基于IP網絡IPTV技術的應用研究

深圳國微技術有限公司　麥向陽

基于IP網絡IPTV技術的應用研究

深圳國微技術有限公司麥向陽

IPTV是近年來面向廣大民眾的一種技術形式，筆者通過本文簡介一下當前比較新穎的IPTV概念，分析一些IPTV中存在的較為技術性的問題，并且基于IP技術提出當前IPTV較為合適的容器封裝技術ISOBMFF技術，通過這種技術實現電腦、手機、電視等終端上的畫面實時傳輸，希望能夠為日后IPTV這種較為新鮮的技術成為使用更加廣泛的技術而做出貢獻。

IPTV；IP；ISOBMFF；網絡；技術應用

0　前言

近年來，隨著計算機技術和網絡技術的不斷進步，各種網絡軟件或者網絡平臺為已經深入到我們日常生活的各個部分，IP技術（Internet Protocol）是一種計算機網絡通信過程中的一種協議，最近幾年，隨著數字技術的發展，網絡技術與數字技術在不斷的結合而呈現出更加新型的服務模式，就是現在我們常說的IPTV（網絡電視）的形式。IPTV的優勢就是能夠獲取大量的資源并且通過快速、準確的數據傳輸而傳至用戶的使用終端上，相較于傳統的信號傳輸，IPTV技術是一種更好的適用于多元化技術終端的一種技術。

1　相關概念和介紹

IP協議是因特網中所有在網設備之間進行數據通訊和數字傳輸的一種協議準則，它的要求是雙向的，數據的發出方和接收方都要遵守這項協議。

數字電視也叫作數位電視或數碼電視，通常情況下在信號的采集、生成、制作、發射、傳輸、接收、轉碼等幾個環節中，信號形式都是采用二進制數字模式的信號，相較于閉路電視等其他信號傳輸手段，數字信號的保真度比較高，同時傳輸速率和技術難題都具有一定的優勢。

IPTV即交互式網絡電視，是一種利用寬帶網，集互聯網、多媒體、通訊等技術于一體，向家庭用戶提供包括數字電視在內的多種交互式服務的嶄新技術。它能夠很好地適應當今網絡飛速發展的趨勢，充分有效地利用網絡資源。IPTV既不同于傳統的模擬式有線電視，也不同于經典的數字電視。因為，傳統的和經典的數字電視都具有頻分制、定時、單向廣播等特點；盡管經典的數字電視相對于模擬電視有許多技術革新，但只是信號形式的改變，而沒有觸及媒體內容的傳播方式。用戶在家中可以有三種方式享受IPTV服務：計算機、網絡機頂盒或普通電視機、移動終端。IPTV是數字化技術和網絡技術結合的具備一定代表性的科技產物，在年輕人群中更受青睞。

封裝格式（也叫容器）就是將已經編碼壓縮好的視頻音頻軌按照一定的格式放在一個文件中，封裝常見的格式包括ts，avi，mpg，mov，mkv。

ISOBMFF（ISO Base Media File Format， iso基媒體文件封裝格式）是能夠滿足多種標準下的視頻封裝格式，是由MOV格式擴展發展而來。ISOBMFF定義了一種基于時間的音視頻多媒體文件一般結構，定義為一種靈活、可擴展的格式，便于互換、管理、編輯和展示媒體資料。展示方式可以在本地、通過網絡、或其他流傳遞機制。文件格式是設計為獨立于網絡協議，適用于其他媒體文件格式的基礎。

2　基于IP技術的IPTV服務實現難點

2.1缺乏統一化規定

統一化規定既包含解碼標準的統一，也包含封裝格式的統一。

目前我國現行的IPTV解碼標準很多，例如mpeg-4、AVS、H.264等，這些標準雖然各具特色，但是實現標準統一從某種程度上是推廣某項技術或服務的先決條件。因為標準不同對硬件、傳輸、信號制作、解碼等方面的硬件和軟件要求都不同，會造成大量的資源浪費，掣肘著我國IPTV普及的進度。

目前的IPTV使用的封裝格式很多，例如AVI、MKV、FLV、MOV、 MP4、RM/RMVB、WMV等，這些格式多半是部分運營商或者IT企業為了搶占市場或者適應更好的某些軟件和平臺而推出的封裝格式。然而不同格式之間都存在著一些差異，要求客戶的終端解碼軟件要針對不同格式都有比較好的適應性，這也是當前視頻和音頻文件格式繁雜的現狀。

2.2缺乏良好的網絡環境

因為IPTV更強調實時性，網絡環境的好壞則會直接影響信號傳輸的穩定和時效性，我國當前的網絡環境建設尚未達到發達國家水平，但是自我國各級領導人不斷對網絡的關注和要求開始以來，我國開始了大范圍的提速降費工程，也是為構建我國良好的網絡環境打下了基礎。隨著4k視頻在國外軟件Youtube上大范圍應用開始，我國國內的網絡視頻也逐步走向了4k時代，但是基礎網絡的數據傳輸過程中因為網絡上下行數據的差異性可能導致丟包現象，丟包率對視頻的直接影響就是用戶觀看過程如果丟包率過高，選擇不同的視頻壓縮算法、不同的視頻清晰度等體驗效果都較差，所以在視頻信號進行封裝的過程中一定要選擇較為合適的封裝協議和封裝方法，在某種程度上可以客服丟包給客戶帶來的不良觀看體驗。這些高畫質的信號需要的網絡環境更加苛刻，這也是一個需要我國網絡長期解決的問題。

