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IP機頂盒概述 IP機頂盒（Internet Protocol TV or Interactive Personal TV）也叫交互式網(wǎng)絡(luò )電視，是利用網(wǎng)的基礎設施，以家用電視機或計算機作為主要終端設備，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)于一體，通過(guò)IP協(xié)議向家庭用戶(hù)提供包括在內的多種交互式數字媒體服務(wù)的嶄新技術(shù)。 IPTV業(yè)務(wù)核心框架主要由內容運營(yíng)平臺、業(yè)務(wù)運營(yíng)平臺、業(yè)務(wù)承載傳輸網(wǎng)絡(luò )、用戶(hù)終端網(wǎng)絡(luò )等四大部分組成。IPTV技術(shù)涉及了視頻編解碼、網(wǎng)絡(luò )分發(fā)、數字版權保護、終端接入等各面的技術(shù)。 IP機頂盒是視頻解碼終端，相當于一臺自帶嵌入式操作系統的計算機。從圖1可以看出，IP機頂盒一端通過(guò)DSL或方式接入IPVT網(wǎng)絡(luò )，一端將通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸過(guò)來(lái)的媒體流等信息轉換成模擬視音頻輸出至電視，由此在電視上 祥、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、游戲等功能，它具備計算機的數據交換等基本功能，可以采用遙控器或PC直接操作。 IP機頂盒的構成與功能 機頂盒由軟件和硬件兩大部分組成，機頂盒的硬件包含了主芯片、內存、調諧解調器、回傳通道、CA（Conditional Access）接口、外部存儲控制器以及視音頻輸出等幾大部分。軟件則分成應用層、中間解釋層和驅動(dòng)層三層，每一層都包含了諸多的程序或接口等。 與傳統的數字機頂盒相比，IP機頂盒實(shí)現了視頻、語(yǔ)音、數據三者的融合，即所謂的三網(wǎng)合一業(yè)務(wù)（Triple Play Service）。IP機頂盒的系統架構包含三個(gè)獨立的子系統：TV單元、PC單元和條件存�。醇用芟到y、CA）單位。TV子系統由調頻器和視頻解碼器組成，它們用來(lái)處理數字串流信息；CA子系統讓服務(wù)商具有控制能力，可以對用戶(hù)實(shí)現臨近，能夠知道用戶(hù)在何時(shí)收看什么節目；PC子系統大多是模塊式的設計，STB的設計者可以依其需求而增加或減少這個(gè)系統中的組件，由于IPSTB的目標是要提供互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)功能，故它的PC系統方面就得提供TCP/IP的堆棧協(xié)議，并具有更佳的儲存方案。 由此可以看出，IP機頂盒的功能主要包括以下三方面： ·支持目前的或DSL網(wǎng)絡(luò )傳輸，接收及處理IP數據和視頻流； ·支持、WMV和Real等視頻解碼； 支持用戶(hù)認證功能、通過(guò)與IPTV系統的交互實(shí)現用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)控制、計費等管理功能。 IP機頂盒的分類(lèi)方式 根據硬件、軟件的不同，IP機頂盒有不同的分類(lèi)方式 1.基于硬件的分類(lèi)方式 IP機頂盒按照基中使用的CPU芯片的不同，可以分為以下三種： （1）基于專(zhuān)用芯片組（ASIC/SOC編解碼芯片）的機頂盒 專(zhuān)用芯片組除了處理器以外，在芯片內還集成了一些其他的IP（Lntelligent Property）模塊，如Video in，Video out，Audio in及Audio out等，有的還有圖像壓縮硬件加速模塊等。由于專(zhuān)用視頻壓縮芯片攜帶固定壓縮模塊、固定的處理方式和固定的微碼，所以傳統的基于A(yíng)SCI/SOC的機頂盒產(chǎn)品價(jià)格比較低廉，但由于全硬件芯片的實(shí)現方案使得運營(yíng)商無(wú)法通過(guò)軟件升級來(lái)提升產(chǎn)品性能，另外這種機頂網(wǎng)絡(luò )適應性也有較大問(wèn)題。 （2）基于X86平臺 基于X86架構CPU的嵌入式系統有如下優(yōu)勢：一是它可以對不同格式的文件進(jìn)行編解碼；二是X86架構的CPU有較齊全的應用軟件，維護成本低；三是基于X86架構的嵌入式系統可以輕松與PC資源共享。 （3）基于多媒體處理器技術(shù) 基于X86平臺的方式在使用時(shí)要占據CPU的絕大部分處理能力。因此，在有些不適合采用這種方式。于是出現了基于多媒體處理器技術(shù)的獨立機型的機頂盒。這種芯片高速的運算能力完全可以實(shí)現適合不同協(xié)議的通信終端。采用這些芯片可以很方便地實(shí)現MPEG視頻和音頻處理、H.263視頻處理，以及DVD、機頂盒、數字電視等。 由于使用了實(shí)時(shí)視頻解碼功能芯片，視頻處理速度明顯提高，配合實(shí)時(shí)編碼，全程視頻處理時(shí)延小，特別適合視頻直播系統應用；系統配有USB，IDE，PCMCIA和以太等接口，使IPTV終端功能可擴充性增強、內存占用少、硬件結構緊湊，成本不高。 2.基于軟件的分類(lèi)方式 操作系統是機頂盒中的核心軟件，機頂盒中的操作系統不大，但卻要求可以在實(shí)時(shí)的環(huán)境中工作，并能在較小的內在內存空間中運行，這種操作系統稱(chēng)為實(shí)時(shí)操作系統（RTOS），目前主要有VxWorks、Windows CE、嵌入式Linux等三類(lèi)。 （1）嵌入式WinCE終端 WinCE最大特點(diǎn)是其API與Win32兼容，這有利于使用Windows環(huán)境開(kāi)發(fā)WinCE應用，此外，WMV播放器還可直接運行于WinCE OS，許多現成的Windows組件稍加改造就能應用于終端上的網(wǎng)絡(luò )管理以及視頻流控制等功能，能夠充分分享等的Windows Media優(yōu)秀成果。微軟目前推出WinCE5.0，并擴大開(kāi)放部分程序源代碼。在這個(gè)開(kāi)放了源代碼計劃授權下，微軟開(kāi)放250萬(wàn)行源代碼程序作為評估套件，凡是個(gè)人、廠(chǎng)商都可以下載這些源代碼加以修改使用。未來(lái)廠(chǎng)商O(píng)EM時(shí)，則需依執行時(shí)期授權，支付WinCE5.0核心每臺機器數美元的授權費用。，作為市場(chǎng)新進(jìn)入者，微軟強調較低的開(kāi)發(fā)成本。微軟在WinCE加入了檔案系統、/IPv6、、等聯(lián)網(wǎng)功能以及Windows Media Coder等功能。 不過(guò)此類(lèi)終端的弊端在于：應用源代碼不公開(kāi)，終端采用WinCE須向微軟交納版稅；另外，WinCE代碼龐大，占用很多的ROM和RAM，要求有高性能的X86微處理器支持，所有這些都造成了終端成本的居高不下。 （2）嵌入式LINUX終端 這種終端往往以專(zhuān)用的多媒體微處理器為核心，輔以以太接口和視頻接口構成系統。多媒體微處理器本身不但具有嵌入式RISC（精簡(jiǎn)指令集CPU）去運行系統軟件和應用軟件，而且帶MPEG2或MPEG4實(shí)時(shí)解碼功能芯片，在引Linux OS和必要的視頻以及各輔助接口驅動(dòng)程序后，就成為一個(gè)完整的IPTV網(wǎng)絡(luò )終端運用環(huán)境。 使用Linux開(kāi)發(fā)平臺優(yōu)點(diǎn)首先Linux源代碼公開(kāi)，有大量免費優(yōu)秀開(kāi)發(fā)工具和應用軟件可用，無(wú)須為每例應用交納許可證費；其次有龐大的開(kāi)發(fā)群體，技術(shù)交流方便，軟件開(kāi)發(fā)和維護成本低；最后，Linux本身穩定，內核精焊，運行所需資源少，有優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能，支持的硬件數量龐大�？傊�，性?xún)r(jià)比高是其最大特色。 但是，這種系統適應低帶寬能力存在一定的局限性。由于采用的是硬件實(shí)時(shí)解碼，解碼器性能提高受制于芯片技術(shù)發(fā)展，于是就省去QPEL和GMC編碼工具，這就使得MPEG4 ASP高清晰度性能、適合DSL低帶寬網(wǎng)絡(luò )傳輸的優(yōu)點(diǎn)得不到充分發(fā)揮，某些OS基于μCLinux、解碼器甚于不完全MPEG4 ASP的終端，線(xiàn)路工作帶寬在3Mbit/s，在同樣播放分辯率D1下，適合DSL網(wǎng)絡(luò )低帶寬的能力比基于WMVx的Codec終端遜色。這種機頂盒的價(jià)格較低，但由于兼容性不好，系統服務(wù)器端的建設和媒體文件的采集成本會(huì )偏高。 