馬 勇，陰家龍，楊 永，林詠海

(淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

0 引言

數(shù)字電視機(jī)頂盒(Set Top Box STB)是隨著電視系統(tǒng)的更新而推出的一種家庭數(shù)字終端產(chǎn)品，其功能是對(duì)衛(wèi)星數(shù)字電視信號(hào)、地面數(shù)字電視信號(hào)、有線電視網(wǎng)數(shù)字信號(hào)和互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼，轉(zhuǎn)換成目前電視機(jī)能接收的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，使用戶可以在模擬和數(shù)字化電視機(jī)上觀看數(shù)字電視節(jié)目，進(jìn)行互動(dòng)娛樂。隨著中國(guó)下一代廣播電視網(wǎng)(NGB)的到來，電視機(jī)頂盒技術(shù)也在不斷地發(fā)展。

1 現(xiàn)有的機(jī)頂盒類型

1.1 單向型機(jī)頂盒

單向型機(jī)頂盒的主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)的轉(zhuǎn)換，主要是以廣播電視節(jié)目為主，信號(hào)由頭端設(shè)備到用戶進(jìn)行下行傳輸，有線電視網(wǎng)可以支持模擬電視信號(hào)和數(shù)字電視信號(hào)(其中包括數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù))。業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求是單向廣播網(wǎng)，單向型機(jī)頂盒完成數(shù)字射頻信號(hào)的解調(diào)、解壓縮、制式轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。其原理框圖如圖1所示。

1.2 互動(dòng)型機(jī)頂盒

互動(dòng)機(jī)頂盒分為三種:①基于正交幅度調(diào)制(QAM)方式來推送節(jié)目流型;②基于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)定(IP)方式來推送節(jié)目流型;③同時(shí)滿足QAM方式與IP方式的雙模型。主要功能包括電視點(diǎn)播(VOD)、互動(dòng)電視(iTV)、網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、時(shí)移電視(TSTV)、Internet訪問、數(shù)據(jù)下載、在線游戲等信息化應(yīng)用，提供 TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)雙向通信服務(wù)。其原理框圖如圖2所示。

圖1 單向機(jī)頂盒的原理框圖

2 基于三網(wǎng)融合的數(shù)字機(jī)頂盒設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 硬件實(shí)現(xiàn)方案

機(jī)頂盒基本硬件系統(tǒng)主要包括核心控制單元、媒體處理單元、網(wǎng)絡(luò)通信接口、媒體播放接口、控制接口及各類外設(shè)和擴(kuò)展接口。傳統(tǒng)機(jī)頂盒主要實(shí)現(xiàn)基本功能，如媒體處理單元實(shí)現(xiàn)視、音頻解碼和基本圖形顯示，網(wǎng)絡(luò)通信接口一般為有線網(wǎng)絡(luò)接口，媒體播放接口為視、音頻輸出接口，控制接口為紅外接口。為適應(yīng)三網(wǎng)融合需求，機(jī)頂盒在媒體處理、硬件接口等方面的功能都需要完善。新的實(shí)現(xiàn)方案如圖3所示。

目前主流機(jī)頂盒的CPU主頻為500MHz、內(nèi)存及Flash為128～256 MB，在三網(wǎng)融合以后，建議硬件配置 CPU主頻達(dá)到 800MHz～1GHz，內(nèi)存及Flash均達(dá)到512 MB以上。

原有的媒體處理主要指視、音頻解碼及普通的圖形處理功能，針對(duì)新融合視頻通信、卡拉OK游戲及用戶界面(UI)的需求，需要增加視、音頻編碼模塊，混音模塊和3D圖形加速處理模塊。同時(shí)，為了支持高清視頻業(yè)務(wù)的開展，機(jī)頂盒必須支持高清音、視頻解碼技術(shù);為了支持多視頻畫面，機(jī)頂盒必須具有外圍交換程序(PIP)功能。

