數(shù)字接入技術(shù)在IPTV系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

摘要：數(shù)字接入技術(shù)是IPTV系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)IPTV系統(tǒng)的常見接入方式進(jìn)行分析和比較，指出各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并明確IPTV系統(tǒng)接入技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：IPTV系統(tǒng)；數(shù)字接入；應(yīng)用

1、IPTV技術(shù)綜述

1.1 IPTV系統(tǒng)組成

（1）實(shí)時(shí)節(jié)目收集系統(tǒng)。實(shí)時(shí)節(jié)目主要包括：衛(wèi)星傳輸節(jié)目、閉路電視傳輸節(jié)目以及實(shí)時(shí)采編節(jié)目。通過衛(wèi)星接收機(jī)接受衛(wèi)星節(jié)目、網(wǎng)絡(luò)適配器接收閉路電視節(jié)目并輸出MPEG的Ts流，將衛(wèi)星接收機(jī)和閉路電視輸出的MPEG標(biāo)準(zhǔn)TS流，輸入轉(zhuǎn)碼設(shè)備轉(zhuǎn)換為MPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮碼流，再播出。實(shí)時(shí)采編的節(jié)目，則通過符合MPEG標(biāo)準(zhǔn)的IP編碼器輸入流媒體服務(wù)器完成節(jié)目的播出。

（2）VOD存儲(chǔ)播出系統(tǒng)。VOD視頻點(diǎn)播是IPTV系統(tǒng)的主要亮點(diǎn)，IPTV可以與目前比較成熟的rOD視頻點(diǎn)播系統(tǒng)進(jìn)行連接，同時(shí)IPTV也可以利用存儲(chǔ)播出系統(tǒng)將采集的實(shí)時(shí)節(jié)目進(jìn)行存儲(chǔ)，以便于那些不方便及時(shí)收看節(jié)目的觀眾可以擇時(shí)收看節(jié)目。

（3）用戶收視系統(tǒng)。用戶可以通過使用聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)和帶IP機(jī)頂盒的電視機(jī)就可以完成節(jié)目的收看。

（4）節(jié)目輸出系統(tǒng)。節(jié)目的傳輸，可使用節(jié)省寬帶的IP多點(diǎn)發(fā)送方法即“組播”方式通過各級(jí)交換機(jī)采取“一發(fā)多收”方式發(fā)送節(jié)目，即為每個(gè)節(jié)目發(fā)送與用戶數(shù)目無關(guān)的數(shù)據(jù)流，并不增加寬帶的負(fù)載。

1.2 IPTV系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）遵循IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括UDP和TCP上的RTP、RTSP、RTCP等。（2）統(tǒng)一集中的系統(tǒng)管理平臺(tái)，真正實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)之間的無縫結(jié)合。（3）支持多種軟硬件平臺(tái)、多種流媒體格式和多種終端的接收、播放。（4）大容量，高并發(fā)性能，可實(shí)現(xiàn)并發(fā)流瞬時(shí)切換功能。（5）實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，完善的網(wǎng)絡(luò)IP點(diǎn)播與網(wǎng)絡(luò)IP廣播功能。（6）靈活智能的內(nèi)容分發(fā)與調(diào)度，網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率高，并可充分滿足大規(guī)模用戶的應(yīng)用擴(kuò)展需要。（7）具有良好的擴(kuò)展性、靈活性和可靠性。

1.3 IPTV系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

（1）流媒體技術(shù)。流媒體（Streaming Media，也稱流式視頻Streaming vide0）技術(shù)，是一種在互聯(lián)網(wǎng)上以實(shí)時(shí)的、無需下載等待的方式播放音、視頻等多媒體的技術(shù)。支持采用流式傳輸及流式播放的媒體格式是流媒體的文件格式。將視頻、音頻等多媒體文件經(jīng)過特殊的壓縮方式分成多個(gè)壓縮包，由視頻服務(wù)器向用戶computer連續(xù)、實(shí)時(shí)傳送的方式是流式傳輸方式。

