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IPTV关键技术研究与标准制定
2006年7月14日 10:10  来源:泰尔网  作者:徐贵宝
    [摘要]详细介绍了IPTV关键技术中的编码技术、数字版权管理(DRM)技术、内容分发网络(CDN)技术、电子节目指南(EPG)技术、机顶盒(STB)技术,IPTV标准化情况中电信行业IPTV标准制定情况、广电行业IPTV相关标准制定情况,以及对目前IPTV技术研究与标准制定工作的思考。 

    1、引言

    IPTV既可以提供电视节目直播(LTV)、视频点播业务(VOD)、准视频点播(NVOD)、时移电视点播(TSTV)、电视网络冲浪(Web-TV)等基本业务,又可以提供如视频即时通信、电视短信、互动广告、在线游戏、在线购物等各种视频增值业务,由于这些业务用于电视机终端后,受众面极为广泛,因此IPTV业务被普遍认为具有非常好的发展前途。但是,传统电视是一种广播级的服务,操作简单、反应实时、画面稳定和服务可靠。与之相比,IPTV还具有接入带宽不足、画面质量不高、用户使用费用较高、产品不成熟等诸多弱点。IPTV要成为真正意义上的可运营的业务,就必须能保证达到或接近达到传统电视广播级的质量。为了达到这一目标,在从内容制作到终端接收的整个实现过程中需要用到许多的关键技术,包括编码、数字版权管理(DRM)、内容分发网络(CDN)、电子节目指南(EPG)、机顶盒(STB)技术等,这些技术都需要深入的研究探讨,并且这些技术应用的标准化工作也只是刚刚开始。

    2、IPTV关键技术

    2.1编码技术

    编码技术是多媒体通信中使用的基本技术之一。多媒体通信的一个显著特点就是要传输的信息量非常大,尤其是视频数据,其编码技术甚至会在较大程度上影响业务质量,因此视频编码技术在IPTV中的地位非常重要。

    随着人们对视频编码技术研究的不断深入,一些视频编码技术成果相继诞生。有的甚至已经被国际电信联盟(ITU)和国际标准化组织(ISO)接受为国际标准。其中,已经发布的有:H.261,H.262,H.263,H.264以及MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4等。目前,国内外已经开展的IPTV业务基本上都是使用MPEG-2编码方式。

    AVS是我国自行开发、具有自主知识产权的新一代编码方式。目前,我国正在进行AVS的规格制订工作,AVS视频主要面向高清晰度电视、高密度光存储媒体等应用中的视频压缩。

    除视频编码技术之外,目前互联网使用较多的流媒体格式主要是美国RealNetworks公司的RealMedia,Apple公司的QuickTime,微软公司的WindowsMedia以及Macromedia的ShockWaveFlash。

    2.2数字版权管理(DRM)技术

    数字多媒体内容是IPTV中最为关键的节目来源。数据数字版权管理(DigitalRightsManagement,简称DRM)技术为内容提供者保护他们的私有视频、音乐或其他数据的版权提供了一种技术手段。它的工作原理是,媒体制作者在节目制作阶段将版权信息嵌入到媒体内容之中,并通过加密方式对其加以保护。有了DRM技术,可使各个平台(无论是因特网、流媒体还是交互数字电视)的内容提供商们放心地提供更多的内容,采取更灵活的节目销售方式,同时有效地保护知识产权。当需要验证媒体合法性的信息时。再通过技术方法或手段从媒体之中将版权信息读取出来,这样就可以进行版权信息的比对了。

    目前,使用最为普遍的DRM技术是数字水印(DigitalWatermark)。它使用一定的算法,在被保护的数字格式的音乐、歌曲、图片或影片中嵌入某些标志性信息(称为数字水印),来达到证明版权归属和跟踪侵权行为的目的。数字水印信息一般包括作者的序列号、公司标志以及一些有特殊意义的文本信息。

