浅析IPTV发展及应用.doc

题 目: 浅析IPTV发展及应用 专 业: 通信工程 摘 要IPTV是一种新兴通讯技术，它建立于宽带技术基础上，发展势头迅猛。它特点显著，应用范围广泛，易于学习操作简单，并且逐渐替代传统的通讯技术，迅速成为主流的通讯技术。IPTV在我国发展迅猛，是我国电视下一步重点发展的技术。在三网融合机遇下，掌握IPTV技术 必将成为电视产业革新的旗帜与标杆。本文就现阶段的IPTV技术发展及应用进行了简单的阐述。关键字：IPTV 技术 发展 应用IPTV is a new communication technology, it is established on the base of broadband technology and is developing rapidly. It is characteristic,has a wide range of applications, is easy to learn and easy to operate, and gradually replaces the traditional communication technologies, and quickly becomes a mainstream communication technology. IPTVs development in China is rapid, and is the focused technology of our televisions next step. In the triple play opportunity, mastering IPTV technology will become the banner of the TV industry innovation and benchmarking. This text explains the present stage of IPTV technology development and application simply. Keyword:IPTV technology develop application- 3 - 目 录摘 要 1第一章 概述IPTV 3 1.1什么是IPTV? 31.2IPTV系统逻辑组成 31.4IPTV体系结构 4 第二章IPTV技术 62.1IPTV的关键技术 62.2IPTV的技术特点 82.3我国IPTV技术现状 8第三章 IPTV技术的应用 113.1IPTV技术的功能 113.2IPTV的应用 123.2IPTV的应用实例 13结束语 14参考文献 15 - 2 第一章 概述IPTV1.1 什么是IPTV?所谓IPTV, 是Internet Protocol Television OR Interactive Personal Television 的英文缩写, 即为交互式电视, 也称之为网络电视, 其本质是基于TCP/ IP 协议, 在不同物理网络( 如FHC、ADSL 等) 中传送视音频业务的终端。它将宽带有线电视网，集互联网、多媒体、通讯等技术融合，向家庭用户提供多种交互式服务的新型技术。用户足不出户就可以享受两种方式的IPTV服务：一是互联网，用户通过互联网收看影视节目等视频或者欣赏音乐、听广播等音频；二是网络机顶盒+ 电视机，用户安装网络机顶盒，直接和家庭电视机连接，通过网络机顶盒选择收看网络电视或者收听广播。 通过互联网协议IP来提供包括视频节目在内的多媒体实时交互式业务。所以用户终端可以是IP 机顶盒加电视机, 也可以是计算机PC, 还可以是手机等可以承载音视频业务的智能显示设备。 1.2 IPTV的系统逻辑组成IPTV系统的中心任务是如何为用户提供高质量的流媒体服务，同时，还必须充分考虑电信级系统所必要的一些保证体系，如运营支撑系统和网络管理系统。综合考虑，一般认为，IPTV 系统在逻辑上可以划分成五个部分： 流服务子系统； 媒体处理子系统； 媒体管理子系统； 电子节目单子系统； 运营支撑子系统。