IPTV中的关键技术.docx

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IPTV中的关键技术

IPTV中关键技术

描述了IPTV在目前宽带网络上具体实现方法，并结合IPTV特点，阐述了IPTV所涉及儿个关键技术，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多种交互式服务崭新技术。

它能够很好地适应当今网络E速发展趋势，充分有效地利用现有宽带网络资源。

在目前商用宽带网络中，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xDSL宽带线路为用户提供视频业务框图。

用户既可以通过PC宇受传统INTERNET数据服务和网络游戏，也可以通过专门转换设备STB,用普通电视收看电视、电影等宽带视频节目。

2、IPTV中关键技术

IPTV应用实质是流媒体在宽带网络上传输和分发，因此IPTV应用和发展是以下儿种关键技术同时应用结果。

（1）宽带接入技术：

快速发展宽带接入技术，为媒体流传送提供了通路。

在目前所使用宽带接入技术中，DSL是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务技术。

大家常用

ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine,非对称数字用户环路）技术可以提供下行8M带宽，ITU-TG.992.1中对ADSL标准已经有详细定义。

而随着技术快速发展，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支持最大上下行速率1.3M/15M,而ADSL2+支持最大上下行速率可达1.3M/24W更高带宽为传输大量流媒体传输成为可能。

（2）IP组播路由技术：

流媒体分发强大支持。

IP组播路由技术实现了IP网络中点到多点高效数据传输。

可以有效节约网络带宽、降低网络负载。

组播是一种允许一个或多个发送者（组播源）同时发送相同数据包给多个接受者一种网络技术，是一种能够在不增加骨干网负载情况下，成倍增加业务用户数量有效方案，因此成为当前大流量视频业务首选方案。

在IPTV应用中，利用IP组播路由技术，可以有效分发媒体流，减少网络流量。

目前接入设备通过IGMPProxy功能，实现了用户按需加入、离开等功能，这样既实现了媒体流按需分发。

而且减少了组播对带宽过渡占用。

随着IP组播技术在综合接入设备上应用，大多数设备都支持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IGMP协议消息，获取组播业务用户列表信息，将组播数据根据当前用户信息进行转发，从而达到抑制二层组播泛滥目。

IGMPproxy通过代理机制为二层设备组播业务提供了一种完整解决方案。

实现了IGMPproxy二层网络设备，对用户侧承担Server角色，定期查询用户信息，对于网络路由侧又承担Client角色，在需要时将当前用户信息发送给网络。

不仅能够达到抑制二层组播泛滥目，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可靠实时传输。

因此，数字编解码技术是IPTV关键技术之一。

目前宽带网络环境下适用编码标准有:

MPEG-4、AC-1和H.264等。

MPEG-4是ISO/IEC标准，由MPEG制订，目前应用是MPEG-4Part2；H.264是ITU-TVCEG和ISO/IECMPEG联合视频组JVT开发视频编码标准，它既是ITU-TH.264,也是IS0/IECMPEG-4Partl0：

AC-1是微软视频编码标准，是WV9向编解码标准组织提交资料后釆用编码标准名称。

而网络带宽不断提升，例如应用ADSL2或ADSL2+技术，可以提高用户上下行速率达到1.3M/24M。

而如果采用ITU-TH.264或WMV9进行媒体流编码，800K码速率已经可以提供接近DVD画质质量，完全满足目前用户要求。

因此，两者结合为IPTV媒体流传输可靠性做出了保证。

虽然，目前还没有相应国家标准规定IPTV采用数字编码技术，但无论是MPEG-4,H.264,还是WMV9编码技术都已经达到IPTV应用要求。

如果配合新宽带接入技术，完全可以实时传输任何编码流媒体视频节目。

3、小结

IPTV作为一个新应用出现，并不简单是宽带网络上一个应用。

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发展下产生，是这儿种关键技术有力结合应用结果。

IPTV将为宽带运营商和节目提供商注入新活力。

宽带运营商除了能给用户提供通信和资讯方面服务外，还能通过IPTV为用户提供丰富、个性化电视节目，对于吸引用户、提高用户满意度有很大帮助。

组播、IGMP、IGMPSnooping

通过组播，可以实现一个主机同时向组内多台主机发送数据，节省网络带宽。

组播ip地址范围是224.0.0.0239.255.255.255,其中224.0.0.0—

---224.0.0.255是有特殊用途保留地址,239.0.0.0239.255.255.2

55是私网地址，224.0.1.0238.255.255.255是用于公网上组播地址。

组播有一系列协议支持包括：

1、用于主机和路由器之间IGMP协议。

实现主机加入、离开组播组等功能。

2、路由器之间组播协议有：

PIM-SM.PIM-DMo实现嫁接、剪枝等功能。

还有一个IGMPSnooping,用在交换机上。

开启IGMPSnooping功能交换机可以对经过它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IGMPSnooping功能，交换机只能广播组播数据。

