iptv 最全IPTV科普

1什么是IPTV？

网络电视(IPTV)是指通过互联网协议提供包括电视节目在内的各种数字媒体服务。

1.1模拟电视、数字电视、OTT和IPTV的区别

模拟电视:从卫星接收模拟信号后，这些信号全部通过广播推送到用户的电视终端，终端通过选择不同的频点来选择不同的节目。

数字电视:信号从卫星接收，经视频压缩数字化，再经QAM调制，然后通过网络广播到用户终端。数字电视和模拟电视的区别在于，传输的内容变成了数字。

IPTV:卫星接收到的信号经过视频压缩，再通过IP流媒体将压缩后的报文转换成IP报文，通过IP网络传输到用户家中，可以充分利用IP网络的可访问性和IP网络传输效率的优势。

OTT TV是“Over The Top TV”的缩写，指的是基于开放互联网的视频服务，即在网络上提供服务，强调服务独立于物理网络。通过互联网传输的视频节目。

简单来说，IPTV和OTT的区别在于:

1)IPTV采用独立组网，OTT叠加在宽带网上；

2)IPTV有QoS保障，OTT没有；

3)全国的IPTV播出和电视台提供节目来源，有电视直播，OTT没有。

1.2网络电视的定义和特征

所有的IPTV系统都是用IP网络传输视频的，这是对的，但另一方面，所有用IP网络传输视频的系统都是IPTV，这是错的。

网络电视将通过知识产权网络向消费者提供传统的广播频道，以取代地面广播、有线电视和卫星服务。虽然使用的是IP网络，但是IPTV业务几乎都是通过专网传输的，不同于公共互联网上的互联网视频传输。

从终端来看，需要IPTV机顶盒，将传入的IPTV信号转换成标准的视频信号，用于家庭电视显示。

网络电视的主要特点是:

1)连续视频流:具有专业制作的内容(例如来自电视广播网络)；

2)数百个不停、连续播出的频道；

3)统一的内容形式(所有频道共享一种压缩方法，使用相同的码率)

4)专网传输；

5)通过机顶盒在家庭电视上观看

2 IPTV产业链

截至目前，国家广播电影电视总局已发放互联网电视整合业务许可证7个，全部属于广电部门，分别是CCTV国际CNTV (CCTV为主要申请)、杭州华数(浙江、杭州电视台联合申请)、上海文光bestv(上海电视台为主要申请)、南方媒体(广东电视台为主要申请)、湖南电视台、中国国际广播电台、中国国家广播电台。

主要合作方式:

IPTV商业模式:

网络电视内容运营商负责内容整合运营，提供许可证、他们自己的内容和其他内容提供商内容

网络运营商负责传递内容。

两家运营商合作运营，分享收益。

因此，IPTV是电信网、广电网、互联网的三网融合运营。

3 IPTV网络架构

3.1 IPTV系统部署架构

IPTV系统架构可以分为内容层、服务层、承载层和接入层。

内容层包括内容组织、内容制作、内容集成、内容计费、DRM加密等。

业务层负责直播、点播、审核、时移、内容分发、增值服务平台、运营支撑管理、业务管理。

承载层是指网络运营商的宽带骨干网、城域网和宽带接入网。

接入层是指用户接入设备，如机顶盒(STB)。

内容组合管理系统架构:

商业管理系统架构:

CDN平台架构:

EPG系统架构:

终端管理平台:

EPG:电子节目指南。

数字版权管理。内容加密，防止任意分发；防止解密内容被随意复制或修改；防止内容被任意使用。数字版权管理流程图如下:

3.2网络电视网络架构

典型的网络部署架构:

网络承载模型:

交通承载模型:

3.3网络电视业务流程

用户访问流程:

直播流程:

按需流程:

4网络电视的基本技术原理

4.1多播

要理解组播，必须同时理解单播和广播。

单播

在单播中，每个视频流都被准确地发送到每个接收器。如果多个接收器需要相同的视频，信号源会为每个用户生成独立的单播流，然后这些独立的流会通过IP网络从信号源流向每个受众。

如上图，网络中有信息发送方Source、UserA、UserC，网络使用单播传输信息。

发送过程:

以单播地址作为目的地址的单播消息。源向每个接收方地址发送独立的单播消息。接收方需要发送n个单播消息。如图:数据包为UserA；面向用户的数据包.

网络为每个单播消息建立独立的数据传输路径。N条单播报文需要建立N条独立的传输路径。如图:source→router b→routere→router d→usera；来源→路由器B →路由器e →路由器F →用户c .

