IPTV高清機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)研究

嚴(yán)志康

(深圳市華曦達(dá)科技股份有限公司，廣東 深圳 518000)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，具有交互功能的IPTV應(yīng)運(yùn)而生。IPTV即網(wǎng)絡(luò)電視，其主要特點(diǎn)是具有交互性和實(shí)時(shí)性。它是利用寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，主要是以IPTV機(jī)頂盒+電視機(jī)，或以P C機(jī)作為主要接收和顯示終端，通過因特網(wǎng)協(xié)議向用戶提供交互數(shù)字電視等多媒體業(yè)務(wù)的技術(shù)。作為IPTV系統(tǒng)終端的機(jī)頂盒，負(fù)責(zé)將用戶的請求發(fā)送給IPTV服務(wù)器，并對從網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、分析、解碼、轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字式音頻信號后送給電視機(jī)進(jìn)行播放。因此，IPTV機(jī)頂盒則是IPTV中一個(gè)非常重要的設(shè)備，在一定程度上決定了IPTV的發(fā)展。下面，本文就介紹IPTV機(jī)頂盒設(shè)計(jì)方案，對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)需求分析

通過對IPTV業(yè)務(wù)特點(diǎn)的詳細(xì)分析，并綜合目前國內(nèi)IPTV業(yè)務(wù)開展的實(shí)際情況，IPTV機(jī)頂盒至少需要滿足以下功能。

1.1 硬件及外圍接口

IPTV機(jī)頂盒硬件及外圍接口主要包括媒體、外設(shè)及網(wǎng)絡(luò)接口三個(gè)部分。在媒體接口方面，機(jī)頂盒應(yīng)支持CVBS端子、S－VIDEO端子、YPbPr/YCbCr分量接口以及兩個(gè)RCA端子。在外設(shè)接口方面，機(jī)頂盒應(yīng)支持紅外接口，用于接收遙控器以及其他紅外設(shè)備輸入，考慮到與其他設(shè)備的通信，機(jī)頂盒應(yīng)支持至少兩個(gè)USB2.0接口。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入，機(jī)頂盒應(yīng)支持至少一個(gè)10/100 BaseT的RJ45口，并盡可能支持WiFi的接入方式。

1.2 流媒體播放能力

機(jī)頂盒應(yīng)支持H.264 MP@L 3或以上.mpg（采用MPEG-2TS封裝），并應(yīng)考慮對AVS的升級支持。

1.3 業(yè)務(wù)功能要求

機(jī)頂盒應(yīng)支持瀏覽類（B/S）及客戶端類(C/S)業(yè)務(wù)的方式，以實(shí)現(xiàn)IPTV基礎(chǔ)業(yè)務(wù)以及增值業(yè)務(wù)展現(xiàn)的需要。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

IPTV機(jī)頂盒系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，從下到上主要分為四個(gè)層次，分別為：硬件層、核心層、中間層以及用戶界面層。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)

國際上現(xiàn)有的音視頻技術(shù)較多，考慮到國內(nèi)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際狀況，目前可供選用的編碼格式有 H.264、VC-1以及AVS。

H.264以及VC-1是國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定的標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)較為成熟，但使用費(fèi)較高。AVS是中國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)包括系統(tǒng)、視頻、音頻、數(shù)字版權(quán)管理等四個(gè)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和一致性測試等支撐標(biāo)準(zhǔn)。AVS編碼效率與H.264相當(dāng)，而且技術(shù)方案簡潔，芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，達(dá)到了第二代標(biāo)準(zhǔn)的最高水平。同時(shí)，AVS通過簡潔的一站式許可政策，解決了復(fù)雜的專利許可問題。此外，相對H.264僅是一個(gè)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，AVS則是一套包含系統(tǒng)、視頻、音頻、媒體版權(quán)管理在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，可以為數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)提供更全面的解決方案。

綜合各方面情況來看，目前A V S已經(jīng)獲得了國家相關(guān)部門的大力支持，相信在解決了產(chǎn)業(yè)鏈問題，并切實(shí)得到各運(yùn)營商大力推動(dòng)的情況下，相對于H.264和VC-1，AVS在中國市場將有更加明顯的競爭力。

3.2 數(shù)字版權(quán)技術(shù)

目前國內(nèi)尚沒有一個(gè)統(tǒng)一的針對消費(fèi)電子產(chǎn)品的數(shù)字版權(quán)標(biāo)準(zhǔn)，但隨著技術(shù)和市場的不斷發(fā)展，數(shù)字版權(quán)技術(shù)在不久的將來必將得到大規(guī)模的應(yīng)用。目前使用最為普遍的數(shù)字版權(quán)技術(shù)是數(shù)字水印（Digital Watermark），它采用一定的算法，在被保護(hù)的數(shù)字格式的音樂、歌曲、圖片或影片中嵌入某些標(biāo)志性信息（稱為數(shù)字水印）來達(dá)到證明版權(quán)歸屬和跟蹤侵權(quán)行為的目的。而根據(jù)IPTV業(yè)務(wù)以及嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，機(jī)頂盒數(shù)字版權(quán)技術(shù)還需要著重考慮易用性、兼容性、顆粒性以及高效性等要素。

3.3 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

一般來說，機(jī)頂盒嵌入式系統(tǒng)由嵌入式芯片、嵌入式軟件、嵌入式操作系統(tǒng)及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具等四部分組成。嵌入式芯片包括嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式數(shù)字信號處理器以及嵌入式片上系統(tǒng)，隨著RISC計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式芯片功能將越來越強(qiáng)，體積越來越小，這也是機(jī)頂盒技術(shù)不斷向前發(fā)展和演進(jìn)的源動(dòng)力。

