网络电视技术及对ITV技术的影响

《中国有线电视》2005( 24 )CHINA DIGITAL CABLE TV技术交流:网络电视技术及对ITV技术的影响口于宝明,刘大会(南京信息职业技术学院江苏南京210046 )摘要主要介绍IPTV即网络电视的基本概念、系统组成、主要功能、核心技术通过比较得出IPTV只是ITV的另-种实现方式是一种图像通信系统,IPTV核心技术可以从广电行业的交互式电视技术中得到借鉴。关键词网络电视交互电视有线数字电视数字版权管理流媒体;:内容分送网络技术;IPTV 用户终端中图分类号:TN949. 291文献标识码:B文章编号:1007 - 7022( 2005 )24 -2398 -04IPTV Technology and the effect to ITVOYU Bao-Ming ,LIU Da-Hui( Nanjing College of Information and Technology , Jiangsu Nanjing 210046 , China )Abstract :This article mainly focuses on the basic concepts , the system components , the main functions ofIPTV ,as well as its key technologies. Through comparison , we get a conclusion that IPTV is an implementa-tion method of ITV and a kind of image communication system. Its key technologies can be applied in ITV.Key words :IPTV ; ITV ;CADTV ; DRM ; streaming media ; CDN ; IPTV terminal网络电视是-种利用宽带接入Internet收看电视央视9套、凤凰资讯、BBC等这将使多年来广电行业节目的技术,网络电视不但能接收广播电视信号,而且独家垄断经营的电视服务由唯一”变成之一”。还能实现用户与服务提供商的互动,使用TCP/IP协IPTV构成了对广电行业特别是有线数字电视行业的议可以将电视服务与互联网浏览、电子邮件、多种在线挑战,但如果将IPTV 系统的核心技术运用到广播交咨询、娱乐、教育及电子商务功能整合在一起具有一互式电视中去广播电视行业将能以更低成本、更高流定的竞争优势。量、更大范围开展ITV所以,IPTV对广电而言不仅是长期以来电信、网通等部门一直苦于缺乏有效的挑战更多的是机遇。技术手段为用户提供具有竞争力的视频服务今天的1什么是IPTV(网络电视)IPTV系统技术很有可能成为电信、网通等运营商进入IPTV是利用宽带接入Internet收看电视节目的技视频、宽带数据和VoIP电话的突破口2005 年已有更术其核心技术有两点是一致的:它们的实现主要基于多的电信部门开展IPTV试验及免费播出移动与联IP技术能够提供个性化.的按需服务。IPTV 已由广播通已开始基于蜂窝移动网络的移动流媒体视频服务电视节YH中国煤化工索单指南( EPG )、视频已实现的12个频道电视节目有央视新闻、央视4套、点播( \CNMH发展到Web浏览、即时作者简介:于宝明1965- ) 男副研究员主要从事通信网络、多媒体技术的研究和教学工作;刘大会( 1946- ) 男教授级高工,主要从事数字电视技术、网络技术的研究和教学工作。2398《中国有线电视》2005年第24期于宝明等:网络电视技术及对ITV技术的影响信息、网络游戏、电子邮件、VoIP等互联网服务。更广如DiffServ和MPLS等。此外为了提高对IPTV节目泛地说,IPTV是高码率的图像通信系统,也可以认为流点播的响应和传输的实时性,减缓IPTV点播请求IPTV电视是数字电视的一种实现形式,它和DVB-C的冲击性和波动性IP骨干网和IP城域网普遍采用内有线数字电视的差异主要集中在传输网络和终端设备容分送网络技术即CDN网络技术。IP 骨干网和IP城方面。