广播

IP网络还支持一种称为广播的功能，在这种功能中，一个数据包被发送到局域网中的每个设备，如果有关于这个设备的信息，每个接收广播数据包的设备都必须处理这个数据包。但是流媒体中不会用到广播包，因为即使是很小的流也会填满所有的局域网设备。此外，路由器通常不会将广播数据包从一个局域网传输到另一个局域网。也就是说，这些情况对于流式应用是不希望的。在真正的IP组播中，这些数据包只发送给需要接收的设备。

如上图所示，网络中有信息发送者Source、UserA、UserC，网络通过广播传输信息。

发送过程:

使用广播地址作为目的地址的广播消息。源只向网络广播地址发送一条消息。如图:所有网络的数据包。

消息被复制并传输到每个网段，并确保消息到达网络中的所有路由器和用户，无论是否有需求。如图所示，不需要这个消息的用户UserB也可以收到一个副本。

多播

在多播中，单个视频流同时发送给多个用户。虽然使用了一种特殊的协议，但网络会指示为每个观众复制视频流。这种复制发生在网络内部，而不是信号源。复制是在受众需要的网点进行的。

如上图所示，网络中有信息发送方Source、UserA、UserC，网络使用组播传输信息。

发送过程:

使用多播地址作为目的地址的多播消息。源仅向多播地址发送一条消息。如图:所有组播组的数据包

网络中部署的多播协议为该多播消息建立树形路由，根连接到源，分支连接到所有多播组成员。如图:source→routerb→routere[→routerd→usera |→routerf→userc】。

▲单播和组播环境下的数据流

组播的优势

组播在点对多点网络中有明显的优势:单个信息流沿着树路径发送给一组用户，同一组播数据流在每条链路上最多只有一个副本。与单播相比，使用组播传输信息时，用户的增加并不会显著增加网络的负载，反而会降低服务器和CPU的负载。不需要此消息的用户无法接收此数据。与广播相比，组播数据只传输到有接收机的地方，减少了冗余流量，节省了网络带宽，降低了网络负载。因此，可以说组播技术有效地解决了单点发送和多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传输。

▲直播业务采用组播和单播对比

如果宽带网上IPTV单播流量和用户互联网流量混合，接入终端无法实现QOS质量保障，IPTV将被卡，互联网接入速度达不到标准，用户使用感知下降；城域网中从OLT到华润的流量也会变得非常大，容易出现拥堵。

综上所述，组播解决了单播模式消耗服务器资源和网络资源的缺陷，如源主机上多个“包”，网络上重复“投递”。同时也解决了广播方式缺乏足够的安全机制(只能加入群才能接收)和消耗传输链路带宽的缺陷。

多播的基本概念

组播组:组播组由一个IP组播地址标识。任何加入组播组的用户主机(或其他接收设备)都成为该组的成员，可以以IP组播地址为目的地址识别和接收IP报文。比如你听车载收音机，当射频调制为FM98.8时，说明你已经加入了某个电台群，那么你就收到了这个频道的信息。

组播源:组播组地址为目的地址，发送IP报文的源称为组播源。多播源可以同时向多个多播组发送数据。多个多播源可以同时向一个多播组发送消息。

组播路由器:网络中支持组播功能的路由器称为“组播路由器”。和单播路由器一样，组播路由器的功能是寻址和转发。组播路由器通过组播路由协议发现并选择路由，最后形成组播路由表转发组播数据。

多播树:使用多播意味着“种植”和“维护”一两棵树。学习多播最重要的事情是阐明这些树是如何形成、收敛、改变的，以及数据是如何在树上传输的。是一棵树还是两棵树取决于使用哪种组播路由协议。组播树在组播路由器上最好的体现就是组播路由表条目(*，G)和(S，G)。以下两种树在组播中很常见:源树和共享树。

IGMP:IGMP协议是一种用于主机和路由器之间多播通信的语言。对应OSI模型，属于第三层协议，是我们所说的第三层组播协议中的关键组成部分。

组播路由协议:组播路由协议是组播路由器之间的组播通信语言。正如OSPF是单播路由协议一样。组播路由协议根据使用范围可以分为IGP和EGP，和单播路由协议一样。

PIM: PIM是一种广泛使用的组播路由协议，PIM(协议无关组播)被称为协议无关组播。什么是协议无关？简单理解为PIM是一种“吸纳”。PIM不会自己发现路由，而是使用现成的单播路由表中的路由条目，而不管这些单播路由条目是在哪个单播路由协议中发现和传递的，这意味着与协议无关。PIM使用现有的单播路由信息对多播消息执行RPF(反向路径转发)检查，从而创建多播路由表条目并构建多播分发树。PIM不维护特殊的单播路由，也不依赖于特定的单播路由协议。它直接使用单播路由的结果。

