有線電視數(shù)字機(jī)頂盒與視頻點(diǎn)播系統(tǒng)

1、有線電視數(shù)字機(jī)頂盒與視頻點(diǎn)播系統(tǒng)一、有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的基本原理機(jī)頂盒(stb, set top box)的概念是比較廣泛的，從廣義上說(shuō)，凡是與電視機(jī)連接的 網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備都可稱(chēng)為機(jī)頂盒。從基于有線電視網(wǎng)絡(luò)的模擬頻道増補(bǔ)器、模擬頻道解擾器， 到將電話線與電視機(jī)聯(lián)系在一-起的"上網(wǎng)機(jī)頂盒、數(shù)字衛(wèi)星的綜合接收解碼器(ird, integrated receive decoder) 數(shù)字地面機(jī)頂盒、以及有線電視數(shù)字機(jī)頂盒都可稱(chēng)為機(jī)頂 盒。從狹義上說(shuō)，我們町以將模擬設(shè)備排除在外，按主要功能將機(jī)頂盒分為上網(wǎng)機(jī)頂盒、數(shù) 字衛(wèi)星綜合接收解碼器、數(shù)字地面機(jī)頂盒、以及有線電視數(shù)字機(jī)頂盒。上網(wǎng)機(jī)頂盒利用電

2、話網(wǎng)絡(luò)做為傳輸平臺(tái)，利用電視機(jī)做為顯示平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)internet接入 功能。因此，可以將其看成是-種非pc類(lèi)的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備。數(shù)字衛(wèi)星機(jī)頂盒、數(shù)字地而機(jī) 頂盒與數(shù)字有線電視機(jī)頂盒的基本廉理和同，只是信號(hào)傳輸平臺(tái)不同。有線電視數(shù)字機(jī)頂盒 用于全電纜網(wǎng)絡(luò)或光纖/同軸混合網(wǎng)。有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，如圖1所示，調(diào)諧模塊接收 射頻信號(hào)并下變頻為中頻信號(hào)，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再送入qam解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)， 輸出mpeg傳輸流串行或并行數(shù)據(jù)。解復(fù)用模塊接收mpeg傳輸流,從中抽出一個(gè)節(jié)目的pes 數(shù)據(jù)，包括視頻pes和音頻pes。視頻pes送入視頻解碼模塊，取出mpeg視

3、頻數(shù)據(jù)，并對(duì)mepg 視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，然后輸出到pal/ntsc編碼器，編碼成模擬電視信號(hào)，再經(jīng)視頻輸出電路 輸出。音頻pes送入音頻解碼模塊，取出mpeg音頻數(shù)拯，并對(duì)mpeg音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，輸 出pcm音頻數(shù)據(jù)到pcm解碼器，pcm解碼器輸出立體聲模擬音頻信號(hào)，經(jīng)音頻輸出電路輸出。中頻信號(hào)pcm音頻模擬音視音視頻 pes分組苜頻pes分組mpeg 伎輸流射頻輸入信號(hào)圖1有線電視數(shù)字機(jī)頂盒邏輯框圖冇線電視數(shù)字機(jī)頂盒由以下兒部分組成：數(shù)字電視廣播接收前端、mpeg解碼、視音頻和 圖形處理、電纜調(diào)制解調(diào)器、cpu以及存儲(chǔ)器、以及各種接口電路。接口電路則提供了豐富的 外部接口,包括通用串行接口

4、 usb、高速串行接口 1394、以太網(wǎng)接口、rs232、視音頻接口等 等。有線電視數(shù)字機(jī)頂盒可以支持幾乎所有的廣播和交互式多媒體應(yīng)用：數(shù)字電視廣播接收、 電了節(jié)目指南(epg)、準(zhǔn)視頻點(diǎn)播(nv0d).按次付費(fèi)觀看(ppv)、軟件在線升級(jí)、數(shù)據(jù) 廣播、internet接入、電子郵件、ip電話、視頻點(diǎn)播等等。1) 電子節(jié)目指南電子節(jié)目指南給用戶提供一個(gè)容易使用、界面友好、可以快速訪問(wèn)想看節(jié)目的一種方式, 用八還nj以通過(guò)該功能看到一個(gè)或多個(gè)頻道甚至所有頻道上近期將播放的節(jié)同時(shí)，epg 可提供分類(lèi)功能，可以幫助用戶瀏覽和選擇各種類(lèi)型的節(jié)目。2) 數(shù)據(jù)廣播dvb定義了四種數(shù)據(jù)廣播方式:數(shù)據(jù)管道(d

