OTT TV和IPTV的技術比較分析

施唯佳 ，蔣 力 ，2，賈立鼎

（1.中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122；2.中國電信IPTV實驗室 上海 200122）

1 引言

自2005年以來，中國電信集團公司與中央電視臺、上海文廣等集成播控方合作開展IPTV業(yè)務，逐步建立起了較為完整的技術標準體系和成熟的商業(yè)模式。為了保證業(yè)務質量和加強業(yè)務管控，IPTV業(yè)務采用的是端到端封閉架構下的技術標準體系。在運營商的積極推動下，IPTV標準體系不斷成熟，從V1.0標準到V2.0標準，再到V3.0標準。自2008年開始，隨著IPTV規(guī)范標準化的完善，整個IPTV產業(yè)鏈蓬勃發(fā)展，用戶規(guī)模不斷提升，目前全國IPTV用戶數已經接近3000萬戶。

另一方面，近年來隨著技術的快速發(fā)展以及寬帶網絡的不斷提速，OTT（over the top）TV等新興互聯(lián)網視頻業(yè)務開始興起。OTT TV采用開放的體系架構，互聯(lián)網應用引入門檻低、業(yè)務加載靈活、技術實現簡單、建設成本較低，可以快速規(guī)模部署。雖然OTT TV的穩(wěn)定性和質量保障不如IPTV業(yè)務，但是對已有IPTV的技術實現架構帶來了巨大的沖擊。

由于IPTV和OTT TV分別在運營商專有網絡和互聯(lián)網公共網絡下提供服務，因此兩者采用了完全不同的技術體系架構。本文就是從編碼技術、流傳輸技術、終端技術角度出發(fā)，對IPTV和OTT TV業(yè)務的技術實現進行比較分析，從而探討未來視頻業(yè)務的技術發(fā)展趨勢和方向。

2 編碼技術的差異化

視頻編碼技術是決定視頻質量和資源消耗的關鍵技術。所謂視頻編碼技術就是指通過特定的壓縮技術，將某個視頻格式的文件轉換成另一種視頻格式文件的技術實現方式。好的視頻編碼技術可以在盡量不損失視頻質量的情況下，采用較高的壓縮比，將原始視頻文件變小，從而降低資源存儲要求和傳輸網絡的帶寬消耗。

2.1 OTT TV和IPTV編碼技術

OTT TV業(yè)務中的視頻編碼一般采用H.264方式，并采用mp4或者TS流進行封裝。采用HTTP下載方式的點播視頻，一般采用H.264多次編碼的VBR（variable bit rate，可變比特率）編碼方式，以盡量低的平均碼率獲取盡可能高的視頻質量，圍繞此目的所采用的編碼參數也相對復雜，包括采用離線多次編碼方式、更復雜的運動估計算法、VBR控制算法、下變換降低分辨率、更高的編碼級別、更長的 GOP（group of picture，圖像組）長度、更多的參考幀。目前各OTT平臺所采用的編碼碼率及網絡適應性見表1，其中標準清晰度以下簡稱“標清”，高清晰度以下簡稱“高清”，比高清視頻碼率更高的為“超清”。

目前，IPTV業(yè)務中使用的視頻編碼采用的標準也是H.264，IPTV業(yè)務中的音視頻編碼一般要求采用CBR（constant bit rate，固定比特率）方式，以避免傳輸時帶來的帶寬波動，同時視頻編碼要求支持場編碼及幀編碼方式，并采用ITU-T H.222.0中定義的TS流進行封裝。IPTV業(yè)務對于視頻編碼設置了兩種編碼規(guī)格:標清和高清。標清建議視頻碼率為1.3～2.5 Mbit/s，視頻分辨率達到720×576像素。高清根據不同的視頻分辨率分別建議，視頻分辨率為1920×1080像素時，建議視頻碼率為8～10 Mbit/s；視頻分辨率為1280×720像素時，建議視頻碼率為6～8 Mbit/s。

