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[图文]关于IPTV机顶盒现状与趋势的研究
2006年6月15日 16:18  来源:泰尔网  作者:金伟  

  摘要:从机顶盒发展历程可以看出不同时期机顶盒有着不同的功能与作用。在IPTV业务兴起和成熟的过程中,对机顶盒也有新的需求。本文首先介绍了目前IPTV机顶盒技术解决方案并同时进行了分析和比较,然后介绍了IPTV机顶盒标准的进展情况和对未来IPTV机顶盒发展前景的看法。本文对IPTV机顶盒设备的研发有一定的参考作用。

  1、机顶盒的发展历程

  机顶盒(set top box,STB)起源于20世纪90年代初,当时主要是欧美国家有线电视台为解决有线电视收视费问题而设计的一个解扰设备。机顶盒作为数字电视(DTV)辅助设备是从20世纪90年代后期欧美国家试播数字电视和高清数字电视(HDTV)开始的。它的主要作用是使用户能够用原有的模拟电视机收看数字电视节目和高清数字电视节目,即提供数/模信号转换功能,通常把这类机顶盒称为数字电视机顶盒。数字电视机顶盒具有网络环境特征和条件接收功能。所谓网络环境特征是指在不同的电视广播网中使用的机顶盒不同。根据ETSI定义的三种数字电视传输制式可有:用于接收有线电视的数字电视机顶盒DVB-C、接收数字卫星电视的数字电视机顶盒DVB-S、接收地面广播电视的数字电视机顶盒DVB-T三种类型。

  近年来,随着宽带网络的发展,互联网应用越来越广泛,人们萌发了利用互联网收看电视的想法。特别是IPTV如火如荼的发展带动了终端市场的活跃,电信设备制造商纷纷投入机顶盒的研发生产,原有数字电视机顶盒厂商也在试水双向IP机顶盒。机顶盒由原来单一的解扰或数/模转换专用机顶盒,发展到支持多种接入方式和IP,具有多种编解码能力和图形浏览器功能,可以支持包括数字电视在内的视频点播、时移电视、网络浏览、信息服务、远程教学和医疗、互动游戏等业务功能的IPTV机顶盒。未来IPTV机顶盒将作为一种家用数字平台被广泛用于不断扩大的交互式多媒体数字内容服务领域。

  2、IPTV机顶盒的技术需求

  IPTV业务是一个全新的业务模式,它给消费者带来的是集信息、娱乐、学习、购物于一体的网络享受。个人电脑、机顶盒+电视机或3G手机都可以作为IPTV业务的终端。从适合广大用户消费习惯和舒适度角度考虑,机顶盒+电视机应是IPTV未来的主流终端。谈到对IPTV机顶盒的技术需求,这里主要从两个方面考虑,一是实现业务的需求,二是用户体验的需求。

  IPTV可提供的业务有电视直播、视频点播、时移电视、可视业务、信息业务、网络浏览、互动游戏,以及未来可扩充的业务。IPTV的主要业务特征体现在交互式多媒体检索和播放形式上。交互需要网络具有双向能力,检索需要双向信息交互。播控也需要交互;播放需要足够的接入带宽和媒体传输协议;多媒体需要音视频编解码能力。因此,为实现IPTV业务应用,要求IPTV机顶盒具有支持接收网络直播电视节目,进行视频点播、时移点播等基本业务功能,同时还要具有互联网浏览和信息服务、电子节目指南(EPG)和节目检索,以及互动游戏和软件在线升级等扩展功能。作为IPTV业务终端的机顶盒设备要具有开放式系统结构,以适应不断升级和扩展的业务需求;充分考虑网络环境和协议因素,要求其具有不少于两种的上行网络接口,支持多种接入认证协议和IP;要求具有音视频媒体编解码功能,以及业务应用和管理功能等。总之,从业务角度需要IPTV机顶盒具有开放型业务能力,以满足不断发展的业务需求。

  从用户体验的需求考虑,IPTV业务所带来的改变是将传统互联网PC终端观看流媒体视频的书房体验转移到客厅,将前倾坐姿变为后仰坐姿,将键盘操作改为遥控器操作。这些改变要求IPTV机顶盒的设计要充分考虑习惯于操作电视机的广大用户群体,应尽量保持操作简单、性价比适中和耐用的特点。根据用户不同消费需要。机顶盒应设计成高、中、低不同档次,满足各种层次的消费群体。

