从IPTV看数字电视网络的发展.doc

从IPTV看数字电视网络的发展关键字： 数字电视前端， DTV，有线网络，互动电视，边缘QAM，M-CMTS，码流重组优化，RateShaping，双向改造伴随着数字电视的轰轰烈烈，IPTV在近几年成为电信和广电行业最热门的话题。电信、广电业内的专家学者、运营商，生产厂家和最终用户，更是以各自的方式，高度关注着IPTV的发展。通过对照IPTV和数字电视的发展，本文将探讨有线运营商在网络设计和前端建设方面的新思路新技术。IPTV和DTV（数字电视）本文无意探讨IPTV和DTV深层的技术及定义等问题，只是从认识的角度，来分析一下这两个既有联系又有区别的事物。首先，IPTV的强调的重点是“TV”，即电视服务，其实质是IP互联网技术的一个增值应用和业务。这一点，从历年的“互联网增值业务”的研讨会标题及可看出。如互联网增值业务IPTV专题报告2005。2月份召开的2006 IPTV 发展论坛，把IPTV称作是互联网多媒体服务业务的一种具体表现和延伸。IPTV业务是实时、交互、多种媒体形式的信息通信方式的一个代表。IPTV，简单地讲，是借IP技术传播视频内容到传统的视频显示器电视机 (TV)上的一项业务。那么，它的着眼点就是电视（TV）服务。技术手段就是借助IP传输电视节目到终端（而不是传统电视采用的模拟技术，或者是数字电视采用的QAM技术）。接收终端还是电视机。 目前，电信运营商确实是IPTV的主要鼓吹者和实践者。电信运营商凭借互联网业务提供商(ISP)的优势，和相对广泛的宽带接入的优势，利用IPTV模式，把互动的，视频内容电视节目，推送到最终用户的电视接收终端上，也进入了广电的传统服务领域。IPTV背后的技术是IP互联网技术。由于IP技术的先天双向性，IPTV业务非常容易做到互动和个性化。此外，IPTV背后的互联网拥有的更多非电视节目内容，也构成了IPTV的一个潜在的优势。如游戏，相册业务，可视电话等。IPTV的IP接入宽带要足够宽。电信运营商的主要宽带接入方式是ADSL。我们知道，ADSL接入带宽并不充分，IPTV的图像质量差强人意，这构成了IPTV的一个瓶颈。当然，IPTV的接入方式是多种多样的，如以太网接入，CM接入也是可以的。DTV（数字电视）强调的的重点是“D”，即数字化。数字电视是广播电视领域的一项新技术。它的着眼点是：增加同等传输带宽下的节目频道数；改善传输性能；做到用户可寻址，提升个性化；传送高清电视等。手段是数字化节目源、节目处理、节目传输、节目接收等；增加条件接入管理。接收终端也是电视机。数字电视技术，依赖的接入网是HFC。广电运营商就成为数字电视的主导者。HFC网络就是为传送电视而生。数字电视技术可提升电视图像质量，更可方便地传送高清电视。数字电视技术对传送节目频道数的扩充，可以说从根本上解决了最终用户接入的带宽限制，为用户个性化服务打好了坚实的基础。数字电视技术本身有互动性不足的弱点。首先双向网络建设发展不充分，DVB-C本身没有双向的要求，需其他的双向系统的配合。那么，数字电视支撑的业务有：-高质量电视画面；-节目的多样化，用户更多的选择；-用户节目包订制服务；-数据信息广播；-高清电视；。如果HFC网络双向改造完成，并有CMTS/CM系统的建立，则，数字电视技术也可支持互动性业务。如：节目点播；VOD;多种可视信息查询、订制，游戏，可视电话等。最终，数字电视技术可支持完善的智能家庭终端，为信息化家庭终端铺平道路。用户电视服务消费分析我们来看电视用户要看什么样的电视？首先，所有的用户都希望看到质量越来越高的电视画面。那么数字化标清电视和数字化高清电视正好满足了这个需求。这部分用户占总用户的90%以上，其消费能力在2030元/月。