什么是IPTV？

IPTV广义的一种定义以国家广电总局“互联网等信息网络传播视听节目管理办法”(简称39号令)为代表，是“以互联网协议(IP)作为主要技术形态，以计算机、电视机、手机等各类电子设备为接收终端，…”。而这里所谓的“视听节日”就是指“利用摄影机、摄像机、录音机和其它视音频摄制设备拍摄、录制的，由可连续运动的图像或可连续收听的声音组成的视音频节目”。IPTV定义的内涵覆盖整个产业链。还有人以终端为中心做定义，认为IPTV就是经过机顶盒(STB)做处理后，利用普通或高清晰的电视机做显示终端的所有业务和技术的总和，包括视听类和信息服务类业务及技术两大类。也有人以内容为中心定义IPTV，认为IPTV就是通过IP网络，以直播方式给用户提供电视节目。

与此同时，业界对IP的理解也明显存在偏差。一种把这里的“IP”等价于互联网，即IPTV就是“基于公众互联网的电视”，由此也就产生了很多的疑问：如安全如何保证，服务质量又如何等；另外，与VoIP中对“IP”的理解力式一样，对IPTV中“IP”化程度的理解电存在差异：一种理解是端到端的(即从对节目源的信道编码开始，到用户显示终端之前的处理)全IP化或部分IP化(比如只是承载网络IP化)；另外一种是将IPTV业务中的“控制平面”、“管理平面”和“用户平面”都IP化(比如都承载在一张IP网络中)，或有一个或两个以上平面IP化(比如“数据平面”仍然走Cable，而控制平面走IP网络)。

伴随着对“IP”和“TV”理解的不同，自然而然的对于“IP”与“TV”关系的理解也因此出现了至少两种观点：

·“IPTV=IP+TV"模式：在这种实现方式中，IPTV的上行控制和IPTV的媒体流分别工作在IP网络和Cable网络中，从网络的角度看二者是完全并行的。从技术的角度看，可以理解为这时IPTV的“数据平面”工作在广播方式的Cable上，“控制平面”和“管理平面”工作在IP网络上。

·“IPTV=TVoverIP”模式：即包括TV在内的所有业务都承载在IP之上，当然也包括了IPTV的“数据平面”、“控制平面”和“管理平面”全部一个平面，即所有平面都IP化。

ITU-T焦点组(FGIPTV)于2006年7月的第一次会议上初步确定了IPTV的定义，即在IP网络上传送包含电视、视频、文本、图形和数据等，并提供服务质量／服务感受(QoS／QoE)保证、安全、交互性和可靠性的可管理的多媒体业务。由此可以看出，IPTV是一种可管理的、需要服务质量和安全保证的多媒体业务，一种明显有别于互联网上不可控不可管、质量和安全没有保证状态的流媒体应用。

IPTV技术标准化现状

1．国内

中国通信标准化协会(CCSA)IP与多媒体工作委员会于2005年8月成立了IPTV特别工作组，启动了对IPTV标准的研究和制定工作。参加IPTV特别工作组的单位几乎包含了目前从事IPTV业务运营、开发和研究的国内外所有运营商、制造商和研究机构。

IPTV特别工作组第一阶段的立项有6个：IPTV业务需求、IPTV体系架构、IPTV业务平台与内容平台接口、IPTV业务平台与STB接口、支持IPTV的DSLAM设备及STB设备技术规范等。目前所有6个标准都进入了“报批稿”阶段，有的(如“业务需求”)已结束第一阶段的工作进入了第二阶段的制定工作。

IPTV特别组于2006年5月新启动了“IPTV对承载网的技术要求”、“内容、业务和网络安全”、“网络管理与业务管理”、“业务运营平台”和“终端测试规范”等12个相关标准的研究工作。目前包括“网络管理与业务管理”等部分标准也已经进入了送审稿甚至报批稿阶段。

中国在IPTV业务的实践、研发和标准化方面，与国际保持同步甚至有所超前。2006年5月，在CCSAIPTV特别工作组下面成立了一个“国际标准小组”，专门负责将CCSA的研究成果提交给ITU-T。以信息产业部电信研究院、中国电信、中国网通、华为、中兴、上海贝尔等单位为主，在已经进行的3次会议上累计提交文稿145篇，数量一直据各国之首，质量(采纳率和重要性)也较以往有明显提高，成功地将CCSAIPTV工作组的大量研究成果提交给了ITU-T。同时，在FGIPTV管理层，有1名副主席、3名工作组(联合)组长由中国方面担任，还有多个编辑席位。中国已经成为推动ITU-TFGIPTV工作的最重要的力量。