    2.3内容分发网络(CDN)技术

    内容分发网络(CDN)起初只是一个为了加快用户的互联网访问速度而建立的网络,一般由各类网站自己建立。其目的是,通过CDN把互联网视频和网页内容分发到靠近用户端的CDN节点,在一定程度上保证端到端的服务质量,提高用户的响应速度。

    由于现有CDN不是针对大尺寸流媒体文件而设计的,因而无法直接用来承载IPTV业务,需要针对IPTV业务的特点,引入先进技术来进行建设和管理。例如,针对IPTV需要存储海量数据的特点,可以利用刀片式服务器、NAS、SAN等以先进的存储装备配置、先进的存储技术和先进的存储管理方式来对CDN网络进行改造。针对IPTV实时性和高质量的要求,可采用将原来依靠Internet的网络传输改为通过专线传输和将文件进行切片并利用P2P机制传输来解决。对于CDN网络管理,可以制定一个合理的内容管理方案来提高CDN网络的效率,变被动管理为主动管理。例如,可将媒体内容分为直播内容、点播内容来分别处理。再根据点播率将点播内容分为冷/热片来分别对待。

    2.4电子节目指南(EPG)技术

    电子节目指南(EPG)也就是电视节目导航系统,主要用来描述提供给电视观众的所有节目的信息,它是构成交互电视的重要技术之一。在IPTV业务中,用户可通过EPG来了解电视节目的名称、播放时间和内容梗概等相关信息,并实现对节目的快速检索和访问,进行频道选择或视频点播等操作。除了电视节目的导航之外,还可通过电子节目指南向用户提供由文字、图形和图像组成的人机交互界面来实现各种增值业务的导航。

    一般来讲,一个EPG系统包含两个主要部分,即发生器子系统和解码器子系统。发生器子系统负责产生IPTV业务信息(ServiceInformation,SI),一般由平台运营商提供。解码器子系统负责对业务信息进行解析并生成电子节目菜单,一般在接收端机顶盒的综合接收解码器(IRD)中实现。这就要求发生器子系统产生的信息,必须能保证被解码器子系统正确解析。

    2.5机顶盒(STB)技术

    IPTV终端有三种基本类型,分别是LANkclass=qqx_gjz>计算机、手机和电视机。计算机配备相应的软件。即可直接用作IPTV的终端:用于移动流媒体平台的多媒体手机也可以直接使用;但对于电视机来讲,情况就不同了。由于电视机本身并没有存储功能,不支持软件安装,也无法像手机那样加装流媒体支持功能,因而无法实现IP的支持功能,必须加装一个将IP数据流转换成电视机可以接受的信号的机顶盒设备作为中介才能收看IPTV节目。这样,作为普及面最广的接收终端——电视机,为它制作机顶盒就成为开展IPTV业务的关键。

    就目前的发展情况来看,作为用户接收端设备,STB需要具备包括数据转换、接入支持、协议支持、业务支持、解码支持等在内的多种功能。数据转换是STB最基本的功能,就是要将接收到的IP数据转换成电视屏幕可以显示的数据。在接入支持方面,STB一般需要支持目前应用较多的LAN或xDSL或WLAN等多种宽带接入方式,未来还要提供FTTH接入支持。在协议支持方面,STB需要支持TCP/UDP/IP协议族来完成互操作信息的网络传输,以及IP数据和视频流媒体数据的接收和处理工作。在业务支持方面,STB一般需要支持目前较为流行的视频点播、组播、Internet浏览、短消息、可视业务和网络游戏等业务。在解码支持方面,STB需要支持对多媒体码流的解码能力,一般需要支持现行的国际标准格式(如MPEG-2,MPEG-4等)以及国产标准格式AVS。除了上述这些功能之外,STB还要支持数字版权管理、内容缓存、交互控制、接入鉴权和业务及网络管理功能。

