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作者：Michael Stich 與 Charlie Gonsalves

電信公司正全力以赴與有線電視運營商角力，這場競爭將決定今后十年電視、高速因特網(wǎng)以及電話服務(wù)的發(fā)展藍圖。在通過使用光纖同軸混合有線電視基礎(chǔ)設(shè)施和專用線路向客戶提供三重業(yè)務(wù)整合（視頻、基于線纜調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)服務(wù)以及語音服務(wù)）方面，有線多服務(wù)運營商 (MSO) 已取得了巨大成功。現(xiàn)在，電信公司正加強其 DSL 局端設(shè)備，并利用帶寬效率極高的視頻編解碼器來添加可成功普及寬帶的殺手锏因特網(wǎng)協(xié)議電視 (IPTV) 服務(wù)及其自己的三重業(yè)務(wù)整合。電信公司的成功取決于他們能否向需要豐富頻道內(nèi)容的美國消費者提供多樣化的高清晰流媒體電視節(jié)目，這就要求新一代機頂盒既能支持目前的MPEG-2 編解碼器，又能夠支持可提高帶寬利用效率的新型高級編解碼器，如 H.264 和 VC-1 等。

IPTV 最具吸引力的特性之一是，能夠解決有線電視網(wǎng)絡(luò)連接的局限性，不必為每位客戶提供所有可用通道。也就是說，這種局限性造成 MSO 總是面臨網(wǎng)絡(luò)帶寬能力有限的問題，只要增加新客戶，就會損失通道。IPTV 能夠解決這一問題，其采用基于分組的因特網(wǎng)技術(shù)，僅對正在觀看的信道進行分流，從而節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬并能夠提供范圍廣泛的節(jié)目供選擇。IPTV 能實現(xiàn)視頻點播，并能將無限的信息陣列嵌入到視頻流中。IPTV 也是推動實現(xiàn)無所不在的寬帶普及的殺手級應(yīng)用，如果沒有 IPTV 技術(shù)，寬帶市場的普及就只能限制在擁有 PC 的家庭中。IPTV 具有非常重要的優(yōu)勢，特別是在使用了高級編解碼器的情況下，能夠支持多個視頻通道，這使其對大部分擁有多臺電視的美國家庭非常具有吸引力。

SBC 與 Verizon 推出 IPTV

SBC Communications 與 Verizon 是美國兩大主要的電信公司，兩家都在大規(guī)模地推出IPTV 網(wǎng)絡(luò)。Verizon 預(yù)計將是四大電信公司中率先推出 IPTV 服務(wù)的公司。該公司正在構(gòu)建光纖入戶 (FTTP) 網(wǎng)絡(luò)，該項目將率先在該公司已提供電話服務(wù)的 29 個州中開始實施。Verizon到 2005 年底其速率為 5 ～ 30 Mbps 的 FTTP 網(wǎng)絡(luò)擁有超過 300 萬用戶。Verizon 的 FiOS TV 將成為有線電視和衛(wèi)星電視領(lǐng)域的有力競爭者，該技術(shù)可通過寬帶網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)百個頻道、高清節(jié)目、視頻點播以及交互式節(jié)目指南。該公司計劃以每月僅 39.95 美元的價格提供 5 Mbit 下載和 2 Mbit 的上行接入服務(wù)。首批光纖部署將于佛羅里達州的坦帕、得克薩斯州的達拉斯和沃思堡，以及南加利福尼亞州進行。

SBC最近詳細規(guī)劃了其光速計劃 (Project Lightspeed)，這一耗資 40 億美元的資本計劃旨在三年內(nèi)為 13 個州的 1800 萬戶家庭提供光纖入社區(qū)（FTTN，fiber-to-the neighborhood）服務(wù)和 FTTP 技術(shù)。在現(xiàn)有的社區(qū)（也稱為再建設(shè)環(huán)境）中，SBC 計劃采用 FTTN 架構(gòu)，將光纖鋪設(shè)到距每戶家庭平均 3000 英尺之內(nèi)的距離，然后使用先進的壓縮技術(shù)以及 IP 交換機，通過 DSL 為家庭用戶傳輸電視、因特網(wǎng)接入和語音服務(wù)。SBC 的 FTTN 網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)20 ～ 25 Mbps 的下行速度，足以同時滿足多個標清及高清電視 (HDTV) 節(jié)目流以及因特網(wǎng)接入和 IP 語音服務(wù)的需求。SBC 將在新的住宅開發(fā)和多功能居住環(huán)境中采用 FTTP 架構(gòu)。該公司預(yù)計到 2007 年底，采用 FTTN 技術(shù)的家庭將達到 1700萬戶，采用 FTTP 服務(wù)的近 100 萬戶。