域网也可以采用不同的低层物理网,以IP over SDH/2 IPTV 的系统组成及功能SONET、IP over ATM或IP over DWDM optical 方式提IPTV与有线数字电视DVB-C一样,它不是一个供传输服务其中IPoverDWDM是目前普遍采用的方设备而是一个系统技术,它包括信源、信道、用户端3式。目前CATV系统的骨干网基本采用光纤传输并向个组成要素其系统框图如图1所示。高速超大容量发展各种宽带主网技术如IP over ATMIP over SDH和IP over DWDM都得到运用，两者有异IP骨干网CNTS/宽带TV ModemHeadendIP城域网DSLAM接入网IP STB曲同工之处。JPTV前端μIPTV节目传送网JIPTV用户端CATV前端或电信中心站是根据相应的宽带接入网络设计的譬如Cable Modem网络或DSL网络(主图1 IPTV 系统框图要是ADSL网络)是将IP视音频流媒体节目流以IP o-其系统组成中各部分的功能如下:verDOCSIS或IPoverDSL方式通过放在CATV前端(1)IPTV前端具有节目采集、存储和服务等功能的CMTS或电信中心站的DSLAM设备向用户发送。节目采集包含节目的接收、节目的压缩编码或变换编码在CATV前端或电信中心站还往往配备有视音频及格式化、信号的加密和DRM(数字版权管理)打包、电流媒体节目流的内容服务器、DRM授权/密钥服务器子节目指南( EPG )生成节目的存储和服务。其播放服它具备节目存储和服务功能。务不仅要将加密的视音频流媒体节目以IP单播或组播(3)IPTV用户终端设备。它的基本功能是接收、的方式从视频服务器播送出去同时还要对用户或用户存储、播放及转发IP视音频流媒体节目。用户终端分终端设备进行认证并从DRM(数字版权管理)授权/密为3种类型:①基本型IPTV用户终端设备,它的硬件钥服务器( DRM License Server )向被认证的用户或用户设有内置Cable Modem或DSL Modem ,它只提供1个端设备传送DRM授权/密钥使用户能够对已接收的加以太网接口与外部的Cable Modem、DSL Modem或以密视音频流媒体节目进行解密和播放。太网Hub相连接;②集成式的IPTV用户终端设备则IPTV使用的DRM技术与传统的条件接收CA技内置Cable Modem 或DSL Modem ,可与Cable Modem术相比有两个基本的不同:其-是IPTV的DRM技术或DSL宽带网络直接相连接;③高端IPTV用户终端是对视音频流媒体内容本身进行加密,CA则是对连设备带有内置硬盘可以提供IPTV DVR功能甚至支接/传输层(例如MPEG-2系统复用层)的加密其二持EE802.11无线联网功能能将受DRM保护的IP是IPTV的DRM授权/密钥-般不与被加密的视音频视音频流媒体节目通过无线方式传输给其他设备如流媒体节目流一起传送,而传统的CA的密钥如ECMPC机等。和EMM必须与被加密的视音频流媒体节目流一起传送。根据IPTV终端设备使用情况通过PC收看是当( 2 )IPTV系统的节目传送功能是由IP骨干网、IP前网络电视的主要收视方式。手机电视是PC网的子城域网、CATV前端或电信中心站以及相应的宽带接集和延伸,它是通过移动网接收电视手机电视需要解入网络完成的。决一系列技术难题譬如网络传输速度、电池寿命、终以IP单播或组播方式发送的视音频流媒体节目端小型化、每分种流量费太高等,因此这种IPTV收视采用路由交换传输技术,-般而言,IP 骨干网和IP城形式目前还很少而以IP机顶盒为网络终端设备和以域网现有的路由器( GSR )可以很容易地支持各种不同电视机为终端显示,这种IPTV收视形式由于电视机的IP单播路由协议,但要进行IP组播,它们之中的许分辨率中国煤化工离观看) ,目前还处于多必须通过升级方能支持IP组播路由交换,目前各设推广和YHCNMHG有很多相通的方面。备厂家普遍支持的IP组播协议是ICMPv2。(4 )IPTV系统是数字化、网络化、智能化的系统，为了保证IPTV节目流的质量和实时收看,IP骨显然需要各种应用业务的相关软件,比如EPG用户管干网与IP城域网通常要采用各种不同的IPQoS技术,理、媒体资产管理、收费等应该说IPTV是由硬件和2399于宝明等:网络电视技术及对ITV技术的影响《中国有线电视》2005年第24期软件组成的系统二者缺-不可。