可以说，所有的一切最终都将IP化；语音、数据、视频甚至无线业务，将共同打造“IP Quadruple Play（四重奏）”。尽管这一目标的实现历程仍不可确认，但其对现有和未来网络的深远影响必将推动对更高速率（带宽）的需求。
家庭IP化将展现出一系列新的娱乐和服务：
IP语音（VoIP）
IPTV（SDV-交换式数字视频）
音乐代理
个人视频记录仪（PVR）
视频点播（VoD）
高清晰度电视（HDTV）
交互式电视
IP使能家电（智能家电）
安防，环境（智能家居）
在这些服务中，视频对带宽的需求最为苛刻，而且更为重要的是，它直接地影响着我们如何看待娱乐的质量（QoE）。为此，CED杂志社已经撰写了数篇文章，着重强调了视频的带宽需求，如：特约编辑Craig Kuhl于2006年4月1日撰写的“The Big Squeeze”，以及CED杂志和xOD Capsule 的主编Jeff Baumgartner于2006年7月撰写的“Bracing for the Impact（准备迎接挑战）”。
IPTV
那么，IPTV到底是什么呢？这几个缩写字母所提供的综合印象代表了数百个可随时随地提供“点播式”服务的娱乐频道。IPTV（网际协议电视）描述了这样一个系统，它使用IP协议在网络基础设施上提供数字电视服务，也可通过单个宽带连接提供服务。对于住宅用户而言，此类服务通常是与视频点播（VOD）业务联合提供的，而且可能是综合Internet服务的一部分，如Web访问和IP语音（VoIP），从而形成所谓的三重播放（Triple Play）。
任何基于IP的服务通常都是由一个宽带运营商使用某个独立的基础设施而提供的。它为用户提供完全的控制权，享受个性化的多媒体体验，获得真正交互式一对一传送（uni-casting）的娱乐和服务。对许多运营商而言，IPTV的吸引力在于它可以在宽带网络上提供先进的多媒体服务，创造新的收入来源。
从模拟格式到全数字格式的转变，成为IPTV发展的驱动因素。而视频压缩技术的进展进一步降低了传递标准清晰度和高清晰度的音频与视频的困难。因此，随着带宽的增长，同时伴随着数字视频和更为优越的压缩技术的出现，通过任何一种数字用户线路（xDSL）或无源光网络（PON），可为不断增长的用户数目提供宽带服务。同时，随着客户需求的不断增长，竞争也愈演愈烈。
随着竞争越来越激烈，配置IPTV的最佳途径是什么呢？答案并不是唯一的。今天，基本的实现机制包括数字用户线路（DSL）, FTTH中的无源光网络（PON），基于混合式光纤同轴电缆（HFC）的传统CATV，以及某些结合方式。每一种都有它自己的优势和挑战。
本次研究考察了基于PON的IPTV配置中的关键元件，重点关注了以下四个方面：
技术: 这种配置的使能技术是什么？以及这些技术的实用化时间表？
容量: 各种PON实现方式之间的区别是什么？它们是否能满足业务的需求？
成本: 各种不同PON方式的成本有何区别？
商业: 各种服务如何定价？对收入有何影响？成本是收入的一个重要部分吗？
技术
首先简要介绍了IPTV和某些标准的发展历史，这些标准规定了如何以全IP格式提供视频和音频内容。没有详细讨论数字广播卫星（DBS（即卫星电视）。
直播卫星（DBS）指的是面向家庭接收的卫星电视广播，也指直接到户（direct-to-home）的信号。DBS涵盖了模拟和数字电视，无线接收，并且通常可扩展到由数字电视系统提供的其他服务，包括受限的视频点播和交互特性。“DBS服务”通常指某种商业服务，或某个国家的轨道定位卫星的一组免费频道。DirecTV和EchoStar便是这种例子。
典型的xDSL配置和动态图像专家小组（MPEG）
在现有的视频压缩技术下，对称高比特率数字用户环路（SHDSL）
和非对称数字用户环路（ADSL）都不能提供IPTV所需要的带宽。
26 Mbps的ADSL2+和50 Mbps的极高速率DSL（VDSL）能提供更高的带宽，但是传输距离受到影响。用户需要靠近中心局（CO）或远程终端，因为任何xDSL网络的速度都会随着距离的增加而降低。
考虑到铜缆设施上的现有投资以及快速提供服务的需求，许多运营商认为基于xDSL的IPTV更具有吸引力。然而，xDSL的一个关键问题是它基于MPEG2提供标准清晰度和高清晰度的电视。利用MPEG2，目前HDTV每个频道需要大约20Mbps带宽，相比之下，标准清晰度电视需要2.5 – 3.5Mbps。
（请参照表1，查看MPEG2的宽带带宽)
