互联网智能电视通信技术剖析

这几年来，随着中国智能互联网电视产业的发展，在中国电子视像行业协会的指导下，在相关通信领域的设备、技术等方面都获得了阶段性的成果。可以说，互联网智能电视通信技术已经成熟。而为了更好的让业内了解其中细节，我们也特地组织了此文，与业内分享在互联网智能电视通信技术方面的思考。

首先需要明确几个相关概念，以便大家顺利理解这篇文章。

互联网智能电视设备：又叫网络电视设备、互联电视设备。是指具有互联网功能的电视设备。包含互联网电视、智能电视以及相应机顶盒等。它可以接入广播电视网、国际互联网和移动通讯网等网络访问内容或者参与互动。有些概念的变形，例如，互联网电视（机）、智能电视（机）、智能互联网3D电视（机）等，都是指此含义的设备。

互联网智能电视：是利用互联网智能电视设备，通过无线或有线的公共互联网（internet），以互联网协议(IP)，传输视频、音频（包括语音）、文字、图形和数据，面向电视机用户，提供互联网应用和服务的个性化、互动性、全方位服务，包括影视音像点播、音乐欣赏、游戏、有声读物、视频通讯等，这种融合业务，叫做互联网智能电视。包括内容封闭式管理的互联网电视业务、内容半开放管理的智能电视业务和内容全开放的电脑电视业务。又叫网络电视、互联电视。

所谓互联网智能电视通信，就是通过互联网智能电视设备，实现电视之间、电视与电脑之间以及更大范围的终端间进行音视频通话。

我们认为:互联网智能电视通信设备一般需要具备7种基本能力，我们将逐项介绍；然后在维护管理、界面、终端性能、软硬件等技术方面提出我们的见解，以期将互联网智能电视通信的终端和技术全貌展现给大家。

一、互联网智能电视通信设备一般需要的具备7种基本能力是：业务能力、语言及输入能力、呼叫处理能力、媒体处理能力、私网穿越能力、协议能力、安全保障能力等。为什么这么说呢？它与电脑间的视频通话有哪些独特之处呢？

1、先看看业务能力，一般需要具备如下几个重要功能：

首先，在基本语音方面：用户通过终端能够完成基本语音呼叫；在呼叫建立的过程中，当终端作为被叫方时，应当向用户提供对该呼叫进行应答或拒绝的功能。呼叫建立后，主、被用户可根据业务需求，对该呼叫进行保持或挂断。作为用户终端的基本特性，除了具备直拨被叫方的功能外，终端还应当提供基于二次拨号的业务。这些与原有的技术形式没有区别，与通话记录、联系人列表管理、多方通话（会议功能）等补充业务一样，仅仅是在电视终端实现，不再赘述其技术特性。

其次，在视频通信能力方面：互联网智能电视设备支持基于IMSSIP协议的视频业务：需要提供USB等摄像头的视频输入，或者互联网智能电视设备内置摄像头。

电视终端在这方面有其特殊性，就是需要实现遥控器支持语音输入和输出功能；或者具有无线语音输入和输出选配器材；或摄像头自带语音输入,电视机输出语音；具备将本端的图像及其它相关信号进行采集、编码、复用后发送到传输通道的能力；具备将接收到的信号进行解复用、解码，还原为图像、声音及数据信号的能力；

最后，在下载和信息类业务方面：互联网智能电视具备从指定的服务器下载内容，并向用户呈现的能力。

例如视频广告、图像、彩铃的下载。这方面的技术实现，我们将在后面相关章节介绍。
2、语言及输入能力方面，我们认为一般满足下列条件：在显示输入以及界面三个方面至少支持中文、英文能力。至少能够显示GB2312中的所有汉字。有些终端需要支持虚拟键盘输入；对于触摸屏，提供手写笔，方便用户点击和输入。

3、呼叫处理能力。互联网智能电视设备作为IMSSIP协议框架中的UAC和UAS参与到整个呼叫过程当中：作为UAC时，能够将用户的行为转换成标准的IMSSIP消息发送到网络中的服务器；作为UAS时，能够根据请求消息生成自动的响应消息，或根据用户的动作生成相应的响应消息，完成整个呼叫接续。经过硬终端生成的SIP消息，必须保证每次呼叫信息的唯一性，以确保网络中不出现两个呼叫同一个Dialog（To、From、Call-id的结合体）的情况。终端必须支持对临时响应消息进行确认的能力，具体行为应当满足相关RFC规定。