2．国际

国际上与IPTV标准相关的标准化组织很多，典型的包括ATISIIF、ISMA、DSL论坛、Ipsphere、IETF、ISO／IEC等。他们各自的成员背景、侧重点价值取向和利益等均不相同。下面重点介绍ITU-T的IPTV标准化活动。

ITU-T于2006年4月在日内瓦举行了全球开放式IPTV标准咨询会，决定成立FGIPTV，每3个月举行一次会议，以发起、协调和统一全球的IPTV标准化活动。研究包括ITU-T之外的其他标准化组织和论坛等正在进行的IPTV标准化活动，以及在NGN框架中融入IPTV的问题。

2006年7月举行的第一次FGIPTV会议最大成果是明确了各个IPTV工作组的职责，批准了各个工作组的领导人，启动了每个工作组的工作以及各个工作组的任务，讨论并初步提出了IPTV的定义，并确定了FGIPTV的架构6个工作组。6个工作组分别是：架构与需求(WGI)，QoS与性能(WG2)。业务安全与内容保护(WG3)，IPTV网络控制(WG4)，端系统与互操作性(WG5)，中间件、应用和内容平台(WG6)。

2006年11月举行的第二次会议按照上次会议确定的ToR(TermofReference)和各个工作组的研究范围，继续分组讨论IPTV业务需求和IPTV的体系架构，还涉及IPTV安全、QoE／QoS、网络控制、终端与互操作以及媒体平台与中间件等课题，使得每个工作组都第一次有了输出文档，为每个组的下一步的标准化工作提供了素材。

2007年1月举行的第三次会议在最关键的“业务需求”和“网络架构”两个输出文档上，取得了明显的进展。需求和网络架构的初步确定，为下一步各工作组工作的开展，奠定了坚实的基础。

AVS发展历程

从1952年贝尔实验室Cutler等人进行差分脉冲编码调制(DPCM)技术的研究开始，视频压缩编码技术经历了50余年的发展。在这一过程中，逐渐形成了变换编码、预测编码、熵编码3类经典技术，分别用于去除视频信号的空域冗余、时域冗余及统计冗余。并基于这些经典技术，逐渐形成了以块为单元的预测加变换的混合编码框架。到目前为止，已有的视频编码标准都基于这一框架，包括国际电信联盟(ITU-T)的H.261/3/4视频编码建议以及国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)的MPEG-1/2/4视频编码标准。这些标准及其技术对视频信号提供了一种高效表达方式，使得巨大的视频数据能够在有限带宽下传输以及在有限空间下存储。其中，MPEG-2标准在世界范围内得到了广泛应用，已经成为电视广播应用的基础性支撑标准。但MPEG-2标准制订于1994年，属第一代视频编码技术，近10年视频编码技术的发展，使得MPEG-2标准在新一代IPTV、高清数字电视广播、无线移动媒体通信、流媒体服务等方面的应用上不再高效与经济。新的应用需要新的高效信源编码方案。

数字音视频编解码标准(AVS)标准第2部分：视频(AVS1-P2)[1]的技术规范完成于2003年12月，该标准面向标清高清视频编码应用。AVS视频标准吸收了国内外研究机构近年来的优秀研究成果，属于高效的第二代视频编码技术。相比于MPEG-2标准，编码效率提高2～3倍。如果以AVS视频标准进行标清视频广播应用，可以将MPEG-2标准所需的5～6 Mb/s传输带宽降低到1.5～3 Mb/s。因此，即使在不进行大规模宽带光纤网络升级的情况下，借助于AVS视频技术，IPTV应用也可以在现有家用数字用户线(DSL)网络的2 Mb/s带宽下进行大规模实施。在新的宽带网络上，AVS视频标准将使业务量翻番。

在获得高编码效率的同时，AVS视频标准尽可能保持了低的计算实现复杂度。当编码高清视频信号时，AVS视频获得了与先进视频编码标准AVC/H.264主要档次(Main Profile)相当的编码效率，但解码器的实现复杂度只有其60%～70%。在专利许可方面，AVS通过简洁的一站式许可政策，解决了MPEG-4 AVC/H.264被专利许可问题缠身难以产业化的弊端，并且专利许可费用大大低于国际同类标准。

