有线电视数字机顶盒与视频点播

本文分为两部分：第一部分简要介绍了数字机顶盒的原理级基本功能；第二部分介绍了数字机顶盒的关键技术和VOD点播系统。一有线电视数字机顶盒的基本原理从广义上说，凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒(STB)。从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒以及有线电视数字机顶盒。上网机顶盒是利用电话网络做为传输平台，利用电视机做为显示平台，实现Internet接入功能的设备。因此，可以将其看成是一种非PC类的互联网接入设备。数字卫星机顶盒、数字地面机顶盒与数字有线电视机顶盒的基本原理相同，只是信号传输平台不同。有线电视数字机顶盒用于全电缆网络或光纤/同轴混合网。图1有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，如图1所示，调谐模块接收射频信号并下变频为中频信号，然后进行转换变为数字信号，再送入QAM解调模块进行解调，输出MPEG传输流串行或并行数据。解复用模块接收MPEG传输流，从中抽出一个节目的PES数据，包括视频PES和音频PES。视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MEPG视频数据进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。有线电视数字机顶盒可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用:数字电视广播接收、EPG、NVOD、PPV、软件在线升级、数据广播、Internet接入、电子邮件、IP电话、VOD等。1.电子节目指南电子节目指南(EPG)给用户提供一个容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的一种方式，用户还可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的节目。同时，EPG可提供分类功能，帮助用户浏览和选择各种类型的节目。2.数据广播DVB定义了四种数据广播方式:数据管道(DataPipe)，数据流(DataStream)，多协议封装(MultipleProtocolEncapsulation)和数据/对象轮流传送(Data/ObjectCarousel)。数据管道支持异步端到端数据传输业务；数据流方式可在数字电视广播系统中实现面向流的、端到端数据传输；多协议封装对需要在数字电视广播系统中传送符合通信协议的数据报数据业务提供了技术支持;数据/对象轮流传送可以支持需要周期性地传送数据模块的各种应用。通过这些标准，我们可以实现各种数据广播应用如股票信息广播、票务信息广播等等。3.软件在线升级软件在线升级可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。4.Internet接入和电子邮件有线电视数字机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现Internet接入功能，用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件，同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连，用PC与Internet连接。二有线电视数字机顶盒的关键技术有线电视数字机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机和通信技术的发展水平，我们在此仅对能体现我国企业设计开发水平的两种技术进行论述。1.中间件中间件是一种将应用程序与底层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机来构成，如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等等。中间件在机顶盒中的位置如图2所示。图2目前成熟的商用中间件产品有OpenTV的EN2、Liberate的TVNavigatorforDTV、Enreach的EnreachTVforDTV、Canel+的Mediahighway和Intellibyte的IBEPG、IBSIManager、IBBrowser等。这些产品在市场上都占有一席之地，但彼此并不兼容。许多国际标准组织已经认识到这个事实，并且开始着手建立公开的中间件标准。DVB提出了基于Java虚拟机的中间件标准DVB-MHP(多媒体家庭平台);ATSC成立T3/S17技术专家小组委员会来为机顶盒定义软件环境，该软件环境称为DTV应用软件环境(DASE)。ATVEF(先进电视发展论坛)也创建了一种称为AdvancedTelevisionEnhancementForumSpecificationforInteractiveTelevision的规范。但完全符合某个标准的产品还没有面市。随着硬件平台的不断完善，机顶盒的竞争力将完全体现其中的软件上。我国的企业在中间件的设计开发上是有很大潜力的。2.电缆调制解调器到目前为止，各种研究机构对电缆调制解调器进行了广泛的研究，这些研究成果最终形成了两个国际性组织定义的标准:CableLabs定义的DOCSIS和EuroDOCSIS，以及Euro-CableLabs定义的EuroMODEM。DOCSIS是最早商业化的标准，目前在北美，符合该标准的电缆调制解调器已售出了几百万台。由于DOCSIS标准主要是针对北美市场定义的，其下行带宽为6MHz，上行为5～42MHz，对采用NTSC模拟电视广播制式的国家是适用的。为了占领采用PAL制式国家的市场，CableLabs又定义了EuroDOCSIS标准。该标准采用DVB-C作为下行物理层标准(在EuroDOCSIS标准中下行的码元速率为6.9652MS/s)，上行频率范围为5~65MHz。其余与DOCSIS完全一样。EuroMODEM标准产品在去年底才出现。