淺談IPTV的音視頻編解碼、流媒體等技術(shù)

1、摘要 IPTV是一種最新流行的、以“電視機(jī)+機(jī)頂盒”為主要終端設(shè)備、能為用戶提供互動(dòng)多媒體服務(wù)的寬帶增值業(yè)務(wù)，它為我國廣大電視用戶提供了全新的寬帶體驗(yàn)方式。 IPTV技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，包括多方面的內(nèi)容，文章主要介紹了IPTV技術(shù)中的音視頻編解碼、流媒體傳送、寬帶接入網(wǎng)絡(luò)、IP機(jī)頂盒等技術(shù)。關(guān)鍵詞 IPTV 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) 流媒體 寬帶接入 IP機(jī)頂盒近年來，隨著寬帶技術(shù)的發(fā)展，寬帶用戶的數(shù)量急劇上升。寬帶為何如此受歡迎?原因之一是用戶可以得到多種寬帶服務(wù)，其中以影視服務(wù)為主的寬帶流媒體服務(wù)最引人矚目。目前，寬帶用戶基本上都是通過PC機(jī)接入寬帶網(wǎng)絡(luò)，而我國電視機(jī)的普及率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PC機(jī)，如果能把

2、寬帶流媒體服務(wù)擴(kuò)展到機(jī)頂盒，使電視用戶也能享受到寬帶帶來的好處，這將給運(yùn)營商帶來極大的商機(jī)。IPTV技術(shù)正是為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而發(fā)展起來的。IPTV即網(wǎng)絡(luò)電視，它是利用IP寬帶網(wǎng)絡(luò)，以“電視機(jī)+機(jī)頂盒”為主要終端設(shè)備，為用戶提供包括電視節(jié)目在內(nèi)的互動(dòng)多媒體服務(wù)的寬帶增值業(yè)務(wù)。IPTV能提供點(diǎn)播、廣播/直播、視頻通信、短信/彩信、信息服務(wù)、游戲等業(yè)務(wù)。IPTV技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，主要包括音視頻編解碼技術(shù)、流媒體傳送技術(shù)、寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、IP機(jī)頂盒技術(shù)等。1、音視頻編解碼技術(shù)IPTV音視頻編解碼技術(shù)在整個(gè)系統(tǒng)中處于重要地位，IPTV作為IP網(wǎng)絡(luò)上的視頻應(yīng)用，對(duì)音視頻編解碼有很高的要求。首先，編碼要有

3、高的壓縮效率和好的圖像質(zhì)量，壓縮效率越高，傳輸占用帶寬越?。粓D像質(zhì)量越高，用戶體驗(yàn)則越好。其次，IPTV平臺(tái)應(yīng)能兼容不同編碼標(biāo)準(zhǔn)的媒體文件，以適應(yīng)今后業(yè)務(wù)的發(fā)展。最后，要求終端支持多種編碼格式或具備解碼能力在線升級(jí)功能。目前主流的視頻編碼格式有以下幾種：-2(/EC 13818-2)、MPEG-4 Part 2(ISO/IEC14496-2)、/AVC(即MPEG-4 Part10)、微軟的WMV-9、Real公司的視頻格式，前三者為公開的國際標(biāo)準(zhǔn)，后兩者為企業(yè)的私有標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2是DVD標(biāo)準(zhǔn)之一，編碼比較簡單，以TS(Transport Stream)流方式傳輸為主。MPEG-4 Par

4、t 2標(biāo)準(zhǔn)開放，同等條件下的編碼復(fù)雜度是MPEG-2的3倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的1.53倍。H.264是3GPP編碼標(biāo)準(zhǔn)之一，也是HD-DVD存儲(chǔ)格式之一，同等條件下的編碼復(fù)雜度是MPEG-2的4倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的48倍。微軟的WMV-9是HD-DVD存儲(chǔ)格式之一，同等條件下的編碼復(fù)雜度是MPEG-2的1.52倍，圖像質(zhì)量是MPEG-2的1.53倍。Real公司的視頻格式是在窄帶(主要的互聯(lián)網(wǎng))上進(jìn)行多媒體傳輸?shù)膲嚎s編碼技術(shù)。H.264具有高的編碼效率和圖像質(zhì)量，代表了編解碼技術(shù)的發(fā)展方向。同時(shí)，由于標(biāo)準(zhǔn)的開放性以及獲得了3GPP、DVD Forum的支持，H.264已被大多數(shù)運(yùn)