AVS视频标准高效的技术、简洁的实现方案为其成功应用奠定了基础。但要得到市场认可，还需要其他方面优势的配合。MPEG-4标准没有广泛应用的一个重要原因是过度的专利保护所导致的高额专利费限制了技术的推广。因此，AVS标准制订之初就认真分析了国内外标准和知识产权领域的经验教训，充分考虑知识产权问题对标准推广的影响，定义专利技术被标准接受的基本原则为：为保证标准的先进性，AVS标准不排斥各种专利技术，但专利进入AVS标准必须遵守一定的条件，必须将专利的利益索求限制在一个合理的水平上，以保证标准的公益性。AVS通过简洁的一站式许可方式，解决了MPEG-4 AVC/H.264被专利许可问题缠身难以产业化的弊端。AVS视频标准不同于H.264标准，后者是一个独立的视频标准，而AVS标准是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，这保证了实际应用系统所需的技术完备性。因此AVS视频标准具有技术高效、实现方案简洁，专利许可政策简单、许可费用低廉，相关标准配套的特色。

AVS视频编码技术

1.1混合编码框架

AVS1-P2视频标准采用经典的混合编码框架，如图1所示。此框架与以往视频标准相同，但由于不同标准制订时出于对不同应用的考虑，在技术取舍上对复杂度-性能的衡量指标各不相同，因而在复杂性、编码效率上的表现也各不相同。比如，一般认为H.264的编码器大概比MPEG-2复杂9倍，而AVS视频标准则由于编码模块中的各项技术复杂度都有所降低，其编码器复杂度大致为MPEG-2的6倍，但编码高清序列AVS视频标准具有与H.264相近的编码效率。

在图1所示框架下，视频编码的基本流程为：将视频序列的每一帧划分为固定大小的宏块，通常为16×16像素的亮度分量及2个8×8像素的色度分量(对于4?誜2?誜0格式视频)，之后以宏块为单位进行编码。对视频序列的第一帧及场景切换帧或者随机读取帧采用I帧编码方式，I帧编码只利用当前帧内的像素作空间预测，类似于JPEG图像编码方式。其大致过程为，利用帧内先前已经编码块中的像素对当前块内的像素值作出预测(对应图1中的帧内预测模块)，将预测值与原始视频信号作差运算得到预测残差，再对预测残差进行变换、量化及熵编码形成编码码流。对其余帧采用帧间编码方式，包括前向预测P帧和双向预测B帧，帧间编码是对当前帧内的块在先前已编码帧中寻找最相似块(运动估计)作为当前块的预测值(运动补偿)，之后如I帧的编码过程对预测残差进行编码。编码器中还内含一个解码器，如图1中青绿色部分所示。内嵌解码器模拟解码过程，以获得解码重构图像，作为编码下一帧或下一块的预测参考。解码步骤包括对变换量化后的系数进行反量化、反变换，得到预测残差，之后预测残差与预测值相加，经滤波去除块效应后得到解码重构图像。以上编码框架包含如下关键技术：

帧内预测

多参考帧预测

变块大小运动补偿

1/4像素插值

整数变换量化

高效B帧编码模式

熵编码

环路滤波

1.2AVS关键技术介绍

(1)帧内预测

AVS视频标准采用空域内的多方向帧内预测技术。以往的编码标准都是在频域内进行帧内预测，如MPEG-2的直流系数(DC)差分预测、MPEG-4的DC及高频系数(AC)预测。基于空域多方向的帧内预测提高了预测精度，从而提高了编码效率。AVC/H.264标准也采用了这一技术，其预测块大小为4×4及16×16，其中4×4帧内预测时有9种模式，16×16帧内预测时有4种模式。AVS视频标准的帧内预测基于8×8块大小，亮度分量只有5种预测模式，大大降低了帧内预测模式决策的计算复杂度，但性能与AVC/H.264十分接近。除了预测块尺寸及模式种类的不同外，AVS视频的帧内预测还对相邻像素进行了滤波处理来去除噪声。关于帧内预测技术的详细描述参见文献[2]。

(2)变块大小运动补偿

变块大小运动补偿是提高运动预测精确度的重要手段之一，对提高编码效率起重要作用。在以前的编码标准MPEG-1、MPEG-2中，运动预测都是基于16×16的宏块进行的(MPEG-2隔行编码支持16×8划分)，在MPEG-4中添加了8×8块划分模式，而在H.264中则进一步添加了16×8、8×16、8×4、4×8、4×4等划分模式。但实验数据表明小于8×8块的划分模式对低分辨率编码效率影响较大，而对于高分辨率编码则影响甚微，如图2所示。在高清序列上的大量实验数据表明，去掉8×8以下大小块的运动预测模式，整体性能降低2%～4%，但其编码复杂度则可降低30%～40%。因此在AVS1-P2中将最小宏块划分限制为8×8，这一限制大大降低了编解码器的复杂度。