VxWorks是美國Wind River System公司推出的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統。VxWorks是一個(gè)運行在目標機上的高性能、可裁減的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域，如、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。 當然，根據機頂盒的功能高低和價(jià)格差異，也可把機頂盒分成基本型、專(zhuān)業(yè)型、綜合型等。 機頂盒與IPTV平臺的接口 機頂盒與IPTV平臺的接口涉及內容很多，其中涉及用戶(hù)業(yè)務(wù)流程的可以分為：認證接口、付費接口和服務(wù)使用接口三大類(lèi)。 1.認證接口 認證接口含網(wǎng)絡(luò )層認證和應用層認證就是實(shí)現機頂盒早互聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程，即互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)接入互聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程。按用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò )設備之間的通信方式，目前使用較多的網(wǎng)絡(luò )層接入認證方式分為PPPoE和DHCP+WeB兩種。 （1）PPPoE技術(shù) 目前PPPoE認證技術(shù)在以太網(wǎng)接入和接入方式中應用的最為廣泛，其組網(wǎng)原理基本相同，都是利用或DSLAM將用戶(hù)接入網(wǎng)內，在交換機和DSLAM后面設置BRAS設備來(lái)終結PPP。終結PPP連接的服務(wù)器可以對這PPP連接分別進(jìn)行管理，可對用戶(hù)上網(wǎng)業(yè)務(wù)分別進(jìn)行時(shí)長(cháng)和流量信息的統計，各種計費方式提供必要的用戶(hù)上網(wǎng)信息。 PPPoE的實(shí)質(zhì)是在以太網(wǎng)上跑PPP協(xié)議，在用戶(hù)端和寬帶接入服務(wù)器之間建立了PPP的點(diǎn)對點(diǎn)通道。也就是說(shuō)，如果在用戶(hù)主機和BRAS之間啟用組播業(yè)務(wù)，則組播數據必須以BRAS作為接收端復制點(diǎn)，這樣會(huì )使大量的組播數據穿越網(wǎng)絡(luò )和DSLAM設備，違背組播的初衷。因此PPPoE接入方式限制了組播協(xié)議的存在，影響視頻業(yè)務(wù)的開(kāi)展。 （2）DHCP+Web技術(shù) DHCP+Web認證需要與DHCP服務(wù)器和Web認證服務(wù)器配合使用，Host首先通過(guò)DHCP得到一個(gè)IP地址，與Web認證服務(wù)器通信，也可以使用戶(hù)只訪(fǎng)問(wèn)一些內部服務(wù)器，然后，接入服務(wù)器將用戶(hù)強制連接到Web認證服務(wù)器上，并在瀏覽器中彈認證頁(yè)面。在該頁(yè)面中輸入賂和密碼，Web Server作為Radius的Client端把認證信息傳送到Radius Server，對用戶(hù)進(jìn)行認證。認證通過(guò)后，用戶(hù)獲得新的合法的IP地址，可以訪(fǎng)問(wèn)因特網(wǎng)或特定的網(wǎng)絡(luò )。 在DHCP+Web認證方式中，用戶(hù)主機和接入服務(wù)器之間并沒(méi)有任何類(lèi)似PPP的第3層通道，也不存在對組播協(xié)議的限制。如果用戶(hù)主要到接入服務(wù)器之間的交換機或DSLAM能支持IGMP Snooping，組播業(yè)務(wù)很容易開(kāi)展。但是DHCP本身存在很多缺點(diǎn)，特別是安全性問(wèn)題，如何能夠保證用戶(hù)信息的合法性、真實(shí)性是DHCP需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 （3）改進(jìn)方案 由此可以看到，網(wǎng)絡(luò )層認證根據STB終端支持的程度可采用PPPoE認證或DHCP方式。但是這兩種認證方式，都不能夠滿(mǎn)足IPTV業(yè)務(wù)開(kāi)展的需要。