許聯(lián)國(guó) 顧民

【摘要】IPTV（Internet Protocol TV or Interactive Personal TV）即交互式網(wǎng)絡(luò)電視是傳統(tǒng)的電視媒體與新興的網(wǎng)絡(luò)媒體互相影響、互相融合的產(chǎn)物。它是一種利用寬帶網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，以家用電視機(jī)（或計(jì)算機(jī)）作為主要終端設(shè)備，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信等多種技術(shù)于一體，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的多種交互式數(shù)字媒體服務(wù)的嶄新技術(shù)。IPTV機(jī)頂盒可以為用戶提供視頻直播、點(diǎn)播、直播時(shí)移和互動(dòng)游戲等功能。通過(guò)流媒體協(xié)議的應(yīng)用，用戶在點(diǎn)播時(shí)可以像操作DVD一樣進(jìn)行快進(jìn)、快退、暫停、定位等操作。在直播時(shí)可以快速切換電視頻道，它在網(wǎng)絡(luò)中同步錄制了直播的音視頻節(jié)目，并可以提供用戶在任意時(shí)候進(jìn)行直播時(shí)移觀看。通過(guò)交互功能的應(yīng)用，人們還可以進(jìn)行在線互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)游戲。

技術(shù)架構(gòu)：IPTV的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由流媒體服務(wù)、存儲(chǔ)及認(rèn)證計(jì)費(fèi)等子系統(tǒng)構(gòu)成，碼流通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，具體內(nèi)容主要是以MPEG-4為編碼核心的流媒體文件，用戶終端為IPTV機(jī)頂盒+電視機(jī)，或者為PC。IPTV非常容易地將電視服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、電子郵件以及多種在線信息咨詢及商務(wù)功能結(jié)合在一起，所以其主要優(yōu)勢(shì)就是交互性和網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)的擴(kuò)充。

一、綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)建

綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)由媒體服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、管理工作站、一級(jí)網(wǎng)關(guān)等組成，是系統(tǒng)的中央控制、信息儲(chǔ)存和服務(wù)單元。系統(tǒng)可根據(jù)應(yīng)用需要增加應(yīng)用服務(wù)器，如視音頻播放服務(wù)器，視音頻壓縮服務(wù)器等。服務(wù)器之間通過(guò)高速以太網(wǎng)相連?？商峁┑幕竟δ苋纾合到y(tǒng)管理功能、用戶管理功能、計(jì)費(fèi)管理功能、內(nèi)容管理功能、視頻音頻制作功能、內(nèi)容檢索功能、用戶權(quán)限控制功能、VOD功能、服務(wù)器互連功能、網(wǎng)絡(luò)接口功能等。

二、IPTV機(jī)頂盒硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)IPTV業(yè)務(wù)特性的分析，總結(jié)出IPTV機(jī)頂盒需要具備以下功能：

1.具備良好的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，并且支持各種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，如TCP/IP、 UDP、RTCP等等。

2.支持多種視頻壓縮格式，如MPEG2、 MPEG4、VC-1、 H.264等等標(biāo)準(zhǔn)。

3.具備強(qiáng)大的增值業(yè)務(wù)，如視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)瀏覽、網(wǎng)絡(luò)游戲等。

4.硬件平臺(tái)性價(jià)比高，外圍器件的選擇上要做到物盡其用，不浪費(fèi)。

三、機(jī)頂盒硬件組成系統(tǒng)

NX8473主芯片、DDR、NandFIash、網(wǎng)卡接口、USB接口、前面板（遙控和按鍵）接收和音視頻輸出等按功能將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分為四個(gè)子系統(tǒng)：

1.系統(tǒng)控制子系統(tǒng)

它主要由MCU，ROM和RAM組成，MCU是機(jī)頂盒的核心，用于控制和協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，以及管理機(jī)頂盒的資源。

2.網(wǎng)絡(luò)接口子系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)接口，處理有關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TCP/IP），接收輸入數(shù)據(jù)包，并回傳用戶的控制命令。