(3)多参考帧预测

多参考帧预测使得当前块可以从前面几帧图像中寻找更好的匹配，因此能够提高编码效率。但一般来讲2～3个参考帧基本上能达到最高的性能，更多的参考图像对性能提升影响甚微(如图3所示)，复杂度却会成倍增加。H.264最多可采用16个参考帧，并且为了支持灵活的参考图像引用，采用了复杂的参考图像缓冲区管理机制，实现较繁琐。而AVS视频标准限定最多采用两个参考帧，其优点在于：在没有增大缓冲区的条件下提高了编码效率，因为B帧本身也需要两个参考图像的缓冲区。

(4)1/4像素插值

MPEG-2标准采用1/2像素精度运动补偿，相比于整像素精度提高约1.5 dB编码效率；H.264采用1/4像素精度补偿，比1/2精度提高约0.6 dB的编码效率，因此运动矢量的精度是提高预测准确度的重要手段之一。影响高精度运动补偿性能的一个核心技术是插值滤波器的选择。AVC/H.264亚像素插值半像素位置采用6拍滤波，这个方案对低分辨率图像效果显著。由于高清视频的特性，AVS视频标准对1/2像素位置插值采用4拍滤波器[3]，其效果与6拍滤波器相同，优点是大大降低了访问存取带宽，是一个对硬件实现非常有价值的特性。

(5)B帧宏块编码模式

在AVC/H.264标准中，时域直接模式与空域直接模式是相互独立的。而AVS视频标准采用了更加高效的空域/时域相结合的直接模式，并在此基础上使用了运动矢量舍入控制技术[4]， AVS标准B帧的性能比H.264中B帧性能有所提高。此外，AVS标准还提出了对称模式[5]，即只编码前向运动矢量，后向运动矢量通过前向运动矢量导出，从而实现双向预测。此方案与编码双向运动矢量效率相当。

(6)整数变换与量化

AVS视频标准采用整数变换代替了传统的浮点离散余弦变换(DCT)。整数变换具有复杂度低、完全匹配等优点。由于AVS1-P2中最小块预测是基于8×8块大小的，因此采用了8×8整数DCT变换矩阵。8×8变换比4×4变换的去相关性能强，在变换模块，AVS标准编码效率相比H.264提高2%(约0.1 dB)。同时与H.264中的变换相比，AVS标准中的变换有自身的优点，即由于变换矩阵每行的模比较接近，可以将变换矩阵的归一化在编码端完成，从而节省解码反变换所需的缩放表，降低了解码器的复杂度[6]。

量化是编码过程中唯一带来损失的模块。以前典型的量化机制有两种，一种是H.263中的量化方法，一种是MPEG-2中的加权矩阵量化形式。与以前的量化方法相比，AVS标准中的量化与变换归一化相结合，同时可以通过乘法和移位来实现，对于量化步长的设计，量化参数每增加8，相应的量化步长扩大1倍。由于AVS标准中变换矩阵每行的模比较接近，变换矩阵的归一化可以在编码端完成，从而解码端反量化表不再与变换系数位置相关。

(7)熵编码

熵编码是视频编码器的重要组成部分，用于去除数据的统计冗余。AVS视频标准采用基于上下文的自适应变长编码器[7]对变换量化后预测残差进行编码。其具体策略为，系数经过“之”字形扫描后，形成多个(Run，Level)数对，其中Run表示非零系数前连续值为零的系数个数，Level表示一个非零系数；之后采用多个变长码表对这些数对进行编码，编码过程中进行码表的自适应切换来匹配数对的局部概率分布，从而提高编码效率。编码顺序为逆向扫描顺序，这样易于局部概率分布变化的识别。变长码采用指数哥伦布码，这样可降低多码表的存储空间。此方法与H.264用于编码4×4变换系数的基于上下文的自适应变长编码器(CAVLC)具有相当的编码效率。相比于H.264的算术编码方案，AVS的熵编码方法编码效率低0.5 dB，但算术编码器计算复杂，硬件实现代价很高。

(8)环路滤波

起源于H.263++的环路滤波技术的特点在于把去块效应滤波放在编码的闭环内，而此前去块效应滤波都是作为后处理来进行的，如在MPEG-4中。在AVS视频标准中，由于最小预测块和变换都是基于8×8的，环路滤波也只在8×8块边缘进行，与H.264对4×4块进行滤波相比，其滤波边数变为H.264的1/4。同时由于AVS视频滤波点数、滤波强度分类数都比H.264中的少，大大减少了判断、计算的次数。环路滤波在解码端占有很大的计算量，因此降低环路滤波的计算复杂度十分重要。

