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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(yùn)營(yíng)商角力，這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(lán)圖,。在通過(guò)使用光纖同軸混合有線電視基礎(chǔ)設(shè)施和專(zhuān)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(yǔ)音服務(wù)）方面,，有線多服務(wù)運(yùn)營(yíng)商 (MSO) 已取得了巨大成功?，F(xiàn)在，電信公司正加強(qiáng)其 DSL 局端設(shè)備,，并利用帶寬效率極高的視頻編解碼器來(lái)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(guó)消費(fèi)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(jī)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(jí)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(shuō),，這種局限性造成 MSO 總是面臨網(wǎng)絡(luò)帶寬能力有限的問(wèn)題,，只要增加新客戶，就會(huì)損失通道,。IPTV 能夠解決這一問(wèn)題,，其采用基于分組的因特網(wǎng)技術(shù)，僅對(duì)正在觀看的信道進(jìn)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(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播，并能將無(wú)限的信息陣列嵌入到視頻流中,。IPTV 也是推動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在的寬帶普及的殺手級(jí)應(yīng)用,，如果沒(méi)有 IPTV 技術(shù)，寬帶市場(chǎng)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(shì),，特別是在使用了高級(jí)編解碼器的情況下，能夠支持多個(gè)視頻通道,，這使其對(duì)大部分擁有多臺(tái)電視的美國(guó)家庭非常具有吸引力,。

SBC 與 Verizon 推出 IPTV

SBC Communications 與 Verizon 是美國(guó)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(jì)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(xiàng)目將率先在該公司已提供電話服務(wù)的 29 個(gè)州中開(kāi)始實(shí)施,。Verizon到 2005 年底其速率為 5 ～ 30 Mbps 的 FTTP 網(wǎng)絡(luò)擁有超過(guò) 300 萬(wàn)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(jìng)爭(zhēng)者,，該技術(shù)可通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)百個(gè)頻道、高清節(jié)目,、視頻點(diǎn)播以及交互式節(jié)目指南,。該公司計(jì)劃以每月僅 39.95 美元的價(jià)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(dá)州的坦帕,、得克薩斯州的達(dá)拉斯和沃思堡,，以及南加利福尼亞州進(jìn)行。

SBC最近詳細(xì)規(guī)劃了其光速計(jì)劃 (Project Lightspeed),，這一耗資 40 億美元的資本計(jì)劃旨在三年內(nèi)為 13 個(gè)州的 1800 萬(wàn)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(chēng)為再建設(shè)環(huán)境）中,，SBC 計(jì)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(jìn)的壓縮技術(shù)以及 IP 交換機(jī),，通過(guò) DSL 為家庭用戶傳輸電視,、因特網(wǎng)接入和語(yǔ)音服務(wù)。SBC 的 FTTN 網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)20 ～ 25 Mbps 的下行速度,，足以同時(shí)滿足多個(gè)標(biāo)清及高清電視 (HDTV) 節(jié)目流以及因特網(wǎng)接入和 IP 語(yǔ)音服務(wù)的需求,。SBC 將在新的住宅開(kāi)發(fā)和多功能居住環(huán)境中采用 FTTP 架構(gòu)。該公司預(yù)計(jì)到 2007 年底,，采用 FTTN 技術(shù)的家庭將達(dá)到 1700萬(wàn)戶,，采用 FTTP 服務(wù)的近 100 萬(wàn)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(jí)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(guò)，在獲得這些收益之前,，電信公司需要科學(xué)決策，選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)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(jī)頂盒，再經(jīng)過(guò)它們將從 DSL 管道接收到的內(nèi)容以有線或無(wú)線的方式（在視頻傳輸時(shí)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(jī)頂盒正發(fā)展成為功能更強(qiáng)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(guò)獨(dú)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(diǎn)在于其具備動(dòng)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(gè)人視頻記錄器 (PVR) 功能也開(kāi)始出現(xiàn)在較高端的機(jī)頂盒中。隨著這一趨勢(shì)的不斷加強(qiáng),，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(jī)頂盒未來(lái)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(shí)現(xiàn)視頻電話與安全性等應(yīng)用,。

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

對(duì)高級(jí)編解碼器的需求

為了實(shí)現(xiàn) IPTV 的成功,，還必須解決盜版、DRM 和最終用戶體驗(yàn)等問(wèn)題,。不過(guò),，即便建成了高級(jí) FTTN 和 FTTP 網(wǎng)絡(luò)，最重要的問(wèn)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(huì)完全占用帶寬容量,，如下圖所示,。

圖 1：高級(jí)視頻編解碼器

如圖 1 所示，當(dāng)采用 MPEG-2 標(biāo)準(zhǔn)時(shí),，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(gè)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(lái)向其用戶提供內(nèi)容,。幸運(yùn)的是，H.264格式的MPEG-4 Part 10和VC-1先進(jìn)編解碼器已經(jīng)在開(kāi)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(duì)于以 MPEG-2 格式傳輸 HDTV 內(nèi)容需要 20Mbps 的帶寬，使用先進(jìn)編解碼器則只需8Mbps 的帶寬,。對(duì)于需要 3.5Mbps 到 5Mbps 帶寬的 SDTV 內(nèi)容,，使用先進(jìn)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(yuǎn)程終端之間的距離,。在很大程度上，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施方式將決定哪種編解碼器最能適合運(yùn)營(yíng)商的目標(biāo),。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(jiǎn)言之，在 IPTV 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)優(yōu)先考慮采用高級(jí)編解碼器,，因?yàn)檫@有助于以極低的成本擴(kuò)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(lái)新的收益,。