- 3 -媒体处理子系统把原始节目源转换成符合规定编码格式的流媒体节目源媒体管理子系统包括媒体内容管理，计划安排，EPG信息采集与生成，报告信息采集与生成流服务子系统为用户提供直接的流媒体服务和增值业务运营支撑子系统包括用户管理，计费和定价策略管理，网络设备管理电子节目单子系统为用户提供业务的入口服务，完成用户的业务请求 图 1-1 IPTV 的逻辑结构图1.3 IPTV的体系结构从技术角度看, IPTV 系统又可以粗略划分为三个组成部分: 前端、网络传输和终端, 每个组成部分均有各自的设备和子系统, 通过相应的技术和链接可以构成一个完整的包括多媒体教学资源在内的节目源的发送、传输和接受的IPTV 体系结构。PTV 前端系统通过接收系统把实时性的视频信号(如卫星电视、有线电视等) 或非实时性的视频节目(如DVD、录像带等) 从信息节目源中送入编码器中,编码输出的数字化文件按照实时广播或点播的要求分别被传送到广播流媒体服务器- 4 -和点播服务器, 其中, 供点播的节目存储在前端的存储系统中。广播服务器和点播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通过传输网传送到网络中去, 视频流通过内容分发网被复制到位于网络边缘的边缘服务器中,然后通过网络被传送到接收端各类终端设备, 经过STB 认证解码后就显示出节目源信息了。其中, 前端系统主要涉及到音视频的编码技术、存储阵列技术、用户管理系统( SMS) 、数字版权管理( DRM) 技术、点播和组播技术等; 网络传送系统主要包括内容分发网络技术、IP QoS 技术、Cable Modem 技术、有线电视网、无线宽带网( 如3G) 等; 终端系统包括计算机、电视机、手机和其他智能终端设备, 主要有IP 机顶盒和EPG 技术。组播或广播系统压缩编码各种信息节目源存储系统压缩编码点播系统用户管理系统卫星网有线电视网Internet网内容分发网STB+TVMobile等其他智能终端PC机 前端系统 网络传输系统 接收端 图 1-2 IPTV 的体系结构图 - 5 - 第二章 IPTV技术2.1 IPTV的关键技术IPTV技术是是多种技术集合于一身的技术，它的关键技术包括以下几项：流媒体技术：流媒体( Streaming Media，也称流式视频Streaming Video) 技术，是一种可以使音频、视频和其他多媒体在Interne 上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。流媒体文件格式是支持采用流式传输及播放的媒体格式。将动画、视音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成多个压缩包，由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到，而只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用相应的播放器或其他的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放和观看，多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载，即用户可以一边解压播放前面传送过来的压缩包，一边下载后续的压缩包，因而是一种“边传输、边收看”的传输方式，可大大节省时间。此外流媒体与传统多媒体最大不同是，流媒体运用了可变带宽技术，以流式信号的形式进行数字媒体的传送，使人们在很低的14.4kbps带宽到较高的10Mbps 带宽的范围内，都能在线欣赏到连续不断的较高品质的音视频等多媒体信息内容。组播技术:组播是一种允许一个或多个发送者( 组播源)一次、同时发送单一数据包到多个接收者的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。在IPTV里，组播源往往仅有一个，即使用户数量成倍增长，主干带宽也不需要随之增加，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条主干链路上只传送单一视频流，即所谓“一次发送，组内广播”。组播技术提高了数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性。