劉迪菲，金立標

（中國傳媒大學 信息工程學院，北京 100024）

基于交互機頂盒的無線數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)應用探討

劉迪菲，金立標

（中國傳媒大學 信息工程學院，北京 100024）

圍繞物聯(lián)網(wǎng)與廣播電視進行了探討，研究了數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的無線互聯(lián)技術(shù)，包括WiFi，RFID，ZigBee，分析并對比了其技術(shù)特點和應用?；谖锫?lián)網(wǎng)的技術(shù)及應用層面，提出了針對交互式機頂盒上的物聯(lián)網(wǎng)方面的應用，大大提高了廣播電視網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的地位，探討了物聯(lián)網(wǎng)與廣播電視的應用情況及未來發(fā)展構(gòu)想。

物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)；交互式機頂盒

三網(wǎng)融合為廣播電視網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)提供了新的發(fā)展機遇，加速了下一代廣播電視網(wǎng)絡(luò)（簡稱NGB）的建設(shè)。伴隨著三網(wǎng)融合的逐步推進，物聯(lián)網(wǎng)將會迎來新的發(fā)展，從而在NGB的智能化終端上進行多種物聯(lián)網(wǎng)應用，促進新產(chǎn)業(yè)鏈的形成，快速帶動廣播電視網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。

廣播電視包括多種終端，比如數(shù)字和模擬電視、高清和標清電視機頂盒、智能化的家庭終端等。近幾年全球的高清電視市場迎來了一個高峰期。同標清電視相比，高清電視具有寬色域、高圖像分辨力、高音質(zhì)及大屏幕等優(yōu)勢，使得家庭電視節(jié)目具有了超強的感染力和逼真感，滿足了當代用戶對于高品質(zhì)電視節(jié)目的需求[2]。

廣播電視是以家庭為基礎(chǔ)、以人為中心的物聯(lián)網(wǎng)應用。物聯(lián)網(wǎng)可以看成是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，運用各種傳感器將物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，從而實現(xiàn)信息通信，因此包括廣播電視網(wǎng)在內(nèi)的各種下一代網(wǎng)絡(luò)都可以看成是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

無線數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)是信息時代的高科技產(chǎn)物，是家庭數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，可以將其定義為在一個家庭中，將家電設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、照明系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備及其他控制設(shè)備組成一個內(nèi)部的無線網(wǎng)絡(luò)。即它是一個可以在小范圍內(nèi)對各種數(shù)據(jù)通信設(shè)備進行互聯(lián)的局域網(wǎng)，大致可分為3個部分：外部的寬帶接入、家庭網(wǎng)關(guān)、家庭內(nèi)部各子網(wǎng)。通過借助現(xiàn)有的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)為人們提供多樣化、方便、舒適、安全、高效的服務(wù)，從而實現(xiàn)家居的智能化。

進入21世紀之后，物聯(lián)網(wǎng)的信息化理念繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后出現(xiàn)在全球范圍內(nèi)，并迎來了第三次信息技術(shù)革命。物聯(lián)網(wǎng)正成為全球范圍內(nèi)炙手可熱的新興產(chǎn)業(yè)，相應的技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)研究工作得到了廣泛重視，如物流管理、輔助醫(yī)療、智能化交通以及環(huán)境監(jiān)測等在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到廣泛應用。

物聯(lián)網(wǎng)也稱為“傳感網(wǎng)”或“泛在網(wǎng)”，是一種形式多樣、綜合特性非常高的系統(tǒng)應用技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系主要由感知層、支撐層、傳輸層和應用層4個層次構(gòu)成。

感知層中起到主要作用的技術(shù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和射頻識別技術(shù)。感知層的功能部件主要有識別器、條碼標簽、GPS、攝像頭、傳感器等多種具有信息采集功能的終端。傳感器網(wǎng)絡(luò)通過安裝在物體上的傳感器采集到相應的信息，然后傳送到網(wǎng)絡(luò)體系中，再通過采用協(xié)同處理的方法對采集到的感知信息進行計算，并借助互聯(lián)網(wǎng)與其他功能單元進行信息交互與傳輸，實現(xiàn)資源共享以及智能控制。