表1. 在MPEG2标准下的带宽需求
MPEG4是压缩技术的下一个发展旅程，它类似于MPEG2，主要压缩音频和视频（AV）数字数据。MPEG4出现于1998年后期，是一组音频和视频编码标准以及相关技术的综合名称，由ISO/IEC动态图像专家小组 （MPEG）统一制定。
基于MPEG4标准的服务包括网上视频（流媒体），CD代理，会话（视频电话），以及广播电视。MPEG4强化了MPEG1和MPEG2以及其他相关标准的特性，同时增加了许多新的特性，如支持D描述的（扩展的）虚拟现实建模语言（VRML）。MPEG4的其他特性包括面向对象的复合文件（包括音频、视频和VRML目标），支持外定的数字版权管理，以及各种类型的交互式应用如视频点播（VOD）等。
不同的开发人员可以决定是否实现MPEG4所包含的大部分特性，这在一定程度上推迟了MPEG4的商用进程。这意味着可能还不存在一个实现了MPEG4所有标准集的完整版本。为了克服这个问题，MPEG4标准中包含了“概貌”和“级别”的概念，允许以某种恰当的方式定义和使用某一些指定的功能，用于某一部分应用和网络中。
新的行业标准
H.264已经被认定为MPEG-4标准的一部分－MPEG-4 第10部分以及ITU-T最新的视频会议标准，目前已经成为HD-DVD和Blu-Ray规范（高清晰度DVD的两种格式），并且在最新版的DVB（数字视频广播）和GPP（第三代合作伙伴项目）标准中得到认可。
许多广播、线缆、视频会议和消费电子公司选择H.264作为新产品和服务的编解码器。H.264如此广泛地被许多开放标准所采用，意味着世界上的任何一家公司都可以生产手机，机顶盒，DVD播放器以及更多其他设备，这将提供新版的HDTV规范。目前，这些设备还没有到达它们的黄金时间，它们的推出时间仍不确定。
MPEG4 Part 10解决了进一步压缩视频和音频的需求，使其在不同的网络架构和承载机理下变得更加容易。（见表2，查看MPEG4 Part 10下的广播带宽）。在实现IPTV时，能够为用户提供多少个视频流具有特别重要的意义。
表 2. 在MPEG4 Part 10标准下的带宽需求
多视频流的需求
在调查了每个用户追求更多视频流的驱动因素之后，我们发现多视频流不再独立地受到每户家庭拥有电视机数量的驱动。今天，98.2％的美国家庭拥有一台电视机，其中的74％的家庭拥有两台电视机或以上。（资料来源：Niielsen Media Research）
最近的另一项统计显示，现在所售出的每5台电视机中有4台是HDTV电视机。（来源：Harvard Resarch）下表显示HDTV家庭用户已增长了数百万之多。（来源：Yankee集团，公司报告，公共声明，NAB,NCTA.）
表3. HDTV用户增长
另一个推动数字视频广播发展的驱动因素是联邦通信委员会（FCC）TITLE VII—DIGITAL TELEVISION（数字电视）规定：到2009年2月之前必须终止模拟广播。研究本地广播站目前的趋势之后发现，这些广播站不仅仅是在数字化，而且使用的是“高清晰的”数字化。这也将增加目前以及未来承载系统的负担。
Title VII管理着可增加的模拟电视的商标数，并通知消费者在2009年2月将终止模拟广播。号召对客户开展更多有关即将到来的数字转换的教育，包括组建了一个DTV工作小组，开展有关消费者教育，提升和消费者再教育工作。希望为模拟客户提供服务的线缆运营商可将数字信号“下行转换”成模拟信号。恢复了FCC2000规定，要求提供数字编程的视频描述，服务于视力低下的观众。
PON带宽和MPEG比较
本节将关注支持IPTV的各种PON架构，包括宽带PON（BPON）,下行（DS）数据速率为622/1.2 Mbps，G比特以太网PON（GEPON），DS速率为1.2 Mbps，以及G比特PON（GPON），DS数据速率为2.4 Mbps。
基于表4所示的时间表，PON的配置战略应该充分利用成熟的技术如MPEG- 2和BPON，同时保证具有升级通道可通往新的技术如GEPON和GPON以及MPEG4。
表 4. 带宽, 视频压缩和服务供应的时间表
容量
PON容量
考察PON容量的目的是为了判断某个特殊的PON实现是否能够满足特定的服务带宽需求。这不仅在向南的PON端口容量中是重要的，而且在向北的PON接口中更为重要，这些接口中将启动多播技术。