2.2 OTT TV和IPTV編碼技術優(yōu)缺點對比

OTT TV和IPTV業(yè)務所處的網絡環(huán)境、業(yè)務性質和質量要求都不同。OTT TV視頻編碼采用VBR編碼方式和HTTP下載傳輸方式，通過增加終端緩存平滑傳輸機制，以應對開放互聯(lián)網的網絡QoS狀況。IPTV通過CBR編碼方式和實時流傳輸機制，在網絡QoS有保障的基礎上，提供可運營的QoE服務。兩者的具體對比見表2。

對于網絡帶寬穩(wěn)定性無保障以及對音視頻實時度要求不高的情況，一般采用可變視頻碼率編碼 （即VBR編碼）。VBR編碼能根據網絡當前情況采用不同碼率的編碼，但是在網絡擁塞的情況下音視頻質量下降明顯。

與CBR技術相比，VBR的優(yōu)點是顯著地減少了“填充比特”，大大地提高了傳輸和存儲媒體的資源利用率，并且就主觀圖像質量而言，它可以明顯地消除在固定碼率壓縮中出現的高速運動和色彩鮮艷的圖像中的鋸齒。缺點是編碼器的技術難度大，壓縮速度慢或最終影片的平均碼率不好控制。綜上分析，從OTT TV視頻所處的網絡環(huán)境、視頻質量要求和業(yè)務性質的角度出發(fā)，選擇VBR編碼的效率和展現的效果都要好于CBR編碼。

視頻編碼技術基本每10年編碼效率翻一番，新的編碼技術和寬帶網絡技術提供IP視頻超越數字電視體驗質量的可能，從而為OTT TV的快速發(fā)展提供了技術可能；隨著視頻編碼技術的不斷發(fā)展，OTT TV視頻質量將會有很大的提升，OTT TV通常采用較低碼率編碼高清（720P），獲取的視頻質量雖然達不到IPTV和數字電視高清的級別，但是對比IPTV和數字電視標清，用戶獲得的視頻質量體驗也得到了大大提高。

表1 OTT TV業(yè)務編碼情況對比

表2 OTT TV和IPTV編碼對比

3 流傳輸技術的差異化

流式傳輸是流媒體播放的關鍵技術，它不需要下載龐大的媒體文件就可觀看視頻節(jié)目，雖然在播放前要進行緩沖，但這種緩沖也只有幾秒或十幾秒。實現流式傳輸有兩種方法:實時流式傳輸和順序流式傳輸。一般來說，如果視頻為實時廣播或使用流式傳輸媒體服務器，使用如RTSP（real time streaming protocol）的實時協(xié)議，這種傳輸方式即實時流式傳輸。如果使用Web服務器、HTTP，那么文件即通過順序流發(fā)送。

3.1 OTT TV和IPTV流傳輸技術

OTT TV一般采用順序流式傳輸技術，即HTTP流媒體技術。在下載文件的同時用戶可觀看在線媒體。順序流式傳輸在高帶寬（帶寬大于流媒體文件的比特率）的情況下，可以實現邊下載邊播放，網絡分組丟失會重新傳輸直至用戶收到，所以能夠保證視頻播放的最終質量，因此，它一般被用來傳輸高質量的短片段，如片頭、片尾和廣告。順序流式傳輸不適用廣播實況流，不能跳過頭部，必須先下完前面的才可以看后面的，必須經歷時延。

為了充分利用網絡的帶寬，OTT TV也引入了自適應的機制，發(fā)送端根據接收端的反饋信息預測網絡狀況，并據此采用某種策略實現對發(fā)送碼率的動態(tài)調整。隨機、突發(fā)的分組丟失和過大的時延、抖動對視頻質量具有極大的破壞性，采用優(yōu)良的自適應傳輸策略，可以充分利用網絡帶寬，提高視頻數據的傳輸效率，保證流媒體服務的傳輸質量。

IPTV一般采用實時流式傳輸的方式，實時流式傳輸總是實時傳送，可以實現實況轉播，支持隨機訪問，用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內容。