支撐層中的重要技術(shù)主要包括計算技術(shù)強大的中心計算技術(shù)、存儲技術(shù)以及智能化的信息處理技術(shù)，在此基礎(chǔ)上能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中的大量信息做出高速、及時的處理，傳輸層將感知層和支撐層連接起來，通過移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或者衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備將感知層獲取的信息進行傳送。

應用層將行業(yè)專業(yè)技術(shù)、行業(yè)需求結(jié)合到物聯(lián)網(wǎng)中，從而完成行業(yè)智能化。多個傳感器與互聯(lián)網(wǎng)相連是典型物聯(lián)網(wǎng)的主要構(gòu)成方式，在此方面，廣播電視網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)存在著極其相似的聯(lián)系。例如，廣播電視網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)視頻聊天、視頻會議等，就是運用了攝像頭、傳聲器及電視屏幕等。由于物聯(lián)網(wǎng)和廣播電視的本質(zhì)聯(lián)系，廣播電視網(wǎng)絡(luò)是一個高端物聯(lián)網(wǎng)，具有以家庭為基礎(chǔ)、以人為中心的特點，是一個以視音頻為核心業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)。

1 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分析

廣播電視網(wǎng)絡(luò)具有極大的應用范圍，運用廣播電視網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)視頻監(jiān)控、多媒體通信、交互視頻業(yè)務(wù)、家庭醫(yī)療以及智能家居等多方面的物聯(lián)網(wǎng)應用。

1.1 交互視頻以及多媒體通信業(yè)務(wù)

NGB的多媒體通信是以視音頻采集傳感器作為采集終端，以各種顯示器作為輸出終端，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)采集終端、輸出終端與用戶的互聯(lián)，并且由多媒體平臺提供相應的后臺服務(wù)。采集終端可以為計算機、手機、攝像頭等，輸出終端可以為計算機、電視、手機、可視電話等。交互視頻業(yè)務(wù)能夠為用戶提供視音頻點播服務(wù)、電視節(jié)目時移及回放服務(wù)、多視角鏡頭切換服務(wù)、內(nèi)容共享服務(wù)、互動投票服務(wù)等。NGB的交互視頻業(yè)務(wù)是基于廣電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的特殊物聯(lián)網(wǎng)應用體系，能夠?qū)z像頭以及電視機等能輸出的終端通過互聯(lián)網(wǎng)或者機頂盒連接到NGB網(wǎng)絡(luò)中，從而實現(xiàn)人和人之間的互動。

NGB視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)可通過廣播電視網(wǎng)絡(luò)將攝像頭與用戶連接起來，具有錄像存儲及回放的功能。此外還能夠與安防業(yè)務(wù)相結(jié)合，可根據(jù)報警提示觀察家中的警報情況。

視頻監(jiān)控功能還可以為企事業(yè)單位以及家庭用戶提供視頻監(jiān)控信息的采集、傳輸、存儲、分析處理等多方面的服務(wù)，能夠應用在城市交通及管理、企事業(yè)及家庭安防、環(huán)境及氣象監(jiān)測等方面[3-4]。

1.2 智能家居業(yè)務(wù)

智能家居服務(wù)能夠?qū)⒂脩艏抑械碾娨?、洗衣機、冰箱等多種家用電器與智能家庭網(wǎng)關(guān)連接起來，形成一個局域網(wǎng)絡(luò)，用戶能夠通過廣電網(wǎng)絡(luò)對家中各種電器進行操控，從而實現(xiàn)家用電器與用戶的即時互聯(lián)。智能家居服務(wù)功能包括智能鬧鈴、可視化門鈴、智能化窗簾等。其是以家庭住宅為基礎(chǔ)，將整體建筑、各種家電、通信網(wǎng)絡(luò)整合在一起，實現(xiàn)設(shè)備的智能化，能夠提高家庭生活的安全性，并節(jié)約多種能源成本。