PON的容量必须满足最大使用程度时的需求，在任何给定的开通率下都不会造成视频堵塞。PON架构的工程设计必须能够处理正常的使用情况，并且有能力保证在网络的高峰时期提供视频服务。当视频压缩技术最初设置为MPEG2标准之时，个人的PON容量决定了每个用户的最大视频流数量。再次，多播功能将会成为任何PON架构为用户提供适当的视频服的关键所在。
图 1. 北向和南向接口的PON容量
图 2. 从业务角度划分的PON和OLT容量
如图2所示，频道阵列和VOD的使用可能导致光线路终端（OLT）主干容量的变化。根据提供的VOD服务的不同类型，频道可选择利用多播技术，否则便是单播。
多播是指一个网络节点将相同的数据发送到多个端点的能力。（通常和多播视频技术相关，其中源端将发送单个数据流，而多个端点将接收这一数据流。）多播是通过源端的单次传输，将信息传输到一组接收者的过程，不同于单播或和广播在IP多播中，是一到多的传输，其中某个主机可能随时加入或退出某个组。单播是指单个PDU（协议数据单元）从一个源端到单个目的地的传输操作。在单播视频中，指的是传递到单个接口设备的一个频道。点到点传输要求源端为每个请求者发送一份独立的信息拷贝。
通过使用多播技术，PON网络能够更有效地分配PON的总体带宽。使用单播技术，OLT和PON主干容量都将显著增加。
图 3. 相对于视频业务开通率的PON带宽
目标开通率的设计
PON容量的大部分是基于用户的开通率。并非所有的PON网络都将获得100％开通率和100%视频服务开通率的完全利用。如图3所示，在不同的开通率下，带宽需求将大为不同。
图3中作了有关提供给“服务束”的额外和标准频道数量的假设。这里假设，对于额外服务束，有3个标准清晰度视频流和两个高清晰度视频流。
对于标准服务束，有2个标准清晰度视频流和1个高清晰度视频流。最初，视频服务是基于MPEG2标准的，其中高清晰度数据速率设置为19.2 Mbps，而标准清晰度数据速率设置为3.5 Mbps。
您在图4中将看到，当每个PON架构的带宽需求都设置妥当之后，组将为每个用户提供相同的容量。与PON配置组合不同的是，只有用户数量或分光比会发生变化。
PON的有效容量是指每个用户所允许的独立视频信道的数量。它结合视频压缩和配置组合，测度实际的视频传输能力。
在使用图4时，可使用相应的表5查看基于分光比和PON技术的实际的带宽需求。
图 4. 不同分光比下的PON带宽需求
成本
PON的成本构成
PON的部件和接口成本将相对于不同的PON架构而随着时间改变。今天，由于技术的成熟和芯片的商用化，典型的BPON成本要显著低于GEPON或GPON。
然而，当比较技术的成本时，BPON缺乏为支持IP语音所需的带宽需求。当考察PON配置的总体成本时，结果显示PON中心机房的电子和安装费用大约只占总体成本的8%。而外线设备（OSP）的硬件和劳动力一般约占总体成本的40%，用户预定设备（CPE）和CPE安装费用占总体成本的50％。PON设备部件成本主要存在于北向网络接口，它们将Video Head End 物理连接到PON OLT、通用OLT设备、以及连接到外线设备的PON接口。研究表明，技术变化可明确降低接口成本。更高的线路速率、更高的分光比和更新的技术都将导致更高的PON接口成本。
如上所述，由于技术的成熟度和更高的体积，BPON有望降低初始成本，而GPON的成本下降速度则可能更快。其中部分原因是GPON的成本将随时间分配到64个以上的用户，以及MPEG4逐渐变得可用。当这一天到来之时，BPON和GPON的成本差异将会更小。
图 5. PON设备部件成本
PON收入
在比较PON架构时，我们认识到几个收入来源，促使我们考虑以下几个方面。
1.) 这是否是一个绿色健康的部署？从义务上讲，我可以期待或者应该期待100％的开通率，其中所有的业务利润都是新的？
2.) 我是否正在过度建设？现有的用户已经是我的语音和数据客户，唯一的新收入来源将来自视频
3.) 我是否正在过度建设，从而将竞争招致到我的领地之内？如果这样，我是否将被迫首先转向线缆解决方案？
三重播放业务占据了重要的收入部分。因此，延误部署和丢失市场份额可能造成高昂的机会成本。
相对成本
图 6. PON 收入vs.开销
图6显示，在2005年，Capex在PON架构的花费超过了其收入（资料来源：Verizon financials 2005）。然而，随着MPEG2视频已经获得适当的地位以及MPEG4的出现，视频业务将带来的额外收入远远超越了不部署PON所带来的风险。
