IPTV的关键技术及发展趋势剖析

【中心议题】

•        *介绍了IPTV的基本概念和特点
•        *分析了IPTV的关键技术及IPTV的发展趋势

【解决方案】

•        *在功能上包括内容制作、内容存储、内容分发、内容播出和终端播放等方面
•        *从整体上可以划分为运营支撑层、媒体平台部分和终端部分

1互联网多媒体通信及IP TV

IPTV（Internet Protocol TV）又称为网络电视，它基于分组交换的网络架构，以家用电视机+机顶盒或PC作为主要终端设备，集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，通过互联网IP协议向终端用户实时提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务的宽带增值业务。

1.1 IPTV的特点

IPTV的特点是交互性和实时性，具体体现在以下方面：资源丰富，可以提供多种形式的个性化内容服务。目前IPTV业务主要有电视类业务、通信类业务及各种增值业务。电视类业务包括广播电视、点播电视、个人视频录制等；通信类业务主要有基于IP的语音业务、即时通信服务、电子邮件、电视短信等；增值业务主要包括电视购物、互动广告、网络游戏、电子理财、远程教育、远程医疗等。

技术体系结构简单，交互性好。IP网络的点对点传输成就了IPTV的互动性。IPTV的数据传输和接收完全依靠IP网络，通过采用广播、组播、单播等多种信息传输方式，灵活实现电子菜单、节目预约、实时快进、快退、计费管理、节目编排等多种功能，不仅能实现受众观看节目的个性化需求，而且受众也可以参与到电视节目中来，与电视台一起完成节目。

视频质量较好。通过采用更高效的视频压缩标准（MPEG-4、H.264/AVC等），为终端用户提供更好的图像质量，提高用户体验。

IPTV解决了传输的灵活性问题。IPTV是在传输的过程中将视频内容按IP协议封装成数据包传递，可以动态适应用户不同的需求，灵活解决了网络传输的问题，并根据实时的网络状况调整压缩率和传送的数据包数目。

1.2 IPTV的系统架构

IPTV系统在功能上包括内容制作、内容存储、内容分发、内容播出和终端播放等方面。从整体上可以划分为运营支撑层、媒体平台部分和终端部分，见图1所示。

运营支撑层是IPTV系统的核心组件之一，主要负责互动电视系统的业务管理、用户管理、用户自我服务和设备管理、媒体内容管理、DRM系统、数据库存储系统及第三方业务平台对接等功能。运营支撑层主要有运营支撑系统（OSS）、网络管理系统（NMS）、事务服务系统（TS）、数据库系统（DB）和内容服务系统等组成，如图2所示。

媒体平台（MS）部分负责媒体内容存储和向机顶盒（STB）提供媒体服务，即负责媒体内容的存储和转发。如图3所示，MS主要由以下组件组成：用户会话控制器（USC）负责用户鉴权和发起计费事务；EPG获取元数据信息后，为用户创建动态EPG页面；MD/ME储

存用户媒体内容和向STB提供服务，MD/ME基于HMFS文件系统，在50毫秒内响应媒体服务请求，多备份机制使得多个ME可以同时提供同一内容。

CEC/CE将电视节目和影片实时编码和转换码型，然后进行组播。媒体内容管理（MCM）提供图形管理界面，实现三层结构中的媒体内容分发和复制。DNDL负责各种型号STB的软件下载和升级。MELoader负责编码、上载媒体内容到MS。MS还包括元数据复制（MDR）、License服务器（MLS/SLS）、虚拟频道控制器（VCC）、DNS和动态主机配置协议（DHCP）服务器。所有的媒体内容都存放于CMS中，按照一定的策略推送到HMS和EMS。

终端层是整个多媒体业务的最末端，典型设备有机顶盒+电视机和计算机，通过电子节目菜单（EPG）的客户端软件和解码设备（支持MPEG1/2/4、WMV、REAL和H.264等格式）完成媒体节目的解码播放。目前各个厂家可以提供高、中、低不同档次、不同业务的机顶盒。2 IP TV的发展现状