5、ata pipe),數(shù)據(jù)流(datastream),多協(xié) 議封裝(multiple protocol encapsulation)和數(shù)據(jù)/對(duì)彖輪流傳送(data/object carousel)。 數(shù)據(jù)管道支持異步端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；數(shù)據(jù)流方式可以在數(shù)字電視廣播系統(tǒng)屮實(shí)現(xiàn)面向 流的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸；多協(xié)議封裝對(duì)需要在數(shù)字電視廣播系統(tǒng)屮傳送符合通信協(xié)議的數(shù) 據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了技術(shù)支持；數(shù)據(jù)/對(duì)象輪流傳送可以支持需要周期性地傳送數(shù)據(jù)模塊的 各種應(yīng)用。通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)，我們可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)廣播應(yīng)用如股票信息廣播、票務(wù)信息廣播 育奇o3) 軟件在線升級(jí)軟件在線升級(jí)可看成是數(shù)據(jù)廣播的應(yīng)用z。數(shù)據(jù)廣播服

6、務(wù)器按dvb數(shù)據(jù)廣播標(biāo)準(zhǔn)將升 級(jí)軟件廣播下來(lái)，機(jī)頂盒能識(shí)別該軟件的版木號(hào)，在版本不同時(shí)接收該軟件，并對(duì)保存在存 儲(chǔ)器中的軟件進(jìn)行更新。4) internet接入和電子郵件有線電視數(shù)字機(jī)頂盒可以通過(guò)內(nèi)置的電纜調(diào)制解調(diào)器方便地實(shí)現(xiàn)internet接入功能，用 戶可以通過(guò)機(jī)頂盒內(nèi)置的瀏覽器上網(wǎng)，發(fā)送電了郵件，同時(shí)機(jī)頂盒也可以提供各種接口與pc 相連，使用pc與internet連接。二、有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)冇線電視數(shù)字機(jī)頂盒的技術(shù)含量非常高，它集屮反映了多媒體、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā) 展水平，我們?cè)诖藘H對(duì)能體現(xiàn)我國(guó)企業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)水平的兩種技術(shù)進(jìn)行論述。1. 中間件中間件是一種將應(yīng)川程序與低層的操作

7、系統(tǒng)、碩件細(xì)節(jié)隔離開(kāi)來(lái)的軟件環(huán)境，它通常由 各種虛擬機(jī)來(lái)構(gòu)成，如html虛擬機(jī)'javascript虛擬機(jī)、java虛擬機(jī)、mheg-5虛擬機(jī)等等。 屮間件在機(jī)頂盒屮的位置如圖2所示。應(yīng)用軟件中間件底層軟件硬件圖2數(shù)字機(jī)頂盒軟硬件環(huán)境一個(gè)完整的數(shù)字機(jī)頂盒itl碩件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)組成，可以將其分為4層，從底向上分別 為：硬件、底層軟件、中間件、應(yīng)用軟件。硬件提供機(jī)頂盒的硬件平臺(tái)；底層軟件提供操作 系統(tǒng)內(nèi)核以及各種硬件驅(qū)動(dòng)程序；應(yīng)用軟件包括本機(jī)存儲(chǔ)的應(yīng)用和可下載的應(yīng)用；中間件將 應(yīng)用軟件與依賴(lài)于碩件的底層軟件分隔開(kāi)來(lái)，使應(yīng)用不依賴(lài)于具體的硬件平臺(tái)。h 前成熟的商用屮間件產(chǎn)品有 opentv

