IPTV中的若干关键技术分析

一、 引言

近年来，宽带接入作为一种新的互联网接入方式，在用户不断增长的需求拉动下，发展迅猛。据CNNIC发布的互联网年度报告称，截至2004年6月，全国上网用户总人数已经达到8700万，其中宽带用户数达到3100万（包括ADSL、Cable Modem、LAN等），用户群体已经初具规模。根据粗略的估计，到2005年的6月，上网人数将突破1亿，宽带用户数将达到4000万。

宽带用户的急剧增长，用户需求呈现出多元化的新趋势，对多媒体应用需求增强，对个性化服务的要求越来越高。网上视音频服务作为宽带所提供的独特内容，目前仅以7.1%的占用率，落后于新闻浏览（29.59%）、资料下载（24.85%）、休闲游戏（15.98%）等应用。
 
这种困局是单独的电信运营商（ISP）或者内容提供商（ICP）所无法解决的：电信运营商拥有良好的宽带网络平台和用户服务体系，但是没有内容资源；内容提供商拥有丰富的节目内容，但是缺少完善的客服体系，以及传输节目所必须的宽带设施。由此可见，电信运营商、内容提供商等互联网产业链的各市场主体已经无法孤军奋战，携手合作、实现优势互补已经成为共识。具体的产业链的关系见本文图1。

网络电视和IPTV这个词已经成为一个热门的关键词，各种说法和解释、定义都有，为了清楚地表述本文作者的观点，笔者把在本文中所述的网络电视（IPTV）定义如下：网络电视（IPTV），是一种新推出的宽带网络内容收费服务，是传统的电视媒体和新兴的网络媒体相互影响、相互融合的产物；内容包括视频、音频、游戏和其它增值业务，形式上包括直播、点播，系统技术上支持收费服务，服务质量上必须保证播放流畅。

网络电视在系统形态和体系结构上与传统电视大同小异，主要由节目规划、采集、编辑、包装、发布、用户管理、计费等部分组成，它与数字电视更加接近。那么，面对汹涌而来的网络电视大潮，广大的内容提供商们如何应对？如何建设自己的IPTV？在IPTV中有哪些关键技术是内容提供商必须要关注的？这正是本文要重点进行探讨的。

二、 IPTV的技术架构

网络电视（IPTV），是一个涉及内容提供商、内容运营商、电信网络运营商和最终用户的综合系统，流媒体数据、用户认证/授权信息、帐务信息等要在这几个参与者之间实时地交互，图2是网络电视描述的业务流程。

网络电视，主要包括节目制作发布系统（包含内容采集系统、内容存储系统、节目制作系统、节目审查系统、节目编排系统、数字版权管理系统、内容分发系统、网站发布系统等）、业务运营支撑系统BOSS（包含用户管理系统、认证/授权/计费系统、网络安全/网络管理系统、底层业务支撑系统等）。系统功能关系如图3所示。

三、 IPTV中的关键技术分析

IPTV系统中涉及的关键技术比较多，如流媒体技术、DRM、BOSS、Portal、预约和淘汰等等，限于篇幅，本文重点讨论其中的部分关键技术问题。[page]

3.1 流媒体技术

IPTV的平台技术是流媒体技术。流媒体(Streaming Media)是指采用流式传输技术在网络上播放的连续音视频媒体格式文件。流媒体在播放前并不需要下载整个文件，而是只经过几秒或几十秒的启动延时（Buffering），先把文件开始部分的内容读入客户机内存中，这样即可在客户机上利用解压设备(硬件或软件)对压缩的A/V、3D等多媒体文件解压后进行播放。而此时多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式不仅使启动延时大幅度地缩短，而且对系统缓存容量的需求也大大降低。流媒体技术目前已广泛用于实时视频会议、网上新闻发布、在线直播、网络广告等。

选择某一流媒体服务后，Web浏览器与Web服务 器之间使用HTTP/TCP交换控制信息，将需要传输的实时数据从原始信息中检索出来。然后客户机上的Web浏览器启动A/V客户程序，使用HTTP从Web服务器检索相关参数对客户程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。流媒体服务器把存储在存储系统中的A/V信息以A/V流的形式通过网络接口发送给相应的客户 ，响应客户的交互请求，保证A/V流的连续输出。A/V信息具有同步性要求，一方面必须以恒定或接近恒定的速率播放，否则会引起画面的抖动；另一方面，在A/V流中包含的多种信号必须保持同步 ，如画面的配音必须与口型相一致。在响应客户的A/V流后，流媒体服务器从存储系统读入一部分A/V数据到对应于这个A/V流的特定的缓存中，然后将此缓存中的内容送入网络接口发送到客户端。

目前主流的流媒体厂家和格式包括：微软公司的WindowsMedia，RealNetworks公司的RealMedia，和Apple公司的Quicktime。其中，尤以WindowsMedia 和RealMedia占主流地位。新兴的H.264压缩标准也应用到流媒体中。

由于流媒体的标准不统一，各个ICP要为现有的数字化后的节目保留一个发展的通道。通俗地说，也就是要为现在的以流媒体形式保存的数字资产保留转码输出的通道，以达到资产应用的最大化。