IPTV 业务主要包括单播业务和组播业务。一般说来，单播业务流量随着用户操作的变化而变化，- 6 -而组播业务在骨干网络上的流量是固定的，因此在部署IPTV 业务时，可考虑将组播业务和单播业务分开传送，以提高传输效率和保证服务质量。可以建立专门的组播业务传送网络，这种专用的网络可以是物理上的，也可以是逻辑上的，前者是新建的传送网络，后者是从现有传送网络中划分出来的逻辑通道。视频编码技术:多媒体通讯的一个显著特点就是传送的信息量特别大, 尤其是视频数据,系统所采用的编码技术直接影响到整个业务的质量, 目前适用于IPTV 技术编码标准主要有MPEG- 4、H. 264 和AVS( 国产) 等几种, 其中, MPEG- 4 是基于音视频对象的可分级编码技术, 同以前编码标准相比, MPEG- 4 最显著的差别在于它是基于对象的编码理念, 即在编码时将一幅景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象, 分别编码后, 再经过复用传输到接收端,然后再对不同的对象分别解码, 从而组合成所需要的视频和音频。 内容分发技术( CDN):CDN 是构建在数据网络上的一种分布式的内容分发网。CDN 的作用是采用流媒体服务器集群技术，克服单机系统输出带宽及并发能力不足的缺点，可极大提升系统支持的并发流数目，减少或避免单点失效带来的不良影响。CDN 利用全局负载均衡技术将用户的访问指向离用户最近的工作正常的流媒体服务器上，由流媒体服务器直接响应用户的请求。服务器中如果没有用户要访问的内容，会根据配置自动从原服务器抓取相应的内容并提供给用户。IPTV 可利用CDN 为用户提供VOD 业务，通过CDN 把视频内容分发到靠近用户端的CDN 节点后，可以在一定程度上保证端到端的服务质量。数字版权管理( DRM ) 技术:DRM是授权和认证技术, 主要采用数据加密、密钥管理、版权保护、数字水印和签名技术确保IPTV 流媒体数据内容只有通过DRM 系统授权才能够接收、访 - 7 -问、解密、解码和收视( 听) , 防止非法接收和使用。2.2 IPTV的技术特点IPTV技术的最主要的特点就是是电视业务在互联网上的应用成为了现实。IPTV利用宽带业务给电视服务注入了新的服务内容，集合电视业务和宽带业务的优势，整合多种多媒体资源。1. 频道多用户选择范围大IPTV 与传统的模拟电视和现在国内正在使用的数字电视不同，后者都具有定时、单向广播等特点，重视的是电视输出，而前者重视的是以电视输出为终端，利用宽带把用户和互联网联在一起，提供互动的内容。IPTV在理论上可以承载无限的频道数量，还提供简单的互动性服务，用户可以互动点播自己喜欢的节目，从而拥有更自由的选择空间和更灵活的消费方式。2信息量大、技术成熟IPTV技术的发展主要依靠互联网的信息资源和技术支持这个两个方面，这也意味着IPTV技术借助互联网的优势丰富自身的信息量，并且低成本化。3. 潜在客户群大现阶段，我国的宽带用户数以千万，ADSL用户占据其中的80%，成为宽带市场的主流。IPTV借由宽带接入，大部分的宽带用户尤其ADSL 用户都可视为IPTV的潜在客户群。4 节省网络带宽IPTV采用的数字编码技术是MPEG4ASP、H.264 和AVS，其中H.264 的大力应用，更大程度上提高了视频编码技术的效率，提升了现阶段的宽带条件下的视频质量，大大节省了网络宽带。2.3 我国IPTV的技术现状目前，IPTV 在全球范围内迅速发展，截止到2008 年底IPTV 用户总数已达2170 万，与2007 年底相比增长了63%。据易观国际统计，北京奥运会为IPTV 提供了发展机遇，二季度中国IPTV 累计用户数达到170.8 万户，环比增长30.2%。IPTV 的高速增长给越来越多的用户提供了多样化的选择。相关国际标准组织也在积极制定IPTV 技术标准， 如ITU-T，ETSITISPAN，- 8 -ATISIIF （ATISIPTV Interoperability Forum），OIPTVF（Open IPTV Forum）以及MSF（Multi-Service Forum），很多组织都已经推出了IPTV 控制架构，从目前来看，可以将IPTV 架构分成两大类，一类是非基于NGN 的IPTV 架构（也称为non-NGN-based IPTV），另一种是基于NGN 的IPTV 架构（也称为NGN-based IPTV）。