最新IP机顶盒的结构及关键技术解析.docx
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateIP机顶盒的结构及关键技术解析IP机顶盒的结构及关键技术解析摘要:基于机顶盒的IPTV终端系统是兼顾了个人电脑和电视机的功能,既具有PC的处理能力,又具有电视机的观看效果,同时也符合中国国情。因此,电视机+机顶盒方式的IPTV终端将成为IPTV业务终端的主流。本文深入研究了新一代IPTV机顶盒的结构设计和核心技术的实现。首先从总体上介绍IPTV的发展状况;其次把IPT
2、V机顶盒结构设计做了详细研究;重点阐述了IPTV机顶盒的核心技术;最后对IPTV机顶盒的发展提出了建议性的意见。关键词:IPTV 机顶盒 嵌入式系统 视频编解码 接口随着全球范围内通信基础建设和信息技术的高速发展,宽带成本迅速下降,宽带接入用户迅速增加。在此背景下,IP多媒体技术已日渐成熟,融合多媒体内容平台、宽带网络平台和数字IPTV终端平台的宽带服务模式正在成为全球极具前景的产业。目前,中国的IPTV用户数呈稳步上升趋势,产业也呈现着良好的发展态势。宽带接入的大发展、技术平台的逐步成熟、节目资源的逐步丰富、盈利模式的初步建立等,都为IPTV的发展奠定了良好的基础。一、IPTV的发展状况目前
3、,在国内外IPTV系统的用户终端一般有以下3种接收方式:(1)通过IP网络直接连接到PC终端;(2)通过移动通信网络连接到手持移动终端;(3)通过IP网络连接到IP机顶盒和电视机。然而前两种方式都存在着一定的局限性:PC终端虽自身具备较强的处理能力,但其播放软件局限于厂商私有的文件格式,通用性差,而且不会使用电脑的人也无法享受此业务,因此利用PC机作为IPTV终端仅适合低成本推广IPTV业务的场合,不会成为发展的重点。手持移动终端作为IPTV终端设备,必须具备处理和显示数字视频信号的能力。而目前市场上具有处理显示动态画面的手机,受到网络传输速率和视频解码处理能力的限制,还无法提供比较流畅的视频
4、信号,虽然目前3G网络已投入运营,但尚未有更有效的编码方案,只有等编码方案成熟后,手机才能逐渐成为IPTV的终端设备。根据以上分析,本文研究系统采用了第三种接收方式,通过IP网络连接到IP机顶盒和电视机。IP机顶盒具备数据转换功能、接入支持、协议支持、解码支持能在内的多种功能,可以将接收到的网络数据转换成电视屏幕可以显示的数据,支持LAN/xDSL/WLAN/FTTH等多种宽带接入方式,支持TCP/UDP/IP协议族来完成互操作信息的网络传输,以及网络数据和流媒体数据的接收与处理工作,支持多媒体码流的解码能力,支持现有的国际标准(如MPEG-4,H.264等)以及中国标准AVS。这种形式的IP
5、TV终端兼顾了个人电脑和电视机的功能,可以直接利用家庭中已有的电视终端来扩展业务,因此成为目前发展的重点。 如上图所示,在IPTV整个运营图中,主要包括内容提供商、内容运营商、网络运营商和用户终端四大部分。本文主要研究用户终端播放设备中的核心器件机顶盒。IP机顶盒,是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备,可以充当电视机和宽带网络之间的接口,其一端通过DSL或以太网方式接入IPTV网络,另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,相当于一台自带嵌入式操作系统的计算机。除了对电视信号进行解码并呈现其内容外,IP机顶盒还可以提供包括视频点播(VOD)、电子节目指南(EPG
6、)、数字权限管理(DRM)等多媒体服务在内的功能。IP机顶盒国内外发展状况如下:首先是基于专用芯片的结构:2005年1月5日,机顶盒芯片供应商ST(意法微电子)公司发布了世界上第一个支持H.264和VC-1高清晰度标准的解码芯片STB7100。2005年年底,ST公司又退出了STB7100的第二代产品STB7109,改进了安全性和连通性,增加了对新的DVD格式和安全标准的支持。2006年8月底,浙江大华数字科技有限公司推出了基于STB7100的第三代有线/IP双模机顶盒。Micrbonas与面向消费电子产业的嵌入式软件和开发工具供应商Planetweb结成联盟,联手推出用于IPTV和数字电视机