因此，我們就需要針對現在的認證方式提供相應的解決方案，在保證IPTV業(yè)務(wù)開(kāi)展的前提下，盡可能的減少對現網(wǎng)的大規范改動(dòng)，以保證原有業(yè)務(wù)的的支撐。 對于STB終端采用PPPoE進(jìn)行認證的方式，主要需要解決的問(wèn)題是數據的下發(fā)。因此可以針對用戶(hù)的不同業(yè)務(wù)采用不同的業(yè)務(wù)分發(fā)通道。也就是說(shuō)，一方面要求BRAS設備支持IPTV業(yè)務(wù)的PPPoE認證，其相關(guān)的單播數據通過(guò)PPPoE的通道進(jìn)行下發(fā)；這就要求BRAS通過(guò)認證信息能夠區分用戶(hù)業(yè)務(wù)種類(lèi)，而DLSAM設備需要支持組播分發(fā)及組播組的控制，同時(shí)要求STB設備支持雙協(xié)議棧。這樣既可以保證原有認證系統的功能，同時(shí)也能夠保證組播業(yè)務(wù)的順利開(kāi)展。 而對于DHCP認證方式，其主要問(wèn)題是保證DHCP接入的安全性和真實(shí)性，這就需要在DHCP包文中引入OPTION82選項；對于存在多個(gè)終端同時(shí)使用DHCP的場(chǎng)合，為了區分這些終端，還需引入OPTION60選項。DHCP OOPTION82選項通常由DSLAM設備將用戶(hù)的商品信息和設備信息到用戶(hù)的DHCP報文，DHCP服務(wù)器通過(guò)識別OPTION82為來(lái)執行IP地址分配策略或其它策略。OPTION60選項通常由終端自帶，不同類(lèi)型的終端可以通過(guò)設置不同的OPTION60來(lái)識別。通過(guò)OPTION60選項，可以實(shí)現不同的終端分配不同的地址空間。但是，OPTION82的引入需要DSLAM的支持，目前運營(yíng)使用的設備并不具備該功能，因此需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )設備的改造。 目前的解決方案比較傾向于采用DHCP，并采用獨立的IPPOOL的方式，該方案可以通過(guò)針對IP的策略配置實(shí)現IPTV業(yè)務(wù)與傳統上網(wǎng)業(yè)務(wù)的隔離。在IP-TV用戶(hù)量不高的情況下，較小的設資就可以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)要求。 （4）應用層認證 應用層認證實(shí)現了機頂盒用戶(hù)在IPTV系統的身份認證過(guò)程，經(jīng)過(guò)應用層認證的用戶(hù)才可以消費、使用IPTV臺提供的各種類(lèi)型的服務(wù)。只有安全的應用層認技術(shù)，才能保證內容提供商放心地精彩的內容用放在IPTV系統上。 2.用戶(hù)消費接口 用戶(hù)消費接口需要實(shí)現系統價(jià)格提示、用戶(hù)確認購買(mǎi)、系統實(shí)現扣費一個(gè)復雜的消費過(guò)程，根據計費方式和付費方式的不同，接口的流程也有不同。 3.內容使用接口 內容使用接口實(shí)現用戶(hù)從內容運營(yíng)獲得不同應用服務(wù)的過(guò)程IPTV系統提供的應用已經(jīng)日益豐富，如視頻直播、視頻點(diǎn)播、游戲、卡拉OK、信息檢索等等，隨著(zhù)機頂盒功能的日益強大，網(wǎng)絡(luò )傳輸帶寬的不斷增加，我們有理由相信現在PC上的各種互聯(lián)網(wǎng)應用都會(huì )通過(guò)機頂盒呈現在用戶(hù)的電視機上。 IP機頂盒的發(fā)展方向 從數字電視機頂盒（DVB-C）、衛星機頂盒（DVB-S）、網(wǎng)絡(luò )電視機頂盒，機頂盒到現在最紅火的IP機頂盒，機頂盒的隊伍不斷壯大，更不斷發(fā)展。為了機頂盒的大規模發(fā)展，機卡分離的機頂的大規模發(fā)展，機卡分離的機頂盒漸成趨勢。另外，機頂盒、軟件機頂盒也在不斷成熟。隨著(zhù)數字家庭概念的發(fā)展和推廣，未來(lái)的機頂盒可能會(huì )演變成為家庭中客廳技術(shù)的核心控制單元，也就是業(yè)界稱(chēng)的“Home Gateway”或“Residential Gateway”。除了可以包今現有的視頻傳輸功能之外，更多的是向家庭中所有的智能設備提供一條集成的，綜合的交通本世紀，實(shí)現設備之間的互聯(lián)互通，并且可以給不同終端提供不同個(gè)性業(yè)務(wù)，實(shí)現“Multi-Play”。 |