2.3缺乏互通性

雖然我國的IPTV在目前發展上已經做到了手機端、電視端、計算機終端的軟件一致，但是往往平臺卻不是使用相同平臺，或者使用不同信號源。同時不同的終端廠商、不同的解碼方式等都會給當前的IPTV推廣造成一部分附加難度。

2.4信號穩定性欠佳

現在我國IPTV使用者已經呈逐年上升的趨勢，面對這種用戶量暴增的情況，各大廠商和網絡運營商尚未做好充足的準備，我們經常遇到卡頓、清晰度不足等現象，都是由于某些時段大量用戶使用同一信號源造成的信號穩定性變差導致的。

3　基于IP網絡的IPTV技術探討

當前的IP網絡運營商通常會提供如下幾種網絡架構：

（1）DPT（RFC 2892）/RPR（802.17）。這種技術方式是當前使用過程中被絕大多數視頻音頻傳輸工作者認同的。這種技術使用過程中普遍認為具備速度較快、安全性較高、信號穩定性較高、并且全面支持組播、維護成本較低等特點，綜合起來被廣大服務提供商認可。

（2）GE/L3SW。這種網絡技術不太適用于大范圍使用的網絡，因為其管理成本和投資成本在大局域網布設的時候較高。但是相對來說，這種架構在小型局域網上更具備經濟性，初期的投資較低，小型局域網的運營維護也相對簡單，更加適用于小區、公司等地。

（3）純路由網絡。這種網絡的特點是類似于金字塔結構，等級比較清晰，而且各個等級之間提供的業務功能也全面，同時不同的層級也代表著投入費用的高低，更便于視頻運營商選擇，而且隨著網絡的不斷發展，租賃形式的出現更是充分的利用了這一網絡。

（4）MPEG-2TS over IP。IPTV技術中視頻流和音頻流的傳輸一般采用兩種方式，第一種方式是將音頻和視頻分開傳輸，但是這種技術在傳輸過程中極易因為網絡問題導致“聲話不同步”現象。第二種為視頻音頻的復用傳輸，通常的傳輸方式是MPEG-2TS over IP，這種傳輸方式實現相對簡單，也具備更好的傳輸效果，這種技術的定義標準是MPEG-2（ISO/IEC13818-1），媒體數據經過MPEG-2TS封裝后利用TCP/IP協議封裝成IP數據包，進而在IP網路中進行傳播，用戶下載后即可獲得相應的視頻音頻文件。TS包數據長度通常是固定值（188字節），傳輸過程由于網絡的原因或者硬件原因造成丟包后，客戶的數據接收端可以檢測下一數據包的同步信息，避免長時間的音頻或者視頻丟失現象。簡單來說TS碼流封裝過程是將原始的視頻、音頻數據按照網絡情況進行合適尺寸的分割，使之成為ES流，然后附加信息形成PES包，按照一定的協議規則將PES包與系統信息進行融合，形成TS包，多個TS包即形成了完整的TS碼流。PES包通常是新源編碼器生成的，其中包括碼率、定時、數據描述等編碼器信息，同時也包含包頭、起始碼等。如圖1所示。

圖1　MPEG-2復用層次示意圖

MPEG-2在音頻視頻同步傳輸過程中利用了系統時鐘的時間標簽分別在ES，PES，TS三個層次中，ES層同步利用視頻緩沖驗證來實現，有效地防止解碼器的緩沖器出現上溢或者下溢。PES層利用顯示時間戳和解碼時間戳的方式實現同步，TS層中利用節目時鐘參考。所以PTS是一種帶有通知性質的圖像幀，可以讓解碼器在正確的時間顯示圖像，DTS則是一種命令，可以通知解碼器合適對接收到的數據進行解碼。

（5）封裝協議。常見的封裝協議有MPE、ULE、GSE等。MPE封裝協議通過48-bi t的MAC地址字段來支持單播， 組播和廣播，封裝最大段長4kb，該協議頭部較大，靈活性也較差；ULE封裝協議的頭部最小值為4字節，并且可以將NPA設置為可選字段，另外其Type值在［0，1535］時可以選擇更多的拓展頭格式，兼容性更強，封裝最大段長32kb；GSE是二十世紀初期針對BBFrame提出的新型封裝協議，這種封裝格式目前推廣難度較大，硬件支持性較差，其封裝最大段長4kb。

4　結語

過去的幾年，數字電視一直以來都是廣大群眾觀看電視節目的主要方式，但是隨著新型的IPTV服務問世，其更加廣泛的資源、更快的更新速度、更加實惠的價格都越來越贏得年輕人的青睞，并且基于IP技術提出當前IPTV較為合適的容器封裝ISOBMFF技術。同時筆者認為隨著技術的不斷進步，未來的容器封裝ISOBMFF技術可能會更加快速發展，目前全世界范圍內無線和有線網絡的速度提升都較為明顯，在以后網絡環境更加優化的時候，IPTV能夠在數字信號和壓縮算法上更進一步的時候，IPTV極有可能取代數字電視和閉路電視成為唯一的信號源。

［1］許協，魯巖，吳明航.寬帶衛星IP通信網絡中的可靠傳輸技術研究［J］.數字通信世界，2015（10）：101-102.

［2］程新麗.IPTV業務對承載網的要求探析［J］.中小企業管理與科技，2015（11）：131-132.

［3］雷曉星.IP業務流量及帶寬需求預測計算方法在工程實踐中的應用［J］.網絡安全技術與應用，2015（01）：111-112.

［4］徐學斌.基于IP技術的三網融合研究［J］.信息通信（網絡版），2015（10）：17-19.