1.3编码效率对比

以上是从编码模块各个方面认识AVS，从中不难看出AVS视频标准对每项技术都进行了复杂性与效率的权衡，为所面向的应用提供了很好的解决方案，努力降低复杂度，并保证高的编码效率。

表1给出了2005年8月中国国家广电总局广播电视规划院主持完成的AVS1-P2视频标准测试结果，整体结论为性能优良。考虑到目前使用MPEG-2标准实施高清电视广播时，一般使用20 Mb/s的码率；使用MPEG-2标准实施标清电视广播时，一般使用5～6 Mb/s的码率。对照测试结果可以得知，AVS视频码率为MPEG-2标准的一半时，无论是标准清晰度还是高清晰度，编码质量都达到优秀。码率不到其三分之一时，也达到良好到优秀。因此在比MPEG-2视频编码效率提高2～3倍的前提下，AVS视频质量完全达到大范围应用所需的“良好”要求。

表2、表3分别给出了AVS1-P2与MPEG-2标准以及AVS1-P2与MPEG-4 AVC/H.264标准主要档次的客观编码性能对比，结果为相同码率条件下峰值信噪比(PSNR)的增益。可以看出，AVS1-P2相对于MPEG-2标准编码效率平均提高2.56 dB，相比于H.264标准编码效率略低，但平均只有0.11 dB的损失。

MPEG编码标准历程

视频编码从目前业界应用来看主要以MPEG标准族为主，各厂家和不同行业都仿效MPEG标准，出台了一系列参照MPEG标准的行业规范和国家规范，从而使MPEG及其派生的产品应用越来越广。

MPEG-1制定于1992年，主要是针对CIF标准分析率（NTSC制为352×240，PAL制为352×288）的图像进行压缩，视音频信息经过压缩后的数据码率最大为1.5Mbit/s，主要应用在CD-ROM、Video-CD等数字媒体上进行存储，也可以在局域网、ISDN网上进行视音频信息的传输。

MPEG-2制定于1995年，该标准主要针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率可达100Mbit/s。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。

MPEG-4于1998年定案，随后该标准仍在不停发展和补充。它的特点是更适于交互式AV服务及远程监控，是一个有交互性的动态图像标准。它可以将较大的媒体文件在保证视音频质量下压缩得非常小，利于在网络中传播,因此MPEG-4被ISMA作为流媒体技术标准。目前已经有很多编解码器都是参照MPEG-4标准，如WMV9、Dvix等。

MPEG-4编码标准技术

MPEG-4标准由6个主要部分构成：

（1）多媒体传送整体框架（DMIF，TheDeliveriesMultimediaIntegration Framework）

DMIF主要用于解决交互网络中、广播环境下及磁盘存储应用中多媒体应用的操作问题，通过传输多路合成信息来建立客户端和服务器端的连接与传输。

（2）数据平面

（3）缓冲区管理和实时识别

MPEG-4定义了一个系统解码模式，该解码模式描述了一种理想的处理比特流句法语义的解码装置，它要求特殊的缓冲区和实时模式，通过有效地管理，可以更好地利用有限的缓冲区空间。

（4）音频编码

MPEG-4不仅支持自然声音，而且支持合成声音。MPEG-4的音频部分将音频的合成编码和自然声音的编码相结合，并支持音频的对象特征。

（5）视频编码

与音频编码类似，MPEG-4也支持对自然和合成的视觉对象的编码。合成的视觉对象包括二维、三维动画和人面部表情动画等。

（6）场景描述

MPEG-4提供了一系列工具，用于组成场景中的一组对象，并提供一些必要的合成信息组成场景描述。

MPEG-4标准仍在不停发展，目前比较受瞩目的就是MPEG-4（Part10），即H.264标准的研究。H.264标准是由ISO/IEC和ITU-T两大国际标准化组织共同制定的面向实际应用的视频编码新标准。它具有一系列优于MPEG-4（part2）的新特性，可适应更高图像质量和低码速率应用的需求。

在相同的重建图像质量下，H.264比H.263+和MPEG-4（SP）减小50%码率，而且对网络传输具有更好的支持功能，它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输；同时，具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输；此外，能适应不同网络传输，网络亲和力强。

MPEG-4AVC/H.264编码的应用

正如MPEG-4AVC/H.264的特性，将来在多媒体业务里将有广泛应用：

（1）目前世界一些电视组织及媒体运营商纷纷选择H.264作为媒体格式标准，例如（DVB）欧洲标准组织、美国ATSC、韩国DMB及日本的ISDB-T已批准MPEG-4AVC/ H.264 用于广播电视。