V)及三维(3D)动画等多媒体能在互联网上进行播放综上所述,IPTV基本的工作流程就是视频数字的技术其技术核心是将整个A/V等多媒体文件经过化、传输IP化、播放流媒体化的过程。特殊的压缩方式分成-个个压缩包,由视频服务器向3 IPTV电视的核心技术用户终端连续传送这与单纯的下载方式相比不仅启从_上面的阐述可以看出IPTV的核心技术主要有动延时大幅度缩短,而且对系统的缓存容量需求也大5类第一类是多媒体通信技术其中包含视频编/解大降低用户在互联网上可获得类似于广播电视的图码技术、通信协议技术(网际传输协议与控制协议像质量,它是IPTV的关键技术。TCP/IP )容错与纠错技术、流媒体技术等;第二类是流媒体系统由前端的编码器和发布服务器以及客内容分发技术( IP多播技术)第三类是媒体资产管理户端的播放器组成,目前流式技术有3种主要格式:①技术第四类是用户授权认证和管理技术第五类是数Read System格式;②Windows Media 格式;③Quick字版权管理< DRM )技术等。Time格式。其中微软公司推出的WM9软件平台具有从IPTV的核心技术可以看出,绝大部分技术建提供HDTV、更快的回放和5.1声道数字环绕声等高.立在IP技术基础上,下面介绍与数字交互式电视端功能。( ITV )技术不同的部分。3.3内容分 发网络技术CDN( IP多播技术)3.1视频编/ 解码技术互联网最初是-种数据通信网络,主要提供点到数据压缩技术是数字交互式电视的核心技术之点的传递服务(即两个IP地址间进行的数据通信) ,一多媒体数据压缩技术研究的主要问题包括数据压基于这种模式提供电视广播服务不仅造成服务器资缩比、压缩/解压缩速度和简便算法等数字化视频中源、带宽资源的浪费,而且服务质量难以控制,为 此需包含有音频信号,这对视频数据的压缩很重要。要在互联网中采用类似于广播的内容分发网络技术MPEG标准是一种在高压缩比情况下仍能保证高质量(CDN)来降低服务器资源和带宽资源的消耗,CDN的画面的压缩算法数字电视主要采用MPEG -2压缩关键技术包含以下几个方面①内容发布它借助于建编码标准。MPEG -2把视频及音频信号压缩到10立索引、缓存、流分裂、组播等技术将内容发布或投递Mb/s左右在图像质量不变的情况下,MPEG-2 也可到距离用户最近的远程服务点( P0P )处②内容路由:把视频信号压缩到原来的1/75适用于1.5 ~ 50 Mb/s它是整体性的网络负载均衡技术是通过内容路由器的编码范围。MPEG-4是-种高压缩比、低比特率、中的重定向机制在多个远程POP,上均衡用户的技术,具有通用存取特性的新一代音视频压缩编码标准。使用户请求得到最近内容源的响应③内容交换:它根MPEG-4设计之初是为了在电话线上传输音视频数据内容的可用性、服务器的可用性以及用户的背景在据,可传输64kbps的实时图像。而IPTV压缩编码更POP的缓存服务器.上，利用应用层交换、流分裂、重定先进,它是由ITU-T和ISO/IEC开发的最新一代视向等技术智能地平衡流量;④性能管理:它通过内部频编码标准这个标准在设计结构、实用功能上都做了和外部的监控系统获取网络部件的状态信息测量内进一步改进,在同等视频质量条件下不仅能够节省容发布的端到端性能如包丢失、延时、平均带宽、启动50%的码率而且提高了视频传输质量并具有较强的时间、帧速率等,保证网络处于最佳运行状态。总之差错处理能力适用范围更广例如在低码率情况下,CDN使互联网具有广播电视网的特征为IPTV的发32kbps的H.264图像质量可相当于128kbps的展和使用开辟了道路。MPEG -4图像质量。信源编码标准是IPTV的核心技3.4 数字版权管理技术( DRM )术,目前MPEG-4是IPTV普遍采用的实现方案,但IPTV要实现产业化发展必须具备类似于电视条MPEG-4要在2~3 Mbps码率下才能达到DVD画件接收( CA )那样的技术，实现有偿服务数字版权管质而H.264在1 Mbps就可达到DVD画质,但支持理( DRM )就是类似的授权和认证技术它可以防止视H.264的解码硬件还未产业化随着技术的发展这一频内容中国煤化工采用:①数据加密:它问题可以得到有效解决,IPTV也将会采用H. 