實時流式傳輸必須匹配連接帶寬，也就是說，如果文件比特率超過連接速度，觀看將會斷續(xù)，而且，由于出錯丟失的信息會被服務器忽略，當網絡擁擠或出現問題時，視頻質量會下降，所以，要想保證視頻質量，選擇順序流式傳輸會更好。實時流式傳輸需要特定的服務器，如QuickTime Streaming Server、RealSystem IQ 與 Windows Media Server。這些服務器允許對媒體發(fā)送進行更多級別的控制，因而系統(tǒng)設置、管理比標準HTTP服務器更復雜。實時流式傳輸使用與之適應的網絡傳輸協(xié)議，如RTSP或MMS（Microsoft Media Server），在有防火墻時這些協(xié)議有時會出現問題，導致用戶不能看到一些地點的實時內容。

3.2 OTT TV和IPTV流傳輸技術對比

OTT TV一般采用動態(tài)自適應流媒體技術，OTT TV和IPTV盡管都是視頻業(yè)務，但兩者在實現機制上有較大的差別，見表3。

IPTV和OTT TV的主要區(qū)別為:節(jié)目源不同、承載網絡不同、傳輸機制不同。IPTV的視頻內容來自廣電，質量較高且穩(wěn)定，一般采用固定碼率編碼；OTT TV的視頻內容來自多個地方，包括互聯(lián)網視頻網站等，一般采用動態(tài)碼率編碼。IPTV用專網承載，網絡輕載、質量穩(wěn)定；OTT TV業(yè)務承載在互聯(lián)網上，網絡質量受到其他業(yè)務的影響。IPTV以實時流媒體方式傳輸，采用RTP/UDP；OTT TV業(yè)務以漸進式下載方式傳輸，采用HTTP。IPTV業(yè)務和OTT TV業(yè)務的協(xié)議棧如圖1所示。

表3 OTT TV與IPTV比較分析

圖1 IPTV與OTT TV協(xié)議對比

OTT TV相對于IPTV具有更強的網絡適應能力。由于IPTV業(yè)務以UDP方式進行流式傳輸，所以對網絡分組丟失敏感且網絡帶寬必須穩(wěn)定；而OTT TV以HTTP方式進行漸進式下載傳輸，對網絡分組丟失和帶寬變化不敏感，但對網絡時延敏感，因為網絡時延會降低TCP的吞吐速率；另外，IPTV采用固定碼率編碼，OTT采用動態(tài)碼率編碼，所以在相同體驗的情況下，OTT TV對網絡帶寬要求比IPTV業(yè)務低。此外，OTT TV支持網絡帶寬具有自適應能力，當網絡帶寬低于編碼碼率時，可自動切換到較低一檔的碼率。

HTTP視頻采用HTTP，以TCP方式承載，對網絡分組丟失、抖動不敏感，但是過多的分組丟失會引起TCP重傳率變大，網絡吞吐率下降。HTTP視頻對時延比較敏感，時延增大，TCP建立連接的時間變長，網絡吞吐量變化，下載速率變小。OTT TV和IPTV的交互對比見表4。

表4 OTT TV和IPTV的交互對比

RTSP信令交互的實時性優(yōu)于HTTP交互。HTTP視頻由于需要緩存一段時間再進行播放，一般點播時延比IPTV長。HTTP應用到多播中，多播時延也會較長，無法體現多播實時性的特點。

HTTP視頻對用戶接入帶寬和流媒體服務器的要求相對較低，可以有效滿足OTT TV業(yè)務快速規(guī)模發(fā)展的需求。

4 OTT TV和IPTV終端差異化

4.1 OTT TV及IPTV終端技術

承載視頻業(yè)務的機頂盒終端主要包括OTT TV終端和IPTV終端。這兩類終端既有共同點也有不同點。在終端支持的業(yè)務功能上，OTT TV終端和IPTV終端都支持視頻業(yè)務、游戲、音樂等多種業(yè)務功能。