（2）众多主流编码器厂家（如：哈雷、Skystream、科学亚特兰大、Tandberg、汤姆逊、Optibase等）支持H.264，已有产品进入商业应用，而且大多数编码器厂家将推出基于H.264的高清编码器。

（3）H.264新一代DVD的标准，得到大部分内容供应商的认可，目前两大下一代DVD格式的竞争对手（HD-DVD格式和Blu-ray光盘格式）都在定义H.264/AVCHP（HIGHPROFILE）作为必选项支持。

（4）随着目前IPTV业务的发展，H.264标准将成为电信运营商选择的终极媒体格式，同时国内外设备厂家纷纷推出支持H.264标准的机顶盒。

（5）H.264在编码中引入了抗误码的功能，最适合有噪声的无线传输环境，H.264标准被3GPP采纳为移动视频压缩标准。

IPTV技术将现有的语音业务，数据业务和宽带视频业务结合起来，终端用户只需一种接入即可享受多种业务服务，其充分的交互性、业务的新颖性、丰富性和差异性,将极大地满足用户日益增长的娱乐消费需求。

基本概念

宽带视频（IPTV， internet protocol television，以电视机为终端，以IP作为传输技术的新型互动的视听业务和其他增值业务的总称），也叫交互式网络电视，是一种以家用电视机或计算机为显示终端，集互联网、多媒体和通信等多种技术于一体，通过互联网提供包括电视节目在内的多媒体服务业务。它充分利用了宽带网络的基础设施，例如IP机顶盒为终端、电视机为显示设备、遥控器为输入设备、宽带IP为传输网络，通过互联网协议(IP)向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务，用户在家中就可以享受IPTV服务。这种应用有效地将电视、通信和计算机3个领域结合起来。其优势在于实现真正的互动，不但能接收广播信号，也能实现用户与SP的互动。而且由于使用的是TCP/IP协议，IPTV非常容易将电视服务、互联网浏览、电子邮件收发以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务等功能结合在一起，给用户带来全新的交互式视频内容享受，同时使ISP网络服务获得增值。因此这项技术在未来的竞争中处于优势地位。

技术分析

IPTV的主要技术包括：视频编解码技术、IP网的播放方式、节目采集、存储和服务、节目传送、接收、存储、播放及转发等技术，这些技术目前仍处于不断发展之中。下面本文将对这些技术做一些简要的介绍。

视频编解码技术

视频的信源编码技术是IPTV的最关键技术之一，适用于IPTV信源编码技术标准有MPEG-4、H.264和WMV9等几种，其特点各不相同。

MPEG-4由MPEG制订，于2000年经ITU和ISO批准为国际视频信源编码/压缩标准。在数字电视技术中，MPEG-4是MPEG系列中发展潜力最大的一个。在IPTV中应用的是MPEG-4 Part2 (MPEG-4的第二部分)，MPEG-4是作为一个国际化的标准来研究制定的，所以在支持交互应用的同时，能与原格式(如：JPEG，MPEG- 1，MPEG- 2，H .261和H.263)反向兼容，具有很强的兼容性；MPEG-4"算法"出的数据量仅为MPEG-2的十一分之一，比其它数字视频编码技术提供了更高的压缩比。更重要的是MPEG-4在提供高压缩比的同时，对数据的损失很小，也就是说MPEG-4在较低的数据率下，还能够提供相当高的视频图像质量。

H.264是2003年7月经ITU批准通过的国际视频信源编码/压缩标准，是由ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG联合视频组JVT开发的，它既是ITU-T的H.264；也是ISO/IEC的MPEG-4 Part10(MPEG-4的第十部分)；又是一些行业协会所称的MPEG-4AVC标准。H.264 最大的特点或最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2～3倍，比MPEG-4高1.5～2倍，总体节省码率在50%以上。因此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。IPTV系统传输要达到DVD的画面质量，在MPEG-2需要6Mbps的传输速率匹配时，H.264只需要1Mbps-2Mbps的传输速率。

WMV9是微软开发的视频信源编码/压缩技术系列中最新版本的独有标准。由于微软在PC操作系统中大力支持WMV系列版本，从而WMV9在PC领域的桌面系统中得以迅速普及。在性能上，WMV9的数据压缩率与H.264一样。实验数据表明，同样是2小时的HDTV节目，如果使用MPEG-2最多只能压缩至30GB，而使用H.264,W MV9这样的高压缩率编码器，在画质丝毫不降的前提下都可压缩到15GB以下。WMV9的优势不仅在于微软的大力支撑，同时还具有推出时间更早、实际应用更广两大优势。相比而言，H.264的商用化进程落后一些。不过由于H.264是国际标准，因而得到更多厂商的支持。很多专家认为，采用WMV9的商业风险大大高于H.264，毕竟WMV9只属于一家垄断性的企业。