網(wǎng)絡(luò)傳輸接口的變化:由于家庭房間大小和布局結(jié)構(gòu)的變化，機(jī)頂盒需要進(jìn)一步支持無線網(wǎng)絡(luò)接口，例如，支持美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)802.11n，支持WiFi和藍(lán)牙技術(shù)，而不僅是支持有線接口。

圖2 互動(dòng)機(jī)頂盒的原理框圖

原有的媒體接口僅包括視音頻輸出接口，為支持卡拉OK業(yè)務(wù)，增加音頻輸入接口。

紅外接口基本上只適應(yīng)普通遙控器的使用，對(duì)于新型的具有體感等功能的融合遙控設(shè)備，增加了藍(lán)牙等無線接口方式。

外設(shè)接口的變化:為支持支付業(yè)務(wù)，可以增加用戶識(shí)別卡(SIM)卡接口，也是通常所說的機(jī)卡分離機(jī)頂盒。

為提升用戶的操作體驗(yàn)，機(jī)頂盒的操作設(shè)備由傳統(tǒng)的遙控器提升為融合操作設(shè)備。

圖3 三網(wǎng)融合機(jī)頂盒硬件結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 融合遙控器實(shí)現(xiàn)方案

融合遙控器與機(jī)頂盒間的接口采用標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)接口設(shè)備(HID)接口格式。

機(jī)頂盒與融合遙控器接口如圖4所示。融合遙控器向機(jī)頂盒分別注冊(cè)鼠標(biāo)、鍵盤和體感三個(gè)HID設(shè)備，并通過HID數(shù)據(jù)接口向機(jī)頂盒提供鼠標(biāo)、鍵盤和體感的事件及數(shù)據(jù);機(jī)頂盒通過HID設(shè)備產(chǎn)品的序列號(hào)碼(Product ID)和銷售序列號(hào)碼(Vendor ID)識(shí)別相應(yīng)設(shè)備，并通過HID設(shè)備的控制接口開啟和關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備事件及數(shù)據(jù)輸出。

圖4 機(jī)頂盒與融合遙控器接口示意圖

2.3 軟件實(shí)現(xiàn)方案

適應(yīng)三網(wǎng)融合需求的機(jī)頂盒軟件整體架構(gòu)基本不變，如圖5所示，包括操作系統(tǒng)及硬件適配層、服務(wù)能力層、應(yīng)用程序?qū)?，與傳統(tǒng)機(jī)頂盒類似。

三網(wǎng)融合機(jī)頂盒的軟件功能也發(fā)生了相應(yīng)變化。從操作系統(tǒng)到應(yīng)用軟件，三網(wǎng)融合機(jī)頂盒的功能得到了完善，并擴(kuò)大了選擇范圍。

操作系統(tǒng):傳統(tǒng)機(jī)頂盒普遍采用Linux操作系統(tǒng)，隨著安致(Android)、蘋果公司(iOS)等新型操作系統(tǒng)在手機(jī)、平板電腦以及在部分智能電視中的成功應(yīng)用，未來機(jī)頂盒的操作系統(tǒng)將具有更多的選擇。機(jī)頂盒與手機(jī)、電腦采用相同的操作系統(tǒng)，有利于各種跨終端的應(yīng)用軟件的開發(fā)，更有利于各種終端設(shè)備的互通、互動(dòng)。

服務(wù)能力:為有效支持融合業(yè)務(wù)的開展，機(jī)頂盒的服務(wù)能力也需要相應(yīng)提升。傳統(tǒng)機(jī)頂盒基本支持媒體播放、瀏覽器、Java虛擬機(jī)(JVM)等基本服務(wù)能力，而面對(duì)三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)，還需支持通信引擎、Flash播放、微件(Widget)引擎、好友引擎、支付引擎、圖形引擎、數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(DLNA)下載、SIM卡讀取等服務(wù)功能。特別是對(duì)于瀏覽器，要求支持高標(biāo)清頁(yè)面平滑切換，在原有支持Web1.0的基礎(chǔ)上，要求支持 Web2.0，實(shí)現(xiàn)對(duì) HTML5.0、層疊樣式表(CSS3)、AJAX的支持;通過圖形引擎提升UI的渲染能力，為用戶提供動(dòng)態(tài)十足、立體變化的UI效果。用戶可以根據(jù)需求通過下載服務(wù)，從機(jī)頂盒的應(yīng)用程序商店(App Store)下載多種應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)。