家庭醫(yī)療業(yè)務(wù)能夠為用戶提供實時測量血糖、血壓以及心率的服務(wù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給醫(yī)生，在指標異常的情況下，可及時進行咨詢。家庭醫(yī)療服務(wù)能夠通過多種傳感器將患者或者老人的各項生理指標，傳送到醫(yī)療專家系統(tǒng)中，通過管理系統(tǒng)的分析及處理，隨時了解病人的病情，及時調(diào)整治療方法，能夠使病人在突發(fā)情況下得到迅速的治療。NGB家庭醫(yī)療服務(wù)實現(xiàn)了用戶與醫(yī)療設(shè)備及醫(yī)療專家之間的實時互聯(lián)[5-7]。

2 基于交互式機頂盒的物聯(lián)網(wǎng)應用方案

2.1 機頂盒簡介

交互式數(shù)字機頂盒是一個連接電視機與外部信號源的設(shè)備。它可以將壓縮的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電視內(nèi)容，并在電視機上顯示出來。播放高清數(shù)字電視是作為機頂盒最基本的功能。通過廣電網(wǎng)絡(luò)的雙向傳輸，使得家居中視頻信息的傳輸、存儲、處理可以實現(xiàn)高清化，給用戶帶來舒適的視聽享受。

機頂盒為了方便功能擴展以及與不同型號電視機進行兼容，往往提供很多接口。機頂盒主要對電視提供的接口有：環(huán)路輸出、信號輸入HDMI（高清電視接口）、數(shù)字視頻接口、數(shù)字音頻端口、S端子，而對外提供的接口，用于擴展功能的有纖輸出端口、USB2.0接口、網(wǎng)口、RS-232串口等。

2.2 數(shù)字家庭無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該無線通信技術(shù)具有低功耗、短距離的特點。該技術(shù)廣泛應用于遠程控制領(lǐng)域以及自動控制領(lǐng)域，同時能夠嵌入多種設(shè)備。RFID即射頻識別技術(shù)，是利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目標對象的目的。RFID技術(shù)自身具有很多突出的優(yōu)點：不需要人工干預，不需要直接接觸即可完成信息的處理，可同時識別多個標簽，操作快捷方便，實現(xiàn)了無源操作。此外，數(shù)據(jù)的安全性高，存儲容量大，可重復使用，讀取距離遠，讀寫器跟標簽之間有相互認證，從而使讀寫器跟標簽之間按照相應的通信協(xié)議進行安全可靠的通信和存儲。

WiFi是一種距離短、傳輸速度快的無線傳輸技術(shù)，并且它還具有覆蓋范圍廣、無須布線、門檻低、健康安全等特點。以交互式數(shù)字電視機頂盒為核心，利用射頻識別（RFID）技術(shù)、WiFi技術(shù)和無線ZigBee傳感技術(shù)，研究和開發(fā)適合于家庭應用的無線智能網(wǎng)關(guān)，將其作為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部廣播電視網(wǎng)絡(luò)相互通信的橋梁，協(xié)調(diào)完成智能家庭網(wǎng)絡(luò)和智能家居的構(gòu)建。智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、音視頻技術(shù)、自動控制技術(shù)等多種技術(shù)集成于與家居生活相關(guān)的多種設(shè)備。

2.3 基于交互式機頂盒的無線網(wǎng)絡(luò)方案

圖1為交互式機頂盒的一個應用方案。

圖1 交互式機頂盒應用方案

1）無線ZigBee傳感技術(shù)在交互式機頂盒中的應用

利用ZigBee技術(shù)進行數(shù)字家庭內(nèi)各種家用設(shè)備的信息采集，一是實現(xiàn)數(shù)字家庭的安防報警功能（例如紅外探測器、煙霧探測器、煤氣探測器等）；二是實現(xiàn)數(shù)字家庭的智能家居功能（例如家用電器的智能控制）；三是利用ZigBee傳感技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字家庭的智慧傳感，采集人體體征信息，實現(xiàn)遠程家庭醫(yī)療等功能。例如，由于加入了低速無線接入技術(shù)ZigBee模塊，只要點擊電視上的相應應用軟件，就可以輕松讀取電表數(shù)據(jù)，并智能控制室內(nèi)溫度。