264压缩采用-MYHCNMHG进行重新加工,使用者.编码标准。必须有用于解密的密码②版权保护:先将可以合法使3.2流媒 体技术用作品内容的条款和场所进行编码，嵌入到文件中只流媒体技术是采用流式传输方式使音视频( A/有当条件满足时作品才可以被允许使用③数字水印2400《中国有线电视》2005年第24期于宝明等:网络电视技术及对ITV技术的影响和签名技术把代表著作权人身份的特定信息发行商目前IPTV系统技术发展成熟,广电的有线电视的信息和使用条款嵌入到数据中,即使数据破坏只要VOD业务已能使用IPTV技术和千兆光以太网,首先破坏不严重水印都有效,它就能给作品打上水印记,将VOD视频流以IP的方式( MPEG Ovev IP )从视频服防止使用者非法传播。务器传送到边沿QAM的调制解调器，这种网络架构3.5 双向入户技术大大降低了CATV的VOD成本提高了系统的可扩展双向入户技术本来不是IPTV中的内容，也不是什性,IPTV 技术可使有线电视的VOD业务变为大规模么关键技术,但它是IPTV能否实现的关键问题之-。商用。骨干网是基于光网络的IP宽带网传输设备很成熟容随着CATV数字化的普及愈来愈多的专业有线易构成,但是光节点到用户的最后100 m情况十分复电视节目频道不断推出,CATV的节目可达到数百套,杂，已成为一个瓶颈”问题的焦点是如何利用现有条有人统计80%的用户将收看这几百套节目的20% ,件来实现宽带双向入户。目前成熟的技术有五类线、余下80%节目只被20%的用户收看如果将这几百套CMTS、ADSL及无线宽带( WLAN )还有电力线上网等。节目都传给用户将占用大量频谱资源和网络资源。通常IPTV采用五类线接入需单独布线;CMTS可以实有线交互数字电视为了节省频谱资源和网络资现HFC网共缆传输ADSL利用自己的电话线但速率不源只将部分节目纳入交换式视频业务这些节目将不高;WLAN是一个比较自由的选择IP数据从光纤骨干采用广播方式传给所有用户,而只传送到所有的网下来直接通过宽带无线覆盖小区用户，可以不必建CATV前端或分前端,在有用户选择某个交互式视频设接入网。接入手段与机顶盒( STB )关系很密切STB业务的节目时,该频道节目才会广播给用户所在的业中双向调制解调模块(或外挂模块如ADSL Modem )要务组( -个业务组由光节点所连的全体用户组成)使根据实际使用的接入方式来配置。用交换式广播视频业务--般可节省50%的资源。4 ITV 技术可以实现广电与电信行业共赢IPTV技术的成熟使得交换式广播视频业务的实我们知道广电业界的ITV即交互式电视是数字电施很容易,且成本低廉。交换式广播视频业务的节目视技术发展引起的一场电视革命,是数字电视产业发可用IPTV技术中的组播方式通过千兆光以太网传展的方向广电界一直在探索其实施模式主要存在两送到CATV前端或分前端的千兆交换机,-旦某个交种方式的交互式电视,-种是以DVB标准为基础这换式广播视频业务的频道节目被用户选看,千兆交换种ITV相当于增强型电视实际是利用单向传输广电机便会将该节目送到与用户相关的边沿QAM调制解网在DVB数字码流中同时传输多套节目和1套多视调器并由此广播给相关业务组的用户。角的节目以及各种丰富的图文信息，交互功能的实现4.2 利用IPTV技术可以充分发挥有线电视传输骨干实际是在传输多路节目源中选择1套节目,或者从1网的作用套节目中选择不同角度拍摄的节目以及相关图文信拥有骨干网的广电运营商可以利用IPTV系统的息。另一种交互式电视ITV是将网络模块应用软件与内容分送网络( CDN )技术和IPQoS技术建立- - 个事电视融为一体通过窄带或宽带(包括Ethernet 和XD-实上的IP视音频节目网这样--方面可推动有线宽带SL等)上网,实现网上浏览即WebTV ,使得ITV更加业务发展另-方面可与电信网运营商谈判宽带网对易于推广和使用价格也更低廉。这两种不同的ITV，等互联 ，从而进-步降低广电宽带运营成本产生双赢前者从数字化方向出发后者从网络化方向出发为我效果。.们指出电视的未来发展方向。