1、热点技术统一 IP 视讯多媒体信息融合技术研究张应福 方旭明摘要：随着网络的演进和宽带技术的广泛应用，网 络上多媒体信息与日俱增。网络正向能够承载话音、数据、图像等综合多媒体信息进行演进。近年来，国内外研究者开始尝试着基于IP 技术开展视讯业务，形成统 一的 IP 视讯网络，融合多媒体信息，用以解决普遍存在的 语音、数据、图像等业务承载网络相互隔离的 “网络孤岛” 。此外，考虑到不同类型的业务有着不同的 QoS 要求，其用 户的行为特征也会有所区 别。本文从不同业务类型的具体特征出发，按照业务网络的整体思路构建融合业务运营平台。 为便于工程 应用，本文 对统一视讯所要求的承载网改造原则及相关工
2、程设计进行了阐述，并 详细给出了 现网运用实例。关键词： 视讯 多媒体 信息融合 调度算法 编解码一、 概述随着经济的发展、通信技术的进步，客户已不仅仅满足于语音、电报、电子邮件等通信方式，对视讯业务的需求呈迅猛发展的趋势。特别是美国“911”事件后，全球的视讯业务需求猛增，国外 90的企业都在使用视讯业务，已成为“信息高速公路”的主体通信业务，因此视讯业务市场潜力巨大。目前各电信运营商之间竞争日趋剧烈，各运营商正在实施各种形式的企业转型。视频类业务能力的提供是转型中的重要内容，但为向用户提供差异化、多样化的视讯业务，往往根据宽带用户的需求形成了一个又一个的视频类业务能力系统，如全球眼平台、I
3、PTV 平台、电视上网平台、新视通平台、CDN 平台、互联星空平台等，这些视讯业务平台各自独立，标准不统一，彼此间互通困难；业务平台的分散和独立使用门户、终端形式、用户管理、业务管理、网络管理不统一，难以为客户提供统一的业务和服务；不能简单、方便、快捷地提供各种新业务和新应用。有分析表明，到 2010 年，因特网服务器 90的存储内容都将是以流媒体为代表的视讯类数据。面向视讯的应用系统、国际标准和基础研究正成为目前产业界和科研机构密切关注的焦点。早在 2004 年 6 月，法国电信（FT）开始关注视讯类业务如何统一管理，其在业务指引中明确提出：用户可以用一条出口接入链路使用法国电信所有的视讯业
4、务，视讯业务应统一管理。2006 年 9 月，日本电信（NTT）为拓展国内的宽带接入用户，以光纤到家（FTTH）为契机，用户可以在日本电信营业厅产品目录单上选择宽带视频浏览、宽带可视电话、网络电视等服务。近一年多来，国内外软件提供商、硬件制造商、电信运营商创新概念和思路，统一 IP 视讯的理念正成为业界关注的热门话题。在人们的日常生活和工作中，消费类电子、通信、影视及广播、计算机技术日益紧密结合，使得基于因特网的视讯产业逐步成为 21 世纪发展最快、规模最大的产业之一。IDC和 Research and Markets 研究报告表明，2009 年全球融合视讯市场规模将达 400 亿美元以上。互
5、动 IPTV、融合多媒体会议、全球视频监控等融合视讯业务正飞速发展。为此，随着技术的发展和社会化沟通需求的不断增加，用户对视频业务的融合性需求不断增长。有必要建设统一视讯网络，通过统一业务平台、业务控制信令，进行业务能力、业务管理和业务终端的融合，以适应市场的发展和竞争，提高视讯业务的开展能力和服务水平。为此，如何基于现有 IP 技术构建统一视讯业务网是产业界和运营商极为关注热点和难点。二、统一 IP 视讯网技术架构现有的视讯业务系统（平台）主要存在如下问题：1、发展遭遇瓶颈 视讯业务的高速发展，使得固网带宽得到更加充分的利用。大力拓展多媒体视讯业务已成为固网运营商的重要选择。在运营商的大力拓