8、 的 en2liberate 的 tv navigator for dtwenreach 的 enreachtv for dtv、canel+ 的 mediahighway 和 intellibyte 的 ib epg、ib si manager> ib browser等。這些產(chǎn)品在市場(chǎng)上都占有一席z地，但彼此并不兼容。許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織已 經(jīng)認(rèn)識(shí)到這個(gè)事實(shí)，并且開(kāi)始著手建立公開(kāi)的中間件標(biāo)準(zhǔn)。dvb提出了基丁 java虛擬機(jī)的中 間件標(biāo)準(zhǔn)dvb-mhp (多媒體家庭平臺(tái))：atsc成立t3/s17 k術(shù)專(zhuān)家小組委員會(huì)來(lái)為機(jī)頂盒處 義軟件環(huán)境，該軟件環(huán)境稱(chēng)為dtv應(yīng)用軟件環(huán)境(dase)。a

9、tvef (先進(jìn)電視發(fā)展論壇)也創(chuàng) 建了一種稱(chēng)為 advanced television enhancement eorum specification for interactive television的規(guī)范。但完全符合某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品還沒(méi)有l(wèi)ilf市。隨看破件平臺(tái)的不斷完善，機(jī)頂盒的競(jìng)爭(zhēng)力將完全體現(xiàn)其中的軟件上。我國(guó)的企業(yè)在中間件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)上是育很人潛力的。2. 電纜調(diào)制解調(diào)器到目前為止，各種研究機(jī)構(gòu)對(duì)電纜調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行了廣泛的研究，這些研究成果最終形 成了兩個(gè)國(guó)際性組織定義的標(biāo)準(zhǔn)：cablelabs定義的docsis和eurodocsis,以及 euro-cablelabs 定義的 eu

10、romodemodocsis是最早商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)，目前在北美，符合該標(biāo)準(zhǔn)的電纜調(diào)制解調(diào)器已售出出了兒 白力臺(tái)。由-t docsis標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)北美市場(chǎng)定義的，其下行帶寬為6mhz,上行為5-42miiz, 對(duì)采川ntsc模擬電視廣播制式的國(guó)家是適用的。為了占領(lǐng)采用pal制式國(guó)家的市場(chǎng)， cablelabs又定義了 eurodocsis標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)采用dvb-c標(biāo)準(zhǔn)作為下行物理層標(biāo)準(zhǔn)（在 eurodocsis標(biāo)準(zhǔn)屮下行的碼元速率為6. 9652msymbol/s）,上行頻率范囤為5-65miiz0其余與 docsis完全一樣。euromodem標(biāo)準(zhǔn)是在去年底才育產(chǎn)品出現(xiàn)。該標(biāo)準(zhǔn)基本上采用了 da

11、vic標(biāo)準(zhǔn)中定義的相關(guān) 協(xié)議，在物理層與mac層均與eurodocsis有很大不同。相比之下，eurodocsis標(biāo)準(zhǔn)的目的簡(jiǎn) 單明確，就是在有線網(wǎng)絡(luò)上透明地傳輸ip數(shù)據(jù)包,該協(xié)議對(duì)ip的支持最好,隨著docs is 11 中對(duì)qos的完善,該標(biāo)準(zhǔn)可支持ip電話和可視電話。而euromodem的上下行帶寬都較小,而 忖在傳輸1p數(shù)據(jù)時(shí)的效率也相對(duì)較低。更重要的是其商業(yè)化進(jìn)程比較緩慢，因此我們認(rèn)為 eurodocsis對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)是一種比較好的選擇。事實(shí)上，廣東環(huán)網(wǎng)公司已經(jīng)推出了兼容docosis 和eurodocsis的電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，也推出了符合docsis和eurodocsis的電纜

