随着宽带IP网络技术和数字电视系统技术的迅猛发展，构建一个基于宽带IP传输网络的数字电视业务应用系统(IPTV:InternetProtocol-basedTV)，已经成为目前业界的热点。IPTV系统，需要充分结合广播电视业务数字化的优点和通信网络IP化、宽带化的优点，为用户提供一种广播级、个性化、互动性和丰富性为特点的全新的互动电视业务体验质量(QoE:QualityofExperience)。 在一个IPTV运营系统中，IPTV网关和业务保障系统是提供用户大规模端到端高QoE电视业务的关键环节，本文从网关设备可用性、视频业务质量监控的角度展开对IPTVQoE的保障研究。围绕IPTV网关系统相关技术展开研究和工程实现，具体为：在设备层面上，研究传送流在网络中基于应用层端到端QoS保障的协议转换并设计了高可用的桥接传统数字电视网络和IP传输网络的IPTV网关设备，其中在方法上，设计了一种双机互备的对称1+1冗余备份机制；提出一种系统时钟同步保持的控制方法和改进一种针对传送流TS文件的IP流化传输速率调整算法；在算法层面上，从适配视频信号和传输网络的关键技术视频编码码率控制的角度上，提出一种基于IP网络下的多路视频联合码率控制策略；在视频质量监控层面上，提出了基于内容的IPTV监控和保障网络方案，并开发了相应的网络化监测设备软－硬件系统。通过使用基于本文提出的多种技术实现的IPTV网关设备和监控系统，成功的在上海3Tnet试运营网上保障多达100套端到端高质量直播数字电视业务的试运营。 作者是在实际参与3TNet重大专项的应用项目研究课题为背景展开对IPTV网关系统相关技术的研究和工程实现，其中，关键的IPTV网关设备，根据开展试验运营IPTV业务的需求，侧重在工程实现上研发一个的IPTV网关系统以支持在3Tnet试运营网上开展广播级、个性化和互动的IPTV业务，该网关系统的特点在于：高可扩展性，以支持大规模的视频业务；高可用性，以支持电信运营级运营；架构上的灵活性，以支持多种业务的开展。并结合保障实际试运营系统过程中所碰到的QoE问题与理论分析，提出一个构建内容感知的业务监控和保障网络方案，同时开发出相应的监控设备并初步应用在保障试运营系统。 本文主要研究工作概括如下： 首先，从IPTV系统所提供服务的广播级、个性化、互动性和丰富性特点出发详细的界定了IPTV的定义，并概括性的介绍了IPTV系统技术和标准状况。针对一个IPTV运营系统，指出IPTV网关和业务保障系统是保证用户QoE的关键环节，为下面进一步研究IPTV网关系统的设计和IPTV运营系统的监控作铺垫。 其次，第二章中研究和实现了一个电信运营级、多频道高密度的视频处理和传输平台，提出一个先进的IPTV网关架构，将处理和传输两项功能有机融合起来。该网关主要功能包括：对传送流的处理，以支持大规模的桥接数字电视节目TS流DVB-ASI传输和IP传输；提供编码和转码，以支持同一节目服务多种QoS；在协议处理和传输上提供高容量的交换传输。通过板内高速PCI总线和千兆以太网接口实现分布式交换结构和模块化设计，利用可编程逻辑模块、可编程处理模块和CPU处理模块在一个运营级的网关架构中实现支持数字电视的编码和转码处理，支持多达数百套数字电视节目的运营。针对网关系统的运营级稳定性需求，具体设计了一个基于ATCA架构和高可用软件系统，采用SNMP服务的高灵敏心跳检测机制的对称1+1冗余备份机制，设计了模块之间自查和互查方法。并在3TNet上海试验网验证了该网关设备的可用性。 再次，对IPTV网关桥接数字电视节目TS传输流的技术展开讨论，讨论了ISO/IEC13818-1系统层的时序模型，在针对网络传输时延不再恒定、传输带宽复用共享、具有VBR特性的环境下，提出了一种传送流在IP网络传输过程中系统时钟同步保持的控制方法，能实现数字电视节目在网络中仅传输该节目的有效数据，在接收端恢复为恒定码率，并以正确的PCR(ProgramClockReference)值保持原系统层的时序模型的有效性。其次讨论了ISO/IEC13818-1系统层的缓存管理模型，在详细讨论传送流的解码过程下给出了针对传送流的复用和解复用处理过程的策略，并提出了一种针对传送流TS文件的IP流化传输速率调整算法。 第四，基于一个通用的视频编码和网络传输模型，探讨编码视频在网络传输中的约束条件，并在这基础上讨论了适配视频信号和传输网络的关键环节之一的视频编码码率控制问题，提出一种改进的多路视频联合可变码率控制策略，在实际的转码应用中，该码率控制策略能够根据传输信道的可变带宽在多节目之间、GOP之间合理的分配编码比特数，相比CBR码率控制策略在转码误差、转码码率上都呈现了相当的优越性。 第五，在3TNet上海试验网开展IPTV业务的过程中，结合运营维护中所碰到的QoE问题与编码视频在网络传输中的约束理论分析，提出一个构建内容感知的IPTV视频质量监控方案，同时开发出相应的监控设备并初步应用在保障试运营系统中，支持了全网大规模IPTV视频质量的监控和保障。