3.4 瀏覽器技術(shù)

瀏覽器是WE B業(yè)務(wù)的平臺和門戶，是IPTV幾乎所有功能展現(xiàn)的基礎(chǔ)或通道，其重要性自然不言而喻。IPTV機(jī)頂盒作為一種嵌入式設(shè)備，因其資源受限，難以支持一個(gè)基于PC平臺的完整HTML瀏覽器，故必須進(jìn)行必要的裁剪和移植工作。根據(jù)IPTV機(jī)頂盒的實(shí)際需求，對于瀏覽器的選擇需要考慮如下幾方面的情況：

（1）高靈活性和高可移植性；

（2）開放性強(qiáng)，能夠滿足多種增值業(yè)務(wù)的要求；

（3）技術(shù)先進(jìn)，能夠符合國家、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可擴(kuò)展支持Java Script、CSS、DHTML、JVM以及Macromedia Flash等功能；

（4）高性能，且對機(jī)頂盒資源要求相對較低；

（5）具有良好的兼容性；

（6）具備電視圖文顯示抗閃爍功能。

4 測試

本項(xiàng)目致力于完成一套可供大規(guī)模部署的機(jī)頂盒產(chǎn)品，故對機(jī)頂盒的測試需要針對IPTV業(yè)務(wù)使用流程、系統(tǒng)功能、業(yè)務(wù)的可管理功能以及系統(tǒng)設(shè)備之間接口，著重考查機(jī)頂盒及機(jī)頂盒與平臺接口，機(jī)頂盒的各項(xiàng)功能和性能指標(biāo)，機(jī)頂盒與IPTV業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)（包括EPG業(yè)務(wù)能力系統(tǒng)、IPTV流媒體能力系統(tǒng)）之間的接口，機(jī)頂盒與IPTV業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)以及IPTV終端管理系統(tǒng)之間的接口。另外，測試還應(yīng)注意考查機(jī)頂盒以下幾方面的表現(xiàn)。

首先，IPTV機(jī)頂盒應(yīng)滿足IPTV業(yè)務(wù)應(yīng)用功能要求，包括終端對協(xié)議支持的完備性、EPG及用戶界面的操作、流媒體支持能力、音頻音效、圖形顯示、業(yè)務(wù)應(yīng)用支持能力以及JVM等。

其次，IPTV機(jī)頂盒性能測試重點(diǎn)是考查機(jī)頂盒的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性和抗時(shí)延抖動(dòng)及擁塞的能力，機(jī)頂盒的優(yōu)劣也表現(xiàn)在它對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)能力上。在測試過程中，可以在媒體服務(wù)器與機(jī)頂盒之間適當(dāng)加入網(wǎng)絡(luò)損傷，當(dāng)媒體數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綑C(jī)頂盒播放時(shí)，觀察圖像變化。業(yè)界目前有幾家IPTV測試設(shè)備制造商采用一種平均判分（MOS）運(yùn)算法則來測量視頻質(zhì)量，MOS基于對視頻質(zhì)量的人類感知，采用從0到5的判別等級，這是一種基于人們對視頻質(zhì)量評價(jià)的主觀測試。當(dāng)然，通過儀表量化來測試圖像質(zhì)量也是一種比較好的選擇。

另外，機(jī)頂盒編解碼能力和圖像處理功能也是測試重點(diǎn)。在測試過程中需要采用各種定制碼流（如幀編碼，場編碼等），在某些情況下，還需要考慮將其他測試碼流與定制碼流進(jìn)行復(fù)合以進(jìn)一步考查機(jī)頂盒的處理能力。而在圖像處理功能測試中需要關(guān)注的參數(shù)還有色度/亮度增益和延遲、頻率響應(yīng)、群延遲、K因子、差分增益和差分相位、亮度非線性和噪聲等。根據(jù)實(shí)際部署中經(jīng)驗(yàn)，由于系統(tǒng)端內(nèi)容來源可能各不相同，其壓縮方式以及參數(shù)設(shè)置均存在較大的差異，這就要求在測試中應(yīng)盡可能地去選擇更多的實(shí)時(shí)及非實(shí)時(shí)編碼源內(nèi)容。同時(shí)，機(jī)頂盒對于H.264標(biāo)準(zhǔn)中可選項(xiàng)的支持情況也值得重點(diǎn)關(guān)注。

最后，協(xié)議一致性以及互通性能力也是機(jī)頂盒測試的重點(diǎn)。在電信IPTV機(jī)頂盒的技術(shù)要求中，規(guī)定了各接口的通信協(xié)議，對IPTV各個(gè)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)過程都有具體要求。這一部分的測試需要重點(diǎn)關(guān)注協(xié)議、報(bào)文、接口API、瀏覽器對標(biāo)準(zhǔn)HTML/CSS/Java Script的支持、客戶端調(diào)用安裝流程、用戶操作流程、管理及日志處理等與互聯(lián)互通相關(guān)的方面。在具體測試中可以采用協(xié)議分析儀、W3C測試軟件、網(wǎng)絡(luò)抓包軟件以及人工操作共同結(jié)合的方式進(jìn)行。

結(jié)語

綜上所述，IPTV機(jī)頂盒所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)、數(shù)字版權(quán)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)以及瀏覽器技術(shù)等。只有充分掌握這些關(guān)鍵技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)視頻、瀏覽以及其他增值業(yè)務(wù)和運(yùn)營商的相關(guān)要求，IPTV才能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

[1]沈昕.IPTV機(jī)頂盒架構(gòu)的研究和分析[J].電信網(wǎng)技術(shù),2008（12）.

[2]趙慶斌.IPTV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)[J].通信管理與技術(shù),2005（04）.