根据美国宽带行业组织“宽带论坛”（BroadbandForum）在2009年6月公布的数据显示，2009年一季度全球宽带上网用户数增长1660万，达到4.292亿。其中中国宽带用户数最多，为8808.8万，美国、日本依次列二、三位，分别为8397万和3063万。东南亚地区IPTV

业务增长最为明显，该地区在2009年第一季度的IPTV业务增长率达91.28%，而整个亚太地区的IPTV业务增长了14.74%。

在美国，由唯一的监管机构———联邦通讯管理委员会FCC（Federal Communications Commission）统一行使对广电、电信的网络与业务的监管权,以IPTV为主打的U-verse业务成为电信运营商力推的重点之一。法国为发展IPTV，法国电信与广电系统建立了合作关系，通过电视台购买广电和其他内容提供商的节目，并注重IPTV与数字电视的差异化发展，使得两者形成了良性互补关系。基于对三网融合的充分认同，韩国也效仿欧洲国家对通信业及广播电视行业的原有管制框架进行了重大调整，成立了新的大管制机构———韩国广播通信委员会，并作为5个内阁直属的独立委员会而存在。日本也从更高的发展层面推进电信网、广电网和互联网的融合。

在当前固网语音不断萎缩的形势下，中国电信运营商正积极拓展宽带市场，大力推广IPTV，有效保持了业务收入的持续增长。截至2009年6月底，国内IPTV用户发展超过250万；2009年底这一数字达到了470万。根据iSuppli的最新报告,受惠于三网融合，中国IPTV用户2010年将翻倍，窜升96%至850万。这样可观的成长比率在2010年之后可能放缓，但年度增长幅度可能依然保持在51%。

2009年4月，在国务院公布的《电子信息产业调整和振兴规划》中，明确支持IPTV（网络电视）、手机电视等新兴服务业发展，建立内容、终端、传输、运营企业相互促进、共赢发展的新体系。2009年5月19日，国务院批准了由发改委提交的《关于2009年深化经济体制改革工作意见》，在意见中首次对广电和电信的双向进入问题做了明确指示，要求“落实国家相关规定，实现广电和电信企业的双向进入，推动‘三网融合’取得实质性进展。”

除了政策方面的支持外，IPTV市场的培育也到了阶段性的质的飞跃。据调查显示，今年二季度全国IPTV综合使用度达到70%，同比增长10％，IP电视黏性在逐步增强，哈尔滨、上海等地IPTV用户整体开机率已超过70％。IPTV以“垂直门户”的方式集成视听内容，直播、回看、点播等功能受到用户普遍认可，开机用户的收视时长平均每天达到3～4.5小时。

3 IP TV的关键技术

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，其主要技术是以流媒体为重点，包括：流媒体编解码、流媒体传输、组播技术、媒体内容存储与分发、数字版权及电子节目菜单等，目前这些技术正在不断发展和完善中。

流媒体编解码技术：流媒体是当一段数据到达用户端时，流媒体播放器就开始播放媒体文件，在播放的同时，后续数据源源不断地像水一样“流”向用户端传输，直到该媒体文件全部传完或点播请求结束。视/音频编解码技术是流媒体技术的核心之一，编码技术是将原来不适合网络传输的大体积文化转化成适合网络传输的小体积文件；解码技术是将编码后的数据流恢复成原来的视/音频信号。降低文件大小、使之减少带宽压力是流媒体编码技术的关键。目前被市场认可的主要编解码技术有WMV标准、MPEG系列标准和H.264标准。IPTV系统支持第三方的编码器，如Harmonic、Envivo等编码器。