IP网的播放方式

IPTV视频流在终端用户看来有单播和组播2种接收方式。单播接收具有个性化，接收的内容和时间取决于用户，具有实时交互特点；而组播接收是非交互型的，从用户的角度看是被动的，用户对内容的选择只限于所提供的频道。然而，就视频流传播的有效性方面上来看，这两种方式的视频流在IP网上传送属于不同的技术范畴，组播接收方式对IP网络提出了组播功能要求；点播接收方式要求IP网络能有效地将视频流推送到用户接入网络(VDN/CDN)。

节目采集、存储和服务

IPTV前端一般要完成节目采集、存储和服务功能。节目采集包含节目的接收(如从卫星、CATV网、地面无线和IP/ATM 网络等)、节目的压缩编码或变换编码(Transcoding)及格式化、加密和DRM 打包，以及节目的生成等。而节目存储和服务，则对经节目采集程序处理后生成的节目进行大规模地存储或播送服务。这里的播送服务不仅要将加密的视音频流媒体节目，以IP单播或组播的方式，从视频服务器播送出去，而且还要对用户或用户终端设备进行认证(Authentication)，并从DRM 授权/密钥服务器(DRMlicenseserver)，向被认证的用户或用户终端设备传送DRM 授权/密钥，使用户能够对已接收的加密视音频流媒体节目进行解密和播放。

IPTV节目制作中心部分包括：编码系统，基于H.264的编码器，可以嵌入多种编辑转码软件，实现制作和转码；节目生产管理，对节目生产的全过程进行管理和监控，保证节目制作的质量。同时进行版权管理，实现与内容提供商的合同管理。实时直播系统，支持H.264节目的实时压缩。

IPTV运营中心网点链接服务器将制作完成的节目(包括节目内容、节目信息相关图片)分别传送到节目管理系统和流媒体服务器，同时支持运营节点将视频流分发到边缘流媒体服务器。IPTV接入门户(流媒体服务器插件)主要完成IPTV机顶盒的访问认证，支持IPTV机顶盒检索节目内容和访问媒体内容的进行链接，同时完成计费数据的采集等功能。

节目传送

IPTV系统的节目传送功能,是由IP骨干网、IP城域网、有线电视前端或电信中心站，以及相应的宽带接入网络完成的。对以IP单播或组播方式发送的视音频流媒体节目流进行路由交换传输，是IP骨干网和IP城域网在IPTV系统网络中要发挥的基本功能。

为了保证所传送的IPTV节目流的质量和实时收看性，IP骨干网和IP城域网通常要采用各种不同的IPQoS技术，如Diffserv和MPLS等。此外，为了提高对IPTV节目流点播的响应和传输实时性，以及解决或减缓IPTV点播请求的冲击性和波动性对IPTV 前端设计容量所造成的压力，IP骨干网和IP城域网上普遍采用了内容分送网络技术。IP骨干网和IP城域网也可以采用不同的低层物理网，以IPoverSDH/SONET(即packet overSDH/SONET)、IP over ATM 或IP over DWDMoptical(如千兆/万兆光以太网)的方式提供传输服务。有线电视前端或电信中心站则根据相应的宽带接入网络，如CableModem 网络或DSL网络，将IP视音频流媒体节目流以IPoverDOCSIS或IPoverDSL的方式，通过放在有线电视前端的CMTS鉴定或电信中心站的DSLAM 设备，向用户发送出去。有线电视前端或电信中心站还往往配备有视音频流媒体节目流内容服务器和DRM 授权/密钥服务器,具有节目存储和服务功能。

接收、存储、播放及转发

IPTV用户终端设备被用来接收、存储、播放及转发IP视音频流媒体节目。基本型IPTV 用户终端设备的硬件没有内置CableModem 或DSL Modem，只提供一个以太网接口，需与外部的CableModem、DSLModem或以太网HUB相接。集成式的IPTV用户终端设备则内置CableModem 或DSL Modem，可与CableModem 或DSL 宽带网络直接相连。高端IPTV用户终端设备还带有内置硬盘，可以提供IPTV DVR(数字录像)功能，甚至支持IEEE802.11无线联网功能，能将受DRM保护的IP视音频流媒体节目通过无线传输给其他设备，如PC机等。一个IPTV用户终端设备必须带有IPTV系统所使用的DRM 技术之客户端软件。为了使IPTV系统成为一个开放式的业务平台，IPTV用户终端设备通常还使用了中间件软件。最后，EPG、用户管理、媒体资产管理、收费及各种应用业务的相关软件,也是IPTV系统必须具有的部件。

