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利用10Gb乙太網路解決IPTV的頻寬需求

上網時間: 2008年11月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:10Gb乙太網路  IPTV 

隨著IPTV用戶的快速增加,有兩個具有普及性的服務將為網路設計師帶來巨大的挑戰,即視訊點播(VoD)和高解析電視(HDTV)。IPTV覆蓋直播電視和儲存視訊。如今VoD在IPTV中的比重大約7%,這意味著93%的內容還是廣播式。隨著廠商持續部署時移功能,即眾所周知的網路數位視訊錄影(DVR),對VoD的滲透將從7%逐步上升到70%乃至更高。隨著用戶從觀看廣播式電視到VoD的變遷,對未來核心網路的頻寬需求將呈10倍成長。

同時,用戶的電視還要升級到高解析(HD)。這些訊號所需的頻寬是標準解析度標準中的4-8倍。高解析的滲透率為15%(消費電子協會的數據),預期在未來5年中可以高達60%。這意味著為了適應這一變遷,網路頻寬將至少提高4倍。

考慮這三種發展趨勢(IPTV和VoD滲透率的增加以及向HDTV的升級),意味著IPTV所用的網路頻寬將增加1,000倍。頻寬的迅速增加將為網路設計師帶來一系列必須解決的架構和設計挑戰,方可實現具有成本效益的,高品質的視訊分發。

IPTV≠網際網路電視

IPTV與網際網路電視這兩個叫法經常互用,實際上這是兩種不同的技術。透過YouTube普及的網際網路電視是透過網際網路發送給用戶並使其在PC上觀看的視訊片斷。通常透過監視器上的一個小窗口顯示,視訊也可能不流暢,具體取決於網路的連接品質,網際網路電視通常用來觀看短視訊片斷,並非瞄準來替代廣播電視。

而IPTV是廣播品質級的電視,目的是直接與有線電視和衛星電視廠商競爭。IPTV通常透過DSL或光纖到戶(FTTH)網路來提供,並由擁有網路的廠商(通常是當地的電話公司)提供服務。IPTV系統通常含有一個位於電視中並將IP串流轉換成視訊訊號的IP視訊轉換盒(IP-STB)。正是IP視訊轉換盒和受控網路的結合,為用戶提供了有可能與有線電視和衛星電視相同的體驗品質,並使得電話公司得以參與電視服務的競爭。

IPTV技術架構

對於最小型的IPTV來說,只需要三個網路單元,即將廣播電視轉換成IP數據封包的編碼器,將用戶連接到服務供應商的網路,以及一個位於用戶駐地的將IP數據封包再轉換成視訊的視訊轉換盒。更典型的網路還包括幾個輔助系統:即VoD伺服器,廣告插播系統,計費平台和數位版權管理(DRM)系統。圖1為一個典型的IPTV系統。

圖1:簡化後的IPTV典型系統架構
圖1:簡化後的IPTV典型系統架構

有兩種方式將來自局端的廣播式和VoD服務串流透過‘最後一哩’提供給終端用戶。‘純’IPTV系統利用連接到用戶的網路提供所有的訊息通道,包括廣播訊息通道和VoD訊息通道。這是DSL服務供應商和一些FTTH服務供應商所用的架構。這種架構中,將廣播訊息通道作為來自視訊編碼單元的多播串流發送到頭端DSLAM,頭端DSLAM選出每個用戶觀看的特性訊息通道,並只將這些訊息通道透過DSL鏈路發送給用戶。VoD串流的處理方式相類似,與多播串流訊息通道並旁透過DSL下傳。

‘混合’式IPTV針對廣播訊息通道和VoD IP串流採用射頻編碼視訊。光纖部署通常採用混合架構,一個波長的光承載視訊訊號,而另一個波長則承載IP串流。在混合架構中,在用戶駐地需要一個光纖網路終端(ONT)將光訊號轉換成電視訊號和乙太網路訊號。

頻寬需求

IPTV之所以可行,只因為利用先進的視訊編解碼所實現的壓縮比的大幅提高,如利用MPEG-4 (H.264)編解碼技術,壓縮比可以大於100:1。即便如此,很顯然IPTV還是迄今為止網路中佔用頻寬最高的服務。一小時的IPTV就需要5G位元組的容量,與1,000小時的語音相當,並且大於一個消費者全年收發郵件所需的容量。

一個單獨的視訊串流佔用的頻寬介於1.6Mbps到12Mbps之間,具體取決於編解碼方法以及串流究竟是標準解析度還是高解析。表1為一般的位元率。

為寬頻IPTV設定的標竿之一是在一條DSL線上支援多工視訊串流的能力。如表中所示,MPEG-4的壓縮比大約是MPEG-2的兩倍,因而更容易支援這一目標。

方案的第二部份還在於DSL標準的進一步發展,以及從更先進的DSL新技術中獲取額外的可用頻寬。VDSL2和ADSL2+可以提供10-25Mbps的頻寬,具體取決於本地迴路的長度。在利用這些標準的北美地區,大部份的DSL用戶都可以達到15Mbps。

但是,由於美國目前平均每個家庭已有2.5台電視,網路設計師必須按照三台甚至更多來規劃。此外,網路設計師還必須決定是否支援用戶家中的數位視訊錄影。許多DVR可以同時記錄兩個節目,這也增加了頻寬需求。

極端情況下,一個用戶擁有2台高解析電視、DVR以及三台標準解析度電視,此時光是IPTV就需要26Mbps,在這之上還需要一定量的家庭寬頻服務或電話服務。這一等級的頻寬只能提供給具有非常短的迴路長度的用戶,還不能作為普遍的部署方案。

一種方法是把對頻寬的需求降低到在局端提供DVR功能而非是用戶級。利用集中化的DVR,每路電視只需要一個訊息通道,而頻寬降低到10-15Mbps之間,這樣,ADSL2+和VDSL2就可以勝任。


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