流媒体传播技术：流媒体传输技术中的RTP/RTCP、RTSP、RSVP是保证流媒体有效传输的技术体制。实时传输协议RTP（Real-time TransportProtocol）和实时传输控制协议RTCP（Real-time Con-trol Protocol）都是基于IP的应用层协议。RTP为实时音/视频数据提供端到端的传送服务，包括有效载荷类型标识、序列标号、时间标签和源标识，可以提供时间信息和实现流同步，由于TCP中重传机制会引起时延，通常RTP运行于UDP之上，但是也可以在TCP或ATM等协议之上运行。实时流协议RTSP（Real-time Streaming Protocol）是RealNetworks和Netscape共同提出的一个应用层协议。它可以在媒体服务器和客户端之间建立和控制连续的音/视频媒体流，协同更低层协议RTP、RSVP等一起提供基于Internet的整套流式服务，目的在于控制多个数据发送连接。

流媒体的播送方式主要有单播、组播和广播。由于IPTV中直播电视传输的特殊性，IP组播技术在流媒体传输技术中得到了很好的利用，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够节约网络带宽，降低网络负载。组播（Multicast）将数据包复制到多个通道上，这样单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。

媒体内容存储与转发：IPTV系统所有的媒体内容首先都存在于CMS中，然后按照一定的策略推送到HMS和EMS。为了保证系统的响应速度及节省存储空间，一般将节目按照热门程度进行分级。只在CMS存有其全部内容，而在HMS和EMS里只存储节目的开始部分，用户在点播这类节目的时候，系统一边为用户提供服务，一边从上层服务器获取节目的剩

余部分，如图4所示。

超媒体文件系统HMFS（Hyper Media File Sys-tem）是针对流媒体内容海量存储开发的一种文件存储技术，它克服了直接文件拷贝带来的种种弊端，创造性采用了片段（Segment）技术，以流广播形式传送新拷贝的片段，到终端用户处的总延迟在50ms以内，这样的延迟用户是完全觉察不到的。

内容分发技术主要目的是通过网络的构建减小IP骨干网络的传输压力，将连接到IP网络上的内容信息更迅速的分发到IP网络上的用户终端上。媒体内容分发包括从内容源到客户终端的过程，从实现上看，有两种主流的内容分发技术：Push、Pull。Push是一种主动分发的技术，由内容管理系统发起，将内容从源或中心媒体资源库分发到各边缘的Cache节点。

分发的协议可以采用HTTP/FTP等，通过Push分发的内容一般是热门的内容；Pull是一种被动的分发技术，通常由用户请求驱动，当用户请求的内容在本地的边缘Cache上不存在时，Cache启动Pull方法，从内容源或其他节点实时获取内容，IPTV系统的MLR驱动宽带媒体分发（BMDP）协议实现Push和Pull分发机制，并按照预定的策略触发分发服务，记录整个系统中媒体内容的存放位置信息，保持实时的更新。

数字版权管理：数字版权管理（DRM）是流媒体中对于版权控制的关键性技术。DRM技术主要有两类：数字水印技术、以数据加密和防拷贝。IPTV系统主要基于数据加密和防拷贝为核心的技术，确保数字媒体信息在整个传输链中可控制方面的安全问题。

EPG：EPG（Electronic Program Guide）即电子节目向导，是IPTV重要要素之一。为用户提供一个直观、易用、友好、稳定、美观的交互界面是EPG的首要目标。EPG模块是整个系统中需求变化最快的模块，EPG实现选择交互式方案，由EPG服务器给机顶盒提供HTML页面，将系统的节目信息存储在数据库中，服务器从数据库中检索节目信息，以HTML页面的形式提供给机顶盒，机顶盒解析页面后呈现给用户。