该标准基本上采用了DAVIC标准中定义的相关协议，在物理层与MAC层均与EuroDOCSIS有很大不同。相比之下，EuroDOCSIS标准的目的简单明确，就是在有线网络上透明地传输IP数据包，该协议对IP的支持最好，随着DOCSIS1.1中对QoS的完善，该标准可支持IP电话和可视电话。而EuroMODEM的上下行带宽都较小，而且在传输IP数据时的效率也相对较低，更重要的是其商业化进程比较缓慢，因此我们认为EuroDOCSIS对我国来说是一种比较好的选择。事实上，各个公司已经推出了兼容DOCSIS和EuroDOCSIS的电缆调制解调器终端系统，也推出了符合DOCSIS和EuroDOCSIS的电缆调制解调器，为我国的电缆调制解调器产业做了有益的尝试。三视频点播为每个用户提供视频点播功能，让用户能在他所希望的时间和地点看他想看的节目，应该是服务提供商最理想的服务方式。有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信道和广播信道，为实现该功能提供理想的技术基础。在最新推出的全功能数字机顶盒中已经实现了该功能，并能实现快进、快退、暂停、恢复等VCR操作。当然，该应用需要相应前端设备的支持，各个公司也相应推出了视频点播系统的完整解决方案。视频点播系统服务器是提供多媒体内容和服务的实体(对应于视频点播系统中的VOD应用服务器、ITV系统和视频服务器)，它可以是一个分布式的系统。图3图3为视频点播系统结构框图，整个系统由7个子系统组成。1.视频服务器系统中采用的视频服务器是美国SeaChange公司的视频服务器。该服务器是WindowsNT集群系统，可以很方便地进行容量扩充。视频服务器的主要功能是存储MPEG-2节目文件，并接收ITV系统的命令，在指定的路径上播放用户点播的节目。2.ITV系统ITV系统也是SeaChange公司的产品，由节目管理服务器、连接管理服务器、传播服务器、流管理服务器、目录管理服务器组成。主要功能有:节目的添加、系统资源包括服务器资源和网络资源的管理、提供流控操作。3.VOD应用服务器开发的应用服务器。其VOD应用服务器其主要功能包括:●节目导航:为机顶盒提供了视频点播服务的节目列表，当用户选择其中的节目时，给机顶盒发送该节目的标识；●用户验证:当用户点播某个节目时，对用户的合法性进行检查，以确定该用户是否具有点播该节目的权利。●用户记账:当用户选择一个节目后，将用户观看节目的记录存入到数据库中，供计费系统使用。计费系统是用户管理系统一个子系统。4.视频分配子系统该系统实现视频服务器接口、QAM调制和上变频、射频混合等功能。视频服务器接收从视频服务器输出的MPEG传输流，并将其中的各个节目分配到相应频道上。同时，在有条件接收系统的控制下，实现对MPEG传输流加扰。5.有条件接收子系统(CAS)有条件接收系统控制对用户所选择的节目进行加扰，并产生相应的EMM(授权管理消息)和ECM(授权控制消息)，使机顶盒能进行相应的解扰。6.CMTS与数字机顶盒CMTS为符合DOCSIS标准的电缆调制解调器终端系统，数字机顶盒采用全功能数字机顶盒。四机顶盒中视频点播客户端软件的实现机顶盒的视频点播客户端软件包含三个任务:节目选择任务、会晤控制任务、流控任务。1.节目选择用户进入视频点播应用后，首先运行节目选择任务，机顶盒与VOD应用服务器进行通信，获得VOD应用所提供的节目清单，随后，机顶盒等待用户的选择。当用户选择了某个节目时，VOD应用服务器通过用户的操作了解到该用户选择了某个节目，然后将用户所选择的节目的标识发送给机顶盒。2.会晤与资源管理当机顶盒收到节目的标识后，会晤控制任务开始运行，机顶盒将发送建立会晤的请求，该请求中包含了机顶盒的标识、所在的网络位置、所选择的节目标识和会晤标识等信息。前端在收到请求后，与连接管理服务器进行通信，在获得响应后，前端向机顶盒发送客户会晤建立确认消息来确认本次会晤的建立，机顶盒在收到确认后，再向前端发送客户连接请求来进行会晤连接，前端将向用户端发送服务器连接指示。机顶盒收到的客户会晤建立确认消息中包含用户所选择节目将要使用的QAM方式、频率、符号率、以及MPEG传输流的节目号。3.流控操作机顶盒在收到客户会晤建立确认后，将启动流控任务。机顶盒首先做好流控操作的准备，然后根据会晤建立所获得的频率、符号率、QAM模式以及节目号来调整调谐器、QAM解调器、MPEG解码器的参数，以正确地接收并解码所选择的节目。五结语视频点播是有线电视服务提供商最理想的服务方式，有线电视全功能数字机顶盒是实现视频点播应用最理想的客户端设备。我们相信我国的机顶盒产业和视频点播的应用会蓬勃发展。2、基于DVB-SI的数字有线电视机顶盒节目指南的设计实现摘要本文介绍了电子节目指南信息的构成以及MPEG-2PSI和DVB-SI信息规范，提出了一种EPG信息的存储结构和节目数据库的生成方案，并据此讲述了如何在数字有线电视机顶盒中生成电子节目指南EPG。关键词机顶盒MPEG-2PSI节目专用信息DVB-SI业务信息电子节目指南1引言目前数字电视已经进入快速发展阶段，与数字电视相关的业务也将大幅度增长。当节目运营商将大量的节目信息通过有线网络提供给用户，用户在欣赏高质量节目源的同时如何才能方便快捷地找到这些业务或信息就成了开发者们需要解决的一个关键问题。电子节目指南（EPG，ElectronicProgramGuide）正是为了方便用户对信息的获取而制作的运行于用户端综合接收解码器（IRD，IntegratedReceiverDecoder）的应用程序，它通过电视屏幕向用户提供由文字、图形、图像组成的人机交互界面，负责电视节目和各种业务的导航[1]。用户通过电子节目指南，能够了解到节目的相关信息（包括节目时间、播放时间、内容梗概等），并且实现对节目的快速检索和访问。EPG的形成依赖于节目播出前端将符合DVB（DigitalVideoBroadcasting）标准的业务信息（SI，ServiceInformation）插入到承载节目信息的传送流（TS，TransportStream）中，这些SI信息携带了EPG所需的全部数据。2电子节目指南信息的组成和传输电子节目指南信息（以下简称EPG信息）由两部分组成：基本EPG信息和扩展EPG信息。基本EPG信息是指完全可以用《数字广播业务信息规