清华大学 戴琼海等
【摘要】本文阐述了当前开展多媒体数据服务的迫切需要，详述了利用现有的两大主要传输网络——有线电视网络和基于 IPv4 协议的 Internetr－－进行多媒体数据服务所存在的本质缺陷。在此基础上提出了在 IPv6 上实现多媒体数据服务的可能性，并提出了基于 IPv6 组播方式的视频广播／点播系统。
1 Internet 上多媒体应用的需求
随着Internet的发展和普及，上网已经成为现代人们日常生活的一部分。目前网络所提供的服务虽然较前几年丰富了很多，但是基本上还是停留在电子邮件和主页浏览以及文字交谈的服务上。虽然主负的形式和内容越来越丰富多彩，但是从本质上来说并没有出现质的飞跃，网上的主要信息还是来自于文本和静态图像。
出现上述情况的主要因素在于目前的 Internet 还是基于窄带网络，从根本上无法实现大数据量的传输，这是造成网络服务无法突破的瓶颈。
可以看到，目前的网络发展有两方面的趋势：用户数量的急剧增长和网络服务的多媒体化。甚至在将来很长的一段时间内，这也是一个不可逆转的趋势。人们将越来越注重交互式的多媒体信息服务。要实现这一点要具备两方面的条件：高网络带宽和适用于多媒体信息传输的协议。两者分别属于硬件和软件的要求，相辅相成，缺一不可。
基于Internet的多媒体应用很广泛，包括网上的视频点播和广播、语音电话、交互式电视会议系统、远程教育、远程医疗、交互式3D游戏、网络图书馆等。但是我们可以看到，这些应用中有很多项的核心技术都是音频规频信息在网络上的传输。而这一核心技术在视频广播和点播系统中可以得到最好的体现，因此本文着重讨论视频广播和点播的问题。
2 目前进行视频广播存在的问题
在目前的网络条件下，进行多媒体视频/音频广播的途径可以有两个：Internet上和有线电视网上。但是它们都存在难以克服的弱点，其中很多是由于这两个网络在早期设计时没有预料到今天的应用造成的，因此是网络固有的弱点，除了进行彻底改造之外很难克服。
Internet是在 90 年代初期发展起来的，基于的协议是IPv4，早期的Internet主要是用于科研目的，所以传输的数据主要是基于文本的，设计者并末考虑到后来商业公司的加盟和今天的规模。在多媒体信息需求日益增多的今天，现有的 Internet 虽然经过多次改造和带宽扩容，但是仍然无法满足现在和以后的需求[6］。
它的根本缺陷集中在以下几个方面：
（1）地址空间的严重不足和寻址方式的局限性。
（2）数据传输缺乏质量保证（QoS）。
（3）数据安全性难以保证。
（4）对组播功能支持有限，大多数只支持 IPv4 协议的路由器，并不支持组播。
相对于以上几点而言，带宽所带来的影响似乎还不是那么明显，因为我国的国情是Internet起步较晚，所以各地铺设的网络干线大多数都是采用光纤，某些新建的小区也采用光纤到户的方案。再加上不断扩容，我们有理由相信至少在某一个范围内带宽将不会成为发展的障碍。
由于Internet上用户数目的爆炸性增长，地址空间的局限在几年前就体现出来了。未来三网融合是必然的趋势，参与视频广播和点播的用户将是现在数目巨大的有线电视用户，所以现在的地址空间必然是不够用的。IPv4 采用 32 位的地址，因此无法克服这一问题。此外，lnternet上的视频广播和点播采用的主要技术将是组播，但是 IPv4 协议对于组播的支持很少，在实际应用中也缺乏具体实现，一个明显的地方就是基于 IPv4 的路由器很少有支持组播功能的。
目前很多人认为网络的瓶颈在于带宽，只要解决带宽问题，那么一切都解决了，其实这种观点是错误的。首先，网络带宽在很长一段时间内是无法完全满足每一个人的需求的，即使在光纤到户的情况下，对每一个用户提供相同质量的服务也是骨干网所无法承受的。事实上，未来的网络多媒体信息服务需要实现的是针对每一个用户的要求提供服务。例如，对于视频广播会议而言，用户会提出很高的实时性数据传输要求，不允许有较大的数据延时出现，对于视频点播和广播来说，则要求传输率不低于某一个数值，但是允许一定范围内的数据丢失。而对于电子邮件来说，则不允许数据有丢失现象，但是对于实时性要求则没有那么高。因此，针对不同的数据类型就可以采用不同的服务类型，所以也就有可能在当前有限的网络带宽下很好地实现多媒体数据通讯服务。实际上，上面所说的需求归结到一点就是多媒体通信对服务质量（QoS）的要求。
服务质量通常集中在以下四个方面：
（1）一定带宽需求。例如传输 MPEG-2的节目，则每一路节目的带宽为 6M 左右。
（2）较低的端到端延迟。对于视频节目而言，若是延迟太大就会造成节目的断续，这是用户无法接受的。
（3）延迟变化在一定范围内。若是变化太大，则接收端就会产生数据的上溢或者下溢，同样影响收看质量。
（4）误码率和接收的错误可以接受（无重传）。对于多媒体数据通信而言，重新传输是不可能的，那将会造成数据传输出现不可接受的大延迟。所以出现数据错误只能丢失，但是可以把它控制在一定范围内，使收看的用户可以接受。
网络的安全性同样是需要考虑的重点，特别是对于视频点播而言，一般采用的是用户点播加付费的方式，所以播放的节目应该都是加密的，否则就会被其他用户免费看到。其次，如果采用网上支付费用的话，用户数据的加密也是非常重要的。目前网络采用的加密方法大多集中在应用层，这种加密方法的安全系数是相对较低的。这是因为IPv4在设计的时候并未太多的考虑数据安全的因素。
3 有线电视网进行视频广播／点播存在的问题
针对当前电信网络存在的主要问题——带宽窄，有人提出了采用有线电视网络进行多媒体数据通信的可能性，它的优势在于网络带宽大，而且终端在每一家都已经铺设完成。所以在这个上面实现广播还是比较快的，但是要实现点播的话则困难得多，因为它需要上行信道实现用户点播信息的反馈。实现这一目的就需要对当前有线电视网络进行改造，从目前来看主要的方式仍然是对现有的HFC接入实现双向改造。但是这种改造的代价是很高的，目前只有经济较为发达城市的部分小区实现了这一改造。特别是对于双向传输要求很高的交互式视频会议等应用来说，利用目前的有线电视网络是难以实现的。
此外，有线电视由于缺乏软件灵活性（因为大多数的部件都是采用硬件实现的），采用的加密算法必然缺乏灵活性和多样性，被破译的可能性更大一些。（未完待续）
摘自《中国CATV》
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