PIM支持两种组播路由模型:PIM-DM和PIM-SM。PIM-DM被称为协议无关的组播密集模式，适用于规模较小、组播组成员相对密集的局域网。PIM-SM被称为协议无关的组播稀疏模式，适用于组成员相对稀疏且分布广泛的大型网络。

Rp: RP(会合点)是PIM SM中源树和共享树的汇聚点，是两棵树的总根。一般整个网络设备对RP地址的理解都是一样的，否则两棵树无法汇聚，导致源发送的流量无法到达组内。

4.2流媒体

流媒体是指在网络中使用流媒体技术的连续的基于时间的媒体，如音频、视频等多媒体文件。流媒体技术一般指的是视频/音频传输、编解码技术，将连续的视频和声音信息压缩后放在流媒体服务器上，让用户在下载的同时观看和收听，而不用等待整个压缩文件下载到自己的机器上。流媒体技术不是单一的技术，而是基于多种基础技术的技术。流媒体实现的关键技术是流媒体传输。流媒体的主要技术特征是采用流媒体传输，即通过网络向客户端传输流媒体内容。

流媒体基本网络协议:

传输控制协议、用户数据协议(传输层)

Ip协议(互联网层)。

流媒体传输协议:

实时传输协议、RTCP协议和实时传输协议是实时传输协议，通过UDP协议传输。RTCP协议是一种实时传输控制协议，可以通过TCP协议或UDP协议传输，但它与RTP是通过不同的端口号分开的。

RTP是一种提供端到端传输服务的实时传输协议，支持单目标广播和多目标广播网络服务中的实时数据传输，而实时数据的传输由RTCP协议监控。

RTSP是一种实时流协议，也可以说是一种会话控制协议，支持像录像机这样的操作控制，如暂停、快进、快退等。RTSP也是通过UDP传播的。

RSVP，RSVP协议是一种资源预留协议，属于传输层范围，对路由沿线路由器提出带宽控制(预留)的要求，以保证一定信号带宽的稳定性。

流媒体的网络传输特性；

高带宽和高压缩比

低传输延迟

支持多播模式

高可靠性

信道同步，当视频流、音频流等数据流从不同的传输信道通过不同的路由到达终端节点时，需要采用一定的机制来实现异构数据流之间的同步，称为信道同步。

4.3视频编码

由于视频数据量巨大，未压缩的数字视频数据无论是存储还是传输都是网络的压力。因此，数字视频的关键问题是数字视频的压缩技术，视频是由连续的图像帧组成的图像序列。由于场景变换速度的限制，相邻帧之间有很高的相关性。因此，结合变换编码的运动补偿技术构成了序列图像编码的主要方法。

H.264视频编码:

H.264是继MPEG4之后由国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)共同提出的新一代数字视频压缩格式。其主要特点如下:

低比特率:相比MPEG-2和MPEG4 ASP压缩技术，在相同的图像质量下，H.264技术压缩的数据只有MPEG-2的1/8和MPEG-4的1/3。

高质量图像:H.264可以提供连续平滑的高质量图像(DVD质量)。

容错能力强:H.264为解决不稳定的网络环境中容易出现的丢包等错误提供了必要的工具。

网络适应性强:H.264提供了一个网络抽象层，使得H.264文件可以很容易的在不同的网络上传输。

H.264最大的优点是数据压缩率高。在相同的图像质量下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5 ~ 2倍。比如原文件大小为88GB，用MPEG-2压缩标准压缩后会变成3.5GB，压缩比为25∶1，而用H.264压缩标准压缩后会变成879MB，范围从88GB到879MB，H.264的压缩比会达到惊人的102∶1。低比特率在H.264的高压缩中起着重要的作用，与MPEG-2和MPEG-4 ASP相比，H.264压缩技术将大大节省用户的下载时间和数据流量费用。特别是H.264，压缩比高，图像质量高，平滑。正因为如此，H.264压缩的视频数据在网络传输过程中需要的带宽更少，也更经济。

H.265视频编码:

HEVC(高效视频编码)是一种视频压缩标准，被认为是ITU-T H.264/MPEG-4 AVC标准的继承者。自2004年以来，它已被国际标准化组织/国际电工委员会运动图像专家组(MPEG)和国际电联-T视频编码专家组(VCEG)制定为国际标准化组织/IEC 23008-2 MPEG-H第2部分或国际电联-T H.265。第一版HEVC/H.265视频压缩标准于2013年4月13日被接受为国际电信联盟(ITU-T)的官方标准。

