等特性，以确保能够存储大量视频文件及各类重要的管理信息。

（4）编码器（Encoder）：按照一定的格式和码率要求完成视频信号的数字化，采用高效视频压缩编码。信源编码是IPTV的核心技术，它直接关系到IPTV画面质量，DVB画面质量下MPEG-4占用带宽较大，H.264占用带宽较小。

（5）信源接收系统：完成各种视频信号源，如有线电视、卫星电视等信号接收。

在网络电视系统的前端部分中实时性的视频信号（如卫星电视、有线电视等）或非实时性的视频节目（如DVD等）经过信源接收系统后进入编码器部分，然后分别被传送到广播流服务器和点播服务器供点播的节目存储在存储设备中，流媒体服务器在用户管理系统的控制下把视频文件以视频流的方式传送到网络中去。

2.网络

网络电视系统所使用的是以TCP/IP协议为主的网络,包括骨干/城域网络、宽带接入网络和内容分发网络等。

(1) 骨干/城域网络（Backbone/Metro Network）：骨干/城域网络主要完成视频流在城市范围和城市之间的传送，目前城域网络采用千兆/万兆以太网络，而长距离的骨干网络则较多选用SDH或DWDM作为IP业务的承载网络。

(2) 宽带接入网络（Broadband Access Network）:宽带接入网络完成用户到城域网的连接,目前常见的宽带接入网络有xDSL、LAN WLAN和双向HFC等，但都存在带宽不够或使用费用过高的问题。

(3) 内容分发网络（Content Delivery Network）:内容分发网络是IPTV 的关键技术，它是构建在IP网络之上的内容发布网络，它采用“核心-边缘”服务器分布结构,目的是通过干线网高速将位于前端的视频内容分布存放到网络的边缘,减少视频流对骨干/城域网络的传输压力，实现对用户的就近服务,改善用户获得服务的质量;但有一个问题,随着用户量增大边缘服务器会越来越多，管理成本也会越来越高。

3.接收端

网络电视系统的接收端包括了计算机、电视、手机和其它智能显示终端设备。

IPTV视频流接收方式：点播(交互)和广播。点播接收的内容和时间取决于用户喜好，具有实时交互特点，IPTV容易实现互动功能，是其优势所在。

4. 运营支撑系统

IPTV具有传统电视媒体所没有的优势，能否成为主流媒体，关键还在于能否建立一个完整的良性循环的运营环境。对于一个运营商来说，完整的系统管理、节目管理、用户管理、客户服务、计费管理等的服务体系是必不可少的。只有建立完整、安全的服务体系，才能够为用户提供个性化的优质服务，才能够实现运营目标才能使IPTV真正成为新技术主流媒体。

三、IPTV的技术

IPTV使用视频编解码技术，将视频数字化，采用IP广播和组播技术、流媒体技本在IP网(或移动网)上传输，可以把网络电视描述为：视频数字化、传输IP化和播放流媒体化。

IPTV应用了下面几种关键技术：数字视频编解技术、组播技术、流媒体技术和IP QoS技术。

1.数字视频编解码技术

数字视频编解码技术是IPTV发展的基本条件，IPTV运营商只有选择合适的、高效的视频编解码技术标准，同时要考虑到视频编解码技术标准对流媒体、数字版权管理和内容分发网的影响，才能保证在互联网环境下提供IPTV视频服务。应用于IPTV节目流媒体数据的编解码方法可以分为可变码率和固定码率视频编解码，固定码率的编码器输出单一固定码率的

节目流，可变码率编码器则可以利用信号在质量、时间、空间和频率域等方面的特性进行处理，以适应不同的网络带宽、不同的传输通道条件以及不同的计算复杂度等要求。

目前适用于IPTV的编解码标准有MPEG-4、AC-l(WMV9)和H.264等。

(1)MPEG-4是ISO／IEC的MPEG(运动图像专家组)制定的标准，目前应用的是MPEG-4的第二部分。(2)AC-1是Microsoft的视频编解码标准，是WMV9向编解码标准组织提交采用的编解码标准。(3)H.264是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO／IEC的MPEG共同成立的JVT(联合视频工作组)联合开发的视频编解码标准，它既是ITU-T的H.264，也是ISO／IEC的MPEG-4的A VC(高级视频编码部分)。H.264致力于把如何提高视频图像的传输效率和如何为用户提供更高质量的画面两个目标结合起来，在与MPEG-4同等视频图像质量条件下，H.264可将编码压缩效率和容错能力提高l倍，且提高了视频传输质量的可控性。H.264可以应用于IPTV、广播电视、会议电视等领域。(4)IPTV系统可以采用多种编码格式混合使用。