业务开通率
图 7. PON预测开通率
在研究业务开通率时，假设到2010年，40％的用户将选择视频业务，64％的用户将选择高速Internet业务。到2010年，40％的三重播放占有率将构成60％以上的收入或每个服务区（SA）180万美元的收入，其中每个SA包括大约2000个独立的家庭单元或多个住宿单元。对于小型商业单位，收入和服务开通率将会各异。（资料来源：Yankee Group 2006－2010年预测）
小结
如果仅仅利用目前的压缩技术，VDSL和ADSL2+都无法提供多个IPTV频道所需的带宽。
对于MPEG2压缩技术而言，HDTV目前每个频道需要19.2 Mbps，而标准清晰度电视每个频道需要3.5 Mbps。
在IPTV内调换频道需要一个机顶盒，而且使用DSL技术，这意味着即使在最高的VDSL速率下，某些时延问题可能会在HD编程中变得很明显。
作为xDSL的一个全光替代品，PON可以在更远的距离上提供更高的带宽。通过使用分光器，单根光纤可以服务于多个客户，而且与铜缆不同的是，光纤可以提供更为优越的灵活性，只需简单地改变PON的架构。根据PON的配置版本的不同，单根光纤内的下行数据速率可从622 Mbps到2.488 Gbps不等，分光器的比例从1:16 到 1:128不等。GPON网络可承载2.488 Gbps，设置分光比为1:32，每个客户可获得77.75 Mbps的带宽，这使其成为视频承载的理想选择。然而，即使有了GPON所提供的带宽，在先进的压缩技术MPEG4实现商用之前，HDTV的承载仍然是有问题的。
重要发现
电话供应商受到来自线缆运营商的竞争挑战，后者提供语音服务和不断增长的视频服务产品。
视频点播（VOD）和高清晰度（HD）内容正在增长，其带宽需求使得有必要提供坚固的光纤架构。
每户家庭的电视机数量不再是多视频流的驱动因素，而信道跳频和和HD编程则成为规范。
ADSL2+和VDSL初期可满足市场的需求，但是未来提供视频服务所需的带宽需求可能无法得到满足，将面临线缆运营商的竞争。
无论是否拥有MPEG4，PON架构都可为竞相涌现的视频服务供应提供足够的带宽。
BPON, GEPON和GPON可在ATM或Ethernet/ IP骨干网中运行，而BPON & GPON可在两者之中的任何一个上运行。
多个PON带宽等级是由线路速率、分光比和视频压缩技术决定的；而不是BPON vs. GEPON vs. GPON.
视频是三重播放或四重播放业务潜在收入的重要部分。
PON架构可提供三重播放业务，如果不抓住或者延误了该项业务收入可能会造成巨大的机会成本。
作者介绍：
Patrick (Pat) J. Sims，注册通信网络分布设计师（RCDD）
ADC首席工程师, 技术支持
全球客户服务
(ADC Principal Engineer
Technical Support
Global Customer Service)
Patrick Sims，美国ADC电讯公司首席工程师，负责ADC OmniReachTM 光纤到驻地（FTTP）解决方案网络设计/系统集成的项目管理和运营。Partrick Sims是光纤到户（FTTH）基础设备、系统和网络行业的资深专家。他是ADC在有源/无源FTTP部件领域的FTTX常驻专家，同时还担任光纤到户（FTTH）理事会联络人。Patrick Sims先生的30年行业经历包括：佛罗里达大学高级工程师——负责设计佛罗里达大学电信网络和构建佛罗里达大学光纤骨干网络；Qwest（前身为US West）规划工程师与产品经理——负责xDSL网络运营和规划；明尼苏达IOCs的公司规划经理——负责设计和建设明尼苏达州光纤骨干网；Optical Solutions公司的商业发展与项目经理，主要领导FTTH产品从形成概念到实体产品生命周期内的产品工程/商业应用管理。2001年，Sims参与组建北美FTTH委员会，目前他身兼FTTH行业设备制造商和服务提供商的行业顾问。Sims先生是一位经过认证的无源光纤网络（PON）设计师和注册通信网络分布设计师（RCDD®）。Sims先生在Florida A&M University获得电气工程学士学位，并在佛罗里达大学获得工商管理硕士。目前他还是FTTH委员会的理事会成员之一
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