5、營商和產(chǎn)業(yè)界看好，它將成為IPTV乃至互聯(lián)網(wǎng)上其他視頻業(yè)務(wù)的編碼標(biāo)準(zhǔn)。2、流媒體傳送技術(shù)IPTV的核心業(yè)務(wù)是數(shù)字音視頻流業(yè)務(wù)，流媒體傳送技術(shù)相當(dāng)重要，如果傳送技術(shù)高效可靠，不僅可以節(jié)約系統(tǒng)帶寬，還可以減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，使系統(tǒng)得到優(yōu)化。通常，IPTV系統(tǒng)中流媒體的傳送方式隨用戶接收方式不同而不同。從終端用戶看主要有點(diǎn)播和廣播兩種接收方式。2.1 點(diǎn)播接收方式下流媒體傳送點(diǎn)播接收具有個(gè)性化，接收的內(nèi)容和時(shí)間取決于用戶喜好，具有實(shí)時(shí)交互特點(diǎn)。同時(shí)，點(diǎn)播業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也很大，為了避免大量消耗骨干帶寬，同時(shí)保證服務(wù)質(zhì)量，要求IP網(wǎng)絡(luò)能有效地將視頻流推送到用戶接入網(wǎng)絡(luò)，使用戶盡可能就近訪問。內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

6、()就能提供這種支持。CDN是一個(gè)建立并覆蓋在互聯(lián)網(wǎng)上的特殊網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)高效傳遞豐富的多媒體內(nèi)容。它把流媒體內(nèi)容從源服務(wù)器復(fù)制分發(fā)到最靠近終端用戶的緩存服務(wù)器上，當(dāng)終端用戶請(qǐng)求某個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)，由最靠近請(qǐng)求來源地的緩存服務(wù)器提供服務(wù)。如果緩存服務(wù)器中沒有用戶要訪問的內(nèi)容，CDN會(huì)根據(jù)配置自動(dòng)到源服務(wù)器中，抓取相應(yīng)的內(nèi)容，提供給用戶。CDN的實(shí)現(xiàn)需要依賴多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，主要包括負(fù)載均衡技術(shù)、動(dòng)態(tài)內(nèi)容路由、高速緩存機(jī)制、動(dòng)態(tài)內(nèi)容分發(fā)與復(fù)制、安全服務(wù)等。2.2 廣播接收方式下流媒體傳送廣播接收在用戶看來是被動(dòng)的，用戶對(duì)內(nèi)容選擇只限于所提供的頻道，是非交互型的。由于收看廣播的用戶收看的是相同內(nèi)容，為

7、了減少網(wǎng)絡(luò)帶寬浪費(fèi)，廣播接收方式對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)提出了組播功能要求。組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)發(fā)送者(組播源)一次并同時(shí)發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個(gè)接收者的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。組播源把數(shù)據(jù)包發(fā)送到特定組播組，只有屬于該組播組的地址才能接收到數(shù)據(jù)包。在IPTV里，組播源往往僅有一個(gè)，即使用戶數(shù)量成倍增長，主干帶寬也不需要隨之增加，因?yàn)闊o論有多少個(gè)目標(biāo)地址，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的任何一條主干鏈路上只傳送單一視頻流，即所謂“一次發(fā)送，組內(nèi)廣播”。組播提高了數(shù)據(jù)傳送效率，減少了主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性。根據(jù)組播復(fù)制點(diǎn)的位置，組播實(shí)現(xiàn)方式分為應(yīng)用層組播、BARS組播和AM組播。3、寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)IPTV接入可以充分利用現(xiàn)有寬帶接入技術(shù)，