2）RFID技術(shù)在交互式機頂盒電子支付系統(tǒng)中應用

在無線數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)中，RFID模塊作為交互式機頂盒的伴侶，是一個非常重要的組成部分，負責連接電子標簽與計算機網(wǎng)絡(luò)。RFID模塊一般由3部分組成：電子標簽、RFID收發(fā)模塊、天線。RFID收發(fā)模塊通過天線與電子標簽之間進行無線通信，可以實現(xiàn)對標簽識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮?。RFID技術(shù)可同時識別多個標簽，操作快捷方便。其工作原理并不復雜：標簽進入磁場后，接收RFID收發(fā)模塊發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的標簽信息，或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號RFID收發(fā)模塊讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。即RFID收發(fā)模塊發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給標簽，用以驅(qū)動標簽電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時RFID收發(fā)模塊便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應用程序做相應的處理。

基于RFID技術(shù)實現(xiàn)家庭消費類產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化及交互業(yè)務(wù)的家庭化，利用RFID標簽卡（非接觸IC卡）在交互式機頂盒上實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、身份識別和消費支付。將具有相應功能的RFID模塊嵌入到機頂盒中，非接觸式RFID讀寫器與交互式機頂盒相連；交互式機頂盒與電視機相連，并通過電信的IPTV或有線電視網(wǎng)絡(luò)與產(chǎn)品物流追溯服務(wù)平臺相連。使用時，非接觸式RFID讀寫器讀取產(chǎn)品的電子標簽信息，并將該標簽信息通過交互式機頂盒傳輸?shù)疆a(chǎn)品物流追溯應用平臺，通過產(chǎn)品物流追溯平臺對產(chǎn)品進行追溯查詢。可以清楚地追溯貨物物流的全程，同時讓用戶能方便追溯到所購物品的物流情況和狀態(tài)。并把結(jié)果返回到該交互式機頂盒，電視機用于將結(jié)果顯示給用戶。

比較當前的有線電視中機頂盒設(shè)計方案，本方案設(shè)計中，內(nèi)部通信采用ZigBee+WiFi無線通信方式，因此很好地滿足內(nèi)部與模塊間的信息傳遞的需求，同時達到了智能控制的要求；外部通信采用WiFi的無線通信方式，因此解決了采用有線通信方式所帶來的布線困難、靈活性差、成本高等缺點。

3 結(jié)束語

目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相對成熟，我國也已形成基本齊全的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系，部分領(lǐng)域已形成一定市場規(guī)模，并越來越受到學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛重視。該交互式機頂盒中加入了RFID技術(shù)與ZigBee技術(shù)，采用WiFi通信方式，實現(xiàn)了電子支付與智能信息采集與控制等業(yè)務(wù)，更加滿足了對智能家居的需求。目前，在NGB與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向一致的前提下，要充分運用廣播電視網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，迅速開展相應的高端物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，包括視頻監(jiān)控、多媒體通信、交互視頻業(yè)務(wù)、家庭醫(yī)療以及智能家居等，從而快速推動廣播電視物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不斷提升廣播電視網(wǎng)絡(luò)在未來國家基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的地位。

[1]馬健.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

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Inquiry Based on Applications of Interactive Set-top Boxes Wireless Digital Home Network

LIUDifei,JINLibiao
（School of Information Engineering, Communication University of China, Beijing 100024, China）

The Internet of things as well as radio and television are discussed in this paper. The technology of the digital home wireless network is studied, including WiFi, RFID, ZigBee. And the technical characteristicsand applications are analyzed. Based on the internet of things technologies and application level, an application in the aspect of the internet of things aiming at interactive set-top boxes is presented. The status of broadcast and television in thedevelopment of the internetofthingsindustrial has been greatly improved. The situation of application and future development ideas about the internet of things and broadcast television applications are explored.

the internet of things；digital home network; interactive set-top boxes

TN948.55

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2013-06-01

【本文獻信息】劉迪菲，金立標.基于交互機頂盒的無線數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)應用探討[J].電視技術(shù)，2014，38（2）.