可以确定ITV产品将从4.3IPTV系统技术能为有线电视提供新的业务服务数字化和网络化两个方向共同发展互相融合成为一利用IPTV的DRM技术不仅能让用户在电视机体从这种认识上看,IPTV 只是数字电视技术的一种上选看已存在STB的视频节目而且可以让用户将满形式,DTV的DVB-C与IPTV之争只是运营主体不意的视频节目拷贝到PC或DVD碟中然后根据付费同而已。DTV的DVB-C与IPTV节目基本一样,只情况又中国煤化工3 ,可以在一定时间观是服务形式、数据格式不同。IPTV 的核心技术可以应看无MYHCNMHG置上收看这实际上就用到DTV的DVB-C中去进一步提高DVB-C的竞完成了对视频节目的再次销售,增加了利润而用户也争力更加完善ITV技术实现双赢。获得了便利的服务。4.1 IPTV技术在传统的CATV的VOD业务中的应用根据IPTV技术在广电交互式电视中的应用,我.2401《中国有线电视》2005( 24 )CHINA DIGITAL CABLE TV技术交流:H.264/AVC的精度范围扩展口伍瑞卿朱维乐(电子科技大学四川成都610054 )摘要H.264/AVC 标准增加了精度范围扩展Frext 部分提高了HD编码效率改善了视频质量扩大了其应用范围,同时对编解码器设计提出了更高要求。介绍Frext 的基本框架和编码工具,并与JPEG2000、MPEG-2在高清视频图像压缩性能进行对比进-步说明Frext具有好的编码性能。关键词:H. 264 ;Frext 8 x8变换块;YCgCo中图分类号:TN919. 81文献标识码:A文章编号:1007 - 7022( 2005 )24 - 2402 -04The Fidelity Range Extensions of H. 264/AVC口WU Rui-qing ,ZHU Wei-le( University of Electronic Science & Technology , Sichuan Chengdu 610054 , China )Abstract :Fidelity Range Extensions( Frext )was added into H. 264/AVC as an amendment in Sept 2004，which can bring efficient coding gain and improve the video quality of HD. The new version of H. 264/AVCwill be used in more areas , and has more requirements for design of video code. This paper presents the basiccoding tool of Frext , analyzes the characters of the coding tools and gives a performance comparison toMPEG2 , JPEG200 by experiment result.Key words :H. 264 ; Frext ;8 x8 transform block ; YegCo们可以看到IPTV只是一种技术工具,电信可利用,而信数字网也将和因特网相连做到三网合- -使信息化广电行业也完全可以利用它,并用来完善自身技术体时代加快到来。系，以提高行业竞争优势。5结束语参考文献:我们正在逐步走向一个网络时代,以因特网为代表的信息和通信技术成为推动人类发展的强大动力，[1]卢官明.数字电视原理[M]北京:机械工业出它将改变人类的生活方式。IPTV 宽带电视将从根本版社2004.上改变广播电视多年来你播我收”的主从关系并形[2] 刘修文.数字电视有线传输技术[ M ]北京:电成全新的媒体模式,IPTV的广播与交互式”是数字交子工业出版社2002.互式电视技术发展所引起的又一场信息产业革命。目[3] 杜庆波,刘大会.交互式电视技术及其运用[ J ]前因特网是建立在计算机网络基础上的,可以预言不中国煤化工) 27-31.久的将来以机顶盒为接口的有线电视网和手机移动通|YHCN M H G收稿日期2005-09-23 ]作者简介:伍瑞卿( 1977- ) 男博士生研究方向为数字视频处理朱维乐( 1940- ) 男教授、博士生导师研究方向为数字视频及HDTV系统。2402