選擇合適的技術(shù)

由于幾乎每戶家庭都有電視，因此 IPTV 這一殺手級應(yīng)用將使電信公司從寬帶網(wǎng)絡(luò)用戶那里獲得新的收益。不過，在獲得這些收益之前，電信公司需要科學決策，選擇適當?shù)募夹g(shù)來支持 IPTV。電信公司可以采用 xDSL/ADSL 2+ 或 UDSL 向用戶家中傳輸 IPTV三重業(yè)務(wù)內(nèi)容。電信公司將這些內(nèi)容提供給家庭網(wǎng)關(guān)或機頂盒，再經(jīng)過它們將從 DSL 管道接收到的內(nèi)容以有線或無線的方式（在視頻傳輸時可采用兩種方式的組合）饋送到特定的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

隨著寬帶技術(shù)向大眾化、多服務(wù)模式發(fā)展，機頂盒正發(fā)展成為功能更強大的多服務(wù)設(shè)備。在較高端領(lǐng)域，它們正發(fā)展成通過獨立寬帶連接器連接至眾多家庭設(shè)備的家庭網(wǎng)關(guān) (RG)。RG 的特點在于其具備動態(tài)路由、防火墻等特性，并能支持多種家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。個人視頻記錄器 (PVR) 功能也開始出現(xiàn)在較高端的機頂盒中。隨著這一趨勢的不斷加強，DVD-RW 功能以及向便攜式媒體播放器 (PMP) 傳輸內(nèi)容的能力等變得日益重要。機頂盒未來要考慮的另一重要因素是，應(yīng)該能夠支持上行和下行數(shù)據(jù)流，以便實現(xiàn)視頻電話與安全性等應(yīng)用。

在為家庭中所有電視實現(xiàn) PVR 功能時，電信公司還應(yīng)確定是采用分布式硬盤驅(qū)動架構(gòu)，還是采用集中式硬盤驅(qū)動架構(gòu)。如采用分布式方法，那么每臺電視（或每臺電視的機頂盒）都應(yīng)配備硬盤。如采用集中式方法，那么 PVR 功能應(yīng)分配給主 IP 機頂盒，并為家中所有電視提供服務(wù)。不管在家中如何實現(xiàn) PVR 功能，都必須向每個家庭聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)關(guān)提供 QoS、安全性／認證和內(nèi)容保護等。

對高級編解碼器的需求

為了實現(xiàn) IPTV 的成功，還必須解決盜版、DRM 和最終用戶體驗等問題。不過，即便建成了高級 FTTN 和 FTTP 網(wǎng)絡(luò)，最重要的問題仍是如何提供所需的帶寬，以支持眾多客戶要求的豐富的 IPTV 頻道內(nèi)容。盡管電信公司的新型網(wǎng)絡(luò)能夠提供非常寬的數(shù)據(jù)通道，但HDTV 和 SDTV 很快就會完全占用帶寬容量，如下圖所示。

圖 1：高級視頻編解碼器

如圖 1 所示，當采用 MPEG-2 標準時，HDTV 內(nèi)容要求 20 Mbps 的帶寬，而 SDTV 內(nèi)容則要求 4 Mbps 的帶寬。如果有許多家庭希望獲得3或4個信道的HDTV內(nèi)容，顯然電信公司需要找到一種更有效的方式來向其用戶提供內(nèi)容。幸運的是，H.264格式的MPEG-4 Part 10和VC-1先進編解碼器已經(jīng)在開發(fā)中，這些編解碼器的帶寬效率比傳統(tǒng)MPEG-2編解碼器提升2.5倍到3倍。例如，對于以 MPEG-2 格式傳輸 HDTV 內(nèi)容需要 20Mbps 的帶寬，使用先進編解碼器則只需8Mbps 的帶寬。對于需要 3.5Mbps 到 5Mbps 帶寬的 SDTV 內(nèi)容，使用先進編解碼器則只需使用 1.5Mbps 到2Mbps 的帶寬即可。

