IP数据广播分析论文

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摘要

在IP数据广播中,任何数字化的内容都可以同时通过广播网络有效地传送到广大的观众。对于消费者来说,这意味着在访问多媒体内容的时候能有更多的选择,同时也意味着更多的满意。IP数据广播是一种服务,它把数字内容格式、软件程序、编程接口和多媒体服务通过IP(InternetProtocol)与数字广播结合起来。数据广播给内容提供商、技术和服务提供商呈现了巨大的新的商业机会。

关键字

IP数据广播,IPDC,DVB-T,移动接收

导言

IP数据广播论坛(IPDatacastForum)是一个成立于2002年1月的非营利性质的公司协会,旨在探寻由数字广播和Internet协议技术的结合所带来的潜在的商业机会。该论坛的10个创始公司一致认为:安全的一对一的移动电信技术和高效的一对多广播技术的之间的优势互补提供了巨大的商业潜力。到目前为止,所作的工作包括对诸如IPDC,技术需求和频谱等商业案例的研究。这项工作包含了对DAB和DVB技术的应用,特别是DVB技术。为了表现DVB技术的重要性,该论坛同样也推进组建一个平行的DVB组,来研究DVB规范和系统对IPDC的影响。本文将向您介绍:到目前为止,IP数据广播论坛在商业和技术方面对IP数据广播(IPdatacasting)所作的工作。

什么是IP数据广播?

IP数据广播(IPdatacasting,IPDC)是一种能够有效和直接发送数字内容给广大观众的广播技术。从技术上说,它使用DVB-T网络广播任何基于IP的数据。

IP数据广播是一种和数字电视类似的广播系统,二者的不同之处:IP数据广播代替了数字电视的公共广播通道而通过无线电向广大观众提供连接,还有数据和文件的传送。数据的内容可以是移动的图片,声音,网页和计算机程序。

从IP数据广播传输中接收的内容的类型和从Internet中接收的内容类型很相似,但只有一个显著的不同。IP数据广播是面向大规模接收数据服务而设计的,并且在发射机可以覆盖的地区IP广播信号可以被数以千计的接收者同时接收。这和一个标准的Internet连接是不同的,标准的Internet连接是私有的连接,所请求的网页只被发送到提出该请求的计算机上,而不会同时有多个接收者。

IP数据广播是一种多点传送服务,就像电视和广播一样。广播信号被送往发射天线然后广播出去,任何处在覆盖区域的接收者都可以收到信号。这就是为什么使用IP数据广播只向一个接收者传送信号不切实可行的原因。IP数据广播最合适的用途是向所有感兴趣的用户传送数据。当实行按用户计费,同过IP数据广播同时向很多观众播送数据是绝对划算的。

DVB-T和移动接收

DVB-T(ETS300744)为数字地面电视广播系统标准。这是最复杂的DVB传输系统。地面数字电视发射的传输容量,理论上与有线电视系统相当,本地区覆盖好。采用编码正交频分复用(COFDM)调制方式,在8MHz带宽内能传送4套电视节目,传输质量高,采用MPEG-2数字视频、音频压缩编码技术;但其接收费用高。DVB-T标准中主要规范的是发送端的体系结构和信号处理方式,对接收端是开放的,各厂商可以开发各自的DVB-T接收设备,只要该设备能够正确接收和处理发射信号,并满足DVB-T中所规定的性能指标。

参照DVB-T标准,给DVB-T发射天线的反馈信号可以通过很多方式进行配置。在芬兰的数字电视网络中,使用的参数为:8k模式,64QAM(QuadratureAmplitudeModulation正交幅度调制),CR=2/3。

8k模式意味着信号在8MHz的带宽中有6817个载波信号(subcarriers)。另一种可选择的方案是使用2k模式,即在8MHz的带宽中有1705个载波信号(subcarriers)。2k模式对移动接收来说已经相当充足了,由于这样一个事实,如此强的多普勒效应也不会使载波相互干扰。在2k模式中,限速比8k模式增长了因数4,但是这会影响到时间间隔。

正交幅度调制(QAM)是一种来调制解调器的常见调制技术,也是振幅和相位调制的结合。64QAM意味着在每个载波信号中转送6个比特成为可能。振幅和相位需要更好的信号强度以便能够探测到每个比特的可靠性。随着QAM值的减小,在接收时信号的载波频率能够更小,使得更快的移动接收成为可能。例如,以16QAM调制进行移动接收比以64QAM调制进行快4倍成为可能。

编码率(CR)与数据纠正和有效的全局数据比特率相关。在数字电视网络中,1/3倍用来进行数据纠正。通过添加数据纠正比特位,使校正在快速移动接收中产生的错误(由于衰减)从而达到更快的灵活性成为可能。当CR=1/2时,移动接受速度可以提高大约25%。

在普通的数字电视移动接收中,速度限制大约在30km/h的范围内。通过改变发射参数,有可能达到300km/h范围的移动接收速度。

图1:数字电视移动接收参数对比

IP数据广播试验网络

在IP数据广播发射系统中,包括IPEncapsulators,服务系统和DVB-T发射机——和数字电视网络(除了IPEncapsulators)很相似。服务器系统从不同的服务提供商接收服务或应用,并且把它们装入IPEncapsulators,IPEncapsulators依次把数据进行组合然后压缩成为DVB流。通过这种方式,可以从几个服务/内容提供商同时装入数据。