6、展和用户需求激增的推动下，多媒体视讯在全球范围内迅速发展。然而，视讯业务的发展并不是一帆风顺。 2、多标准并存 就目前国内的视讯网络来看，同时存在多媒体会议、IPTV、视频监控、VOD、3G 视频等多种视讯业务。不同业务往往构建在不同的网络平台上，互通与融合的问题非常突出。例如采用 H.323 的专网会议系统，给 3G 视频手机加入会议造成难题。即使同为会议系统，也同时存在基于 H.323 的专网会议系统、基于 SIP 的会议系统和基于 H.248 协议的会议系统。编解码的标准则更复杂，有 G.711、G.722、G.728、G.729、AMR、H.263、MPEG 等等。多标准并存给业务之间
7、的互通造成技术与成本上的困难。3、重复建设 每新部署一种视讯业务，就意味着新搭建一个网络平台。基于不同的网络平台发展业务，各种视讯业务在发放与管理上很难统一。每一个网络平台都面临相应的投资、业务扩容和维护系统的建设，由此带来高额的投资回报。 4、终端体验较差业务网络的独立，造成每个业务使用不同类型的终端，用户体验较差。例如：用户有可视手机，但为了查看小区监控录像，还要单独接入一台电视终端；视频会议终端不能与IPTV 共享同一台电视终端。如果所有这些视讯业务能够统一在一个终端上实现和提供业务，将给用户带来极佳的体验，自然会刺激用户尝试丰富的融合业务。 5、业务无法融合由于缺乏统一的标准架构支撑和
8、统一的网络平台，想把提供给用户的多种业务集成在一个终端，让用户轻松体验多彩的视讯世界，这是做不到的。 为此，在 IP 基础架构下构建统一视讯业务网非常必要。实现此目的，必须做好几项基本工作：一是媒体格式要规范化。二是各能力通过能力封装层统一暴露，能够被统一资源调度，被统一控制。三是能力系统之间能够通过统一业务控制网络实现控制互通。四是核心网能够提供统一认证能力，支持 IPTV、视频通信等业务的统一认证。统一 IP 视讯多媒体信息融合的理论技术框架如图 1。图 1 统一 IP 视讯多媒体信息融合的总体技术架构三、 相关关键技术从以上统一 IP 视讯多媒体信息融合总体技术架构可以看出，融合的目的是
9、让用户获得良好的全业务体验。为此，在系统设计时必须以客户为中心，通过统一门户、统一客户端、统一认证鉴权、统一充值/支付等提升客户体验。用户既可以在多样化的终端和工作、生活模式中自由选择，也可以灵活运用多种接入手段获得各项业务。通过统一积分、客户识别、个人信息管理等措施，实现对客户资源的经营。网络设计还应在以客户为中心的基础上，遵循统一、开放、水平、融合这四条原则。其中， “统一”包括统一用户数据管理、统一业务管理、统一 CP/SP 业务接入、统一支付/充值等；“开放”则是要实现业务能力对第三方乃至用户的开放，通过开放标准接口、研发 SDK 开发包和业务生成环境等开发工具、进行基础设施建设等措施
10、来实现；“水平”就是定义和构造跨网络、跨终端、可共享复用的业务能力，基于通用业务能力的组合构建多样化应用；“融合”则是指固定、移动融合。另外值得注意的是，软件是业务网络的核心，运营商需要深入到业务软件系统内部进行设计。在业务网络的演进过程中，运营商首先需要注意业务网络是多个业务平台有机构成的整体，必须以系统化的观点来思考。涉及到上述统一视讯多媒体信息融合主要包括以下几项关键技术。1、流式视频编码技术因为视频内容传输需要消耗大量的网络带宽资源，采用合适的视频编码技术是实现IPTV 业务的关键。目前，国际上对基于 IP 网络传输的视频编码标准没有统一的强制性标准，国内因为没有成熟的具备自主知识产权
11、的标准，这阻碍着视讯业务在中国的发展进程。根据目前编码技术的发展和已公布的编码标准来看，能够适合码流在 1M 到 2M，同时又能保证准 DVD 以上的图像质量，比较好的标准有 MPEG 4ASP、H264、VC1 和 AVS几种。目前成熟并有相应产品支持的是 MPEG4ASP 和 H264，VC1 支持的厂商不多，而 AVS 是中国自己开发的标准，其具体发展趋势还需要进一步观察。因此，目前在开展IPTV 业务时各方考虑的编码技术主要是 MPEG4ASP 和 H264 两种。MPEG4 编码技术及产业链成熟，先于 H264 超过 1 年时间。MPEG4 的系统性能可以基本满足业务需求，在 15M
