IP机顶盒的功能和发展

IP机顶盒概述

IPTV（Internet Protocol TV or Interactive Personal TV）也叫交互式网络电视，是利用宽带网的基础设施，以家用电视机或计算机作为主要终端设备，集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，通过IP协议向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务的崭新技术。IPTV业务核心框架主要由内容运营平台、业务运营平台、业务承载传输网络、用户终端网络等四大部分组成。IPTV技术涉及了视频编解码、网络分发、数字版权保护、终端接入等各面的技术。

IP机顶盒是视频解码终端，相当于一台自带嵌入式操作系统的计算机。从图1可以看出，IP机顶盒一端通过DSL或以太网方式接入IPVT网络，一端将通过网络传输过来的媒体流等信息转换成模拟视音频输出至电视，由此在电视上　祥视频点播、网页浏览、游戏等功能，它具备计算机的数据交换等基本功能，可以采用遥控器或PC直接操作。

IP机顶盒的构成与功能

机顶盒由软件和硬件两大部分组成，机顶盒的硬件包含了主芯片、内存、调谐解调器、回传通道、CA（Conditional Acces
s）接口、外部存储控制器以及视音频输出等几大部分。软件则分成应用层、中间解释层和驱动层三层，每一层都包含了诸多的程序或接口等。

与传统的数字机顶盒相比，IP机顶盒实现了视频、语音、数据三者的融合，即所谓的三网合一业务（Triple Play Service）。IP机顶盒的系统架构包含三个独立的子系统：TV单元、PC单元和条件存取（即加密系统、CA）单位。TV子系统由调频器和视频解码器组成，它们用来处理数字串流信息；CA子系统让服务商具有控制能力，可以对用户实现临近，能够知道用户在何时收看什么节目；PC子系统大多是模块式的设计，STB的设计者可以依其需求而增加或减少这个系统中的组件，由于IPSTB的目标是要提供互联网的服务功能，故它的PC系统方面就得提供TCP/IP的堆栈协议，并具有更佳的储存方案。

由此可以看出，IP机顶盒的功能主要包括以下三方面：

·支持目前的LAN或DSL网络传输，接收及处理IP数据和视频流；

·支持MPEG、WMV和Real等视频解码；

·支持用户认证功能、通过与IPTV系统的交互实现用户的访问控制、计费等管理功能。

IP机顶盒的分类方式

根据硬件、软件的不同，IP机顶盒有不同的分类方式

1.基于硬件的分类方式

IP机顶盒按照基中使用的CPU芯片的不同，可以分为以下三种：

（1）基于专用芯片组（ASIC/SOC编解码芯片）的机顶盒

专用芯片组除了处理器以外，在芯片内还集成了一些其他的IP（Lntelligent Property）模块，如Video in，Video out，Audio in及Audio out等，有的还有图像压缩硬件加速模块等。由于专用视频压缩芯片携带固定压缩模块、固定的处理方式和固定的微码，所以传统的基于ASCI/SOC的机顶盒产品价格比较低廉，但由于全硬件芯片的实现方案使得运营商无法通过软件升级来提升产品性能，另外这种机顶网络适应性也有较大问题。

（2）基于X86平台

基于X86架构CPU的嵌入式系统有如下优势：一是它可以对不同格式的文件进行编解码；二是X86架构的CPU有较齐全的应用软件，维护成本低；三是基于X86架构的嵌入式系统可以轻松与PC资源共享。

（3）基于多媒体处理器技术

基于X86平台的方式在使用时要占据CPU的绝大部分处理能力。因此，在有些不适合采用这种方式。于是出现了基于多媒体处理器技术的独立机型的机顶盒。这种芯片高速的运算能力完全可以实现适合不同协议的通信终端。采用这些芯片可以很方便地实现MPEG视频和音频处理、H.263视频处理，以及DVD、机顶盒、数字电视等。

由于使用了实时视频解码功能芯片，视频处理速度明显提高，配合实时编码，全程视频处理时延小，特别适合视频直播系统应用；系统配有USB，IDE，PCMCIA和以太等接口，使IPTV终端功能可扩充性增强、内存占用少、硬件结构紧凑，成本不高。

2.基于软件的分类方式

操作系统是机顶盒中的核心软件，机顶盒中的操作系统不大，但却要求可以在实时的环境中工作，并能在较小的内在内存空间中运行，这种操作系统称为实时操作系统（RTOS），目前主要有VxWorks、Windows CE、嵌入式Linux等三类。

（1）嵌入式WinCE终端

WinCE最大特点是其API与Win32兼容，这有利于使用Windows环境开发WinCE应用，此外，WMV播放器还可直接运行于WinCE OS，许多现成的Windows组件稍加改造就能应用于终端上的网络管理以及视频流控制等功能，能够充分分享MMS等的Windows　Media优秀成果。微软目前推出WinCE5.0，并扩大开放部分程序源代码。在这个开放了源代码计划授权下，微软开放250万行源代码程序作为评估套件，凡是个人、厂商都可以下载这些源代码加以修改使用。未来厂商OEM时，则需依执行时期授权，支付WinCE5.0核心每台机器数美元的授权费用。，作为市场新进入者，微软强调较低的开发成本。微软在WinCE加入了档案系统、IPv4/IPv6、WLAN、蓝牙等联网功能以及Windows Media Coder等功能。  

不过此类终端的弊端在于：应用源代码不公开，终端采用WinCE须向微软交纳版税；另外，WinCE代码庞大，占用很多的ROM和RAM，要求有高性能的X86微处理器支持，所有这些都造成了终端成本的居高不下。

（2）嵌入式LINUX终端

这种终端往往以专用的多媒体微处理器为核心，辅以以太接口和视频接口构成系统。多媒体微处理器本身不但具有嵌入式RISC（精简指令集CPU）去运行系统软件和应用软件，而且带MPEG2或MPEG4实时解码功能芯片，在引Linux OS和必要的视频以及各辅助接口驱动程序后，就成为一个完整的IPTV网络终端运用环境。

使用Linux开发平台优点首先Linux源代码公开，有大量免费优秀开发工具和应用软件可用，无须为每例应用交纳许可证费；其次有庞大的开发群体，技术交流方便，软件开发和维护成本低；最后，Linux本身稳定，内核精焊，运行所需资源少，有优秀的网络功能，支持的硬件数量庞大。总之，性价比高是其最大特色。

但是，这种系统适应低带宽能力存在一定的局限性。由于采用的是硬件实时解码，解码器性能提高受制于芯片技术发展，于是就省去QPEL和GMC编码工具，这就使得MPEG4 ASP高清晰度性能、适合DSL低带宽网络传输的优点得不到充分发挥，某些OS基于μCLinux、解码器甚于不完全MPEG4 ASP的终端，线路工作带宽在3Mbit/s，在同样播放分辩率D1下，适合DSL网络低带宽的能力比基于WMVx的Codec终端逊色。这种机顶盒的价格较低，但由于兼容性不好，系统服务器端的建设和媒体文件的采集成本会偏高。

VxWorks是美国Wind River System公司推出的一个实时操作系统。VxWorks是一个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域，如卫星通信、军事演习、弹道制导、飞机导航等。

当然，根据机顶盒的功能高低和价格差异，也可把机顶盒分成基本型、专业型、综合型等。