荔园在线

荔园之美,在春之萌芽,在夏之绽放,在秋之收获,在冬之沉淀

[回到开始] [上一篇][下一篇]


发信人: Second (石开), 信区: Multimedia
标  题: [转载] 基于IP v6的视频广播/点播系统
发信站: 荔园晨风BBS站 (Wed Jun 27 07:56:30 2001), 转信

基于IP v6的视频广播/点播系统
清华大学 袁潮 王志 尔桂花 戴琼海
----------------------------------------------------------------------------
----
VOD系统存在的问题
随着Internet的发展和普及,上网已经成为人们日常生活的一部分。但是目前网络所提
供的服务虽然较前几年丰富了很多,但基本上还停留在电子邮件和主页浏览以及文字交
谈等服务上。出现这种情况的主要原因是目前的Internet还基于窄带网络,无法实现大
数据量的传输。
可以看到,目前的网络发展有两方面的趋势:用户数量的急剧增长和网络服务的多媒体化
。人们将越来越注重交互式的多媒体信息服务。要实现这一点就必须具备两方面的条件
:高网络带宽和适用于多媒体信息传输的协议。
在目前网络条件下,进行多媒体视频/音频广播的途径有两个:Internet和有线电视网。
但是它们都存在难以克服的弱点,由于其中很多是这两个网络在早期设计时没有预料到
今天的应用所造成的,因此也是网络固有的弱点,除了进行彻底改造之外很难克服。

1. Internet存在的问题
Internet是20世纪90年代初期发展起来的,基于的协议是IP v4。由于早期的Internet主
要是用于科研,因此传输的数据主要是基于文本的,设计者并未考虑到后来商业公司的
加盟和今天的规模。在多媒体信息需求日益增多的今天,现有的Internet虽然经过多次
改造和带宽扩容,但是仍然无法满足现在和以后的需求。
相对而言,带宽所带来的影响似乎还不那么明显,因为我国的国情是Internet起步较晚
,各地铺设的网络干线大多数都采用光纤,某些新建的小区也采用光纤到户的方案,再
加上不断扩容,所以我们有理由相信至少在某一个范围内带宽将不会成为发展的障碍。
它的根本缺陷集中在以下几个方面:
(1) 地址空间严重不足, 对组播功能支持有限。随着Internet上用户数目的爆炸性增长
,地址空间的局限日益突出。未来三网合一是一个必然的趋势,参与视频广播和点播的
用户将是现在数目巨大的有线电视用户,现在的地址空间显然是不够的。IP v4采用32位
的地址,无法克服这一问题。此外,Internet上的视频广播和点播采用的技术主要是组
播,但是IP v4协议对于组播的支持很少,在实际应用中也缺乏具体实现,一个明显的地
方就是基于IP v4的路由器很少有支持组播功能的。
(2) 数据传输缺乏服务质量(QoS)保证。目前很多人认为网络的瓶颈在于带宽,只要解
决带宽问题,那么一切问题都解决了。其实这种观点是错误的。首先网络带宽在很长一
段时间内是无法完全满足每一个人的需求,即使在光纤到户的情况下,对每一个用户提
供相同质量的服务,骨干网也是无法承受的。事实上,未来的网络多媒体信息服务需要
实现的是针对每一个用户的要求提供服务,因此针对不同的数据类型就可以采用不同的
服务类型,也就有可能在当前有限的网络带宽下很好地实现多媒体数据通信服务。上面
所说的需求归结到一点就是多媒体通信对服务质量的要求。
服务质量通常集中在以下四个方面:
● 一定的带宽需求。例如,传输MPEG-2的节目,每一路节目的带宽为6Mbps左右。
● 较低的端到端延迟。对于视频节目而言,若是延迟太大,则会造成节目的断续,这是
用户无法接受的。
● 延迟变化在一定范围内。若是变化太大,则接收端就会产生数据的上溢或者下溢,同
样影响收看质量。
● 误码率和可接收的错误可以接受(无重传)。对于多媒体数据通信而言,重新传输是
不可能的,那样会造成数据传输出现不可接受的延迟。因此,出现数据错误只能丢弃,但
是可以把它控制在一定范围内,使收看的用户可以接受。
(3) 数据安全性难以保证。网络的安全性同样是需要考虑的重点。对于视频点播而言,
一般采用的是用户点播加付费的方式,因此播放的节目应该是加密的,否则就会被其他
用户免费看到;如果采用网上支付费用,则用户数据的加密将是非常重要的。目前网络采
用的加密方法大多集中在应用层,这种加密方法的安全系数相对较低。这是因为IP v4在
设计的时候并未太多地考虑数据安全因素。