12、調(diào)制 解調(diào)器，為我國(guó)的電纜調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)業(yè)做了有益的嘗試。三、視頻點(diǎn)播為每個(gè)用八提供視頻點(diǎn)播功能，訃用戶能在他所希望的時(shí)間和地點(diǎn)看他想看的節(jié)目，應(yīng) 該是服務(wù)提供商最理想的服務(wù)方式。有線電視數(shù)字機(jī)頂盒利用交互式的數(shù)據(jù)信道和廣播信道, 為實(shí)現(xiàn)該功能提供理想的技術(shù)基礎(chǔ)0廣東環(huán)網(wǎng)公司在最新推出的全功能數(shù)字機(jī)頂盒屮己經(jīng)實(shí) 現(xiàn)了該功能，并能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退、暫停、恢復(fù)等vcr操作。當(dāng)然，該應(yīng)用需耍和應(yīng)前端設(shè) 備的支持，環(huán)網(wǎng)公司也相應(yīng)推出了 gni視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的完幣解決方案。gni視頻點(diǎn)播系統(tǒng)服務(wù)器是提供多媒體內(nèi)容和服務(wù)的實(shí)體（對(duì)應(yīng)于gni視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中 的vod應(yīng)用服務(wù)器、itv系統(tǒng)和視頻服務(wù)器），它可以是一

13、個(gè)分布式的系統(tǒng)。qgni vod應(yīng)用服務(wù)器q三hubiiiiiii砂iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii視頻分k系統(tǒng)自條件接入至統(tǒng)gni cmtsgni stb圖3 gni視頻點(diǎn)播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖3為gni視頻點(diǎn)播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，整個(gè)系統(tǒng)由7個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為視頻服務(wù)器、itv子系統(tǒng)、vod應(yīng)用服務(wù)器、視頻分配子系統(tǒng)、有條件接入子系統(tǒng)、cmts以及機(jī)頂盒。1）視頻服務(wù)器gni視頻點(diǎn)播系統(tǒng)中采川的視頻服務(wù)器是美國(guó)scachangc公司的視頻服務(wù)器。該服務(wù)器是 windows nt集群系統(tǒng)，可以很方便地進(jìn)行容量擴(kuò)充。視頻服務(wù)器的主要功能是存儲(chǔ)1peg2節(jié) 目文件，并接收itv系統(tǒng)

14、的命令，在指定的路徑上播放用戶點(diǎn)播的節(jié)目。2）itv系統(tǒng)itv系統(tǒng)也是seachange公司的產(chǎn)品，由節(jié)口管理服務(wù)器、連接管理服務(wù)器、傳播服務(wù)器、 流管理服務(wù)器、目錄管理服務(wù)器組成。主要功能有：節(jié)h的添加、系統(tǒng)資源包括服務(wù)器資源 和網(wǎng)絡(luò)資源的管理、提供流控操作。3）vod應(yīng)用服務(wù)器vod應(yīng)用服務(wù)器是環(huán)網(wǎng)公司開(kāi)發(fā)的應(yīng)用服務(wù)器。其主要功能包括： 節(jié)目導(dǎo)航：為機(jī)頂盒提供視頻點(diǎn)播服務(wù)的節(jié)目列表，當(dāng)用戶選擇其中的節(jié)目時(shí)， 給機(jī)頂盒發(fā)送該節(jié)目的標(biāo)識(shí)；用戶驗(yàn)證：當(dāng)用戶點(diǎn)播某個(gè)節(jié)h時(shí)，對(duì)用戶的合法性進(jìn)行檢查，以確定該用戶是 否具冇點(diǎn)播該節(jié)目的權(quán)利。用戶記帳：當(dāng)用戶選擇一個(gè)節(jié)目后，將用戶觀看節(jié)目的記錄存入到數(shù)據(jù)