在 IPTV 的三重業(yè)務(wù)整合網(wǎng)絡(luò)上，影響終端用戶帶寬需求的其它因素是信道數(shù)量和終端用戶與 DSL 多路復(fù)用器 (DSLAM) 或 DSL 遠程終端之間的距離。在很大程度上，網(wǎng)絡(luò)的實施方式將決定哪種編解碼器最能適合運營商的目標。減少帶寬占用量的好處是能向更多家庭提供服務(wù)。如圖 2 所示，不同情況下，帶寬和距離的閾值不同。簡言之，在 IPTV 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)優(yōu)先考慮采用高級編解碼器，因為這有助于以極低的成本擴展這些網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。更廣泛的覆蓋范圍可以提高潛在用戶的數(shù)量，從而帶來新的收益。

圖 2：UDSL 與 xDSL 的視頻覆蓋范圍對比

H.264 與 VC-1 的對比

我們不妨深入討論一下這兩種新的編解碼器。H.264 是國際電信聯(lián)盟 (ITU) 電信標準局與國際標準組織 (ISO) 聯(lián)合制定的一種視頻編碼標準。同較早期的 MPEG-2 相比，該標準大幅降低了比特率。H.264是在早期視頻編碼標準的運動補償轉(zhuǎn)換編碼范例基礎(chǔ)上創(chuàng)建的。該技術(shù)不受早期標準所用構(gòu)建模塊的制約，整個技術(shù)的設(shè)計無需后向兼容性。為了提高壓縮效率，H.264使用的主要編碼工具包括：改進的空間交互預(yù)測、增強型臨時預(yù)測（通過四分之一采樣運動補償、可變模塊大小運動補償、多假設(shè)運動補償和加權(quán)預(yù)測工具等實現(xiàn)）、基于環(huán)境的高效熵編碼（通過可變長度編碼或二進制代數(shù)編碼工具實現(xiàn)）以及環(huán)內(nèi)內(nèi)容和編碼模式自適應(yīng)解塊濾波等。實驗顯示，在相同的圖像質(zhì)量情況下，同 MPEG-4 高級簡化類編碼相比，H.264 可將比特速率降低 35% 到 50%，同 MPEG-2 相比，降低了 40% 到 65%；另外，同 MPEG-4 簡化類相比，H.264 基本規(guī)范可在寬廣的比特速率范圍內(nèi)將峰值信噪比降低達 50% 以上。

VC-1 編解碼器是 Windows Media 9 的一個編解碼器版本，Microsoft 已將該標準提交給電影電視工程師協(xié)會 (SMPTE)，希望獲準成為 SMPTE 標準。雖然所提出的 SMPTE VC-1標準建立在 Windows Media 9 的基礎(chǔ)之上，但二者之間存在著巨大的差異。Windows Media 包括許多 VC-1 不包含的東西，如數(shù)字權(quán)限管理、元數(shù)據(jù)、播放列表和用戶接口等，而 VC-1 則是純粹的視頻壓縮算法。除了 VC-1 的傳輸技術(shù)文檔以及說明其是否符合有關(guān)標準的文檔之外，SMPTE 還需開發(fā)出參照軟件解碼器和參照比特流，以確保不同VC-1 實施方案之間實現(xiàn)互操作性。

VC-1 與 H.264 目前正在進行一場格式戰(zhàn)。看起來 MPEG-4 Part 10 標準已經(jīng)獲得了較大的領(lǐng)先優(yōu)勢，因為該標準在 2004 年已得到 ISO 的正式支持，而 VC-1 僅僅是最近才在SMPTE 到達委員會討論最終草案的階段。然而，VC-1具備迅速縮小差距的潛力，因為 VC-1 是在 WM9 壓縮系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，與 MPEG-4 存在眾多解釋分歧的情況相比，該規(guī)范的分歧空間較小。對VC-1有利的另一重要因素在于，包括SBC在內(nèi)的許多電信公司都已宣布支持Microsoft的IPTV平臺。盡管H.264可部署于Microsoft的IPTV平臺之上，但電信公司肯定會更傾向于采用Microsoft的IPTV技術(shù)來實現(xiàn)全面集成的Microsoft解決方案。此外，確保VC-1互操作性的過程也有可能會比較簡單，因為 Microsoft 是標準的最終裁定方，而 H.264 標準的解釋則取決于眾多供應(yīng)商。