    3、IPTV标准化情况及目前存在的问题

    3.1电信行业IPTV标准制定情况

    (1)国际标准情况

    虽然在欧美地区和亚太部分地区的电信运营商都不同程度地部署了IPTV业务,由于他们各自采用的技术和编码格式的不同,至今还没有一个统一的国际标准。到目前为止,ITU等国际组织还没有专门针对IPTV的标准或草案。2005年初,由信息产业部电信研究院起草的《基于IP网络的视讯点播业务需求》是向国际标准化组织ITU-T提交的关于IPTV内容的第一份提案,但还很单薄,距离形成一个完整的体系还相差甚远。

    (2)国内标准情况

    我国关于IPTV的行业标准已经开始制定。中国通信标准化协会归口管理的行业标准《IPTV业务终端技术要求》已经进入报批稿阶段。预计与之相关的系列标准也将会陆续开始制定工作,这些标准可能包括《IPTV业务总体技术要求》、《IPTV业务内容分发网络技术要求》、《IPTV业务流媒体服务器技术要求》、《IPTV业务数字版权管理系统技术要求》、《IPTV业务认证计费运营管理技术要求》和《IPTV业务内容检索技术要求》等。此外,IPTV关联项目《流媒体业务技术框架》也已经进入讨论稿阶段。

    除了行业组织之外,我国的电信运营企业也正在加紧对IPTV系列标准的研究,通过对相关设备和技术进行测试和比对,研究和制订业务网和承载网的系列技术标准,作为网络优化和设备选型的参考。其中,中国网通正在制定的系列企业标准包括《中国网通IPTV应用服务系统技术规范》、《中国网通IPTVEPG技术规范》、《中国网通IPTV机顶盒技术规范》、《中国网通IPTVDRM技术规范》、《中国网通IPTV视频编解码标准》、《中国网通IPTV运营支撑系统技术规范》、《中国网通IPTV应用服务系统设备接口规范》、《中国网通机顶盒功能规范》和《中国网通IPTV业务规范》等,该系列标准有的已经完成,有的还正在紧锣密鼓地制定当中。

    3.2广电行业IPTV相关标准制定情况

    严格来讲,广电行业还没有开始IPTV标准的制定工作,只是在数字电视标准制定方面的工作比较深入,但由于数字电视与IPTV业务有许多相似之处,并且相互之间有很大关系,本文简要介绍一下:

    (1)国际标准情况

    为了使用户可以通过广播和在线方式搜索、选择和合法利用数字电视的内容,ETSI和EBU(EuropeBroadcastingUnion)等在2003年10月开始制定TV-AnytimePhase 1系列规范,该系列包括7个方面的内容,分别是“Phase 1 Benchmark Feature(第1阶段基准特性)”,“System Description(系统描述)”,“Metadata(元数据)”,“Content Referencing(内容处理参考模型)”,“RightManagementandProtection(RMP)Information for Broadcast Applicable(用于广播的版权管理和保护的信息)”,“Delivery of Metadata Over a Bi-di-rectional Network(双向网络上的元数据传送)”,“Bi-directional Metadata Delivery Protection(双向元数据传送保护)”。 

    (2)国内标准情况

    广电行业数字电视标准制定主要有全国广播电视标准化技术委员会和全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会两个机构。全国广播电视标准化技术委员会的相关标准制定工作开展的较早些,目前已经或正在制定的标准包括《数字电视图像质量主观评价方法》、《卫星数字电视广播信道编码与调制规范(DVB-S)》、《有线数字电视广播信道编码与调制规范(DVB-C)》、《数字电视广播条件接收系统规范(CA)》、《数字电视广播业务信息规范(SI)》、《广播电视音像资料编目规范(Metadata)》、《数字电视广播电子节目指南规范(EPG)》、《数字电视系统中的数据广播规范(DataBroadcasting)》、《数字电视传输中间件规范》(草案)和《地面数字电视广播信道编码与调制规范(DVB-T)》(讨论)等。全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会目前已经或正在制定的标准包括《卫星数字电视机顶盒规范(DVB-SSTB)》、《有线数字电视机顶盒规范(DVB-CSTB)》(草案)、《数字电视机顶盒中间件规范》(草案)、《家庭网络体系结构与参考模型》(讨论)和《家庭网络系统控制子网规范》(讨论)等。

