IPTV技术及应用

专题技术与工程应用IPTV技术及应用李振国(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081)摘要从节目采集、存储和播送服务、管理、传输网络以及接收终端5个方面对v系统组成技术特点进行了阐述分析了视频编解码、组播和流媒体等关键技术在mPIV系统的应用,在此基础上对mTⅣ系统与传统电视系统进行了对比。最后给出了IPTV技术的一种典型应用。关键词mIv;视频编解码;组播;流媒体中图分类号T949.291文献标识码A文章编号1003-3106(2007)12-0053-03ITPV Technology and Its ApplicationLI Zhen-guoThe 54th Research Institute of CETC, Shijiazhuang Hebei 050081, China)Abstract The paper describes composition and technical characteristics of IPTV system from such five aspects as program collect,storageand broadcast service, management, transmission network and receive terminal. It analyzes the key technique such as video codec, multicaststreaming media. The advantages and disadvantages between IPTV system and traditional TV system are compared Finally, a typical applicationKey words IPTV; video codec; multicast; streaming media视、有线电视等)或非实时性的视频节目(如DvD、0引言录像带等)经过接收系统后进入编码器部分,完成信现在社会,信息主要从电视和互联网获得。电号的采集、编码、格式转换,输出的数字化文件按照视信息以直观画面为主,互联网信息以文字内容为实时广播或点播的要求分别被传送到广播流服务器主,二者承载于2个不同的网络之上。随着网络技和点播服务器,供点播的节目需要存储在存储设备术的不断发展,二者融合出现了一种崭新技术:中流媒体服务器在用户管理系统的控制下把视频IPV。文件以视频流的方式推送到网络中去。IPTV,从字面上看,可以是个人交互式电视在节目采集系统很重要的一点是选择合适的数( Interactive Personal TV),也可以是互联网电视字视频编解码技术。数字视频编解码技术是Irv( Internet Protocol Tv)。二者叫法不同,但表达了同发展的基本条件,只有选择合适的高效的视频编解样的意思,都是指基于P协议的交互式电视,也称码技术标准,同时要考虑到视频编解码技术标准对网络电视。IYv(网络电视)技术是利用互联网设施流媒体数字版权管理和内容分发网的影响,才能保和MPEG-4、H264等视频压缩技术,通过互联网P证在互联网环境下提供ⅣⅤ视频服务。目前适用协议互动地向用户提供数字电视广播、视频点播于mvy的编解码标准有MPEc-4、H.254等。(VOD)、互联网浏览和亚可视电话等交互式多媒体MPEG-4是BsO/C的MPEG(运动图像专家组)制信息服务的新技术。IN系统主要以mNV机顶盒定的标准,目前应用的是MPEG-4的第2部分或电脑为接收设备、以电视机或电脑显示器为显示H264是mU-T的vCEG(视频编码专家组)和设备、以PP宽带网为传输网络提供交互式多媒体信ISO/EC的MPEG共同成立的JT(联合视频工作组)息服务。联合开发的视频编解码标准,它既是rU-T的1mPr系统组成H是r/TFC的MpF-4的AvC(高级视频编码中国煤化工提高视频图像的1.1节目采集系统传输CNMH(量的画面2个目节目采集系统中实时性的视频信号(如卫星电收稿日期:2005272007旱死實电工翟幕37第12期53专题披术与工狸应用标结合起来,在与MPEG4同等视频图像质量条件动以保证ITV的收视(听)质量。抖动和丢包问题下,H264可将编码压缩效率和容错能力提高1倍,会造成用户接收端画面出现马赛克甚至停滞的现象且提高了视频传输质量的可控性。H264可以应用抖动是指网络时延的变化,可理解为同向传输的相邻于IPrV、广播电视和会议电视等领域。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1.2节目存储与播送服务系统的交换时延变化、队列的空和满引起的调度处理时延节目存储与播送服务系统负责完成节目采集系变化。丢包是指从网络中入点到出点之间发生丢失统处理后的节目的存储、播送和传输等功能。节目存数据包的现象。储系统存储用于点播的各类流媒体节目源和管理信15用户终端接收系统息,它必须要兼顾海量与安全可靠的要求。ⅢPⅣ节目播送服务系统实现对用户点播的流媒体数据播送PTV用户终端接收系统负责接收、存储和播放与传输的功能流媒体数据播送与传输的实现方式主或转发IV节目流媒体数据、电子节目指南等信息。要有支持P协议的流媒体广播、组播和单播等方式。网络电视用户终端接收系统可根据终端分为3种形式1.3管理系统①PC平台:通过PC机收看网络电视是当前网IPTV管理系统包括用户管理、节目管理、信息管络电视收视的主要方式理、运行管理和数据安全等。用户管理包括用户开通②T+机顶盒平台:基于Tv(机顶盒)平台的网服务、用户权限设定和用户I设定和用户注销等。络电视以P机顶盒为上网设备,利用电视作为显示节目管理包括节目录人、节目权限、节目审核、节目分终端,这种网络电视目前还正在推广阶段类、直播节目频道管理和节目删除等。信息管理包括③手机平台(移动网络):手机电视是通过移动短信息、留言和公告发布等。