IPTV中的关键技术
IPTV中的关键技术
描述了IPTV在目前宽带网络上的具体实现方法，并结合IPTV的特点，阐述了IPTV所涉及的几个关键技术，并对每种技术作了概括性介绍。
关键词IPTV宽带接入组播编码
1、IPTV的实现方法
宽带网络数字电视，又称IPTV或BTV，即交互式网络电视，是一种利用宽带互联网、多媒体等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用现有宽带网络资源。
在目前的商用宽带网络中，用户在家中可以通过两种方式享受IPTV服务：
(1)计算机：在第这种方式下，用户在通过电脑上网的同时，可以收听广播节目或欣赏音乐，也可以直接在电脑上收看电视或电影等视频节目。
(2)网络机顶盒(STB)+普通电视机。用户家里新增网络机顶盒(STB)，由机顶盒提供AV接口，直接和普通电视机相连，用户通过控制机顶盒选择收看宽带网络电视节目。
如图1所示，为通过综合接入设备(MSA)上的xDSL宽带线路为用户提供视频业务的框图。用户既可以通过PC享受传统的INTERNET数据服务和网络游戏，也可以通过专门的转换设备STB，用普通的电视收看电视、电影等宽带视频节目。
2、IPTV中的关键技术
IPTV应用的实质是流媒体在宽带网络上的传输和分发，因此IPTV的应用和发展是以下几种关键技术同时应用的结果。
(1)宽带接入技术：快速发展的宽带接入技术，为媒体流的传送提供了通路。
在目前所使用的宽带接入技术中，DSL是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术。大家常用的ADSL(AsymmetricalDigitalSubscriberLine，非对称数字用户环路)技术可以提供下行8M的带宽，ITU-T的G.992.1中对ADSL的标准已经有详细的定义。而随着技术的快速发展，ITU-T又分别在2002年6月和2003年1月推出了两个新一代ADSL标准：ADSL2(G.992.3)和ADSL2+(G.992.5)。ADSL2支持的最大上下行速率1.3M/15M，而ADSL2+支持的最大上下行速率可达1.3M/24M。更高的带宽为传输大量的流媒体传输成为可能。
(2)IP组播路由技术：流媒体分发的强大支持。
IP组播路由技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传输。可以有效的节约网络带宽、降低网络负载。组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)同时发送相同的数据包给多个接受者的一种网络技术，是一种能够在不增加骨干网负载的情况下，成倍增加业务用户数量的有效方案，因此成为当前大流量视频业务的首选方案。在IPTV的应用中，利用IP组播路由技术，可以有效的分发媒体流，减少网络流量。目前接入设备通过IGMPProxy功能，实现了用户的按需加入、离开等功能，这样既实现了媒体流的按需分发。而且减少了组播对带宽的过渡占用。随着IP组播技术在综合接入设备上的应用，大多数的设备都支持IGMPsnooping和IGMPProxy功能。
IGMPsnooping是解决IP组播在二层网络设备上广播泛滥的一种基本解决方法。通过在二层网络设备上帧听用户端和组播路由设备间的IGMP协议消息，获取组播业务的用户列表信息，将组播数据根据当前的用户信息进行转发，从而达到抑制二层组播泛滥的目的。
IGMPproxy通过代理机制为二层设备的组播业务提供了一种完整的解决方案。实现了IGMPproxy的二层网络设备，对用户侧承担Server的角色，定期查询用户信息，对于网络路由侧又承担Client的角色，在需要时将当前的用户信息发送给网络。不仅能够达到抑制二
层组播泛滥的目的，更能有效地获取和控制用户信息，同时在减少网络侧协议消息以降低网络负荷方面起到一定作用。
(3)数字编码技术：传输可靠性的技术支持。
在网络上传输音/视频等多媒体信息要涉及流媒体的可靠实时传输。因此，数字编解码技术是IPTV的关键技术之一。目前宽带网络环境下适用的编码标准有：MPEG-4、AC-1和H.264等。MPEG-4是ISO/IEC标准，由MPEG制订，目前应用的是MPEG-4Part2；H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG联合视频组JVT开发的视频编码标准，它既是ITU-T 的H.264，也是ISO/IEC的MPEG-4Part10；AC-1是微软的视频编码标准，是WMV9向编解码标准组织提交资料后采用的编码标准名称。
而网络带宽的不断提升，例如应用ADSL2或ADSL2+技术，可以提高用户的上下行速率达到1.3M/24M。而如果采用ITU-T的H.264或WMV9进行媒体流的编码，800K的码速率已经可以提供接近DVD画质质量，完全满足目前用户的要求。因此，两者的结合为IPTV 媒体流的传输可靠性做出了保证。虽然，目前还没有相应的国家标准规定IPTV采用的数字编码技术，但无论是MPEG-4,H.264,还是WMV9编码技术都已经达到IPTV应用的要求。如果配合新的宽带接入技术，完全可以实时传输任何编码的流媒体视频节目。
3、小结
IPTV作为一个新应用的出现，并不简单是宽带网络上的一个应用。而是在网络传输技术、IP组播路由技术以及流媒体编码技术的发展下产生的，是这几种关键技术有力结合应用的结果。
IPTV将为宽带运营商和节目提供商注入新的活力。宽带运营商除了能给用户提供通信和资讯方面的服务外，还能通过IPTV为用户提供丰富的、个性化的电视节目，对于吸引用户、提高用户满意度有很大的帮助。
组播、IGMP、IGMP Snooping
通过组播，可以实现一个主机同时向组内的多台主机发送数据，节省网络带宽。
组播ip地址范围是224.0.0.0-----239.255.255.255，其中224.0.0.0-----224.0.0. 255是有特殊用途的保留地址，239.0.0.0-----239.255.255.255是私网地址，224.0.
