作為支持交互式應用的IP機頂盒，將不僅支持IPTV業務，還將在更為廣闊的交互式多媒體領域發揮作用。

寬帶網絡和接入技術的發展，擴大了寬帶業務的應用范圍。大眾熟悉的TV節目不僅可以通過Cable傳輸到TV上看，也可以利用寬帶IP網絡用PC、手機或機頂盒+TV的方式看電視，這就是IPTV的力量。IPTV概念的出現引起電視和電信兩大行業的強烈爭議，電視行業認為IPTV是數字電視的補充，應以IPoverDVB技術實現，電信行業則認為IPTV是IP網絡上的一個增值業務，采用TVoverIP的方式實現。由于各行業實現IPTV采用的技術不同，使得呈現業務的用戶終端也大有不同。數字電視是以Cable和衛星傳送電視信號，用戶終端是STB-C+TV或STB-S+TV；電信的用戶IPTV終端主要有3種類型：個人電腦+軟件播放器、電視機+機頂盒以及用于移動流媒體平臺的多媒體手機。

一、IPTV終端類型

1.基于PC的終端系統

基于PC的終端系統是沿用互聯網視頻的應用形式，利用網絡流媒體技術傳送某種格式的數據流，用戶可在計算機上利用相應的播放器對壓縮的視音頻流媒體文件解壓后進行播放。這種形式的終端硬件比較簡單，只需要1臺具有以太網卡的PC機安裝相應的播放器應用軟件就可以播放音視頻節目和上網瀏覽。目前應用較多的播放器軟件主要有微軟的WindowsMediaPlayer、Apple公司的QuickTime和RealNetworks公司的RealPlayer。

基于PC機的終端系統優點是簡單，投資小，上網方便等。缺點首先是每一種播放器軟件都局限于廠商私有的文件格式，通用性差。其次是利用PC顯示器觀看電視節目相對于電視機觀看屏幕小并且舒適度差。再次是對于不會使用電腦的人來說根本無法享受此項業務。

因此鑒于以上分析，利用PC作為IPTV終端系統只能是臨時或在不適于擺放電視機的場所使用，并不適于大范圍推廣。

2.基于STB的終端系統

基于STB的終端系統是兼顧PC和電視機的功能，既具有PC的處理能力，又具有電視機的觀看效果。同時，STB極有可能作為家庭網絡/媒體中心出現在下一代家庭網絡中。因此，IPTV終端更看好電視機+機頂盒方式，將成為IPTV業務終端的主流。

基于STB的終端系統以電視機作為顯示器，利用專用的IP-STB對網絡音視頻媒體數據接收和解壓，轉換為電視信號格式輸送給TV播放。

STB作為用戶端設備要具備的功能包括以下方面：

支持視頻點播、組播和Internet瀏覽以及短消息、可視業務和網絡游戲；

支持目前應用較多的LAN、xDSL或WLAN等多種寬帶接入方式，支持TCP/UDP/IP協議族，完成互操作信息的網絡傳輸，接收及處理IP數據和視頻流媒體數據；

支持對多媒體碼流的解碼能力，電視屏幕顯示和數字版權管理；

支持內容緩存、交互控制、接入鑒權和業務及網絡管理功能。

3.移動終端系統

提到用于IPTV的移動終端系統人們自然會想到3G手機，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多媒體，并利用無線通信網絡和互聯網相結合提供網絡電視、視頻電話、網頁瀏覽、電視會議、電子商務等多種媒體服務。

IPTV的移動終端在應用中還有很多需要解決的問題。首先是在觀看效果上，目前無論是采用什么技術播放的圖像，其速度都會受到網絡速度的制約，很難達到像電視一樣實時傳輸的平滑效果。雖然目前利用手機觀看網絡視頻的效果還不錯，這是因為現在移動視頻業務還限于少數高端用戶使用。隨著IPTV業務的發展和普及，用戶量的上升，網絡帶寬和手機處理能力可能會成為一個瓶頸。再就是目前手機電源技術無法與IPTV移動終端的強大功能相匹配，手機的待機時間太短，而IPTV業務一部影片至少90分鐘，消耗電量十分驚人，觀看一小段節目尚可，但想看完一部長片就需要不斷更換電池，這對于IPTV業務來說無疑是個很大的障礙。

4.STB+TV將成為IPTV業務的主流終端

IPTV業務可以由多種類型的終端實現，但最為實用和可以被廣大消費者接受的應該是以機頂盒+電視機的組合。首先是這種方式保持了用戶的休閑習慣，從人體生物學角度，最為舒適的觀賞姿勢是后仰30度，操作電腦的姿勢是前傾30度，傳統Internet視頻用戶是用PC作為顯示終端，操作電腦的姿勢要保持前傾，因此長時間操作電腦會很累，并容易患頸椎病肩周炎等疾病。