8、主要有xDSL、FTTx+LAN、Cable Modem等三種。3.1 xDSL目前，xDSL技術(shù)中最常用的技術(shù)有和VDSL。ADSL是上下行傳輸速率不相等的DSL技術(shù)，它在一對(duì)雙絞線上提供的下行速率為1.5Mbit/s8Mbit/s，上行速率為16Mbit/s640kbit/s。目前ADSL是我國主要的寬帶接入方式，普通家庭用戶ADSL速率通常在下行1Mbit/s左右，而IPTV需要大約3Mbit/s的下行帶寬，因此，普通用戶ADSL可以通過提速支持IPTV業(yè)務(wù)。VDSL在一對(duì)雙絞線上提供的下行速率為3Mbit/s-52Mbit/s，上行速率為1.5Mbit/s-2.3Mbit/s。因此，V

9、DSL可以更好地支持IPTV業(yè)務(wù)。3.2 FTTx+LANFTTx技術(shù)是光纖到x的簡稱，它可以是光纖到戶()、光纖到局(FTTE)、光纖到配線盒/路邊(FTTC)、光纖到大樓/辦公室(FTTB/O)。光纖具有很寬的帶寬，可以說，光纖到戶技術(shù)非常有利于開展IPTV業(yè)務(wù)。3.3 Cable ModemCable Modem接入方式是利用有線電視的同軸電纜傳送數(shù)據(jù)信息，它的上下行速率可高達(dá)48Mbit/s。但Cable Modem是一種總線型的接入方式，同一條電纜上的用戶互相共享帶寬，在密集的住宅區(qū)，若用戶過多，Cable Modem一般難以達(dá)到較為理想的速率。4、IP機(jī)頂盒技術(shù)IP機(jī)頂盒主要實(shí)現(xiàn)3

10、方面的功能：a)與寬帶接入網(wǎng)連接，收發(fā)和處理IP數(shù)據(jù)和視頻流；b)對(duì)接收的視頻流進(jìn)行解碼，包括對(duì)MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、WMV、Real等編碼格式的解碼，支持視頻點(diǎn)播、電視屏幕顯示、數(shù)字版權(quán)管理等功能；c)支持HTML網(wǎng)頁瀏覽、網(wǎng)絡(luò)游戲等。IPTV機(jī)頂盒所有功能的實(shí)現(xiàn)均基于高性能微處理器，嵌入式操作系統(tǒng)是對(duì)芯片實(shí)時(shí)解碼和純軟件實(shí)時(shí)解碼應(yīng)用的基本支撐平臺(tái)。目前，IPTV機(jī)頂盒的嵌入式操作系統(tǒng)基本上分為嵌入式WinCE和嵌入式Linux兩類。4.1 嵌入式WinCE機(jī)頂盒WinCE最大特點(diǎn)是其API與Win32兼容，這有利于使用Windows環(huán)境開發(fā)WinCE應(yīng)用，此外，WMV-

11、9播放器還可直接運(yùn)行于WinCE，許多現(xiàn)成的Windows組件稍加改造就能應(yīng)用于終端上的網(wǎng)絡(luò)管理以及視頻流控制等，這些對(duì)DSL低帶寬環(huán)境充分分享Windows Media優(yōu)秀成果而言，不能不說是事半功倍的終端開發(fā)捷徑。4.2 嵌入式Linux機(jī)頂盒嵌入式Linux機(jī)頂盒以專用的多媒體微處理器為核心，輔以以太接口和視頻接口構(gòu)成系統(tǒng)。多媒體微處理器帶有MPEG-2或MPEG-4實(shí)時(shí)解碼功能芯片。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是：a)視頻處理速度明顯提高，特別適合視頻直播系統(tǒng)應(yīng)用；b)內(nèi)存占用少，硬件結(jié)構(gòu)緊湊，成本不高；c)Linux源代碼公開，有大量免費(fèi)優(yōu)秀開發(fā)工具和應(yīng)用軟件可用；d)Linux操作系統(tǒng)非常穩(wěn)定，內(nèi)核精悍，運(yùn)行所需資源少，并有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能，支持的硬件