其次，对中高端用户，对广播电视的收看，有时间上和内容上的个性化要求。比如，用户的对特定节目的收看时间赶不上播出时间，则希望能在自己方便的时候重看等。那么，运营商就需要大量的系统频道，和丰富多样的内容来满足用户这方面的要求。这部分用户占用户总数的20%30%，消费能力在60元/月左右）对高端用户，它可能还希望的内容如： 上网；互动游戏；生活资讯搜索；视频短信；可视电话等丰富的互动资讯。这部分用户占用户总数的10%左右，消费能力在100元/月左右。对照电视消费市场，再来看IPTV和DTV。IPTV和数字电视业务，在相同的市场上竞技。并且各有特点。DTV和IPTV的客户市场，在高端的互动个性化电视服务市场方面是相同的，或者说二者是竞争的。不同的运营商，基于自己的网络，客户，运营等特点，可能有不同的选择。对于广电运营商而言，可能开展数字电视业务优势更多一点。主要是广电运营商拥有普遍覆盖的HFC接入网络，城域骨干网和双向HFC接入网也进行到相当的程度。部分城市还建有以太网接入的部分。所以广电运营商利用数字电视技术提供用户高质量图像方面，有无可比拟的优势。同时，由于HFC的接入带宽优势，双向互动业务的开展也有了一个很好的基础。因此，广电运营商要发挥自己所长，下决心做好数字电视的建设和发展，提供高质量的普遍服务（标清电视/高清电视）给最终用户。同时，广电运营商要做足互动电视的功课，以补己之短。建设数字化有线电视综合业务网络的新技术互动电视服务的互动性可能涉及到几个方面，互动内容的建设，数字电视前端功能，城域骨干网结构，接入网改造，用户家庭终端。本文就广电运营商的网络结构，数字电视前端功能，网络边缘设备等方面的新技术做一点分析介绍，看如何来更好地支持互动业务。同时，也会考虑到传送互动内容到PC终端的一些新技术。当然，接入网的双向改造是开展一切互动业务的前提。1 城域骨干网的架构接入边缘化从典型的互动业务，VOD和CM上网数据业务，分前端越靠近用户，也即接入点约靠近边缘，越有利于下行带宽的利用和上行信道性能及用户覆盖。参见下图。图1： 有线电视综合业务前端及多业务的边缘接入在上述方案中，模拟电视和数字电视广播都通过模拟光纤骨干网分发下去。模拟电视逐步转换为数字电视。接入边缘化后，分前端的规模，综合各业务的接入率，分前端设备常规容量，典型的服务水准等确定。下面的一些参数可以参考：A. 以不超过2000户为一个服务组（4个广节点）；B. 一个服务组回传到一个CMTS的上行口；C. 分前端规模在2万户左右；D. 双向用户接入率(CM)第一期按10%考虑；E. VOD用户占双向用户的10%。2 城域骨干网的融合深度数字化目前，国内广电网络的建设进度参差不齐。有的地方已建成A平台，B平台；有的地方B平台没有建立，A平台也没有建立骨干环网。对于A平台环网环没有建立的广电网络，可以直接建立B平台，把数字电视节目也通过B平台传送，省却了A平台建立的费用。IP技术是三网融合的最佳手段。无论是广电的三网融合，或者电信的三网融合，都是借助IP手段来完成。具体地讲，电信的方案是：话音+数据（ADSL）+IPTV；广电的方案是数字电视 + 数据(CM) + VoIP。因此，支持IP技术的城域骨干网，就成了是必然的发展方向。换句话说，从三网融合的角度看，数字电视或IPTV在骨干网传输上的没有实质区别，所不同的只是接入网的不同。图2： 有线电视综合业务骨干网的融合在融合的IP骨干网的支持下，VOD系统可通过IP骨干网组成分布式内容网络，在边缘进行分发；数据业务从各个边缘接入点（分前端）通过IP网汇集到互联网上；数字电视也可播发到边缘接入点，通过边缘QAM设备送达用户。不同分前端之间的频率再利用，可有效地成倍地提高接入网的带宽。