（2）組播技術(shù)。組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)發(fā)送人發(fā)送單獨(dú)的數(shù)據(jù)包到多個(gè)接收人的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。組播能使一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)源把數(shù)據(jù)包送到特定的組播網(wǎng)，能接收到數(shù)據(jù)包的主機(jī)必須加入該組播網(wǎng)。在IPTV里，運(yùn)用組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)帶寬并不隨著用戶數(shù)量成倍的增加而增加，由于無論目的地址總共有多少個(gè)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都只傳送單一的數(shù)據(jù)包到任何一條鏈路上，即所謂“一次發(fā)送，組內(nèi)廣播”。數(shù)據(jù)傳送效率被組播技術(shù)提高了，主干網(wǎng)降低了擁塞的可能性。

（3）視頻編碼技術(shù)。多媒體通信的信息量非常大，尤其是vido數(shù)據(jù)，其編碼技術(shù)會(huì)非常影響業(yè)務(wù)質(zhì)量，因此是多媒體的一個(gè)重要特點(diǎn)。應(yīng)用于帶伴音的數(shù)字活動(dòng)圖像的壓縮編碼是MPEG-1，MPEG-1通常用于VCD，碼率為1.5Mbps；應(yīng)用于專業(yè)級(jí)的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)是MPEG-2，其碼率一般從3Mbps-80Mbps，適用于廣播級(jí)的數(shù)字電視的編碼和傳送的是MPEG-2。MPEG于1990年代末又發(fā)布了MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)草案，為適應(yīng)靈活傳輸?shù)木W(wǎng)上媒體，MPEG-4是基于音、視頻對(duì)象的可分級(jí)編碼技術(shù)，其碼率可從5Kbps-2Mbps的范圍變化，它的技術(shù)功能綜合了數(shù)字電視、交互圖形學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

2、數(shù)字接入技術(shù)在IPTV系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

目前四種較為主流的接入方案是：數(shù)字用戶線（DigitalSubscriber Line，DsL）、光纖同軸電纜混合網(wǎng)（Hybrid ofFiber and Coax，HFC）、千兆以太無源光網(wǎng)絡(luò)（Gigabit EthernetPassive Optical Network，GEPON）和無線接入方案。

2.1 數(shù)字用戶環(huán)路接入方案

數(shù)字用戶環(huán)路是基于普通電話線的寬帶接入技術(shù)，在同一對(duì)銅線上分別傳送數(shù)據(jù)和語音信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)并不通過電話交換設(shè)備，從而減輕了電話交換機(jī)的負(fù)擔(dān)。數(shù)字用戶環(huán)路系統(tǒng)主要由局端設(shè)備和用戶端設(shè)備組成數(shù)字用戶環(huán)路技術(shù)中主要包括非對(duì)稱數(shù)字用戶線（ADsL）、高比特率數(shù)字用戶線（HDSL）、甚高速數(shù)字用戶線（vDSL）等多種，主要區(qū)別在于上下行鏈路的對(duì)稱性以及傳輸速率和有效距離有所不同，其中ADSL2+的接入范圍為6.5km以內(nèi)，理論最大下行速率24Mbps，上行1Mbps；VDSL的接入范圍為800m以內(nèi)，其傳輸速率也取決于傳輸線長(zhǎng)度，理論最大下行速率為52Mbps，上行2.3Mbps；HDSL的接入范圍為4km以內(nèi)，其最大上傳和下載速率為2.3Mbps，最小上傳和下載速率為1.544Mbps。

2.2 光纖同軸電纜混合接入方案

光纖同軸電纜混合接入技術(shù)是以現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用模擬頻分復(fù)用技術(shù)，綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、射頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)所產(chǎn)生的一種寬帶接入網(wǎng)技術(shù)。同軸電纜不是星型結(jié)構(gòu)，而是采用樹型結(jié)構(gòu)，通過分支器連接到終端用戶。

2.3 千兆以太無源光網(wǎng)絡(luò)接入方案

在多種網(wǎng)絡(luò)電視寬帶接入方案中，千兆以太無源光網(wǎng)絡(luò)是將以太網(wǎng)與無源光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起形成的能夠很好適應(yīng)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入方式。千兆以太無源光網(wǎng)絡(luò)支持多種速率等級(jí)以及不對(duì)稱速率，能在無源光網(wǎng)絡(luò)上傳送高速以太數(shù)據(jù)，視頻和時(shí)分復(fù)用業(yè)務(wù)，同時(shí)具有相對(duì)較好的性能。