HEVC被认为不仅提高了视频质量，而且达到了H.264/MPEG-4 AVC压缩率的2倍(相当于同等画质下比特率降低到50%)，可以支持4K分辨率甚至超高清电视(UHDTV)，最高分辨率为8192×4320(8K分辨率)。

4.4宽带需求

各种IPTV业务中的流媒体业务对带宽的要求更高。不同节目类型和编码方式的不同节目对网络带宽的要求也不同。

标清节目分辨率一般为720×480，视觉体验相当于DVD。目前常用的标清节目编码方式有MPGE-2和H.264，对应的带宽要求分别为3.75M和2m；

高清节目标准有两种:720P和1080i。视觉体验高于DVD，对应分辨率分别为1280×720和1920×1080。MPGE-2编码高清节目所需的带宽为12M，H.264编码高清节目所需的带宽为8M。

对于4K超高清IPTV，物理分辨率为3840×2160，采用H.265编码技术，带宽要求在27M左右。

4.5机顶盒

机顶盒是一种将数字电视信号转换成模拟电视信号的设备。

主要功能:接收数字电视节目，具备所有广播、点播、互动多媒体应用功能。

电子节目指南(EPG)

互动应用:为用户提供视频点播、组播和互动游戏。通过交互功能的应用，人们在订购时可以像操作家用DVD一样快进、快退、暂停；您可以在多播期间快速切换电视频道。通过互动功能的应用，人们也可以玩互动游戏。

软件在线升级:机顶盒中间件插件可以提供机顶盒能力检测，在线安装更新机顶盒应用软件。机顶盒可以识别软件的版本号，当版本不同时接收软件，并更新存储在存储器中的软件。

互联网浏览等功能(VoIP、游戏、Web、Email……)

IPTV机顶盒的关键技术包括视频解码和播放、流媒体技术、图像和图形显示技术、中间件技术和嵌入式应用系统。

机顶盒硬件架构:

机顶盒软件架构:

机顶盒在以下几个阶段开始进入EPG界面:

1)网络认证阶段(0%-7%)

2)加载机顶盒固件(7%-52%)

3)解析域名服务器(52%-61%)

4)IPTV服务账户认证(61%-83%)

5)装载EPG(83%-100%)

因此，可以根据机顶盒开机后哪个阶段出现故障来判断故障原因。例如，启动时停止在7%意味着网络连接可能有问题。

网络电视常见故障及维护

5.1视频点播直播卡和花屏

1)所有直播频道和点播节目都在卡上

解决方法:查网络！大部分都是接入网问题。观察其他节点是否有同样的卡涩和花屏现象。此类故障具有区域性、周期性和连续性，同一用户可能会在一段时间内出现此类问题。

典型案例:某区域部分用户被严重卡住。经过调查，原因是:OLT上行带宽利用率达到100%，BAS上行带宽利用率达到80%，需要扩容。

2)个人直播频道卡和花屏

解决方案:有两种可能:一种是网络带宽不够，用户带宽不足以支持用户观看一些比特率过高的节目。这种现象的特点是，只要是高清频道或节目，就卡，普通的就流畅。另一个是某个节目或者频道，卡住了，或者花屏，大概是节目来源的问题。

典型案例:CCTV1 HD频道每隔5、6分钟就会出现马赛克花屏，回看时移会出现在相同位置，其他频道则不会。经查是广电编码器故障。

5.2用户无法登录

1)新安装的机器无法登录

解决方法:查网络和账号，先查用户家的宽带是否能正常上网，再找本地增值，查机顶盒的接入账号和业务账号是否正常。

典型案例:某市多家酒店上班，晚上八点到九点半没看电视。机顶盒的ITV连接进度为7%。失败的原因是BAS上的单板容量达到了超处理能力。把这块板上的一些用户切到另一块BAS上，排除故障。

2)突然无法登录

解决方法:查网络，让BOSS查业务账号是否欠费。

5.3实时黑屏

1)高清频道黑屏

解决方案:带宽不足

2)单通道黑屏

解决方法:大部分直播节目被剪掉。

3)所有黑屏

解决方法:如果在同一个PON端口下，换猫。换机顶盒，或者联系其他本地点看直播是否正常。

5.4主页和图片显示不完整

可以正常登录，单个用户首页显示和图片显示不完整，大多是因为机顶盒的问题。

5.5没有图像就没有声音，没有图像就没有声音

可能的故障是电视和机顶盒连接不正常。

5.6声音和图像不同步

可能造成障碍的原因:片源问题或机顶盒故障。

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