12、2M 的码流下，MPEG4 可以达到接近 DVD 的画质效果。H264 是 ITUT 的 VCEG（视频编解码专家组）和 ISOIEC 的 MPEG（活动图像编码专家组）的联合视频组（JVT ：Joint Video Team ）开发的一个新的数字视频编码标准，它既是 ITUT 的 H264，又是 ISOIEC 的 MPEG4 的第 10 部分。H264 和以前的标准一样，也是 DPCM 加变换编码的混合编码模式。但它采用“回归基本”的简洁设计，不用众多的选项，获得比 H 263+好得多的压缩性能，增强了对各种信道的适应能力；采用“网络友好”的结构和语法，有利于对误码和丢包的处理；应用目标范围
13、较宽，以满足不同速率、不同解析度以及不同传输（存储）场合的需求。H264 是 2003 年才制订的标准，还没有走过产业化的过程，表现在目前还没有芯片厂家的解决方案经过规模的使用，技术上的成熟有待时间检验。H 264 的整体成本较高，批量供货仍然存在一定的问题。对 MPEG4 和 H264 年终编码进行对比测试表明，H 264 的编解码效率比 MPEG4的效率高 515，H.264 属于下一代编码技术标准，是所有压缩技术里面压缩率最高的，在支持实时标清电视节目时只需要 1.5Mbit/s 带宽、点播电视只需要 1.2Mbit/s 带宽，其画质就可以达到 DVD 效果，这显然有利于未来通信与娱乐、
14、有线与无线的业务开展。因此，从技术的演进来看，IPTV 将逐渐从 MPEG4 过渡到 H 264，H 264 视频编码标准被认为是下一阶段的必然选择。2、内容调度算法媒体流的调度属于应用层面的技术，它是随着 VOD(video-on-demand) 的发展而逐渐发展起来的。在 VOD 系统研究的初期，人们将精力主要放在磁盘调度、海量存储等方面，着重提高视频服务器(Video Server)的服务能力。随着研究的深入，人们发现 VOD 系统的服务能力不仅与视频服务器硬件系统的利用效率有关，也与系统的资源调度、服务机制以及用户交互密切相关。受硬件成本的限制，视频服务器的 IO 能力和网络带宽不能无
15、限制地提高，为了提高系统效率，人们把目光转向流媒体的调度技术研究。在流媒体调度技术中，视频节目访问的频率分布是最重要的技术基础，业界先期的大量研究和统计表明，点播(On-demand) 类型的服务近似服从单参数的齐普夫定律（Zipfs law） ，但其单参数分布的适应场景有限。为弥补该算法的一些缺憾，多参数 Weibull 分布被逐渐应用起来。3、视频传输控制技术随着视讯业务的开展，RFC 开始规范视频的传输与控制，相继制定了相关协议。其中RTP/RTCP 就是具有代表性且广泛应用的实时传输和控制协议簇。RTP 是种提供端对端传输服务的实时传输协议，它处于应用层。用来支持在单目标广播和多目标广
16、播网络服务中传输实时数据，而实时数据的传输则由 RTCP 协议来监视和控制。RTP 定义在 1996 年提出的 RFC1889 中。RTP 能保证媒体信号带宽与网络匹配，使媒体可以被实时观看。RTP 服务于流媒体的传输层协议,通常运行于 UDP 协议上，也可以基于 AAL5/ATM 等通信协议，提供端到端的服务，它与具体的承载网络分离。虽说在理论上 RTP 的底层传输协议也可以采用 TCP 协议，但在现在的应用中几乎都采用的是RTP/UDP 模式。实时传输控制协议 RTCP（(Real-Time control Protocol)也定义在 RFCl889 中。多媒体网络应用把 RTCP 和 R