2.有线电视网VOD系统存在的问题
针对当前电信网络存在的主要问题——带宽窄,有人提出了采用有线电视网络进行多媒
体数据通信的方案。它的优势在于网络带宽大,而且每一个家庭都已经铺设完成,所以
在其上实现广播还是比较快的。但是要实现点播则困难很多,因为它需要上行信道实现
用户点播信息的反馈。实现这一目的就需要对当前有线电视网络进行改造。而这种改造
的代价是高昂的,目前只有经济较为发达城市的部分小区实现了这一改造。特别是对于
双向传输要求很高的交互式视频会议等应用来说,利用目前的有线电视网络是难以实现
的。
此外有线电视由于缺乏具有灵活性的软件(因为大多数的部件都是采用硬件实现的),
所以采用的加密算法必然缺乏灵活性和多样性,被破译的可能性更大一些。
IP v6的优势
IP v6是下一代Internet将会采用的新协议,它是在IP v4的基础上加以修改和扩充而形
成的,目前正在推广应用。它可以有效地解决目前Internet上实现多媒体业务所存在的
问题。目前在国际上已经有几个全球范围内的实验网,如NGI、vBNS、Internet2、6BON
E等骨干网。新一代的路由器也已经开始支持IP v6。
(1) 从IP v4升级到IP v6,地址空间无论从容量上还是类型上都有了重大的改进。IP v
6采用的是128位的Internet地址,这意味着地址空间将会是3.4×1038,这足以为每一个
移动设备都配置一个IP地址,不会再有地址捉襟见肘的现象出现。IP v6的地址变化不是
简单意义上的规模扩大,而是对原有地址结构的修改。IP v6的地址结构可以提高选路效
率,从而减轻路由器负担,提高数据吞吐量,这对于大数据量的传输是必需的。
(2) IP v6加强了组播功能。组播的意义在于只有用户加入相应的组播组才能收到发给该
组的信息,这对于视频节目的发送来说意义尤其重大。模拟电视中的频道概念完全可以
用组播组的概念来代替,而且组播组的范围可以包括同一本地网、同一机构网、甚至IP
 v6全球地址空间中的任何位置的节点。这就为网络多媒体信息服务提供了更大的灵活性