2.4 WMiAx無線接入方案

網(wǎng)絡(luò)電視網(wǎng)絡(luò)的終端除了個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）終端還包括移動(dòng)終端，其中WMiAx技術(shù)能夠提供2Mbps左右的寬帶以滿足網(wǎng)絡(luò)電視的接入要求。同時(shí)，WMiAX支持一定速度下（120km/h）接入的移動(dòng)WMiAX（802.16e）目前也開始逐步受到關(guān)注。移動(dòng)WMiAx終端形式趨向多樣化，包括固定式、便攜式和手持式終端，用戶可以支持達(dá)120km/h的移動(dòng)速度下接入。

3、IPTV數(shù)字接入技術(shù)比較

為了能夠根據(jù)不同的環(huán)境選擇合理的接入方式，下面對(duì)上面四種接入方案中的各種性能進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較，其中包括上行帶寬、下行帶寬、理論最高速率、傳輸方式、傳輸技術(shù)、穩(wěn)定性等。從多個(gè)方面比較，我們可以看出這些方案都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，這樣我們?cè)谶M(jìn)行接入方式選擇的時(shí)候，需要根據(jù)自身的要求以及環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，合理的選擇接入方式。

對(duì)于數(shù)字用戶環(huán)路方案來說，雖然受到傳輸距離、干擾以及單點(diǎn)失效等多個(gè)方面的約束，但是由于其采用了星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得采用這種方式接入網(wǎng)絡(luò)電視的用戶能夠獲得比較好的安全性，同時(shí)由于數(shù)字用戶環(huán)路是目前用戶普及率最高的接入手段，所以數(shù)字用戶環(huán)路方式將是大多數(shù)家庭用戶的選擇。

對(duì)于光纖同軸電纜混合接入方案來說，雖然接入網(wǎng)絡(luò)電視系統(tǒng)需要對(duì)用戶線路的改造投資非常小、抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)理論上、下行接入速率比較高，但是由于光纖同軸電纜方案采用了共享結(jié)構(gòu)，當(dāng)用戶數(shù)量上升之后，接入的速率會(huì)隨之下降，此外這種方案在安全性能以及管理等方面依然存在缺陷，這樣光纖同軸電纜方案并不適用于用戶數(shù)量大、對(duì)保密性要求高的場(chǎng)合。

千兆以太無源光網(wǎng)絡(luò)方案的各方面性能都比較優(yōu)越，但是其投資成本比較大，從一定程度上限制了這種接入方案的發(fā)展。但是隨著器件價(jià)格的不斷下降，這種方案的優(yōu)勢(shì)將會(huì)越來越明顯。

WMiAX作為無線接入方式的典型代表其特點(diǎn)非常明顯，相比于有線網(wǎng)絡(luò)，無線接入的靈活性更高，并且在wMiAX協(xié)議中，組播以及服務(wù)質(zhì)量等相關(guān)的性能也都得到了明顯的改善，使得這種終端能夠滿足網(wǎng)絡(luò)電視接入的要求，作為除了個(gè)人計(jì)算機(jī)之外的另外一種網(wǎng)絡(luò)電視終端系統(tǒng)，WMiAX將起到很好的補(bǔ)充作用。

4、結(jié)論

隨著IPTV系統(tǒng)應(yīng)用的逐漸發(fā)展，各種需要實(shí)時(shí)雙向交互的業(yè)務(wù)將不斷出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的瓶頸將主要出現(xiàn)在用戶的接入端。本文在分析IPIV系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)四種常見的在上下行速率、覆蓋范圍、可靠性以及穩(wěn)定性等多個(gè)方面對(duì)當(dāng)前常用的接入方式進(jìn)行了比較。在IPTV系統(tǒng)發(fā)展的初期，將采用光纖傳輸作為主要傳輸方式，同時(shí)將其他各種接入方式，例如局域網(wǎng)等，與光纖傳輸進(jìn)行融合來滿足用戶的接入帶寬；從長(zhǎng)期來看，基于光纖的接入方式將占有主導(dǎo)地位，而同時(shí)無線接入以及其他各種接入方式將作為非常重要并且有效的補(bǔ)充方式。