7、顶盒的参考设计。该设计整合了Micronas的DeCyhper DHM 8100高清多格式解码器和Planetweb的SpectraWorks用户界面平台和应用程序。荷兰飞利浦电子公司(Philips)也推出了Nexperia STB810 IP机顶盒解决方案。该方案包含了一个硬件开发平台、软件基础架构、主要编解码器和一些参考实例。对于基于数字媒体处理器的结构:美国德州仪器(TI)公司的TMS320 DM644x数字媒体处理器能够满足IP机顶盒对DSP的要求。中国康佳集团采用TI公司达芬奇技术开发出全新的IP机顶盒IPB5310。该机顶盒支持MPEG-2、MPEG-4、H.264等多种编解码标
8、准,其应用范围包括IP电视服务、视频点播、时移电视、Web浏览服务、短信通知服务、信息广播服务等。此外,美国模拟器件公司推出了BlackFin561双内核处理器的解决方案,也支持H.264编解码标准。二、IPTV机顶盒的结构设计机顶盒由软件和硬件两大部分组成,不同档次的机顶盒所采用的系统平台不同、软件构架也不尽相同,从而所实现的功能也不同。机顶盒的硬件结构上主要存在三种结构的平台,即基于专用芯片构架、基于多媒体信号处理构架和基于处理器构架的平台。软件结构大多采用层次化、模块化结构,或者采用中间件结构。1、机顶盒的硬件结构机顶盒的硬件结构由核心控制单元、媒体处理单元以及各类接口组成,如下图所示:
9、核心控制单元CPU媒体处理单元编解码器媒体播放接口网络通信接口控制接口各类外设及扩展接口上图、IPTV机顶盒的硬件结构(1)核心控制单元核心控制单元一般采用嵌入式系统处理器芯片,运行一个实时操作系统,用以管理机顶盒的活动和资源。其系统ROM中包含有自举代码和基本的操作系统服务程序,RAM则由操作系统、应用服务程序和数据所共享。(2)媒体处理单元媒体处理单元一般根据机顶盒成本选用ASIC专用解码芯片或数字信号处理器,也可采用软件解码实现。该单元的功能之一是对压缩视频流和音频流进行解码。(3)图形控制与媒体播放接口图形控制系统产生菜单等服务程序所需的图形界面。此外还用于视频游戏等应用中的图形加速显
10、示。图形控制系统的输出,通过叠加控制器与视频信号叠加到一起,经过编码输出到普通电视机上。媒体播放接口基本配置有复合视音频端子和S-Video端子,较高配置可有YPbPr、YCbCr和数字音频输出接口。(4)网络接口机顶盒的基本配置应具有上行网络接口和红外遥控接口, 根据应用需要还可以配置多种辅助接口, 譬如Wi- Fi和光纤等网络通信接口。(5)控制接口控制接口是指用户操作控制机顶盒的接口,一般以红外线为主,也有采用红外遥控器键盘或Wi- Fi技术。(6)外围设备控制接口为了在机顶盒上实现丰富的应用, 机顶盒需要提供各种外设与拓展接口, 譬如通过USB外接数码摄像头实现视频通信或者外接硬盘将节
11、目内容录制到本地硬盘等。目前比较流行的拓展接口有USB、1394、串口、智能卡等接口。由上图可以看出,IPTV机顶盒的核心是CPU和编解码器。机顶盒功能的强弱与选择不同档次的核心器件有直接关系。目前的机顶盒产品归纳起来主要有以下三种结构:(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(LntelligentProperty)模块,如Videoin,Videoout,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/S
12、OC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
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