3.2 数字内容保护技术——DRM和数字水印

对于内容提供商，内容是它的核心资产，这个资产在广大的电视台目前实现价值的途径有两个，一个是通过电视播出吸引观众，间接地通过广告费的形式实现价值；另外一个途径是电视作品的买卖。在内容数字化以后，很容易扩散和传播，给内容提供商也带来了无限的烦恼，一方面要销售这些数字内容，一方面去苦恼如何保护它们不被非法传播。除了法律的手段以外，内容保护（CP）技术从技术层面上给ICP们以有力的保障。

内容保护技术适用于所有数字化的资产，只不过对于支持IPTV的ICP们显得更为迫切，因为网络的传播更为快捷。

内容保护（CP）技术，主要分为主动的以license、key为主的数字版权管理（Digital Rights Management）技术，和以内容里嵌入隐藏的加密信息为主数字水印（Digital Watermark）技术。下面分别进行阐述。[page]

2.2.1 数字版权管理技术

数字版权管理的核心技术有2个，一个是对数字内容的加密技术，一个是加密的key和license的生成、发放、管理技术。对数字内容的版权进行保护，重要是要保护版权拥有者的利益，同时也要保证用户和发行者的利益。为了保证作者-用户-发行者(author-distributor-consumer triangle)的三方利益，必须做到以下二点：1）保证只有在版权拥有者（例如某某电视台）的同意或授权经销商（例如某某音像出版社）同意下才能使用；2）合法使用者只能在经过验证的播放器（环境）才能使用，举例来说，一个合法买得数字版权使用许可的用户只有在特定的机器上才能使用（播放）购得的媒体资产。[page]

参考图4，以应用于央视网络电视(v.cctv.com)的DRM系统（基于Windows Media DRM）为例，说明一下DRM在IPTV中的应用。在IPTV系统中有5个步骤，第一步做内容编辑，第二步做内容的加密（俗称“打包”），第三步进行内容发分发，第四步用户申请，第五步给用户授权、他才能观看。

从图中不难看出，在内容加工完毕以后，准备要加入到IPTV的运营之前要进行加密，只有经过加密以后的内容才进行分发，所有的key和license是由专门的license server负责管理，用户只有经过授权、得到合法的license才能观看指定的内容。

DRM技术对于ICP之所以重要，不仅在于这个技术有效地保护了它的内容，而且DRM也是ICP和运营商之间进行结算的技术保障。

目前，世界上主流的进行内容业务的厂商都有自己的DRM方案，例如微软、RealNetworks、IBM、Adobe，国内厂商如北大方正的Apabi DRM方案也有很好的应用。

2.2.2 数字视频水印技术

数字版权保护系统在数字多媒体内容的知识产权描述、标识、交易保护、监视、跟踪方面扮演着非常关键的角色。加密技术早已被广泛应用于防止数字内容的非法访问。然而，加密技术仅能用于数字多媒体内容的传输过程的保护，加密的内容如果被解密后完全呈现给用户时，加密技术带来的保护已经不存在了，已经不能阻止合法用户非法复制已经完全解密的媒体内容。这时，人们对于一种信息隐藏技术进行了研究，希望它能作为对加密技术的补充，来保护数字版权。这就产生了数字水印技术。数字水印技术是一项用于标识所有权、跟踪使用、保证合法授权访问、阻止非法复制和对内容进行认证的关键技术，它是数字版权保护的“最后一道防线”！

数字水印最早是应用于数字图象的，最近开始应用到数字视频领域。视频水印技术有着广泛的应用，主要的保护方法有：

版权保护：数字内容嵌入水印信息，用于标识版权所有者。

真伪及内容完整性鉴定（篡改检测）：对内容的任何改变都可能引起水印信息的破坏。

指纹跟踪：每个拷贝可以都嵌入一个唯一的水印，用于标识使用者。一旦发生盗版产品，可以用此水印信息查处是谁参与了盗版。用于该目的的水印技术也被称为“数字指纹”。

广播电视节目监视：广告公司可以监视他们付费的广告是否按时播放了，是否播了足够的长度。

传输纠错：可以把压缩视频的某些特征信息在传输端作为水印嵌入，在接收端解出这些信息，快速定位出错点或者丢失的信息，以便及时补救或者掩盖。

隐藏通信：把语音信息隐藏在视频里，或者把一个视频流隐藏到另一个视频流里。

使用控制：用于控制复制刻录设备是否复制拷贝DVD等数据，是否播放相关数据等。

目前，DRM已经有许多很成功的商业应用，相对而言，数字水印的成功应用还不多。如果能把数字版权管理和数字水印技术有效地结合起来，将更加加大内容保护的力度。

所谓魔高一尺、道高一丈，DRM技术也好，数字水印技术也好，只是一种技术手段来保护ICP的“宝贝”内容，如果再结合上法律的手段（国家关于盗版、数字内容侵权已经有了明晰的司法解释），数字内容的保护将得到更进一步的加强。