    4、关于目前IPTV技术研究与标准制定工作的思考

    4.1关于业务开展的问题

    从目前的情况来看,IPTV业务质量还没有达到可运营的水平,除了政策环境、费用等因素之外,这里也有技术和标准方面的因素。从今后一段时间内的发展来看,尤其是到2008年奥运会时,IPTV业务可能会有一个飞跃式的发展。因此,必须要加快编码、DRM、CDN、EPG、STB等技术研究的步伐,从提高QoS、满足不同层次用户需求和加强网络与内容的安全管理等出发,制定出相应的切实可行的标准,以使IPTV尽快完成正式运营的准备工作。

    4.2关于民族技术与标准发展的问题

    IPTV是一个巨大的产业,这一点是众所周知的。然而,目前我国电信产业仍然受制于人这一不争的事实在IPTV产业初期就体现的淋漓尽致,尤其是编码技术高昂的专利费用已经使我国前几年还蓬勃发展的VCD,DVD产业坠入了日落黄花的地步。为了避免再次落入他人的专利和技术陷阱,避免再次沦为替他人打工的境地,在技术研究和标准制定工作中必须充分考虑对国产自由知识产权的技术和标准(如AVS标准等)的支持。

    4.3关于互联互通的问题

    IPTV是一个全国乃至全球性的产业,因此其互联互通问题也涉及到网络运营商、接入服务提供商、内容服务提供商等各个方面。一方面,我国的网络运营商包括电信、网通、移动、联通、铁通、卫通等多家企业,而广电网络运营商则是各省市之间分割成块的局面,各电信网络间业务如何互联互通,各广电网络间如何互联互通,电信与广电网络之间是否需要互联互通。另一方面,为保护广大收视观众的利益。多平台运营商并存肯定是不可避免的。EPG与STB一般由不同的提供商提供,前者位于网络平台,后者位于用户终端,不管二者在技术上是如何实现的,它们之间通信的基本信息必须通过标准形式确定下来。

    4.4关于标准融合的问题

    如果抛开计算机和手机两种终端方式的话,IPTV主要是IP技术与TV终端的结合,这就涉及到电信与广电相关标准的融合问题。广电方面已经制定了很多的相关标准,其中很多对电信方面标准的制定工作都有借鉴意义。两个行业间在制定标准时是否需要以及如何照顾到对方的网络、业务与技术特点,是否有必要成立标准制定联合小组,还需要两个行业以及相关主管部门仔细思考。

    4.5关于国际标准主动权的问题

    目前,ITU基本上只是开展了一些针对流媒体标准的制定工作,还没有开始专门针对IPTV标准的制定工作,应该说这对于我国是一个很好的发展机会。然而,IPTV是流媒体业务的一种,如果再专门提出来制定系列标准,可能会引起争议。但IPTV是一种融合的业务,与传统意义上的流媒体又有些区别。因此,如果开展这方面的国际标准研究工作,找准切入点是关键。

    5、结束语

    IPTV是一个巨大的产业,它涉及到编码、DRM、CDN、EPG、STB等很多技术,这些技术还有许多方面需要研究和探讨。虽然包括这些技术标准在内的系列标准制定工作已经开始,但这还只是处于起步阶段。在今后的标准制定工作中,还有业务开展、民族技术与标准发展、互联互通、标准融合、国际标准主动权等很多问题需要考虑。因此,还需要业内人士共同努力,共同推进IPTV相关技术研究和标准制定工作的前进。
 
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