3.數(shù)字處理子系統(tǒng)

包含傳輸解復(fù)用、解密、解擾、圖形處理、MPEG視頻解碼、MPEG音頻解碼、NTSC/PAL編碼器、音頻DAC等模塊。

4.外圍設(shè)備控制子系統(tǒng)

允許用戶可以把多種外設(shè)連接到機(jī)頂盒上。其中最基本的外設(shè)接口就是紅外遙控器。

機(jī)頂盒通過(guò)以太網(wǎng)接口接收網(wǎng)絡(luò)端的IP數(shù)據(jù)包，經(jīng)過(guò)解包、解碼，再進(jìn)行視音頻轉(zhuǎn)換，變?yōu)榭勺R(shí)別的模擬信號(hào)，傳送到終端設(shè)備中顯示和輸出。同時(shí)將接收傳來(lái)的控制指令發(fā)往網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的主要功能是根據(jù)機(jī)頂盒發(fā)來(lái)的指令然后發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)到機(jī)頂盒，通過(guò)機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的交流共同完成視頻播放功能。

四、軟件組件的選擇

嵌入式Linux是按照嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用要求而設(shè)計(jì)的一種小型的操作系統(tǒng)。內(nèi)核精簡(jiǎn)而高效、可裁剪、可移植性強(qiáng)并且具有非常好的網(wǎng)絡(luò)性能等優(yōu)點(diǎn)，使得它非常適合于IPTV機(jī)頂盒的開(kāi)發(fā)。

嵌入式Linux在機(jī)頂盒的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，使得用戶能夠通過(guò)電視來(lái)完成特定的計(jì)算機(jī)功能，并且具有良好的網(wǎng)絡(luò)通信功能和操作界面。因此Linux操作系統(tǒng)在機(jī)頂盒的應(yīng)用得到很大的發(fā)展。

軟件結(jié)構(gòu)主要分三層：U-boot層，內(nèi)核層，應(yīng)用層。U-Boot是Bootloader中最通用的一種，它是運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核之前運(yùn)行的一段小程序，主要用于加載和啟動(dòng)內(nèi)核。

（1）主要功能包括初始化主芯片、DDR，F(xiàn)LASH、網(wǎng)卡、顯示芯片、串口等主要設(shè)備。

（2）將FLASH中存儲(chǔ)的啟動(dòng)文件復(fù)制到內(nèi)存中運(yùn)行。

（3）加載Linux內(nèi)核到內(nèi)存并運(yùn)行。

（4）顯示開(kāi)機(jī)LOGO。

（5）終端功能調(diào)試（MAC地址、Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)的寫(xiě)入與刪除）。

內(nèi)核層主要包括linux內(nèi)核，設(shè)備驅(qū)動(dòng)，以及根文件系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中，yaffs2是專門(mén)為NandFIash設(shè)計(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)，軟件結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，速度快。yaffs2是日志結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)，提供了損耗平衡和掉電保護(hù)，可以有效地避免意外掉電對(duì)文件系統(tǒng)一致性和完整性的影響。

該軟件模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能有：運(yùn)行嵌入式Linux系統(tǒng)。加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)。掛載根文件系統(tǒng)。設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境及參數(shù)。

機(jī)頂盒的所有功能都是通過(guò)應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主程序主要控制著開(kāi)機(jī)畫(huà)面的顯示、菜單選擇、頻道搜索、音視頻控制、軟件升級(jí)、視頻點(diǎn)播，網(wǎng)頁(yè)瀏覽，電子郵件，電子商務(wù)以及條件接收等功能。

五、消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制

消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制負(fù)責(zé)圖形用戶界面與操作系統(tǒng)、輸入設(shè)備以及其它子系統(tǒng)等進(jìn)行信息交換，也用于處理GUI（圖形用戶界面）系統(tǒng)內(nèi)部的各種事件和交互，它是整個(gè)圖形用戶界面系統(tǒng)的動(dòng)力源。