  IPTV机顶盒在设计过程中要满足以上诸多需求,需要一系列关键技术的支持,主要包括音视频编解码技术、图形和图像显示技术、媒体流传输/控制技术(协议)、中间件技术、嵌入式系统和各类接口技术。

  3、IPTV机顶盒的技术方案

  早期的机顶盒只能提供视频服务,技术重点主要集中在视频部分。而IPTV业务的最终目标是实现视频、语音和数据的融合,通过IPTV机顶盒提供三网融合的业务。正因为IPTV机顶盒可以成为同时提供视频、语音和数据融合业务的纽带,结合宽带接入和无线网络,就可以创建真正网络化的家庭环境。

  IPTV机顶盒的应用过程一般为业务内容通过宽带网络接入到机顶盒,利用机顶盒遥控器或遥控键盘向宽带网络索要视频内容,宽带网络将需要的视频信号传送到用户端,经过机顶盒解码后在电视上输出。实现视频点播或网页浏览等。

  目前可支持IPTV业务的机顶盒产品大致有三个档次,即基本型、增强型和超强型。所谓基本型是指机顶盒可支持IPTV基本业务,提供电子节目单、实现网络电视节目的播放,可以进行基本播放控制。增强型机顶盒除具有基本型的功能外,还可提供互联网浏览、可视业务、文本信息和简单游戏等功能。而超强型高端机顶盒相当于一个家庭数字娱乐中心,不但可以提供IPTV的基本业务和扩展业务,还可以实现视频互动游戏、个人视频存储等高附加值功能。

  3.1 IPTV机顶盒的硬件结构

  机顶盒设备是由硬件和软件两部分组成,不同档次的机顶盒所采用的系统平台不同,软件架构不同,从而它们所实现的功能也不同。在硬件结构上基本存在三种结构的平台,即基于专用芯片架构、基于多媒体数字信号处理器(DSP)架构和基于X86架构的平台。软件结构大多采用层次化、模块化结构,也有采用中间件结构。

  机顶盒的硬件结构由核心控制单元、媒体处理单元以及各类接口组成,如图1所示。核心控制单元一般采用嵌入式系统处理器芯片,可以运行实时操作系统。媒体处理单元一般根据机顶盒成本选用ASIC专用解码芯片或数字信号处理器,也有采用软件解码实现的。IPTV机顶盒接口比其他电视机顶盒要丰富得多,网络侧接口根据网络接入方式的不同可配置成高速以太网接口、ADSL接口或无线局域网接口,甚至EPON或电缆接口。媒体播放接口基本配置有复合音视频端子和S端子,较高配置可有YpbPr、YCbCr和数字音频输出接口。控制接口是指用户操作控制机顶盒的接口,一般以红外遥控器为主,也有采用红外遥控键盘或WiFi技术的。除以上基本业务应用所必需的接口外,可根据业务需要配置USB接口、串行接口、Z接口、智能卡接口等其他扩展接口。

  从图1中可以看出,IPTV机顶盒的核心成分是CPU和编解码器。机顶盒功能的强弱与选择不同档次的核心器件有直接关系。目前可见的机顶盒产品归纳起来主要基于以下三种结构:

图1  IPTV机顶盒的硬件结构

图1  IPTV机顶盒的硬件结构

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  (1)基于专用芯片的结构(SOC+ASIC)

  专用视频图像处理芯片内部除了处理器以外,还集成了一些智能模块,如音视频输入输出等,有些还集成了图像压缩、硬件加速模块。从本质上讲,专用视频压缩芯片和通用视频处理芯片都属于SOC(system on chip),差异是前者带有固定的压缩模块、固定的处理方式和固定的微码,后者需要产品开发商开发视频压缩算法程序。

  传统的基于ASIC/SOC结构的机顶盒,由于其全硬件芯片的实现方案使得运营商无法实现软件的有效升级,另外其网络适应性也有较大问题。但由于基于这种结构的机顶盒成本较低,在IPTV业务起步阶段,一般由业务运营商向用户免费提供机顶盒,选用专用芯片结构的机顶盒,在保证基本业务的前提下,能够使业务运营商节省运营开支,对业务推广无疑会起到很好的作用。

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