圖 2：UDSL 與 xDSL 的視頻覆蓋范圍對(duì)比

H.264 與 VC-1 的對(duì)比

我們不妨深入討論一下這兩種新的編解碼器,。H.264 是國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU) 電信標(biāo)準(zhǔn)局與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織 (ISO) 聯(lián)合制定的一種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。同較早期的 MPEG-2 相比,，該標(biāo)準(zhǔn)大幅降低了比特率,。H.264是在早期視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)所用構(gòu)建模塊的制約,，整個(gè)技術(shù)的設(shè)計(jì)無(wú)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(jìn)的空間交互預(yù)測(cè),、增強(qiáng)型臨時(shí)預(yù)測(cè)（通過(guò)四分之一采樣運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,、可變模塊大小運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、多假設(shè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和加權(quán)預(yù)測(cè)工具等實(shí)現(xiàn)）,、基于環(huán)境的高效熵編碼（通過(guò)可變長(zhǎng)度編碼或二進(jìn)制代數(shù)編碼工具實(shí)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(shí)驗(yàn)顯示，在相同的圖像質(zhì)量情況下,，同 MPEG-4 高級(jí)簡(jiǎn)化類(lèi)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(jiǎn)化類(lèi)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(dá) 50% 以上。

VC-1 編解碼器是 Windows Media 9 的一個(gè)編解碼器版本，Microsoft 已將該標(biāo)準(zhǔn)提交給電影電視工程師協(xié)會(huì) (SMPTE),，希望獲準(zhǔn)成為 SMPTE 標(biāo)準(zhǔn),。雖然所提出的 SMPTE VC-1標(biāo)準(zhǔn)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(shuō)明其是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的文檔之外,，SMPTE 還需開(kāi)發(fā)出參照軟件解碼器和參照比特流,，以確保不同VC-1 實(shí)施方案之間實(shí)現(xiàn)互操作性。

VC-1 與 H.264 目前正在進(jìn)行一場(chǎng)格式戰(zhàn),?？雌饋?lái) MPEG-4 Part 10 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)獲得了較大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)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(dá)委員會(huì)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?yàn)?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(duì)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(tái)。盡管H.264可部署于Microsoft的IPTV平臺(tái)之上,，但電信公司肯定會(huì)更傾向于采用Microsoft的IPTV技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全面集成的Microsoft解決方案,。此外，確保VC-1互操作性的過(guò)程也有可能會(huì)比較簡(jiǎn)單,，因?yàn)?Microsoft 是標(biāo)準(zhǔn)的最終裁定方,，而 H.264 標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)入實(shí)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(wèn)題,，特別對(duì)機(jī)頂盒供應(yīng)商而言更是如此,。在各方最終確定一種格式標(biāo)準(zhǔn)之前，機(jī)頂盒供應(yīng)商應(yīng)支持多種標(biāo)準(zhǔn),，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(xiàng)目的有限數(shù)量的供應(yīng)商之間實(shí)現(xiàn)了互操作性,，就能解決問(wèn)題，因此對(duì)互操作性關(guān)切的解決相對(duì)得以簡(jiǎn)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(jī)頂盒還將要求實(shí)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(hào)處理器 (DSP) 能通過(guò)固件下載方法來(lái)升級(jí)數(shù)字壓縮處理技術(shù)，而不用更換機(jī)頂盒硬件,，這一點(diǎn)使 IPTV 機(jī)頂盒供應(yīng)商受益匪淺,。DSP 提供了一種高靈活度平臺(tái)，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(gè)編解碼器并加載另一個(gè)，這使消費(fèi)者能在不同格式類(lèi)型之間進(jìn)行信道的無(wú)縫轉(zhuǎn)換,。

性能基準(zhǔn)

顯然,，系統(tǒng)開(kāi)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(guò)新標(biāo)準(zhǔn)到底能否提高性能,，還要看怎樣確立性能基準(zhǔn),，這一點(diǎn)也相當(dāng)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(yùn)行時(shí)的一些性能指標(biāo),。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(zhǔn)數(shù)據(jù)建立在現(xiàn)有實(shí)施方案的典型檢測(cè)數(shù)據(jù)或詳細(xì)的性能估算基礎(chǔ)之上,。根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能組合不同,，編碼器實(shí)施方案也會(huì)大為不同。換言之,，盡管我們就此類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行了認(rèn)真的研究,，但這只能作為開(kāi)發(fā)人員的一個(gè)大概的指導(dǎo)，不能作為最終應(yīng)用的明確標(biāo)準(zhǔn),。

表 1：600MHz 運(yùn)行時(shí)占用的 DM64x DSP 周期百分比

獨(dú)立的視頻編解碼器 DM642 — 編碼 DM642 — 解碼 JPEG 22% (D1) 22% (D1) MPEG-4,，主類(lèi) 50% (D1) 12% (D1) MPEG-2，主類(lèi)主級(jí) 85% (D1) 25% (D1) Windows Media Video 9,，主類(lèi) 90% (D1) 40% (D1) H.264,，主類(lèi) 多芯片 83%（D1 高達(dá) 4 Mbps） H.264,，基本規(guī)范（適用于視頻電話） 70% (VGA) 30% (VGA) 針對(duì) 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(jī)頂盒的壓力。不過(guò),，與此同時(shí),，行業(yè)無(wú)力對(duì)采用哪種高級(jí)編碼器作為 IPTV 系統(tǒng)的主導(dǎo)技術(shù)達(dá)成共識(shí)，這需要我們?cè)谙乱徊焦ぷ髦兄?jǐn)慎行事,。顯然,，機(jī)頂盒制造商應(yīng)當(dāng)快速向市場(chǎng)推出高度靈活的平臺(tái)，確保能夠迅速實(shí)現(xiàn)低成本升級(jí),，這一點(diǎn)在市場(chǎng)邁向穩(wěn)定階段,、最終確立少數(shù)高穩(wěn)健性視頻標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中尤其重要。