发射的IP数据包括实时流视频或文件,当接收的时候,它们可以被传递到接收者的存储器中。视频流可以基于实时编码或从服务器上的文件播放。在发射文件的情况下,这些文件可以是任何类型或格式,从网页甚至到接收机升级文件,当然,在接收机上必须有相应的支撑应用软件来接收或利用发射的数据。

数据广播商业系统

数据广播商业系统如图3所示。该图描述了在终端到终端的系统中的各位“参赛者”和可以带来商业价值的潜在收入流程。虽然实际上看起来非常简单,但这个概念上的系统证明是非常有用的:

内容提供者:例如,广播公司、媒体、出版社;

服务运行商:整合内容,并提供品牌服务;

网络运行商:提供传送通道;

消费者:使用并为传送的内容付费。

与该系统相关的另一些重要问题有对内容安全的需求,例如,某种形式的权限管理,潜在的几种不同的宣传方法和支付途径。这种模型的发展在进一步研究中证明是非常有用的,特别是,相关服务的构成方式,就如我们将在下面看到。

相关的技术模型

相关的技术模型如图4所示。如同商业系统一样,它从本质上相当简单,但是已经证明是非常有用的工具,可以使对更进一步的技术考虑形象化。这个模型确定了所有的关键系统技术元素和它们之间的界面。需要说明的是已经存在的两个访问界面,一个单向的广播界面和一个双向的电话界面。这个模型在描述更高层次的界面的时候也很有用,例如,客户请求区域和内容来源之间界面。

这样一种模型的有效性使另外一个非常重要的任务变得更加容易,即基本规范的发展,类似的还有该模型中的客户\网络界面。稍后会作更详细的描述。

IPDC基本规范

IPDC基本规范是IP数据广播论坛承担的一项非常重要的技术工作项目。制订规范的目的是定义终端设备能够访问数据广播网路层的界面最小需求。当数据广播应用提供者把数据送入传送通道所遇到的界面就是制订规范目的的一种反映。如图5所示。正如前面说明的那样,对网络层的访问由单向广播通道、双向电话通道或者二者的组合。为了满足这个,规范定义了两种形式,广播形式(BroadcastProfile)和交互形式(InteractionProfile)。广播形式用来进行广播服务,不需要用户的初始化控制就可以使用,不需要接收机的反馈就可以发挥功能。交互形式用来进行交服务,需要用户的初始化控制和接收机的反馈。

对基本规范的具体描述不再本论文的范围之内。下面的几部分将提供一个对执行广播和交互数据广播服务各层的全面纵览。

广播方式

广播方式(BroadcastProfile)的主要元素标注在图6中。两个关键的应用程序界面(APIs)在图中用加粗的线条描述,并称之为A和B。APIA属于IP数据广播传输API,而APIB属于IP数据广播基本API。数据广播传输API定义了数据传输介质和用户终端设备之间的界面。IP数据广播基本API作为IP数据广播应用程序和用户终端设备接口的“套结字(Socket)”。和传输通道的接口是同过IP,IP安全(IPSecurity,IPSEC)和IP控制消息协议(IPControlMessageProtocols,IPCMP)实现的。它们为打包数据的安全传输提供一个基本的框架。上边一层是用户数据包协议(UserDatagramProtocol),该层为大数据包的传输提供功能,而这些数据包构成了所有传输数据的基础。这层的上边是对时间有严格要求的流内容的传输,该层由实时协议(RealTimeProtocol,RTP)推动,同时面向对象的内容使用异步层编码(AsynchronousLayerCoding,ALC)和分成编码传输(LayeredCodingTransport,LCT)。提供数据广播服务的关键方面是高效的服务开发机构的供应。这个方面由MediaGuideUnidirectionalPoint-to-MultipointTransport(MUPPET)和InternetMediaGuideMetadata(IMG-META)layers提供。

交互方式

交互方式(InteractionProfile)的主要元素标注在图7中。前面的通道和广播方式是一样的,因为需求是同样的。交互通道作为一个添加的返回通道和广播方式不同,这需要引进附加的协议。RTP控制协议(RTCP)提供一个返回通道用来确认流媒体的接收,同时进行目标传送的相关协议到目前为止还没有指明。超文本链接标示语言(HypertextMarkupLanguage,HTML)提供一个和服务向导交互的通道。交换用户请求的通道在起草协议的时候也没有明确指明。显然,为了能提供安全的服务,为了能进行用户的身份识别,对内容传送正确性的确保和费用的支付都是必要的。这个复杂的方面不能容易地在这个图表中进行描述(事实上,是在应用层实施的),但是基于对将来的考虑,这个方面被认为是一项主要的研究工作。

结论

在IP数据广播中,任何数字化的内容都可以同时通过广播网络有效地传送到广大的观众。对于消费者来说,可以通过各种各种各样的移动或固定的终端设备,访问数字内容和服务。对于内容提供商、服务运行商和内容制作商来说,提供把它们的产品和设备介绍给更多用户的途径。IP数据广播是一种服务,它把数字内容格式、软件程序、编程接口和多媒体服务通过IP(InternetProtocol)与数字广播结合起来。数据广播给内容提供商、技术和服务提供商呈现了巨大的新的商业机会。