GUI是用于與用戶進(jìn)行信息交互，而交互的實(shí)現(xiàn)則通過(guò)一些稱為“事件”的動(dòng)作來(lái)觸發(fā)，如外部的輸入設(shè)備事件、GUI內(nèi)部對(duì)象間傳遞信息等。消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制可以很好的解決這種基于事件驅(qū)動(dòng)的多應(yīng)用設(shè)計(jì)問(wèn)題，并且可以形成一種處理多個(gè)系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)象和對(duì)象之間關(guān)系的簡(jiǎn)潔辦法。

消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制包括消息的產(chǎn)生、分發(fā)和處理等。在采用消息驅(qū)動(dòng)的GUI系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外設(shè)發(fā)生的事件，例如遙控器的敲擊，遙控器按鍵的操作都是消息的產(chǎn)生。每個(gè)按鍵都對(duì)應(yīng)著固定的事件值和一個(gè)中斷號(hào)，當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)層通過(guò)異步通知將驅(qū)動(dòng)中發(fā)生的中斷事件通知給應(yīng)用層，然后應(yīng)用層以事先約定的格式翻譯為特定的消息并放入到對(duì)應(yīng)的消息隊(duì)列。GUI系統(tǒng)在開(kāi)始運(yùn)行后建立一個(gè)消息處理循環(huán)，在循環(huán)中不斷的讀取消息并處理消息，直到特定的退出消息傳來(lái)為止。

采用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制后，各部件之間形成松散的藕合關(guān)系，增加了系統(tǒng)部件連接和集成的靈活性，這是通過(guò)消息和響應(yīng)的調(diào)用實(shí)現(xiàn)的，從而用戶只需關(guān)心產(chǎn)生消息和處理消息，并且GUI系統(tǒng)變得更加容易維護(hù)，升級(jí)方便。

系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)控制：

1.主控模塊負(fù)責(zé)

遙控/按鍵接收處理、系統(tǒng)狀態(tài)控制、進(jìn)程/線程管理、運(yùn)行狀態(tài)控制等。

2.初始化模塊負(fù)責(zé)

根據(jù)系統(tǒng)上次退出時(shí)所保存的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化、視頻顯示設(shè)置、音頻參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)初始化、系統(tǒng)認(rèn)證等。

3.OSD模塊負(fù)責(zé)

視頻參數(shù)設(shè)置、音頻參數(shù)設(shè)置、顯示制式參數(shù)設(shè)置、顯示比例參數(shù)設(shè)置等。

4.瀏覽器模塊負(fù)責(zé)

訪問(wèn)EPG服務(wù)器、顯示EPG信息、中英文輸入法等。

流媒體播放器模塊負(fù)責(zé)：訪問(wèn)流媒體服務(wù)器、播放網(wǎng)絡(luò)音視頻、播放控制功能（播放/暫停/快進(jìn)/快退/停止）等。

5.系統(tǒng)設(shè)置模塊負(fù)責(zé)

設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、設(shè)置用戶參數(shù)、遠(yuǎn)程升級(jí)等。

六、總結(jié)

IPTV 和機(jī)頂盒技術(shù)正在不斷發(fā)展中，機(jī)卡分離的機(jī)頂?shù)拇笠?guī)模發(fā)展，機(jī)卡分離的機(jī)頂盒漸成趨勢(shì)。隨著數(shù)字家庭概念的發(fā)展和推廣，未來(lái)的機(jī)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)界所謂的“Home Gateway”。除了可以包括現(xiàn)有的視頻傳輸功能之外，更多的是向家庭中所有的智能設(shè)備提供一條集成的，綜合的交通樞紐，實(shí)現(xiàn)設(shè)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(xiàn)“Multi-Play”。機(jī)頂盒GUI系統(tǒng)的發(fā)展也是日新月異，支持機(jī)卡分離，個(gè)性化的機(jī)頂盒GUI系統(tǒng)是必然的趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：許聯(lián)國(guó)（1987—）， 男，四川大竹人，現(xiàn)就讀于成都理工大學(xué)測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)，研究方向：智能儀器。