15、庫(kù)中，供 計(jì)費(fèi)系統(tǒng)使用。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)是用戶管理系統(tǒng)一個(gè)子系統(tǒng)。4）視頻分配子系統(tǒng)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻服務(wù)器接口、qam調(diào)制和上變頻、射頻混介等功能。視頻服務(wù)器接收接收 從視頻服務(wù)器輸出的mpeg傳輸流，并將其中的各個(gè)節(jié)h分配到相應(yīng)的頻道上。同時(shí)，右帝條 件接收系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)mpeg傳輸流的加擾。5）有條件接收子系統(tǒng)（cas）有條件接收系統(tǒng)控制對(duì)用戶所選擇的節(jié)目進(jìn)行加擾，并產(chǎn)生相應(yīng)的emm （授權(quán)管理消息） 和ecm （授權(quán)控制消息），使機(jī)頂盒能進(jìn)行相應(yīng)的解擾。6）cmts與數(shù)字機(jī)頂盒cmts為符合docsis標(biāo)準(zhǔn)的電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng),數(shù)字機(jī)頂盒采用環(huán)網(wǎng)公司的全功能 數(shù)字機(jī)頂盒。四、機(jī)頂盒中視頻

16、點(diǎn)播客戶端軟件的實(shí)現(xiàn)機(jī)頂盒的視頻點(diǎn)播客八端軟件包含三個(gè)任務(wù)：節(jié)h選擇任務(wù)、會(huì)晤控制任務(wù)、流控任務(wù)。 節(jié)h選擇任務(wù)完成節(jié)h的瀏覽、選擇，并獲得用戶所選擇的節(jié)h標(biāo)識(shí)。會(huì)晤控制實(shí)現(xiàn)會(huì)晤和 資源的建立、釋放。流控任務(wù)完成各種流控操作。1. 節(jié)日選擇用戶進(jìn)入視頻點(diǎn)播應(yīng)用片，首先運(yùn)行節(jié)日選擇任務(wù)，機(jī)頂盒與vod應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行通信, 獲得vod應(yīng)川所提供的節(jié)h淸單，隨后，機(jī)頂盒等待川八的選擇。當(dāng)川戶選擇了某個(gè)節(jié)h時(shí), vod應(yīng)用服務(wù)器通過(guò)用戶的操作了解到該用戶選擇了某個(gè)節(jié)h,然后將用戶所選擇的節(jié)h的標(biāo) 識(shí)發(fā)送給機(jī)頂盒。2. 會(huì)晤與資源管理當(dāng)機(jī)頂盒收到節(jié)目的標(biāo)識(shí)片，會(huì)晤控制任務(wù)開(kāi)始運(yùn)行，機(jī)頂盒將發(fā)送建立會(huì)晤的

17、請(qǐng)求， 該請(qǐng)求中包含了機(jī)頂盒的標(biāo)識(shí)、所在的網(wǎng)絡(luò)位這、所選擇的節(jié)h標(biāo)識(shí)和會(huì)晤標(biāo)識(shí)等信息。前 端在收到請(qǐng)求后，與連接管理服務(wù)器進(jìn)行通信，在獲得響應(yīng)后，前端向機(jī)頂盒發(fā)送客戶會(huì)晤 建立確認(rèn)消息來(lái)確認(rèn)木次會(huì)晤的建立，機(jī)頂盒在收到確認(rèn)后，再向前端發(fā)送客戶連接請(qǐng)求來(lái) 進(jìn)行會(huì)晤連接，前端將向用戶端發(fā)送服務(wù)器連接指示。機(jī)頂盒收到的客戶會(huì)晤建立確認(rèn)消息 中包含用戶所選擇節(jié)目將要使用的qam方式、頻率、符號(hào)率、以及mpeg傳輸流的節(jié)目號(hào)。3. 流控操作機(jī)頂盒在收到客八會(huì)晤建立確認(rèn)后，將啟動(dòng)流控任務(wù)。機(jī)頂盒首先作好流控操作的準(zhǔn)備。 然后根據(jù)會(huì)晤建立所獲得的頻率、符號(hào)率、qam模式以及節(jié)h號(hào)來(lái)調(diào)整調(diào)諧器、qam解調(diào)器、 mpeg解碼器的參數(shù)，以正確地接收并解碼所選擇的節(jié)目。五、結(jié)語(yǔ)本文介紹了