互联网智能电视设备支持自动能力协商。当发起呼叫时，终端必须支持初始INVITE请求中带有协商能力的功能（初始发起的Invite消息带有SDP）。当用户在通话过程中进行音视频切换时，IMS宽带多媒体终端应具备采用re-INVITE进行二次能力协商的能力。

这样，互联网智能电视设备中呼叫处理能力就比较完善。

4、媒体处理能力。互联网智能电视需要完成对语音的编码、解码、打包、解包，我们认为需要支持多种语音编码格式，而且必须支持ILBC。建议终端缺省优选iLbc编解码方式。向用户提供配置界面，允许用户自行定义优选编解码。
音频采样我们认为采取的技术方案如下：

采样通道数：2个，双通道采样

采样频率：8000Hz

每采样值的位数：16位

音频编码标准，我们认为需要采取ILBC。iLBC是一种专为包交换网络通信设计的编解码，优于目前流行的G.729、G.723.1，对丢包进行了特有处理，既使在丢包率相当高的网络环境下，仍可获得非常清晰的语音效果。下面主要列出一些性能参数：

采样率：8kHz

13.3kbps比特率下编码帧长度为30ms

15.2kbps比特率下编码帧长度则为20ms

音频打包建议采取如此下规范：

用RTP包全0（0xff）表示静音，在静音期间继续发送RTP包以保持RTP通道的有效性。

帧长为30ms

在一个包中，编解码器采取单帧组包。

接收机必须要能连续接收0～200ms的音频数据。

当终端提供视频功能时，要求能够显示本地图像和远端图像。

要求至少支持4CIF、CIF、QCIF解像度。

能够对远端图像进行缩放和全屏显示

能够调节图像的色度、亮度和对比度（可选）。

图像编码必须支持MPEG4或H.264格式。编码必须支持MPEG4、H.264格式

帧率至少支持15帧。

无视频源：显示（发送）静止图片

视频打包规范

视频保密或无视频源时，发送静止图片，发送帧率可减少。

最大包长不超过1400字节。

分包发送，多个RTP包不能拼接发送。

5、私网穿越能力。当终端管理平台返回多个代理服务器（BAC）地址时，终端能在代理服务器列表中按照优先级或按照顺序选择一个代理服务器设备连接。当终端管理平台返回多个代理服务器（BAC）地址，终端向其中一个代理服务器注册失败后，具备选择代理服务器列表中的其他代理服务器设备重新发起注册的能力。终端点对点通信时支持智能协商，当网络条件允许进行点对点通信时采用点对点方式传输媒体数据，否则自动申请服务器资源来转发媒体数据。

6、能力协议能力。

首先，与核心网间的接口协议方面：终端与核心网设备CSCF间采用IMSSIP作为标准的通信协议，要求顺从3GPP的相关标准以及其他相关的SIP扩展协议。IMS宽带多媒体终端在进行基本语音和视频呼叫时只需接收核心网络的控制，无需业务平台的干涉。

其次，与统一管理及业务发放后台间的[FS:Page]接口协议，我们认为，需要采用TR069协议簇实现对终端的统一管理。

再次，与业务平台间的接口协议，建议采用SIP协议，推送的信息在SIPMessage消息中携带。互联网智能电视与下载服务器和浏览网页portal间采用HTTP协议。邮件发送采用WEB方式或SMTP方式实现。

最后，底层传送协议，信令层面IMS宽带多媒体终端采用UDP或SCTP作为底层传送协议，其中UDP为必选项。媒体层面IMS宽带多媒体终端采用RTP/UDP作为底层传送协议。

这就为互联网智能电视通信设备构建了较为完善的协议系统。

7、安全保障能力反面，需要一个认证信任的模型。

互联网智能电视作为互联网中的一个接收设备，必须具备维护自身安全的能力。我们认为，设备遵循PKI机制中的二级CA信任模型（参见图1）即可。根CA是认证的起点，层次结构中的所有实体都信任唯一的根CA。图1中CA1,CA2,CAn为根CA签发的二级CA，为具备网络电视认证系统的通信服务器，二级CA签发的终端实体则为互联网智能电视设备。
使用的数字证书需要遵循《GBT20518-2006信息安全技术公钥基础设施数字证书格式》标准，采用符合我国国情的X.509CV3标准。