其次是利用STB+TV方式不僅保持電視節目還可以將互聯網內容從書房搬到了客廳，使不會操作電腦的人也能夠上網，利用互聯網收發郵件、聊天。將寬帶用戶從上網族擴展到非上網族，將寬帶娛樂市場從2200多萬寬帶用戶、8700多萬網民，延伸到十幾億電視觀眾。

總之，IPTV終端無論是采用STB+TV還是用PC，都應具有如下功能：通信接口、模擬信號的輸出、外設控制能力、視頻解碼以及嵌入式實時操作系統，通過終端設備用戶可以進行業務請求、視頻/音頻數據接收以及網絡服務等。

二、機頂盒概述

1.什么是機頂盒

機頂盒STB（Set-top-box）顧名思義是放在電視機上的盒子，源于數字電視。它是一種將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備。在數字電視應用中主要根據傳輸網絡不同有3類數字電視機頂盒：用于有線電視網的數字電視機頂盒STB-C、用于衛星電視網的數字電視機頂盒STB-S和用于地面廣播網的數字電視機頂盒STB-T，它們分別滿足數字電視的相應標準DVB-C、DVB-S和DVB-T。基于Internet協議(IP)的機頂盒的出現，是最近的事情。隨著IPTV的發展，使這種產品獲得了極大的發展動力。因為IP機頂盒不僅可以提供與大多數有線或衛星電視機頂盒相同的功能，而且還可以使用當前低成本的互聯網和基于 IP 的網絡設施。 另外，立足于雙向的 IP 網絡還可以本能地支持一系列的應用和交互式服務。

2.機頂盒發展歷程

機頂盒STB（Set－Top－Box）起源于20世紀90年代初，當時在歐美作為收取有線電視費用的重要手段。有線電視經營者在每臺用戶的電視機之前安裝一個密鑰盒，只有交了費的用戶才能對電視信號解密，正常收看電視。這就是最初的機頂盒。

20世紀90年代中期，Internet在全世界迅速發展和不斷普及，人們萌發了利用電視機上網的想法，于是開始研究可以上網的機頂盒。當時，計算機和網絡設備廠商都期望可以上網的機頂盒能構成為新的家用電器。然而由于各方面技術不成熟，最終未成氣候。

20世紀末，在歐美開始試播數字電視（DTV）和高清晰度數字電視（HDTV）后，又一次掀起了機頂盒的高潮。這時機頂盒的主要作用是數字電視信號進行模擬轉換，以保證用普通模擬電視機可以收看數字電視或數字高清晰度電視。

IPTV的出現使機頂盒又有了進一步發展，機頂盒不僅用于數字電視，還作為IP網絡與電視的橋梁，使寬帶網絡上豐富多彩的節目內容通過機頂盒展現在電視機上，為廣大普通電視觀眾帶來全新的數字生活新感受。

3.IP機頂盒的功能

IP機頂盒的基本功能是接收數字電視節目，同時具有所有廣播、點播和交互式多媒體應用功能，還包括以下功能。

(1)電子節目指南（EPG）：EPG可為用戶提供一種界面友好、易于操作、可以快速訪問節目的方式。用戶可以通過EPG功能看到所有頻道上近期將播放的電視節目以及可供用戶點播選擇的節目內容索引，主動檢索點播。

(2)交互式應用：為用戶提供視頻點播、組播和互動游戲。通過交互功能的應用，人們在點播時可以像操作家用DVD一樣進行快進、快退、暫停；在組播時可以快速切換電視頻道。通過交互功能的應用，人們還可以進行互動游戲。

(3)軟件在線升級：利用機頂盒中間件插件可以提供機頂盒能力探測，在線安裝和更新機頂盒應用軟件。機頂盒能識別該軟件的版本號，在版本不同時接收該軟件，并對保存在存儲器中的軟件進行更新。

(4)互聯網瀏覽和電子郵件：用戶可以通過機頂盒內置的Internet瀏覽器上網，發送電子郵件。

4.IP機頂盒的類型

目前，應用于IPTV業務的機頂盒基本有兩類：普通型和增強型。基本型機頂盒具有點播功能、廣播功能、EPG瀏覽、WEB瀏覽和小游戲等業務能力；增強型機頂盒是在基本型的基礎上增加個人視頻存儲(PVR)、網絡游戲、視頻通信、FLASH等業務能力。IPTV機頂盒接入寬帶網絡的方式可采用FTTB+LAN的接入方式、xDSL接入方式、WLAN的接入方式和其他寬帶接入方式。IPTV機頂盒硬件平臺一般有三種實現方式：基于專用芯片的STB、基于數字信號處理器DSP的STB、基于中央處理器CPU的STB。