运行管理包括任务监网络传输视频内容,是PC网络的子集和延伸。由于控远程服务(远端控制用户收看行为)和数据统计它可以随时随地收看,且用户基础巨大,所以可以自等。数据安全包括数据备份和数据恢复等。成一体。14传输网络2mTv的技术要点传输网络是由核心设备、节点设备以及核心设备由上面的论述可知,Pv使用视频编解码技术,与节点设备之间、节点设备与用户接收终端之间的传将视频数字化,采用P广播和组播技术、流媒体技术输线组成的,为保证信号传输质量和带宽要求,核心在P网(或移动网)上传输,可以把网络电视描述为:设备与节点设备之间使用光纤线路,节点设备与用户视频数字化、传输PP化和播放流媒体化。接收终端之间使用超五类网线IPTv应用了下面几种关键技术:视频编解码技为了保证所传送的v节目的实时收看质量与术、组播技术流媒体技术和PQS技术。视频编解广电模拟电视节目收看质量相当,PrV传输网络性码技术前面已有介绍,下面介绍组播技术和流媒体能要从下面几方面考虑:①带宽:采用MEG-4或技术。H264压缩编码时,要求每个PT用户接入带宽大于2,1组播技术15Mb。一般的互联网采用超五类网线,超五类网线在100m传输距离内,可传输高达百兆P数据,所组播( Multicas,也称多播)是一种允许一个或多以一般传输网络带宽都能够满足mPv传输要求;个发送者(组播源)一次或同时发送单一数据包到多②频道切换时延:广电模拟电视的频道切换非常快,接收者的网络技术。组播技术是采用一次发送,组内IT也应尽量减少切换时延;③传输时延:传输时延广播组内一个或多个用户可以接收同一个组播流数是指指数据包从网络入点到网络出点的单向花费时据,组播源只需发送一份数据。组播源把数据包发送间,时延会造成用户接收端出现画面不流畅的现象。到特定组播组,只有属于该组播组地址的用户才能接造成时延的来源有物理介质所造成的信号传播时延、收到数据包组播可以大大地节省网络带宽及服务网络设备本身收发数据包的时延数据包在调度(排器资中国煤化工网络流量结构,提队)处理时引起的时延和信号时钟引起的串行时延;高数CNMHG现拥塞的可能性,④网络QS:P宽带传输网络应尽可能减少丢包和抖减轻网络传输的压力。mv的广播类节目最适合利54 2007 Radio Engineering Vol37 No12专题技术与工程应用用组播技术传输,因为广播类节目的所有用户收看的是同一个内容。22流媒体技术有线终蛐电视}-流服间助电节节流媒体( Streaming Media)技术是采用流式传输方务器式使音视频等多媒体能在互联网上进行播放的技术终端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帮等点流务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AV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图1Iv的典型应用内容的同时,在后台的服务器内继续下载,这与单纯传输网络由核心设备和LAN网组成。核心设的下载方式相比,不仅使启动延时大幅度缩短,而且备是一台核心网络交换机,使用千兆网络与LAN网对系统的缓存容量需求也大大降低。中的节点设备(交换机)的干线口连接,各节点交换机与用户终端连接构成传输网络。23IrV与传统电视的比较用户终端可以选用计算机或机顶盒+电视机针对不同的用户终端,在管理系统中进行相应配置与传统的电视收视相比,IPv系统具有优势使用户可以实现计算机收看,或通过机顶盒用遥控①采用视频压缩技术,大大节省了视频传输带宽;器进行点播收看。②为用户提供交互式服务,使用户收看方式变被动通过系统扩展,将互联网与该IPV系统联接,为主动;③依托互联网信息来源非常丰富;④收视可以实现电视网与互联网的融合,可以使电视机用(听)终端多样化可以是电脑、电视机,也可以是手户利用机顶盒实现网面浏览和网络游戏功能。机。但mrV系统也有明显的不足:①目前ITV还没有统一的标准这就为mV节目制作、生产、存储和4结束语传输等各个环节带来不利,也使可厂商系统之间、不IPV是利用计算机或机顶盒+电视机完成接同编解码格式之间、PC平台和电视平台之间缺乏好收视频点播节目、视频广播及网上冲浪等功能因而的互通性;②mPV业务数据量大突发性强对网络仍然可以把V看成是一种数字电视传输技术要求更高很难有高的网络QS保证;③mPrv电视机IV为互联网用户和普通电视用户提供了更加广顶盒成熟度不够、价格较高、不利推广。阔的视听平台,使广大互联网用户用PC电脑就能欣赏到高质量的精彩纷呈的电视节目;使广大电视3ITV的应用机用户借助网络机顶盒,变被动接收为自由选择自现在上海等城市正依托互联网网络优势,大力已感兴趣的节目逐步走向集互联网内容网络游发展PV业务。其实IIV不仅在公众开放领域,戏、电视节目和视频点播等为一体的丰富多彩的多在一些相对独立的场所如酒店、游轮等也有其应用媒体互动娱乐生活c参考文献空间。某酒店的IV典型应用框图如图1所示。[]徐俭』V技术简介[门有线电视技术,(2):57-62在该应用中,卫星电视节目由天线接收后送卫[2]金国钩HC和mr释疑[门]有线电视技术,x6(1):1-4星电视接收机,输出模拟AV信号。有线电视节目[3]朱哲浅谈网络电视[J]多媒体电视与宽带多媒体,经有线电视解调器解调,输出模拟AV信号,自办2006(5):48-49电视节目包括电影播放或自己制作的宣传片等,这[4]孙波,王军宁贾文,PV的组网及关键技术分析门中些节目分别送入广播流服务器,广播流服务器对它们进行编码和压缩以流媒体的方式播送到传输网5张建飞,航天测量船数字广播电视系统的设计构想络。点播流服务器兼做管理系统和海量存储器,将中国煤化工DVD、录像带等的节目转码、存储,根据点播需求,将CNMH丑公司第五十四研究所用户点播的节目以流媒体方式播送到传输网络。工程师。主要研究方向:卫星通信与广播电视2007旱元线电二翟第37第12期55