关键问题分析

以专业机顶盒加电视机为终端、以宽带IP作为传输技术、以视听业务为主，集即时通讯、游戏、信息服务为一体的IPTV业务引起了固网运营商的极大兴趣。从2004年下半年开始，国内运营商加快了IPTV试点建设的步伐，同时在广东、上海、江苏、陕西、云南、北京、天津、福建等地展开了建设。IPTV系统在建设过程中遇到了诸多技术问题。下面主要就其中的两个关键问题，即CDN节点存储问题和直播QOS问题展开分析。

CDN节点存储问题

VOD作为IPTV的基础业务，由于丰富的片源是保证该项业务运营成功的关键因素之一，因此，片库系统需要海量存储。同时，为了便于各运营商系统共享片源，片库存储一般采用NAS系统，通过通用互联网文件系统(common internet file system, CIFS)方式进行文件共享。目前，电信级的IPTV CDN节点的存储方案宜选用SAN方案。该方案多个刀片通过光通道交换机共享多个磁盘阵列。本方案优点为：扩展性好；可靠性高；服务能力和I/O处理能力可达到很好的均衡；软硬件技术成熟，简单易实现。其缺点为：成本较高，需要增加FC交换机，但随着技术进步，FC交换机已越来便宜。

直播QoS问题

视频信号输人编码器先进行编码，然后把已流化的IP码流传输到流媒体服务器，再经流媒体服务器转换成组播流向机顶盒播出。如今编码器和流媒体服务器都是挂接在城域网中，由于目前城域网的负荷一般较轻，网络线路质量也较好，通常不会产生丢包，故两者之间一般采用用户数据报文协议(userd atagram protocol,UDP)传输即可。不过，如网络情况不太好，则需采用传输控制协议(transmission control protocol, TCP)传输。流媒体服务器与机顶盒之间一般采用单向的UDP组播。对机顶盒而言，为了适应IP网络的时延抖动，一般必须配置缓存。视频信号从编码器输人到机顶盒解码输出视频信号之间的延时一般要求在5s以内。频道切换时间如不进行优化处理，将达到3-4s，这将不能满足用户体验要求。同时，还必须解决在宽带接人网承载IPTV业务时，发生的组播丢包问题。

解决QoS问题主要采取以下措施：

（1） 流媒体服务器对每个频道的码流进行缓存，缓存时间建议为8s，一个2M码流的频道需要2MB的内存缓存；流媒体服务器延时1s播出组播流。

（2） 在机顶盒和流媒体服务器之间建立并保持一条常设的TCP重传通道；机顶盒自动检测组播丢包，并通过重传通道要求流媒体服务器重传丢失的包。

（3）机顶盒的解码缓存设置应大于5s；频道切换时，机顶盒先通过重传通道从流媒体服务器的缓存中，以大于解码速度的码速得到最近或次近的I帧及后续帧序列，这样得到的码流将比组播流至少滞后一个I帧，而机顶盒在接到第1个I帧后，随即开始输出视频而不等待缓存。此时，由于传输速度大于解码速度，因此机顶盒的解码缓存将逐渐被充满，且会逐渐把流媒体服务器的缓存消耗殆。为此，在单播流发送最新的码流数据尽时(此时单播码流已经比组播流超前)，需指示机顶盒切换为接收组播流。由于开始接收的组播数据与原单播数据重复，因而被丢弃，直至接收到序列号新数据，这样就达到了平滑衔接。

结束语

IPTV技术的优势是很大的。目前，电信行业宽带用户数达数千万，其中ADSL用户占据了宽带市场的80%，增长率超过190%。ADSL成为宽带接入的主流，表明借助宽带接入技术开展IPTV业务存在巨大的潜在用户群。由于IPTV业务的开展主要基于宽带IP网，因此技术体系简单，交互性好。借助互联网信息资源优势，图文信息来源丰富。并且得益于MPEG-4、H.264等视频压缩技术的发展，视频编码效率的提高，现有带宽条件下的视频质量会迅速提升，有效节省了网络带宽。

目前IPTV 技术还存在许多不足之处，受线路质量及DSLAM 设备的影响，存在速率低、选线率低、有效传输距离短、丢包率高、QoS无法保证、安全性差等问题，解决了这些问题，必将迎来宽带视频业务的大发展。