IPTV高清机顶盒的关键技术研究

时间：2024-05-17

严志康

(深圳市华曦达科技股份有限公司，广东深圳 518000)

随着网络技术的不断发展，具有交互功能的IPTV应运而生。IPTV即网络电视，其主要特点是具有交互性和实时性。它是利用宽带互联网基础设施，主要是以IPTV机顶盒+电视机，或以P C机作为主要接收和显示终端，通过因特网协议向用户提供交互数字电视等多媒体业务的技术。作为IPTV系统终端的机顶盒，负责将用户的请求发送给IPTV服务器，并对从网络传输过来的多媒体数据进行接收、分析、解码、转换成模拟或数字式音频信号后送给电视机进行播放。因此，IPTV机顶盒则是IPTV中一个非常重要的设备，在一定程度上决定了IPTV的发展。下面，本文就介绍IPTV机顶盒设计方案，对其关键技术进行研究。

1 系统需求分析

通过对IPTV业务特点的详细分析，并综合目前国内IPTV业务开展的实际情况，IPTV机顶盒至少需要满足以下功能。

1.1 硬件及外围接口

IPTV机顶盒硬件及外围接口主要包括媒体、外设及网络接口三个部分。在媒体接口方面，机顶盒应支持CVBS端子、S－VIDEO端子、YPbPr/YCbCr分量接口以及两个RCA端子。在外设接口方面，机顶盒应支持红外接口，用于接收遥控器以及其他红外设备输入，考虑到与其他设备的通信，机顶盒应支持至少两个USB2.0接口。为了实现网络接入，机顶盒应支持至少一个10/100 BaseT的RJ45口，并尽可能支持WiFi的接入方式。

1.2 流媒体播放能力

机顶盒应支持H.264 MP@L 3或以上.mpg（采用MPEG-2TS封装），并应考虑对AVS的升级支持。

1.3 业务功能要求

机顶盒应支持浏览类（B/S）及客户端类(C/S)业务的方式，以实现IPTV基础业务以及增值业务展现的需要。

2 系统架构设计

IPTV机顶盒系统架构如图1所示，从下到上主要分为四个层次，分别为：硬件层、核心层、中间层以及用户界面层。

3 关键技术研究

3.1 数字音视频编解码技术

国际上现有的音视频技术较多，考虑到国内运营商网络的实际状况，目前可供选用的编码格式有 H.264、VC-1以及AVS。

H.264以及VC-1是国际标准组织制定的标准，技术较为成熟，但使用费较高。AVS是中国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。该标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。AVS编码效率与H.264相当，而且技术方案简洁，芯片实现复杂度低，达到了第二代标准的最高水平。同时，AVS通过简洁的一站式许可政策，解决了复杂的专利许可问题。此外，相对H.264仅是一个视频编码标准，AVS则是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，可以为数字音视频产业提供更全面的解决方案。

综合各方面情况来看，目前A V S已经获得了国家相关部门的大力支持，相信在解决了产业链问题，并切实得到各运营商大力推动的情况下，相对于H.264和VC-1，AVS在中国市场将有更加明显的竞争力。

3.2 数字版权技术

目前国内尚没有一个统一的针对消费电子产品的数字版权标准，但随着技术和市场的不断发展，数字版权技术在不久的将来必将得到大规模的应用。目前使用最为普遍的数字版权技术是数字水印（Digital Watermark），它采用一定的算法，在被保护的数字格式的音乐、歌曲、图片或影片中嵌入某些标志性信息（称为数字水印）来达到证明版权归属和跟踪侵权行为的目的。而根据IPTV业务以及嵌入式系统的特点，机顶盒数字版权技术还需要着重考虑易用性、兼容性、颗粒性以及高效性等要素。

3.3 嵌入式系统技术

一般来说，机顶盒嵌入式系统由嵌入式芯片、嵌入式软件、嵌入式操作系统及嵌入式系统开发工具等四部分组成。嵌入式芯片包括嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式数字信号处理器以及嵌入式片上系统，随着RISC计算机技术和微电子技术的迅速发展，嵌入式芯片功能将越来越强，体积越来越小，这也是机顶盒技术不断向前发展和演进的源动力。

3.4 浏览器技术

浏览器是WE B业务的平台和门户，是IPTV几乎所有功能展现的基础或通道，其重要性自然不言而喻。IPTV机顶盒作为一种嵌入式设备，因其资源受限，难以支持一个基于PC平台的完整HTML浏览器，故必须进行必要的裁剪和移植工作。根据IPTV机顶盒的实际需求，对于浏览器的选择需要考虑如下几方面的情况：

（1）高灵活性和高可移植性；

（2）开放性强，能够满足多种增值业务的要求；

（3）技术先进，能够符合国家、产业标准，可扩展支持Java Script、CSS、DHTML、JVM以及Macromedia Flash等功能；

（4）高性能，且对机顶盒资源要求相对较低；

（5）具有良好的兼容性；

（6）具备电视图文显示抗闪烁功能。

4 测试

本项目致力于完成一套可供大规模部署的机顶盒产品，故对机顶盒的测试需要针对IPTV业务使用流程、系统功能、业务的可管理功能以及系统设备之间接口，着重考查机顶盒及机顶盒与平台接口，机顶盒的各项功能和性能指标，机顶盒与IPTV业务能力系统（包括EPG业务能力系统、IPTV流媒体能力系统）之间的接口，机顶盒与IPTV业务管理系统以及IPTV终端管理系统之间的接口。另外，测试还应注意考查机顶盒以下几方面的表现。

首先，IPTV机顶盒应满足IPTV业务应用功能要求，包括终端对协议支持的完备性、EPG及用户界面的操作、流媒体支持能力、音频音效、图形显示、业务应用支持能力以及JVM等。

其次，IPTV机顶盒性能测试重点是考查机顶盒的网络适应性和抗时延抖动及拥塞的能力，机顶盒的优劣也表现在它对于网络环境的适应能力上。在测试过程中，可以在媒体服务器与机顶盒之间适当加入网络损伤，当媒体数据通过网络传输到机顶盒播放时，观察图像变化。业界目前有几家IPTV测试设备制造商采用一种平均判分（MOS）运算法则来测量视频质量，MOS基于对视频质量的人类感知，采用从0到5的判别等级，这是一种基于人们对视频质量评价的主观测试。当然，通过仪表量化来测试图像质量也是一种比较好的选择。

另外，机顶盒编解码能力和图像处理功能也是测试重点。在测试过程中需要采用各种定制码流（如帧编码，场编码等），在某些情况下，还需要考虑将其他测试码流与定制码流进行复合以进一步考查机顶盒的处理能力。而在图像处理功能测试中需要关注的参数还有色度/亮度增益和延迟、频率响应、群延迟、K因子、差分增益和差分相位、亮度非线性和噪声等。根据实际部署中经验，由于系统端内容来源可能各不相同，其压缩方式以及参数设置均存在较大的差异，这就要求在测试中应尽可能地去选择更多的实时及非实时编码源内容。同时，机顶盒对于H.264标准中可选项的支持情况也值得重点关注。

最后，协议一致性以及互通性能力也是机顶盒测试的重点。在电信IPTV机顶盒的技术要求中，规定了各接口的通信协议，对IPTV各个业务的实现过程都有具体要求。这一部分的测试需要重点关注协议、报文、接口API、浏览器对标准HTML/CSS/Java Script的支持、客户端调用安装流程、用户操作流程、管理及日志处理等与互联互通相关的方面。在具体测试中可以采用协议分析仪、W3C测试软件、网络抓包软件以及人工操作共同结合的方式进行。