(3) IP v6考虑QoS。IP v6的包头结构有所变化,它采用了业务流字段和流标签字段。业
务流字段扩大到1个字节,这样就可以定义256个级别的优先级,对各种多媒体信息根据
紧急情况确定数据包的优先级,从而保证每一项服务都能达到用户满意的质量。IP v4被
描述为无连接的协议。由于IP v4为了让每一个包都能找到自己的路径以到达目的地址,
同一数据流的包和包之间并没有相关性,所以中间路由器对于每一个包都是单独处理的
,结果是同一个业务流的前后两个数据包可能是通过不同的路径到达目的地址的。对每
一个包独立处理,会增加每一个包的处理时间,对于文件传输等应用可能影响不大,但
是对于视频广播来说,延时增加和不确定性会造成收看质量的严重下降。在IP v6中,同
一个业务流的所有数据包采用相同的流标签,这样当路由器检测到相同的流标签时就采
用相同的路径发送,而不需要为每一个数据包重新选择路由,从而大大提高了数据包转
发的效率,降低了端到端的延迟。
(4) IP v6改善了误码率和加密性。在硬件结构和协议一致的情况下,误码率的降低与编
码方式有很大的关系,目前采用较多的是MPEG-2的编码方式。
由于IP v6采用的加密方式是把加密信息放在IP层,这是数据传输相对较低的一层了,因
此对于目前的应用层加密方法来说可以收到更好的效果。
采用Internet进行多媒体数据服务的一个优点在于它可以提供更为完善的附加信息。虽
然DVB标准规定了SI信息,但是由于有线电视的交互性有限,所以不可能像Internet那样
提供丰富多彩的内容和关于节目的大量信息,而且由于实现上的难度(包括服务器对节
目信息的组织和用户机顶盒对下行数据流包含信息的检索),所以目前很少有功能完善
的DVB VOD系统出现。但是结合Internet以后就不同了,由于软件的巨大灵活性,使多媒
体信息包含复杂的附加信息成为可能,特别是MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7的出现,使多媒
体信息的高效组织和检索利用成为可能,利用Internet实现目前有线电视网上DVB的电子
节目指南(EPG)功能将更加简单有效,同时也能为用户提供更多的内容和选择。
IP VOD的实现方式
1.传统的实现方式
就目前的情况而言,数字有线电视实现途径有两种:
第一种是所有的节目频道都被传送到用户的机顶盒,用户在机顶盒上选择自己所要收看
的节目频道。这种方法比较简单,节目流的解复用是在机顶盒内完成的。目前大多数的
数字有线电视系统采用的都是这种方法,用户端采用的是HFC接入方式。但是目前HFC不
适合交互式的双向数据传输服务,进行双向改造的成本又过高。
第二种是采用SDV(Switched Digital Video)方式,它的主要应用场合是“光纤到路边
(FTTC)和同轴电缆到户”的大环境下。受制于同轴电缆的带宽,只能有一路节目经由
电缆到达用户的机顶盒。这种结构对于机顶盒要求简单,但是会大大增加主数字终端(
光纤和分到每一个家庭用户的电缆之间的设备)的复杂度。
2. IP VOD的实现方式
(1)基本要求 基于Internet的视频数据发送系统和第二种方式类似,到达最终用户接
收端的也是一路节目,而不是把所有的节目都发送给用户。但是存在以下的不同:
● 传送MPEG-2流数据的是IP包;
● 节目数据的发送采用的是组播(multicast)方式;
● 频道选择的办法是离开一个组播组而加入另外一个组播组。
控制用户选择组的办法是使机顶盒给组播路由器或者组播访问服务器发送一个组管理协
议消息(IGMP),它负责用户加入或者离开一个组播组。实际上,在每一个组播组内都
有一个路由器充当查询器,通过发送组成员报文检查和更新组播组成员,就能随时根据
用户的选择确定用户所在的组播组(在这里就是节目频道)。
从骨干网来看,目前的千兆位网络能够同时容纳150个数字节目频道,每一个频道的带宽
为4M~6MHz。从用户接入端来看,因为只是单路节目进入用户家庭,所以并不需要光纤
到户,但是至少25Mb/s的VDSL接入是必要的,因为用户家里可能有多个电视和PC要同时
上网。此外对于将要开通的高清晰度电视来说,这个接入速度也是必需的。
(2) QoS保证 提供多媒体数字服务很重要的一点就是服务的质量,具体来说应该注意以
下几个方面:
● 高级的图像和声音节目的质量至少不比卫星电视节目差;
● 频道选择延迟小,期望值在1秒以内;
● 支持一般有线电视不提供的服务内容,如视频点播;
● 友好的用户使用界面。
良好的视频节目服务离不开一个完善的电子节目指南(EPG),它是用户使用多媒体数字
服务的一个界面。一个完善的EPG可以使用户轻松地享受到多媒体数字服务带来的舒适和
便捷;但是一个糟糕的EPG则会使用户失去耐心,从而放弃服务供应商所提供的服务。
MPEG-2定义了关于节目和服务信息的PSI表,但是并没有规定它的具体实现方式,这一方
面是为了增大灵活性和给各个厂商留出一定的发展空间,在竞争中产生好的解决方案;另
一方面也是当时还没有对多媒体信息较好的描述方法。相信随着MPEG-7标准的制定,对
多媒体信息的描述将更为准确和方便。
此外,DVB标准则详细规定了数字电视节目的服务信息表(SI),包括网络信息表(NIT
)、簇关联表(BAT)、服务描述表(SDT)和事件信息表(EIT)等,通过它们可以较好
地描述每一个节目以及相关节目。在当前阶段,由于关于节目的信息大多数还是基于文
本而不是基于多媒体对象的,因此我们可以参考DVB的SI表结构制定符合MPEG-2标准的节
目描述数据结构,从而形成IP网上的EPG。它可以包括以下几个方面:
● 某个时间范围内的节目列表;
● 节目查询功能;
● 简单的频道切换界面;
● 视频点播界面;
● 付费方式选择界面。
(3)实时性措施 使用IP网进行视频数据传输存在的一个主要问题是实时性差。由于基
于服务器和路由器的网络都是“软实时”的,它不像硬件实现的有线电视网那样是“硬
实时”的,因此数据传输量可能在不同的时刻变化很大,如果把收到的数据直接播放,
则播放质量将会很差。解决这一问题的方法是在路由器或者用户接收端实现数据缓冲,
当然网络质量需要保证缓冲区不至于上溢和下溢,这在IP v6网络上并不是一件很困难的
事情。
有三种方法可以实现软实时:
● 硬性保证:用户指定的服务质量必须得到100%的保证。它一般需要网络带宽能够满足
最大需求值,做到这一点代价很高,而且不很现实。
● 基于统计规律的保证:用户指定的服务质量能在一定范围内得到保证,特别是对于视
频节目服务来说,往往不需要数据100%准确。一定范围的误码率和丢包率是可以接受的

● 尽量保证:这是最差的一种保证,除非带宽足够大,否则在这种情况下进行有质量保
证的视频节目的发送是不可能的。但是对于文本传输这种实时性要求不高的事务来说,
准确性是最重要的,采用这种发送方式也是正确的。由于IP v6新增了对于服务质量的规
定,所以采用第二种方式实现软实时是完全有可能的。路由器完全可以针对不同的业务
流类别(数据流的业务流类别可以由用户来指定)采用不同的处理方式,从而保证用户
的收看质量。
IP v6实现QoS的协议是IETF的资源保留协议(RSVP)。它允许一台主机要求来自特定的
应用程序数据流或者流程(指可以由路由器或者数据转发主机辨别的相关数据包的流,
在IP v6协议下就是拥有相同的流标签)的网络指定服务质量。如基于平均值的最大带宽
、最大接收延迟、优先队列以及其他参数,主机也可以指定一个特定的网络服务级别,
这与DVB中网络信息表的概念类似。
由此可见,在网络带宽、节目的EPG、数据传输的QoS以及相应的发送、接收软件都得到
保证的情况下,目前在一定的用户规模下建立一个完整的基于IP v6的视频节目广播/点
播系统是完全现实的。

--
                            既然热爱生命
                            那么,
                            一切都在意料之中。

※ 来源:·荔园晨风BBS站 bbs.szu.edu.cn·[FROM: 192.168.28.190]


[回到开始] [上一篇][下一篇]

荔园在线首页 友情链接:深圳大学 深大招生 荔园晨风BBS S-Term软件 网络书店