家庭网络中的媒体技术
摘要 介绍了现有各种音视频编码标准，DLNA的媒体格式模型，家庭网络中的数字版权保护及其兼容性问题，以及如何在家庭网络上共享付费媒体内容及DTCP-IP技术。
1、引言
家庭网络可以为用户提供丰富多彩的多媒体应用和业务。在提供满足需求的媒体质量的同时，家庭网络的设计还必须尽量增强用户的使用体验，做到业务和设备的全面互通和内容的无缝共享。各种与媒体相关的技术问题必须得到很好的解决才能顺利发展，其中包括音视频编码及其互操作问题、数字版权保护和兼容性问题以及付费内容的安全共享技术等。
2、家庭网络中的音视频编码
家庭网络中可提供的多媒体应用主要可以分为：实时交互式通信、单向广播和交互式点播的流媒体、家庭网络内部共享媒体资源以及实时监控等。应用的不同特点决定了他们对音视频编解码技术的需求也是不同的。
2.1 音频编码
CCITT和ITU-T相继开发出一系列音频编码标准，满足了在不同条件下进行语音通信对音频压缩的需求，这些标准包括最早使用在PSTN上的G.711，窄带分组网络和移动语音使用的G.723.1，G.728和G.729，为3G语音和宽带分组语音开发的G.722.2等。表1列出了主要的音频编码标准及其特性。
表1 主要的音频编码标准
音频标准 码率(kbit/s) 目标应用 特性
G.711(PCM) 64 PSTN电话 无压缩，简单
G.723,G.728，G.729,G.729A 小于16 VoIP,H.323系统,移动电话 压缩率高，采用了CS-ACELP或ADPCM等算法
G.722.2 6.6-23.85 3G,有线宽带话音 CELP，自适应可变速率，音质好
高级音频编码(AAC) 广播和网络音乐下载 音质好，支持立体声
Dolby AC-3 384(5.1声道) 影剧院，家庭影院，HDTV 音质好，支持多声道(5.1和7.1)
2.2 视频编码
目前，现有视频编码国际标准主要有ISO/IEC MPEG系列和ITU-TH.26x系列。
(1)MPEG系列视频编码标准主要面向视频信息的存储和广播，优点是压缩率高，图像质量好，缺点是实时性差。MPEG-1是VCD中使用的视频压缩标准，MPEG-2是MPEG-1的升级版本，支持的带宽范围从2Mbit/s到超20Mbit/s，MPEG-2后向兼容MPEG-1。目前， MPEG-2标准在数字电视和DVD领域得以广泛应用。MPEG-4采用了基于对像表示的概念，引入了视听对像(Audio/Video Object，AVO)的概念，理论上具有高效编码、高效存储与传播和交互操作的特性。
(2)H.26x系列主要针对低速率环境下的实时应用设计，特点是强调算法的简单性和实时性，适合用于视频会议和可视电话等实时交互应用。其中，H.261和H.263是视频会议和可视电话的主要视频编码标准。
目前，MPEG和H.26x标准组织联手开发出了新的视频编码标准H.264/AVC。H.264/AVC是在ITU-T增强型多媒体通信标准H.26L基础上推出的能够为ITU-T与ISO/IEC共同使用的单一的下一代视频编码标准，在技术上同MPEG标准形成体系。相同分辨率下， H.264比H.263+和MPEG-4(SP)减小50%码率，H.264有望成为宽带网络上广泛使用的视频编码标准。
3、媒体的互操作
一个视频编码标准都有其特定的目标应用，这些指标通常是对立的，不能兼而得之。因此，将家庭网络中使用的视频编码统一为某一种或某几种格式为时尚早而且可行性不高，所以目前必须考虑各种媒体编码格式之间的互操作。
数字生活网络联盟(DLNA)定义了媒体格式模型，对应三类媒体中的每一个定义了一系列强制和可选的媒体格式(见表2)，说明了在可选和必选格式之间的转换规则，以保证媒体可以在所有设备上进行欣赏。
表2 DLNA的媒体格式模型
媒体类型 必选格式集(必须全部实现) 可选格式集(可以实现一个或多个)
图像(Image) JPEG PNG，GIF，TIFF
音频(Audio) LPCM AAC，AC-3，ATRA3+，MP3，WMA9
音视频(AV) MPEG-2 MPEG-1，MPEG-4，WMV-9
DLNA所提出的媒体格式模型主要是针对家庭网络中的娱乐应用，没有涵盖现有通信网络上所使用的媒体格式，如G.7XX系列的音频编码和 H.26x系列的视频编码格式。如果要在家庭网络中的DLNA设备上播放这些格式的媒体，就必须在数字媒体服务器(DMS)上进行转换编码，而这些业务网络都是对时延特别敏感的实时交互式业务，转码引入的时延将直接影响业务质量和用户感受。
4、媒体内容共享和数字版权管理(DRM)
4.1 数字版权管理
数字版权管理(DRM，Digital RightsManagement)是实现数字信息产品通过网络销售和传播的前提条件。在家庭网络中也必须采用数字版权保护技术，以杜绝对媒体内容的非法复制、拷贝和传送，有效地保护内容提供商的利益。
4.2 不同DRM系统之间的互操作
目前，不同厂家提供的DRM系统不但互不兼容，而且消费者如果购买了基于不同DRM技术的媒体，在播放时就需要不同的工具来解密，影响用户体验，也严重阻碍了DRM技术自身的发展。最近，业界对DRM兼容标准的呼声越来越高，许多组织也相继展开研究，包括开放移动联盟(OMA)和MPEG- LA，取得最新进展的有Coral联盟和SVP联盟。
旨在确保不同DRM(数字版权管理)技术相互兼容的Coral联盟(Coral Consortium)宣称，通过为标准的视频处理芯片设计增加了某些门电路，SVP可以保护在所有支持SVP的设备上的内容，从而保护内容拥有者、发行商和运营商的版权。预计全系列数字视频处理器将在2005年上半年兼容SVP规范。
4.3 付费的媒体内容在家庭内部的共享
严格的DRM很好地保护了内容提供商的利益，但是由于不能在家庭网络中的不同设备之间实现付费媒体内容的无缝共享，损害了用户体验，不利于家庭网络的推广。为了解决这个问题，由Intel发起的数字传输许可联盟(DTLA)制定了IP上的传输内容保护协议(DTCP-IP)。DTCP-IP在源设备和接收设备之间建立一条受保护的链路，使用的位置如图1所示。为了保证付费内容只能在家庭内部的合法设备上共享，DTCP-IP主要采取的措施有：显示接收设备的数量、无线链路必须进行加密、限制IP数据包的生命周期(TTL<3)。DTCP-IP在内容的安全和用户使用的便利之间取得了很好的平衡。
图1 DTCP-IP的使用位置
5、结束语
家庭网络中的音视频编码格式多种多样，这些技术都是为适应特定应用而开发的，因此在必要时需要考虑同一种媒体各种不同编码格式的互通问题，也就是家庭网络一方面必须向用户提供满意的音视频质量，另一方面用户流畅便利的使用体验也是决定家庭网络是否能够顺利的推广和普及的关键因素，因此必须为实现完美的用户体验扫除技术上的障碍。
作者：魏凯 摘自：泰尔网