但由于OTT TV終端屬于新興終端，而IPTV終端已發(fā)展多年，在硬件配置、業(yè)務實現、終端形態(tài)方面等存在不同。OTT TV終端主要為基于Android操作系統(tǒng)的智能終端，硬件配置較高，支持的視頻業(yè)務基于HTTP，游戲、音樂等業(yè)務采用C/S架構實現，實現與手機、Pad等設備的多屏互動操作。IPTV終端以Linux機頂盒為主，硬件能力配置較低，支持的視頻業(yè)務基于RTSP，游戲、音樂等增值業(yè)務采用B/S架構實現，當然，IPTV終端也正在向智能終端方向發(fā)展。

表5 IPTV終端和OTT TV終端對比

隨著三網融合業(yè)務的發(fā)展以及終端能力的不斷提升，OTT終端和IPTV終端的發(fā)展越來越趨于同化，都在向智能化、高清化、融合化發(fā)展。

4.2 OTT TV和IPTV機頂盒終端對比

IPTV終端和OTT TV終端在軟硬件方面既有相同點也有不同點，主要對比見表5。

通過上述對比，可以發(fā)現，OTT TV終端普遍比IPTV終端的硬件配置高、硬件接口少、遙控器簡潔、外觀更時尚、體積小。同時，OTT TV終端基本都為智能終端，支持HTTP媒體承載協(xié)議，支持應用商城、多屏、游戲等業(yè)務，UI設計絢麗、圖大字小，具有一定的升級、配置等管理功能，采用社會化實時開通方式，從而更受新興互聯(lián)網用戶歡迎。但IPTV具有安全控制、業(yè)務質量保障等優(yōu)勢，在長遠使用上具有優(yōu)勢。

兩種機頂盒終端隨著終端智能化發(fā)展，差異性越來越小，逐漸向統(tǒng)一趨同方向發(fā)展。硬件配置都逐漸提高，軟件為智能操作系統(tǒng)且支持多種協(xié)議和應用形式。同時對OTT TV終端的管理也要逐步考慮更多的管理控制要求，如終端管控、QoS監(jiān)測、安全控制等。

5 結束語

綜上所述，OTT TV和OTT TV技術之間的差異化，是由多方面的因素所造成的，其中業(yè)務發(fā)展的時期不同、內容的來源不同、承載服務的網絡條件不同、提供的服務功能不同是最主要的因素。但是從IPTV和OTT TV業(yè)務逐步融合的業(yè)務發(fā)展趨勢看，不管是運營商還是互聯(lián)網企業(yè)都會選擇更加開放、建設成本更低、用戶體驗更好的技術實現方案。從編碼技術來看，VBR編碼技術可以在保證視頻質量的前提下，有效節(jié)省存儲和網絡帶寬，隨著編碼器設備的能力不斷提升，VBR編碼應該是視頻點播業(yè)務的首選技術。從流傳輸技術來看，HTTP流傳輸協(xié)議和RTSP流傳輸協(xié)議具有各自的優(yōu)勢，未來應該是多協(xié)議兼容的融合發(fā)展，對實時性要求不高的視頻服務可采用HTTP流傳輸協(xié)議，對于實時性要求較高的視頻服務采用RTSP流傳輸協(xié)議。從終端技術發(fā)展角度看，IPTV和OTT TV將逐步趨同，智能化將是終端未來的發(fā)展趨勢，終端層面的軟硬件分離，機頂盒終端和其他終端的互動操控將是技術發(fā)展的方向?？傮w而言，不斷結合IPTV和OTT TV技術的各自優(yōu)勢，根據用戶需求相互取長補短，走融合發(fā)展之路，是視頻技術發(fā)展的必然趨勢。

1 陳玨奇，劉峰.流媒體傳輸技術.計算機技術與發(fā)展，2012（3）

2 中國電信集團公司.IPTV業(yè)務系統(tǒng)技術規(guī)范V3.0系列規(guī)范，2011