17、TP 一起使用，尤其是在多目标广播中更具吸引力。当从一个或者多个发送端向多个接收端广播声音或者电视时，也就是在 RTP 会话期间，每个参与者周期性地向所有其它参与者发送 RTCP 控制信息包。RTCP 用来监视服务质量和传送有关与会者的信息。通过使用不同的端口号，可以把 RTP 信息包和 RTCP 信息包区分开来。RTCP 用于统计、管理和控制 RTP 数据包的传输。实时流播放协议 RTSP(real-time streaming protocol)是开放不久的新协议，它的设想描述在 RFC2326 文件中。由 Real Networks 和 Netscape 共同提出。该协议定义了一对多应用
18、程序如何有效地通过 IP 网络传送多媒体数据。RTSP 在体系结构上位于 RTP 和 RTCP 之上，它使用 TCP 或 RTP 完成数据传输。HTTP 与 RTSP 相比， HTTP 传送 HTML，而 RTP 传送的是多媒体数据。HTTP 请求由客户机发出，服务器作出响应；使用 RTSP 时，客户机和服务器都可以发出请求，即 RTSP 可以是双向的。RTSP 是应用级的实时流放协议，它的主要目标是广播和多目标上的流式多媒体应用提供牢靠的播放性能，以及支持不同厂家提供的客户机和服务器之间的协同工作能力。实现 RTSP 的系统必须支持通过 TCP 传输RTSP，并支持 UDP。对 UDP 和
19、TCP，RTSP 服务器的缺省端口都是 554。4、视讯业务的网络承载技术由于传统的 IP 承载网是为传统互联网应用（如 WEB 浏览、邮件收发等）而设计的，它对视频传输（特别是组播业务）存在时延大、QOS 差等缺点。为此，对传统承载网必须解决组播复制点的设置、组播管理、QOS 部署等几个重要问题。组播复制点即用户 IGMP 请求的终结点，在该点，网络设备根据端口是否有 IGMP 请求向端口复制组播流。组播复制点越接近用户越能节省网络带宽，对 ADSL 宽带网而言，组播复制点可选于 BAS 或 DSLAM，新一代的 BRAS 已经具备 2Mpps 组播的复制能力。组播管理包括对用户接收组播数据
20、的可控管理、组播源的管理、组播分发范围的管理等，它是电信运营商开展组播类业务的前提条件。目前路由器设备具备一定的组播控制管理能力，新一代的 BRAS 已经提供了基于 RADIUS 协议的可控组播解决方案，但是这些技术缺乏统一的标准，缺少相应的专业管理系统，所以目前大规模使用存在一定的困难。组播是基于 UDP 协议的，这意味着组播没有丢包重传机制。为了克服这缺点，可靠组播一直在研究中，但还没到实用阶段。骨干网络和城域网路由器的更新换代，QoS 的保证能力大大提高，例如电信运营商在利用组播开展 IPTV 业务时可以把 IPTV 的业务网络与普通 PC 上网业务分离，建立专门的组播通道，以此来保证组
21、播的 QoS。但此方法可扩展性较差，只适用于小规模的试验网络。5、 IT 支撑系统目前各视讯类业务平台众多，其支撑系统也非常散乱，例如有用智能网作支撑的，也有用专用 IT 支撑系统，甚至有用 SP 的平台进行支撑的。这些支撑平台建设于不同的时期，是为满足当时市场的需求，向用户提供单一的某类业务，都是相对独立的，如 IPTV 支撑平台只提供 IPTV 业务中的 VOD、信息查询、直播等相关业务；互联星空支撑平台仅为互联星空业务的发展提供支撑服务。随着市场的发展，业务的深入人心，当用户需要订购不同业务平台上的业务时，多次繁琐的订购手续、业务之间的矛盾、多份账单等都会影响用户选择多类业务，分散于多个
22、业务平台的业务表现在用户面前是零散的，而非有机的综合业务。每个平台都有自己的用户数据，因此运营商就需要面对多个客户渠道，无论是营销管理还是运营、运维分析都由于用户信息的重叠等受到影响，不能得到客观、真实、准确的分析结果，无法形成有效的应对方案。每个平台拥有独立的接入、一套计费原则、网管维护手段，通过接口和受理、计费、SP 管理等系统关联，增加了相关支撑系统的负担，而且无法实现统一管理。同时，每个业务平台的资源难以共享，浪费了相关资源。基于以上的分析，有机地实现业务平台的融合，是最好的解决方案。从用户方面考虑，实现单点接入、享受综合业务，支付最优化的资费，方能吸引用户；从电信企业方面考虑，通过已