IGMPSnooping实际应用意义是：

减少了网络上主机由于接受到不必要组播报文而产生处理负荷。

IGMPSnooping并不是一个协议，只能算是一个实现细节，一种应用。

IGMPSnooping分两种，一种是passive方式，另一种是active方式。

passive方式只解析组播报文，不对报文进行过滤。

active方式会过滤掉一些对路由器没有意义组播报文。

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IGMPSnooping使交换机可以过滤掉此类报文。

下面说说IGMP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；路由器中纪录该组播表项会因查询超时而白动老化

5、查询报文目地址是224.0.0.1（表示所有路由器和支持IGMP主机），组地址是0（表示查询所有组播组）

6、响应报文目地址是主机所在组地址，组地址也是主机所在组地址。

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。

由于响应报文目地址是主机所在组地址，所以响应报文会被发送到主机所在组内所有主机，其他主机在收到该报文后，发现己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。

需要注意是，此时路由器发送查询报文组地址已经不是0了，而是特定组地址（发送离开报文主机所在组）。

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、特定组查询报文目地址是要查询组地址

5、离开报文目地址是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。

。

。

二层组播协议IGMPproxy或IGMPSnooping

二层组播协议IGMPproxy或IGMPSnooping,采取基本方法是对每个组播数据包分组传送，下面分析这两种协议实现方式。

一、IGMPSnooping

IGMPSnooping和IGMP协议一样，两者都用于组播组管理和控制，它们都使用IGMP报文。

IGMP协议运行在网络层，而IGMPSnooping则运行在链路层，当二层以太网交换机收到主机和路由器之间传递IGMP报文时，IGMPSnooping分析IGMP报文所带信息，在二层建立和维护MAC组播地址表，以后从路由器下发组播报文就根据MAC组播地址表进行转发。

IGMPSnooping只有在收到某一端口IGMP离开报文或者某一端口老化时间定时器超时时候才会主动向端口发IGMP特定组查询报文，除此之外，它不会向端口发任何IGMP报文。

IGMPSnooping是靠侦听用户与路由器之间通信IGMP报文维护组播地址和VLAN对应表对应关系，它将同一组播组活动成员映射为一个VLAN,在收到组播数据包后，仅向该组播组所对应VLAN成员转发。

主要操作流程如下：

（1）主机与BAS进行PPPoE协商，通过PPPoE认证。

（2）主机向路由器发送IGMP成员报告包，BAS监听到该包，并从PPPoE数据包中得到组播组地址，将该用户添加到对应VLAN,如果该用户是组播组第一个用户，则为这个组播组产生一个组播条目，并将该报文转发至上层路由器以更新组播路由表。

（3）BAS收到路由器组播数据报文时，根据组播MAC地址和组播IP地址对应关系，找到对应VLAN,然后将数据包封装成PPPoE会话包，向VLAN内成员转发。

（4）当收到来自主机申请离开组播组包时,BAS把收到该包端口从相应VLAN中删除,若该用户是组播组最后一个用户（此时VLAN为空），则把该VLAN删除，并把该包内容通过上行端口转发出去。

IGMPSnooping规则比较简单，下行方向透传查询包，上行方向根据需要转发加入或离开包，但要求BAS必须有3层提取功能，它对于主机和路由器是透明。

二、IGMPProxy

IGMPProxy是靠拦截用户和路由器之间IGMP报文建立组播表，Proxy设备上联端口执行主机角色，下联端口执行路由器角色。

下面是简要流程：

（1）主机与BAS进行PPPoE协商，通过PPPoE认证。

（2）上联端口执行主机角色，响应来自路由器查询，当新增用户组或者某组最后一个用户退出时，主动发送成员报告包或者离开包。

（3）下行方向业务包按照组播表进行转发。

（4）下联端口执行路由器角色，完全按照IGMPV2中规定机制执行，包括查询者选举机制，定期发送通用查询信息，收到离开包时发送特定查询等。

IGMPProxy在两个端口分别实现不同功能，工作量相对较大，其优点是当网络中没有路由器时，IGMPProxy设备可以起到查询者作用，而且如果要扩展组播路由功能，Proxy比Snooping方便。

考虑到BAS复制PPPoE多播数据对底层设备造成巨大压力，而且当前交换机和部分DSLAM（尤其是以IP为内核DSLAM）已经开始支持二层组播，所以从发展角度看采用IGMPProxy更好一些。

IGMPsnooping实现机理是：

交换机通过侦听主机向路由器IGMP成员报告消息方式，形成组成员和交换机接口对应关系；交换机根据该对应关系将收到组播数据包只转给具有组成员接口。

IGMPProxy与IGMPSnooping实现功能相同但机理相异：

IGMPSnooping只是通过侦听IGMP消息来获取有关信息，而IGMPProxy则拦截了终端用户IGMP请求并进行相关处理后，再将它转发给上层路由器