4 IP TV的发展趋势

图5是提出的未来的IPTV系统的架构。

虚拟运营商将进入传统产业链：虚拟运营商是出现在传统的IPTV产业链中的一个新概念，用来指在产业链中取代传统运营商来提供内容制作、调度和分发功能的一类功能群体。由于可以在社区内用户间实现数字视频共享和定制，社交网站成为充当这一角色的理想载体。目前IPTV产业链的一个趋势是主动权或者说控制权从内容发行商或广播商向内容制作者转移，而虚拟运营商无疑将成为加速这一转变的催化剂。美国的Hulu网站就是提供电视或电

影一站式服务的典范。另一个典型的例子是棒球大联盟网站（Major League Baseball site）,订阅者只要通过付费便可以通过网络以各种定制的视角来观看其所喜欢的球队的比赛。

用户、终端和内容的全局移动：到目前为止，移动电视的概念还仅限于利用蜂窝网络为移动终端提供的相关增值服务。在未来的移动电视的新概念下，内容服务、终端用户和终端设备都会是移动的。移动的IPTV将移动电视重新定义为基于IP的可以在时间、空间和终端上进行内容转移的电视服务。典型的体现这种移动性的例子是流式TV（fluid TV）：首先在

火车上通过智能手机看一个节目，接下来在家中将该服务移到PC上，最后再将服务转移到高清屏幕上。

目前实现这种业务的技术均已比较成熟。

社交电视：全球化的生存空间：在文献中将IPTV的未来描述为社会化的和移动的。近期业界的发展状况也印证了这一点：从新的智能手机应用到商业社交网站的媒体传送，社交电视将是利用基于web创新的另一个实例。社交网络和不断壮大的订阅Facebook此类服务的群体为TV业务的发展提供了新的发展机遇。在聚合文化中，Jenkins针对TV和社交行为做过一个很有趣的论断：不同形式的娱乐方式引发了一系列不同范围、不同类型的社会化交互。将TV内容和直接的社会或社区交互结合在一起的社交电视已扎根于机顶盒、基于web应用的电视和类似于iTV的PC之中。iTV提供由运营商或第三方开发的各种应用，通过如Facebook和MySpace的社交化网络工具可以圈定一个朋友圈。这样无论他们身在何处，都

可以在观看相同节目的同时交换各自的意见，推荐其他的节目甚至进行视频通话。通过有线或无线网络进行端到端媒体传送包括终端用户体验的网络创新和研究将成为未来IPTV发展的核心。任何时间、任何地点、及在任何终端上实现多媒体服务将是IPTV未来的方向。

是否有标准使第三方开发成为可能：IPTV标准化发展组织SDO（Standards Development Organiza-tions）针对IPTV传送通过了两种主体架构：一种是webapp架构，即网络电视（Internet TV），它基于传统的服务器-客户端模式，附加于服务传送平台，数字版权管理和类似于EPG的电视服务。目前网络电视从传统的C/S模式到IP组播、CDN（Content Delivery

Network）模式，以及目前发展迅速的基于P2P（Peer-to-Peer）技术的多媒体服务。P2P是一种用于不同终端用户之间、不经过中心服务器而直接交换数据和服务的技术，它打破了传统的C/S模式，强调节点之间的对等性，即系统中每一个参与节点兼有服务器和客户端两种身份，在利用其他节点上资源的同时也为其他节点提供服务。由于基于P2P技术的多媒体服务在分散化、可扩展性、健壮性、低成本、高性能等方面的优势，引起了业界的广泛兴趣并开始大范围的应用。

另一种IPTV被定义为基于IP多媒体子系统IMS（IP Multimedia Subsystem）的IPTV，它是由3GPP标准组织在R5版本基础上提出，并在R6、R7中进一步完善和修订，是在基于IP的网络上提供多媒体业务的通用网络架构，IMS被认为是融合网络架构的发展方向。在IMS中，采用业务、控制、承载完全分离的水平架构，使得呼叫和会话控制从业务层和接入网络之间分离出来，层与层之间分工清晰，因此缩短了新业务的开发周期及成本。IMS是一种集成语音、视频、游戏、文字等的综合业务模式。