23、有的业务平台，减少投资和运营成本，组合出更多有创意的新业务，使用户得到可感知的业务新体验，吸引用户。四 统一视讯多媒体信息融合工程建设指引近年来，随着人们生活和工作节奏的加快，越来越多的人们选择远程视讯通信方式传递数据、图像合视频等信息，各系统集成商、软件提供商、电信运营商都在从不同角度和层面提供视讯融合业务。随着 IP 视讯市场的发展，电信运营商近年来建设了多种流媒体业务平台，但这些平台的共同特点就是均采用纵向架构建设（见图 2） 。各业务平台都建设了独立的内容存储、内容管理系统和支撑系统，采用集中的方式独立提供服务给最终用户。随着用户量的增加，这种纵向建设、集中服务的业务平台越来越难以满足
24、用户多种多样的需求。S P / C P业务平台 1用户S P / C P业务平台 2用户图 2 纵向架构下的流媒体业务平台建设一般架构在新的视频服务系统架构下，按照统一 IP 视讯网络的要求，各业务平台内容存储、内容管理等功能不再需要重复建设，而采用统一 IP 视讯网络的统一服务。另外，统一 IP视讯网络系统能够完成内容由中心至 POP 点的推送，实现分布式的业务提供。该网络建设完成后，流媒体类业务的实现模式如图 3 所示。SP/CP 提供的内容实现统一的存储，并且统一交由 CMS 系统管理和调度。业务引擎根据用户需要通过 CMS 系统定位用户请求的资源，然后由 CDN 实现内容到 POP 节
25、点的推送，最终由 POP 点提供服务给用户。业务支撑系统和业务综合管理平台实现对 SP/CP、业务引擎和 CMS 系统的统一管理。用户C D NC M SS P / C P统一存储S ES ES EP O PM B O S SI S M P图 3 统一视讯业务网络实现模型五 结束语目前，视频应用在宽带应用中的比例已经超过 80%，多种宽带视频应用组合，将是拉动宽带增值业务收入的主要动力源。视频业务正向着高清晰、动态化、交互式的方向发展。融合视频将是发展的趋势。例如，即时消息和 IPTV 同时提供，让人们在享受视频娱乐的同时能够看到消息留言；手机的视频可以和 PC 的视频共享，实现内容互动；最终
26、用户可根据自身的需求，通过与内容提供者之间互动而获得具体的内容；用户可以直接参与节目，例如在收看机智问答（quiz show）类电视节目的同时，用户还可以实时地参与到节目的答题环节之中；用户在参与内容互动之后，如购物等，其费用最终能够通过统一账单支付。本文对 IP 统一视讯网络中的多媒体融合技术进行了详细阐述，从增值应用的角度出发，对直播、点播、互动、可视通信等常见业务中的关键技术进行了分析，并对实际工程建设给出了前后架构变化比较。融合，已经成为电信业发展的主要趋势。在全业务运营时代，电信业将面临新的融合格局：即从单一产业链结构，逐步向多种生态系统的转变。软件业、IT 产业和通信产业开始逐步实
27、现全方位融合。对电信运营商而言，融合的发展可以实现由传统运营业向信息服务业的转变；特别是宽带（包括移动宽带和固网宽带） 、IP 技术、移动技术、以及 Web2.0的应用技术，能够为用户提供话音、视频、数据、及时消息等融合新型业务。参考文献1 赵慧玲.“融合”是全业务运营的支点C. 华为技术,2008(37).2 张应福.IPTV 关键技术与运营模式研究J.通信与信息技术,2008(2).3 刘建中等.多业务通信网络中一种基于效用的定价机制C.电子与控制技术学术会议,2007(10).作者简介张应福，博士，现供职于中国电信四川公司网络发展部。方旭明，西南交通大学信息科学与技术学院教授，博士生 导师 。