圖5 三網(wǎng)融合機(jī)頂盒軟件架構(gòu)示意圖

不同業(yè)務(wù)的頁(yè)面分辨率不同，為了支持多種業(yè)務(wù)內(nèi)容，機(jī)頂盒需支持多種分辨率。多種分辨率的切換由應(yīng)用方向來決定，一旦分辨率需要變更，應(yīng)用明示當(dāng)前網(wǎng)頁(yè)的高度和寬度，瀏覽器解析到具體的數(shù)值后會(huì)調(diào)用固有的接口(Porting API)通知機(jī)頂盒，機(jī)頂盒按照收到的高度和寬度值對(duì)輸出分辨率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以針對(duì)不同應(yīng)用來輸出正確的分辯率。

應(yīng)用程序:傳統(tǒng)機(jī)頂盒支持的基本應(yīng)用包括直播、點(diǎn)播、時(shí)移、信息瀏覽、基本的JAVA游戲，面對(duì)三網(wǎng)融合的需求，進(jìn)一步加強(qiáng)和增加可視通信、體感游戲、卡拉OK、視頻分享、好友電視、電視支付等業(yè)務(wù)。

2.4 基于三網(wǎng)融合機(jī)頂盒的應(yīng)用

目前應(yīng)用三網(wǎng)融合機(jī)頂盒已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能有電影劇場(chǎng)、時(shí)移電視、音樂、游戲等。電影劇場(chǎng)中，國(guó)內(nèi)、國(guó)外許多電影可以實(shí)現(xiàn)播放功能。時(shí)移電視不僅能夠重新播放剛剛播出的鏡頭，而且更能調(diào)出幾天前甚至一周前的節(jié)目，還能隨意進(jìn)行暫停、快進(jìn)、快退等操作，有了時(shí)移電視，人們?cè)僖膊槐貫橛屑笔洛e(cuò)過精彩鏡頭而后悔，音樂、游戲、廣播等功能可以滿足不同年齡、不同層次用戶的需求。三網(wǎng)融合機(jī)頂盒擴(kuò)展應(yīng)用情況如圖6所示。

機(jī)頂盒作為住宅網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)備，它既是聯(lián)系住宅和外部世界的橋梁，而且可以充當(dāng)家庭內(nèi)部各種上網(wǎng)電器之間通道，這些電器包括電話、手機(jī)、PC游戲機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備和安防系列的家用電器。

圖6 三網(wǎng)融合機(jī)頂盒應(yīng)用

3 結(jié)束語

三網(wǎng)融合正處于快速發(fā)展階段，一些地方已經(jīng)開始試用，有的地方還處于技術(shù)儲(chǔ)備階段。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的完善使得機(jī)頂盒必將在家庭電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到進(jìn)一步發(fā)展，成為家庭必備終端電子產(chǎn)品。數(shù)字機(jī)頂盒也逐漸向多樣化和智能化方向發(fā)展，三網(wǎng)融合將帶來不同終端之間融合類應(yīng)用不斷增加。機(jī)頂盒與智能手機(jī)、家庭信息機(jī)等不同類型的應(yīng)用終端都承載了一致化的運(yùn)行環(huán)境，從而可以有效降低應(yīng)用開發(fā)周期，為用戶提供多種應(yīng)用方向，同時(shí)具有強(qiáng)大的互動(dòng)功能。

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