各大電信公司尚未確定技術(shù)選擇

各大電信公司尚未決定支持哪種編解碼器，他們很可能直接進入實現(xiàn)階段而不首先明確表態(tài)。由于下一代壓縮技術(shù)的選擇仍然懸而未決，因此必須高度重視互操作性問題，特別對機頂盒供應(yīng)商而言更是如此。在各方最終確定一種格式標準之前，機頂盒供應(yīng)商應(yīng)支持多種標準，特別是要支持 MPEG-2、H.264 以及 VC-1。值得指出的是，由于 IPTV 是一種封閉型系統(tǒng)，只要確保參與項目的有限數(shù)量的供應(yīng)商之間實現(xiàn)了互操作性，就能解決問題，因此對互操作性關(guān)切的解決相對得以簡化。除了能夠支持多種編解碼器之外，為了支持DVD-RW和將數(shù)據(jù)傳送至 PMP 上，較高端的機頂盒還將要求實現(xiàn)多種格式之間的代碼轉(zhuǎn)換。

在目前前景尚不明朗的情況下，數(shù)字信號處理器 (DSP) 能通過固件下載方法來升級數(shù)字壓縮處理技術(shù)，而不用更換機頂盒硬件，這一點使 IPTV 機頂盒供應(yīng)商受益匪淺。DSP 提供了一種高靈活度平臺，使我們能夠方便地支持不同的編解碼器，并能以最低成本增添新的特性。最新一代的 DSP 還能在 50 毫秒內(nèi)卸載一個編解碼器并加載另一個，這使消費者能在不同格式類型之間進行信道的無縫轉(zhuǎn)換。

性能基準

顯然，系統(tǒng)開發(fā)商希望盡可能多地獲得有關(guān) DSP 和其它處理單元如何完成H.264/MPEG-4壓縮和解壓縮的信息，不過新標準到底能否提高性能，還要看怎樣確立性能基準，這一點也相當困難。表 1 給出了一款廣泛使用的 DSP（德州儀器 (TI) 的 TMS320DM64x）在以600MHz 頻率運行時的一些性能指標。表中給出了用于完成H.264和MPEG-4壓縮/解壓縮的所占用處理器周期百分比，為便于比較，還給出了處理JPEG、MPEG-2和WMV-9格式的結(jié)果。注意，這些基準數(shù)據(jù)建立在現(xiàn)有實施方案的典型檢測數(shù)據(jù)或詳細的性能估算基礎(chǔ)之上。根據(jù)實現(xiàn)的功能組合不同，編碼器實施方案也會大為不同。換言之，盡管我們就此類數(shù)據(jù)進行了認真的研究，但這只能作為開發(fā)人員的一個大概的指導(dǎo)，不能作為最終應(yīng)用的明確標準。

表 1：600MHz 運行時占用的 DM64x DSP 周期百分比

獨立的視頻編解碼器 DM642 — 編碼 DM642 — 解碼 JPEG 22% (D1) 22% (D1) MPEG-4，主類 50% (D1) 12% (D1) MPEG-2，主類主級 85% (D1) 25% (D1) Windows Media Video 9，主類 90% (D1) 40% (D1) H.264，主類 多芯片 83%（D1 高達 4 Mbps） H.264，基本規(guī)范（適用于視頻電話） 70% (VGA) 30% (VGA) 針對 4:2:0 視頻、30 fps、D1 (720x480)、VGA (640x480)。

隨著向大規(guī)模商業(yè) IPTV 發(fā)展步伐的加快，設(shè)備供應(yīng)商面臨著必須提供新一代低成本機頂盒的壓力。不過，與此同時，行業(yè)無力對采用哪種高級編碼器作為 IPTV 系統(tǒng)的主導(dǎo)技術(shù)達成共識，這需要我們在下一步工作中謹慎行事。顯然，機頂盒制造商應(yīng)當快速向市場推出高度靈活的平臺，確保能夠迅速實現(xiàn)低成本升級，這一點在市場邁向穩(wěn)定階段、最終確立少數(shù)高穩(wěn)健性視頻標準的過程中尤其重要。