2.组播技术

组播(Multicast，也称多播)是一种允许一个或多个发送者(组播源)一次或同时发送单一数据包到多接收者的网络技术。组播技术是采用一次发送，组内广播，组内一个或多个用户可以接收同一个组播流数据，组播源只需发送一份数据。组播源把数据包发送到特定组播组，只有属于该组播组地址的用户才能接收到数据包。组播可以大大地节省网络带宽及服务器资源，改善网络传输性能，以改变网络流量结构，提高数据传送效率，减少主干网络出现拥塞的可能性，减轻网络传输的压力。IPTV的广播类节目最适合利用组播技术传输，因为广播类节目的所有用户收看的是同一个内容。

3.流媒体技术

流媒体（Streaming Media）)技术是采用流式传输方式使音视频等多媒体能在互联网上进行播放的技术。流媒体技术的核心是将整个音视频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视频服务器向用户终端连续地传送，因而用户不必像下载方式那样等到整个文件全部下载完毕，而是只需要经过几秒或几十秒的启动延时，即可在用户终端上利用解

压缩设备(或软件)，对压缩的A／V文件解压缩后进行播放和观看。多媒体文件的剩余的部分可在播放前面内容的同时，在后台的服务器内继续下载，这与单纯的下载方式相比，不仅使启动延时大幅度缩短，而且对系统的缓存容量需求也大大降低。

4. IP QoS技术

以直播电视、视频点播为代表的IPTV多媒体业务，与文件传输、网页浏览、电子邮件为代表的传统因特网业务存在较大的差异。IPTV多媒体业务采用流媒体传输，数据传输量大、业务突发性强，要求IP承载与传输网络具备良好的稳定性，对网络带宽、时延和时延抖动的要求很高，因此IPTV系统必须应用IP QoS技术，通过对网络带宽的变化进行响应、对分组丢包进行处理等技术来改善网络传输性能。在利用组播技术开展IPTV 业务时，随着骨干网／城域网路由器的更新换代，可以建立专门的组播道道，与普通上网业务分离，以此来保证IPTV组播业务的QoS。

在IP网络层，针对具有时间敏感性的IPTV业务，为保证IPTV的观赏性，IP QoS主要需要解决时延(delay)、抖动(jitter)和丢包(packet loss)三个问题，以防止用户接收端出现画面不流畅、马赛克甚至停滞的现象。(1)时延是指数据包从网络入点到网络出点的单向花费时间，造成时延的来源有物理介质所造成的信号传播时延、网络设备本身收发数据包的时延、数据包在调度(排队)处理时引起的时延、信号时钟引起的串行时延。(2)抖动是指网络时延的变化，可理解为同向传输的相邻数据包之间的时间差，造成抖动的原因有网络拓扑变化造成的传播时延变化、数据包处理要求不同带来的交换时延变化、队列的空和满引起的调度处理时延变化。(3)丢包是指从网络中人点到出点之间发生丢弃数据包的现象，可用丢包率来衡量丢包程度。

在IP应用层，流媒体应用可以根据网络层的情况和反馈信息，通过控制发送数据的速率来消除影响视频质量的因素，在应用层控制数据发送的手段主要有两个，速率控制和速率整形，前者是根据网络的可用带宽来确定节目流的发送速率，后者则是通过转码、减帧、减层和重量化的方法使得已经按照一定速率编码压缩的节目流符合现有网络通道条件。针对在传输过程中出现的丢包和错误，IP应用层相应的IP QoS处理措施主要是：(1)在发送端采取前向纠错(FEC)、在发送和接收两端限定时延进行重传、传

输过程中采用纠错编码以及在接收端采用错误隐藏等手段提高和改善图像质量。(2)通过构建一个内容分发网叠加在传输网络之上，利用内容复制、应用层组播、分层组播和可控组播等技术实现IPTV节目流媒体服务和响应的边缘化，以提高和保证IP QoS。

四、IPTV的应用

IPTV的应用

五、IPTV与传统电视的比较

与传统的电视收视相比，IPTV系统具有优势：①采用视频压缩技术，大大节省了视频传输带宽；②为用户提供交互式服务，使用户收看方式变被动为主动；③依托互联网，信息来源非常丰富；④收视(听)终端多样化，可以是电脑、电视机，也可以是手视。但IPTV系统也有明显的不足：①目前IPTV还没有统一的标准，这就为IPTV节目制作、生产、存储和传输等各个环节带来不利，也使可厂商系统之间、不同编解码格式之间、PC 平台和电视平台之间缺乏好的互通性；②IPTV业务数据量大、突发性强、对网络要求更高，很难有高的网络QoS保证；③IPTV电视机顶盒成熟度不够、价格较高、不利于推广。

IPTV与传统电视的比较

六、结语

IPTV是一项系统技术，技术复杂度较高，涉及信号处理、通信、计算机、微电子等众多领域，它的发展依靠整个产业链的发展。随着条件的成熟，IPTV将走进千家万户，使更多的人体验到宽带带来的乐趣，使人们的生活质量得到提高，同时IPTV也拓展了运营商的市场，有利于信息产业的发展。