2.3.1 在编解码方面视频编解码技术是IPTV 的关键技术之一，我国采用的IPTV 标准主要是MPEG-4、H.264 和自主研发的AVS 技术。无论是MPEG4、H.264，还是AVS，其编码技术都已经达到IPTV 应用的要求。如果配合新的宽带接入技术，完全可以实时传输任何编码的流媒体视频节目。由中国科学家们牵头制定了数字音视频编解码技术标准AVS（Audio Video coding Standard），其编码效率比传统的MPEG-2 国际标准提高了一倍，代表了当前的国际先进水平。AVS 工作组形成了国内标准工作组组织中第一个比较完备的知识产权管理体系和组织。AVS 的主要创新在于提出了一批具体的优化技术，在较低的复杂度下实现了与国际标准相当的技术性能，但并未使用国际标准背后的大量复杂的专利。AVS 视频当中具有特征性的核心技术包括：8x8 整数变换、量化、帧内预测、1/4 精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。2.3.2 网络设备格局目前， 国内有超过18 家以上的设备商声称拥有全线IPTV 产品。其中，UT、华为、中兴、阿尔卡特、西门子5 家被认为是规模比较大，产品相对成熟的公司。这里， 我们就对比一下其中几家公司的IPTV 方案。 华为：华为IPTV 业务系统是一套开放的多媒体业务平台， 包含以下四部分内容系统：负责各类内容源的引入、内容视频流的转码（包括解码和编码）、内容的管理和内容发布，并将内容流送入城域网或接入网。业务支撑系统(MDN2000，EPG-SMS)：主要针对IPTV 业务所涉及的各功能元- 9 -素进行管理，功能元素包括：用户、CP（内容提供商）、内容源、接入设备（BAS/DSLAM/+Lanswitch）、终端设备（机顶盒）等，通过对这些元素的统一配置、全局化的调度和维护，实现IPTV 业务流程的贯通。宽带承载网：用户宽带上网接入认证管理、视频组加入离开控制功能，并将用户需要的视频流发送给用户。家庭网络(EchoLife EC668)：由于存在Modem、PC、STB 等多种设备， 这些设备内部互联形成一个家庭局域网。用户收看TV 节目时，STB 会加入相应的组播组， 网络通过xDSL 线路将对应的组播流（视频） 传送到STB，STB 实现解码功能， 输出视频信号送到电视机上显示。中兴通讯:中兴通讯的“网络视讯”解决方案核心自主研发，提供包括STB 终端系统、分布式流媒体服务系统、内容处理系统、数字版权系统、运营支撑系统、内容管理系统、EPG 系统、增值业务系统以及宽带网络设备及相关网管系统等。网络视讯由内容运营、业务运营、业务网络、承载网络和家庭网络五部分构成。系统可扩展能力很强，系统从构架、存储均方便扩充，系统提供多家内容提供商的接入，方便内容引入。“网络视讯”系统将原有运营平台进行了扩充，加入了视讯综合管理平台，大大方便了运营商针对内容的引入与管理。UT 斯达康:RollingStream 是UTStarcom 自主研发的IPTV 系统。UT 斯达康运营级IPTV 整体解决方案是一套开放的支持多业务、多服务终端的宽带多媒体业务平台， 通过IP 网络提供广播级视频质量的视频和各类互动服务，为运营商提供端到端的数据、语音、视频“Triple play”业务。RollingStream 系统为IPTV 业务提供了端到端的业务解决方案， 包括内容制作、内容存储/加密、内容分发、内容播放、终端显示的各个方面，都可提供基于电信级的解决方案。同时，RollingStream 系统也是一个开放的系统，可提供基于中间件形式的系统整合能力，成功的集成第3 方的产品，诸如DRM 系统、STB、内容Encoder 等。2.3.3 终端设备机顶盒STB（Set-top-box）是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设- 10 -备。基于Internet 协议(IP)的机顶盒的出现是最近的事情。