3 边缘设备之一：高密度边缘QAM调制器高密度边缘QAM调制器主要是服务于VOD的QAM传送。由于用户并发流的特点，VOD服务器都以千兆的数率(GbE)下发。一个GbE可同时下发200+个用户并发流，需要20个边缘QAM设备支持到用户的分发。基本功能要求是：GbE信号输入；大于20个QAM调制输出；n+1冗余；远程登陆管理；针对视频传输的去毛刺（de-jitter）功能。4 边缘设备之二：模块化CMTSCMTS/CM技术是在双向有线同轴网络上开展IP业务的技术手段。可以开展PC上网以及互联网的各种应用。对于视频流媒体到PC的应用也是互联网的一大应用。普通的CMTS上下行端口比例为4:1(典型值)。在实际应用中，仅开展上网等常规互联网业务时，一个下行可支持1000个左右的CM用户。在开展照片下载、视频流媒体业务，或者把电视节目送到PC上的业务时，CM的下行带宽要求就会很高。提高下行带宽的最直接的手段就是增加下行信道，比如把CMTS的上下行端口的比例提高到4:4，则问题会有极大的改善。M-CMTS应用而生。图3：M-CMTS方案5 基于CMTS的流媒体应用PCMM图4：PCMM解决方案在CMTS环境下开展有服务质量要求的业务时，如视频流媒体业务，动态地分配带宽给用户的应用，是既能保证服务质量，又能有效利用上下行带宽的手段。PCMM(PacketCable Multi-Media)就是解决这个问题的标准。他要求CMTS支持相应的标准，并要有政策服务器的支持。一个典型的应用是：当CM用户在欣赏流媒体电影时，系统就为他提供所需的下行带宽（比如2Mbps），而在浏览网页时，系统只要提供512K或更少就可以啦。6 数字电视前端新技术MPEG over IP在上述介绍的深度数字化方案中，对数字电视前端设备也提出了相应的要求。首先，数字电视前端如直接输出IP信号到骨干网，就可减少转换的成本和麻烦；其次，信源节目的采集后，要存储到服务器中供电播或重播使用。节目采集的输出以IP的方式是最直接的。因此，在数字电视前端设备中构建MPEG over IP（基于IP的MPEG）的结构，就是必然的方向。采用MPEG over IP后，借助IP的技术，可以很灵活地做到节目的备份交换，节目的多路输出，IP传输，与节目采集服务器、条件接入系统、数据服务器、EPG、NVOD等的接口也更为方便等（均采用IP接口）。集成式运营级平台在数字电视时代，广电运营商不再是简单的提供公共免费服务的单位。消费者对付费节目以及互动电视的使用，对服务水平的要求随收费水平的提高也相应提高了。运营商需要采用运营级平台来保证服务水平。集成式运营平台，可带来如下一些好处：1 克服分离式搭积木式平台的复线复杂，维护难的缺点；2 克服频道分割造成的系统僵化的缺点，频道资源共享；3 操作简单；4 重新编排频道节目，无需中断其他节目，无需改动硬件连接；5 方便地增减节目，增加新业务；6 容易实现冗余备份，节目备份；7 网管相对统一；传统系统在业务扩展过程中需要不断地增加接口或转换设备，而且往往是第三方设备。造成设备管理的混乱和复杂。网管统一带来运营的成本的下降和运营的安全。8 节约机房空间。码流重组优化（Grooming）图5：标清及高清电视的码率修整电视节目数字化后经过MPEG-2编码，已大大地压缩了信源带宽。在传统的DVB数字前端系统中，一个QAM信道内最多安排6个数字节目流。如何进一步提高一个QAM信道的带宽资源使用效率？由于实际图像节目流的比特率是持续变化的(VBR)，数字电视前端系统在码流重组进行多路统计复用时，利用码率修整（Rateshaping）技术调整MPEG视频流的比特率，使得每个QAM内安排812套节目，从而提高频道的使用率。此外，前端对每个节目都是直接处理变比特率信号，有效地