隨IPTV業務的出現，許多機頂盒生產商和電信設備制造商積極研究用于IPTV的機頂盒，但目前研制的產品大多只適用于各自的IPTV業務系統。這種與系統綁定的機頂盒通用性很差，與其他IPTV系統根本無法互通。其結果將造成業務運營商在設備選型和成本控制上的被動，長此下去將阻礙了IPTV發展。解決這個問題的辦法是盡快制定IPTV機頂盒技術標準，從業務功能、性能和安全等方面制定統一規范。

三、IP機頂盒關鍵技術

1.視頻解碼和播放

視頻編碼技術種類很多，就目前寬帶接入條件來看，適合于IPTV業務的視音頻編解碼技術主要有MPEG-4、H.264和WMV9等，不同的IPTV業務平臺所采用的編碼技術有所不同。

MPEG-4：是“ISO/IEC14496信息技術－通用視聽對象編碼”標準，它是針對低速率下的視頻、音頻編碼和交互播放開發的算法和工具，其顯著特點是基于內容的編碼。更加注重多媒體系統的交互性、互操作性和靈活性。MPFG-4標準對視音頻編解碼的貢獻可分為以下3類。

(1)基于內容的交互性：基于內容的多媒體數據存取工具；基于內容的碼流操縱和編輯；自然與合成數據的混合編碼；增強的時間域隨機存取。

(2)高壓縮率：提高編碼效率；對多個并發數據流的編碼。

(3)靈活多樣的存取：錯誤易發環境中的抗錯性；基于內容的尺度可變性。

H.264：是國際標準化組織（ISO）和國際電信聯盟（ITU）共同提出的繼MPEG-4之后的新一代數字視頻壓縮格式，它既保留了以往壓縮技術的優點和精華又具有其他壓縮技術無法比擬的許多優點。

(1)低碼流：和MPEG-2和MPEG-4ASP等壓縮技術相比，在同等圖像質量下，采用H.264技術壓縮后的數據量只有MPEG-2的1/8，MPEG-4的1/3。顯然，H.264壓縮技術的采用將大大節省用戶的下載時間和數據流量收費。

(2)高質量的圖像：H.264能提供連續、流暢的高質量圖象（DVD質量）。

(3)容錯能力強：H.264提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生的丟包等錯誤的必要工具。

(4)網絡適應性強：H.264提供了網絡適應層,使得H.264的文件能容易地在不同網絡上傳輸。

AC-1：是Microsoft的視頻編碼標準，是WMV9向SMPTE提交后采用的編碼標準名稱。SMPTE（SocietyofMotionPictureandTelevisionEngineers，美國電影與電視工程師協會）是得到美國國家標準研究所（ANSI）認證的、國際知名的視頻、電視和電影工業標準開發組織，SMPTE在制定和發掘私有規范方面具有豐富經驗，2003年09月，SMPTE接收WMV-9所采用的壓縮技術規范作為一種視頻編解碼格式標準。

為適應不同IPTV業務平臺提供的各種編碼方式，要求IP機頂盒應具有支持一種以上的解碼能力。可以支持1.2Mbit/s以上的MPEG-4碼流解碼，或支持H.264視頻的解碼，并且具有從MPEG-4向H.264升級的能力。機頂盒作為網絡與用戶之間溝通的橋梁，IP-STB不僅需要接收網絡視頻，同時還要將視頻節目傳送給TV（或顯示器），因此要同時具備編碼和播放功能。

2.圖形和圖像顯示技術

我國的電視機制式選用北美PAL制，IP機頂盒用TV作為顯示器，故播放器必須支持PAL制720*576標清分辨率圖像解碼。滿足ITU-RBT601要求，支持寬高比為4:3或16:9的視頻解碼。為適應不同IPTV平臺的需要，IP機頂盒應支持多種顯示分辨率和格式的圖形顯示，對于顯示圖形要求支持清晰度為720x576，352x 288，448 x 336，640 x 480，800 x 600的圖形顯示，每個像素至少支持16位彩色；可以自動按輸入調整輸出圖形。