IP 机顶盒不仅可以提供与大多数有线或卫星电视机顶盒相同的功能，而且还可以使用当前低成本的互联网和基于IP 的网络设施。另外，立足于双向的IP 网络还可以本能地支持一系列的应用和交互式服务。IPTV 机顶盒硬件平台一般有三种实现方式：基于专用芯片的STB、基于数字信号处理器DSP 的STB、基于中央处理器CPU 的STB。IP 机顶盒关键技术包括：视频解码和播放、图形和图像显示技术、中间件技术（实时操作系统和应用程序之间，连接两部分的软件）、嵌入式系统应用。机顶盒解决方案包括两个基础部分：前端接收和后端处理。前端接收又包括调谐器和通道解码器。后端处理通常是一个单芯片的信源解码器，它集成有一个MPEG-2 解码器和一个CPU。从2005 年的鼓噪喧嚣到2006 年的务实前行，IPTV 在中国的发展经历了试点、试商用、正式放号、大规模放号、全面扩大试点等过程。在经历了2007 年的“寒冰期“之后，2008 年2 月出台的关于鼓励数字电视产业发展若干政策的通知在解决电信和广电在“范围”之争上做出了些规定，但是，由于没有明确的细则，IPTV 要在电信重组之后真正起飞还需要更多的政策支持。第三章 IPTV的应用3.1 IPTV的功能3.1.1VOD 等非交互式点播服务。IPTV 系统中的视频点播是一种基于IP 网络、采取点对点的方式、利用电视机( 或计算机、手机等) 作为主要接收终端的视频点播系统。通过多媒体技术将声音、图像、图形、文字和数据等集成为一体, 向特定用户播放其选定的视听节目源 。此外, IPTV 系统还可以实现广播电视节目的时移功能, 它可以在用户方便的时候录制和观看教学节目, 录制的节目存放在网络服务器中, 节目内容按照流媒体方式在网络上通过机顶盒采用点播方式来实现。- 11 -3.1.2 实时IPTV 交互式内容服务。IPTV 系统中的实时交互式内容服务是终端用户通过自定义频道采用流媒体方式通过网络与服务器进行实时在线交互。一方面, 教师按照教学计划, 通过传输网络进行实时视频现场播放, 学生可以和教师及教学内容进行实时在线互动, 且具有很强的教学现场感;另一面, 学生也可以收看存放在服务器上的多媒体教学节目资源, 且在学习的过程中能根据学习需要定制和参与教学节目, 实现学生与教学节目之间的实时在线互动。另外, 教师也可以根据学生的学习过程及进展记录情况, 针对不同的学生, 提出有价值的建议, 并进行教学上的及时指导。3.2 IPTV的应用3.2.1 电视方面电视方面可以分为两种：一种是类似于现在的数字电视的直播；另一种是切实利用IPTV技术的“时移电视”。“时移电视”简单说来就是今天可以看到昨天的电视，实时接收电视信号可以进行快退、快进、暂停等基本操作。让用户可以对喜爱的节目进行回放，实施网络上的电视个人存储。3.2.2 视频方面它和“时移电视”的功能类似，用户可以在任何时间任何地点利用IPTV的视频点播技术，进行简单的操作观看任意想看的网络上所有的视频。3.2.3上网方面 电视上网现在的社会是网络社会，但是有些用户记不住电脑复杂的操作而对电脑望而却步，现阶段通过电视遥控器几个简单的操作就可以进行浏览网页和收发邮件等简单的互联网服务。3.2.4 远程教学、会议方面远程教学、会议互联网广泛应用以来，渐渐引入了校园、企业、政府等部门进行远程的教学、办公、会议等工作内容，IPTV技术具有互联网的大部分优势，它的这些集互联网、多媒体为一身的优势完全满足远程教育的需求。IPTV技术也- 12 -成为了互联网之外的远程教学、会议的又一选择。3.3 IPTV远程教育中的应用展望3.3.1 IPTV 技术在远程教育中的重要作用当前远程教育主要是通过互联网、卫星电视等手段来实现，而这些技术都有其局限性。IPTV技术可以作为远程教育的一种重要教学补充手段，能够为远程教育带来一种全新的运行模式，很好地促进IPTV 和远程教育产业链的健康发展。远程教育利用IPTV 技术可以实现直播，也可以对特定课程实现点播，或者对特定课程某时段节目进行重播，甚至还能够向互联网那样进行课堂上的交互。IPTV 技术在一定程度上，能够比较好的解决电视教学单向的缺点。网络教育作为现代远程教育的一种新型形式，在最近一些年来获得了