同时，我们建议支持X.509v2版本的证书吊销列表（CRL），支持上级CA对已处于非法状态的网络电视的吊销。网络电视被吊销后，可以重新获取合法的数字证书。网络电视设备本地存储CRL列表，以便查询连接的服务器、通信的终端设备是否合法。互联网智能电视设备支持在线升级证书吊销列表的方式。根据本地存储的证书吊销列表中规定的更新时间，在线从上级CA下载最新版本的证书吊销列表并且验证其签名是否正确。数字证书公开存放，与其对应的私钥采取sha-256运算后存放。

顺便说一下QoS。从终端侧考虑，要求互联网智能电视设备需要支持如下QOS策略：

帧频速率的自适应：通过对误码率、丢包率的实时检测，自动调整码流速率和图像帧率，以适用不断变化的网络情况，确保图像和语音质量。

TOS标志：对于语音或图像等媒体码流数据，在发送的IP包中，通过TOS字段，打上希望的服务类型标志，由网络侧设备根据服务类型标志提供有差别的服务。

我们对于互联网智能电视通信设备一般需要具备7种重要能力已经陈列如上，由于篇幅，我们没有说明为什么要进行如上的选择，当然，大家也可以在如下的阐述中，了解我们的用意。

三、在互联网智能电视通信设备的维护管理、界面、终端性能、软硬件等方面，下面提出我们的见解。

1、在维护功能方面，我们认为：应当提供故障管理功能，方便用户或技术人员进行故障定位，其内容主要包括：软、硬件运行状态应有监视和告警提示，系统具有重启动功能；终端具备家电自检功能，也可以通过命令行启动自检功能；终端提供网络测试功能。

2、在管理方面，我们认为要提供互联网智能电视的统一管理及业务发布后台，实现对终端的集中管理和业务发布，通过一定的鉴权后，向终端下发提供通信服务的服务器地址及注册账号/密码；这就会实现对互联网智能电视的统一版本管理，包括对终端的版本检测和自动升级等；实现统一监控，提供故障告警；

同时，需要实现以下的业务发布能力：下发浏览类业务的portal地址；下发邮件服务器地址。要求统一管理及业务发布后台能够根据地理区域、自定义用户群等选择发布的对象；

这就需要设备在出厂前进行预配置以下信息：终端统一管理及业务发布后台的域名地址；与终端统一管理及业务发布后台间的鉴权信息。

终端上电后，根据预配置的信息到终端统一管理及业务发布后台进行鉴权，并获取相应的业务信息，以此进行进一步的业务注册并使用业务。

3、因为人们对电视界面的习惯感知，通话时间、终端状态、网络状态等信息需要体现一目了然的特性，要求终端提供图形化的使用界面，操作简单易用。所以在界面上分为内容显示区和状态栏部分。部分功能终端可以提供快捷键功能。一键即可使用对应功能。如呼叫等。

4、终端性能，我们也形成如下共识，以实现良好的用户感知。我们经过反复测试，得出网络性能参数：

在IP网络端到端性能达到如下指标的情况下，互联网智能电视设备可以提供良好的图像和语音质量：

网络时延:小于200ms

网络抖动:小于50ms

网络丢包率:小于5%

网络错包率:小于10E-4

在IP网络端到端性能达到如下指标的情况下,互联网智能电视设备提供的图像和语音至少基本可接受：

网络时延:小于400ms

网络抖动:小于100ms

网络丢包率:小于10%

网络错包率:小于5%

由于网络环境的不稳定性，在2Mbps带宽情况下，网络电视音视频通信时延应小于1秒。

我们经过测试和研究，感到语音性能指标，观评定标准需要依据ITU-TP.861。

网络条件很好的情况，PSQM的平均值<1.5。

网络条件较差条件时（丢包率=3%，网络抖动=40ms，时延=200ms），PSQM的平均值<1.8。

最恶劣的环境下（丢包率=10%，网络抖动=100ms，时延=400ms），PSQM的平均值<2.0。

在所要求的网络性能指标范围内时，要求互联网智能电视通话时的图像或语音基本可以接受。支持多种速率，从64kbit/s～2Mbit/s。

网络电视设备应具有软件运行故障的监视功能，一旦软件出现死循环等重大故障时，应能自动再启动。硬件运行故障有监视和告警显示。MTBF＞5000小时

如果说互联网智能电视通信设备的7种重要能力是基础，维护管理、界面、终端性能是保障，那么软硬件就是关键。 (待续)