而對于利用電視機進行互聯網瀏覽，由于一般網頁都是以PC機顯示的，改用電視機作為顯示需要適當的顯示技術。就電視和計算機顯示器而言，CRT顯示是一種成熟的技術，但是用低分辨率的電視機顯示文字，尤其是小于24×24的小字，問題就變得復雜了。電視機的顯像管是大節距的低分辨率管，只適合顯示720×576或640×480的圖像，它的偏轉系統是固定不變的，是為525行60Hz或625行50Hz設計的。上網則要符合VESA格式，顯然，電視機的顯示系統無法適應這么多格式。另外，電視采用低幀頻的隔行掃描方式，當顯示圖形和文字時，亮度信號存在背景閃爍，水平直線存在行間閃爍。如果把逐行掃描的計算機圖文轉換到電視機上，水平邊沿就會僅出現在奇場或偶場，屏顯時間接近人眼的視覺暫留，會產生厲害的邊緣閃爍現象，因而要用電視機上網，必須要補救電視機顯示的缺陷。

3.中間件技術

中間件技術在計算機系統中早已經得到廣泛的應用，現在也開始應用于機頂盒設計軟件。中間件是指位于機頂盒的實時操作系統和應用程序之間，連接兩部分的軟件。中間件使機頂盒中的應用程序和低層的硬件和網絡部件分離，使應用程序的開發與硬件低層和平臺無關；提供通用的應用程序接口（API），能使應用程序的開發難度降低，提高效率。

在開發機頂盒上層應用中常常會面對如下問題:實時多任務操作系統，硬件平臺原理細節，復雜的行業標準，繁雜的用戶界面以及實用功能等各項跨行業的難題。為了解決上述問題，中間件技術應運而生，并成為數字電視核心技術，也就是我們前面提到的開放式業務平臺。中間件是在數字電視接收機的應用程序和操作系統、硬件平臺之間嵌入的一個中間層，定義一組較為完整的、標準的應用程序接口，使應用程序獨立于操作系統和硬件平臺，從而將應用的開發變得更加簡捷，使產品的開放性和可移植性更強。它通常由Java虛擬機、網絡瀏覽器、圖像與多媒體模塊等組成。開放的業務平臺上的特點在于產品的開發和生產以一個業務平臺為基礎，開放的業務平臺為每個環節提供獨立的運行模式，每個環節擁有自身的利潤，能產生多個供應商。只有采用開放式業務平臺才能保證機頂盒的擴展性，保證投資的有效回收。

4.嵌入式系統應用

嵌入式系統是計算機技術、通信技術、半導體技術、微電子技術、語音圖像數據傳輸處理技術，甚至傳感器技術與具體應用對象相結合的產物，是技術密集、投資強度大、高度分散不斷創新的知識密集型系統，反映當代最新科技的先進水平。一般來說，嵌入式系統由嵌入式芯片、嵌入式軟件、嵌入式操作系統及嵌入式系統開發工具4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、嵌入式數字信號處理器以及嵌入式片上系統，隨著RISC計算機技術和微電子技術的迅速發展，嵌入式芯片功能越來越強，體積越來越小。

嵌入式實時操作系統是相對于桌面計算機操作系統而言的，它不裝在硬盤中，系統結構緊湊，功能相對簡單，資源開資較小，便于固化在存儲器中。嵌入式操作系統的作用與PC機上的DOS和Windows相似，用戶通過它進行人機對話，完成用戶下達的指定。指定接收采用多種方式如：鍵盤、鼠標、語音、觸摸屏、紅外遙控器等。

嵌入式CPU是IP機頂盒的核心，它要管理機頂盒的所有接口，包括網絡側接口、紅外接口以及各類擴展接口，要處理IP協議棧，控制和調度所有底層設備驅動程序。它與媒體處理器或控制編解碼芯片對接收到的音視頻媒體流解碼轉換，使視頻、音頻和數據分離開，通過控制數字/模擬轉換器還原成電視信號輸出給TV顯示出來。一般IP機頂盒專用的嵌入式CPU大多集成媒體處理能力，增強型機頂盒也可采用雙CPU方式。

嵌入式操作系統的運行平臺所具有的功能包括網絡管理，顯示管理、智能卡管理（IC卡和Smart卡）、圖文電視解碼、數據解碼、視頻信號的上下變換以及交互式控制等功能。為了達到這些功能，嵌入式CPU就必須擴展新的功能，不斷提高處理速度，才能適應未來業務的發展要求。

四、結束語

未來電信業務將是以交互式多媒體應用為主的業務。作為支持交互式應用的IP機頂盒，將不僅支持IPTV業務，還將在更為廣闊的交互式多媒體領域發揮作用。因此，在研制IP機頂盒過程中，需要具有一定前瞻性，超前設計。充分發揮中間件的作用，使機頂盒這類設備具有功能擴展和平滑升級的能力，這樣的產品才會具有強大的生命力。