1.0-----238.255.255.255是用于公网上的组播地址。
组播有一系列的协议支持包括：
1、用于主机和路由器之间的IGMP协议。实现主机加入、离开组播组等功能。
2、路由器之间的组播协议有：PIM-SM、PIM-DM。实现嫁接、剪枝等功能。
还有一个IGMP Snooping，用在交换机上。开启IGMP Snooping功能的交换机可以对经过它的IMGP报文进行解析，建立组播转发表，这样一来，交换机就可以根据组播转发表转发组播数据。如果没有开启IGMP Snooping功能，交换机只能广播组播数据。IGMP Snooping的实际应用意义是：减少了网络上的主机由于接受到不必要的组播报文而产生的处理负荷。IGMP Snooping并不是一个协议，只能算是一个实现细节，一种应用。IGMP Snooping分两种，一种是passive方式的，另一种是active方式的。passive方式的只解析组播报文，不对报文进行过滤。active方式的会过滤掉一些对路由器没有意义的组播报文。比如交换机下面有两个主机都加入了同一个组，这样交换机上面的路由器中就会有一条表项与之对应。如果一个主机想离开这个组，它就会发送离开报文给路由器（经过交换机转发）。但是此时，即使路由器收到了离开报文，它也并不会删除那条表项，因为还有另一个主机在组播组中。active方式的IGMP Snooping使交换机可以过滤掉此类报文。下面说说IGMP的工作原理：
IGMP目前有三个版本，分别是IGMPV1、IGMPV2、IGMPV3，功能逐渐增强
IGMPV1中定义了加入报文、查询报文、响应报文三种报文。
1、当主机加入某组播组时，会向路由器发送加入报文，告诉路由器自己加入了一个组播组，路由器会记录一条组播表项。
2、查询路由器（IP最小的路由器）会定时从所有端口向外发送查询报文（按VLAN查询，如果该端口加入了多个VLAN，则发送多次查询报文），检查这些端口下是否有主机属于某组播组
3、主机收到查询报文后，如果自己没有加入任何组播组，则不进行响应；如果自己已经加入了某组播组，则会发现响应报文
4、主机离开组播组时，不发送任何报文，悄悄离开；路由器中纪录的该组播的表项会因查询超时而自动老化
5、查询报文的目的地址是224.0.0.1（表示所有路由器和支持IGMP的主机），组地址是0（表示查询所有组播组）
6、响应报文的目的地址是主机所在组的地址，组地址也是主机所在组的地址。如果网络上有多个主机加入了同一个组，那么只有一台主机（随机选取）会发送响应报文。由于响应报文的目的地址是主机所在组的地址，所以响应报文会被发送到主机所在组内的所有主机，其他的主机在收到该报文后，发现已经有人向路由器进行报告了，于是他们就不会再额外发送响应报文了。
IGMPV2中多定义了一种离开报文，当主机离开某组播组时，会向路由器发送离开报文。路由器收到离开报文后，会发送查询报文，查询是否还有其它的主机属于该组播组，如果没有就删除组播表项，有则不删除。
需要注意的是，此时路由器发送的查询报文的组地址已经不是0了，而是特定的组地址（发送离开报文的主机所在的组）。因为此时路由器只想知道该特定组内是否有主机存在。这一点也是IGMPV2对IGMPV1的改进，名称叫特定组查询，IGMPV1中没有该功能。
注意：
1、不论是IGMPV1还是IGMPV2，所有的加入报文和离开报文都要被上报到查询路由器
2、非查询路由器收到查询报文后，从所有端口转发该报文
3、非查询路由器收到特定组查询报文后，根据组播表进行转发
4、特定组查询报文的目的地址是要查询的组地址
5、离开报文的目的地址是224.0.0.2（表示所有路由器）IGMP报文格式：
8位报文类型-8最大响应时间-16位校验和-32位组地址报文类型：
0x11表示查询报文，包括普通查询和特定组查询报文
0x16表示加入报文
0x17表示离开报文
0x12表示IGMPV1查询报文
IGMPV3待续。。。