2.3 内容分发技术

IPTV系统对于用户的服务质量有很高的要求，画面质量至少要达到VCD的水平，而且要保证播放的流畅。在LAN的环境下要实现高质量的视频享受很容易做到，但是在广域网内，从用户的客户端到流媒体服务器之间经过了一个很复杂的路由以后，就很难保证播放的流畅了。为了克服网络复杂路线带来的制约，在IPTV中必须通过边缘服务（Edge Serve）来实现最终用户的点播服务，所以要把内容从中心服务器（Center Server）有效地分发到边缘服务器（Edge Server）。实现把内容从中心存储服务器分发到边缘服务器的这样一个网络体系，称为内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)。

内容分发网络，通过在现有的Internet中增加一层新的网络架构，将中心服务器的内容发布到最接近用户的网络“边缘”，使用户可以就近取得所需的内容，提高用户访问网站的响应速度。因而，CDN可以提高Internet网络中信息流动的效率。从技术上全面解决由于网络带宽小、用户访问量大、网点分布不均等问题，提高用户访问网站的响应速度。

典型的CDN组成如图5所示。

央视网络电视系统利用CDN技术建立内容分发网络，通过CDN，将内容发布到提供内容服务的边缘服务器上。[page]
 
在这里有一点需要补充提示一下，从技术本身上说，内容分发的底层技术采用应用层组播技术将大大提高分发的效率，但是由于现在的宽带传输网络是利用的电信的宽带网络，考虑到安全的因素，各大电信公司原则上不同意在他们的服务器上安装私有的协议，所以在实际应用中，内容分发的底层技术还是采用了ftp的协议。央视网络电视系统在最初到北京通信的分发是采用的应用层组播技术，后来扩展到其他地方以后都使用了ftp底层协议。
 
2.4 工作流技术

IPTV是一个新鲜事物，各个建设单位都在进行着有益的尝试。传统的电视节目的制作、生产、播出流程，各地电视台都有一套成熟的流程，而IPTV则不一样，各种合作方式、运营方式都没有定式，所以在项目的建设过程中，必须支持工作流程的重组，而且要保证流程的改变不会导致系统的重新建设。以央视网络电视为例，从项目开始至今，已经经过3次工作流程的调整，由于采用了工作流引擎技术，每次都能在很短的时间内顺利切换，从技术上有力地支持了运营的调整。

方正网络电视的建议流程如图6所示。当然由于强大的工作流引擎的支持，这个流程是完全可定制的，工作流引擎的支持工具中包含基于图形界面的流程定制工具。

这个流程开始于节目规划子系统；之后进入节目采集编辑子系统，采集编辑子系统按节目规划进行采集编辑的工作；然后进入第一步节目审查——质量审查子系统；节目通过了这一次审查后，就进入节目编排；对于编排完成的节目，还要通过第二步节目审查——内容审查来对其内容进行审查；内容审查合格后的节目就可以进行打包加密、分发等工作；最后对节目进行预发布、发布。

2.5 内容运营相关技术

在本文的以上部分，重点讲述了在IPTV的产业链上内容提供商(ICP)关心的技术问题。那么对于内容运营商又有哪些相关的技术呢？下面做一些很简略的陈述：

1）基于SOAP（Service Oriented Application Protocol）的接口技术：内容提供商会向多家运营商提供内容，运营商也会接收多家内容商的内容，所以基于开放的、标准的接口协议会使得系统易于扩展和维护；

2）网民行为分析技术：IPTV与开路的电视很大的区别在于交互性和精确性，开路电视的收视率调查是一个抽样进行的统计，而网络电视的订户的习惯、取向的数据收集，则在技术手段上更容易做到及时、精确，从而指导运营商调整内容的比例、价格等经营手段；

3）营帐技术：IPTV是一个运营系统，需要向最终订户收费、与内容提供商（可能还有网络提供商）分帐，营帐的基本是建设一个完善的运营支撑系统（Business&Operation Support System），这个系统要包括全部的基础数据，在此基础上根据运营的策略来收费、分成；……

四、总结和展望

在IPTV建设中，遇到的技术问题远远不止这些，限于篇幅，本文就技术问题的介绍就简单地点到为止。

在技术上，IPTV遇到的技术问题都已经解决了，接下来只是如何更进一步提高、改进的事情，技术基础是可靠的；在运营上，IPTV基本上依靠或借鉴电信运营的成功经验，运营是可行的；在硬件条件上，宽带网以异乎寻常的速度在增长，网络的瓶颈逐渐在消失，硬件条件也具备了；在国家政策的支持上，IPTV被作为电信的一个新的业务形态，或者是作为广电媒体的一个新的出口，也是受到支持的；总之，不管从什么意义上分析，IPTV的大潮将来来临，我们只有勇敢地去迎接它，并且在这个大潮中，使得广大的广电行业从中受益。

IPTV已经成为电信部门和广电部门共同的热门话题。2005年被中国电信运营商称为网络电视年。对于主要的内容提供商，广电部门，也将2005年作为网络电视发展的关键的一年。