IPTV高清機頂盒的關鍵技術研究

嚴志康

(深圳市華曦達科技股份有限公司，廣東 深圳 518000)

隨著網絡技術的不斷發展，具有交互功能的IPTV應運而生。IPTV即網絡電視，其主要特點是具有交互性和實時性。它是利用寬帶互聯網基礎設施，主要是以IPTV機頂盒+電視機，或以P C機作為主要接收和顯示終端，通過因特網協議向用戶提供交互數字電視等多媒體業務的技術。作為IPTV系統終端的機頂盒，負責將用戶的請求發送給IPTV服務器，并對從網絡傳輸過來的多媒體數據進行接收、分析、解碼、轉換成模擬或數字式音頻信號后送給電視機進行播放。因此，IPTV機頂盒則是IPTV中一個非常重要的設備，在一定程度上決定了IPTV的發展。下面，本文就介紹IPTV機頂盒設計方案，對其關鍵技術進行研究。

1 系統需求分析

通過對IPTV業務特點的詳細分析，并綜合目前國內IPTV業務開展的實際情況，IPTV機頂盒至少需要滿足以下功能。

1.1 硬件及外圍接口

IPTV機頂盒硬件及外圍接口主要包括媒體、外設及網絡接口三個部分。在媒體接口方面，機頂盒應支持CVBS端子、S－VIDEO端子、YPbPr/YCbCr分量接口以及兩個RCA端子。在外設接口方面，機頂盒應支持紅外接口，用于接收遙控器以及其他紅外設備輸入，考慮到與其他設備的通信，機頂盒應支持至少兩個USB2.0接口。為了實現網絡接入，機頂盒應支持至少一個10/100 BaseT的RJ45口，并盡可能支持WiFi的接入方式。

1.2 流媒體播放能力

機頂盒應支持H.264 MP@L 3或以上.mpg（采用MPEG-2TS封裝），并應考慮對AVS的升級支持。

1.3 業務功能要求

機頂盒應支持瀏覽類（B/S）及客戶端類(C/S)業務的方式，以實現IPTV基礎業務以及增值業務展現的需要。

2 系統架構設計

IPTV機頂盒系統架構如圖1所示，從下到上主要分為四個層次，分別為：硬件層、核心層、中間層以及用戶界面層。

3 關鍵技術研究

3.1 數字音視頻編解碼技術

國際上現有的音視頻技術較多，考慮到國內運營商網絡的實際狀況，目前可供選用的編碼格式有 H.264、VC-1以及AVS。

H.264以及VC-1是國際標準組織制定的標準，技術較為成熟，但使用費較高。AVS是中國具備自主知識產權的第二代信源編碼標準。該標準包括系統、視頻、音頻、數字版權管理等四個主要技術標準和一致性測試等支撐標準。AVS編碼效率與H.264相當，而且技術方案簡潔，芯片實現復雜度低，達到了第二代標準的最高水平。同時，AVS通過簡潔的一站式許可政策，解決了復雜的專利許可問題。此外，相對H.264僅是一個視頻編碼標準，AVS則是一套包含系統、視頻、音頻、媒體版權管理在內的完整標準體系，可以為數字音視頻產業提供更全面的解決方案。

綜合各方面情況來看，目前A V S已經獲得了國家相關部門的大力支持，相信在解決了產業鏈問題，并切實得到各運營商大力推動的情況下，相對于H.264和VC-1，AVS在中國市場將有更加明顯的競爭力。

3.2 數字版權技術

目前國內尚沒有一個統一的針對消費電子產品的數字版權標準，但隨著技術和市場的不斷發展，數字版權技術在不久的將來必將得到大規模的應用。目前使用最為普遍的數字版權技術是數字水印（Digital Watermark），它采用一定的算法，在被保護的數字格式的音樂、歌曲、圖片或影片中嵌入某些標志性信息（稱為數字水印）來達到證明版權歸屬和跟蹤侵權行為的目的。而根據IPTV業務以及嵌入式系統的特點，機頂盒數字版權技術還需要著重考慮易用性、兼容性、顆粒性以及高效性等要素。

3.3 嵌入式系統技術

一般來說，機頂盒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等四部分組成。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，嵌入式芯片功能將越來越強，體積越來越小，這也是機頂盒技術不斷向前發展和演進的源動力。

3.4 瀏覽器技術

瀏覽器是WE B業務的平臺和門戶，是IPTV幾乎所有功能展現的基礎或通道，其重要性自然不言而喻。IPTV機頂盒作為一種嵌入式設備，因其資源受限，難以支持一個基于PC平臺的完整HTML瀏覽器，故必須進行必要的裁剪和移植工作。根據IPTV機頂盒的實際需求，對于瀏覽器的選擇需要考慮如下幾方面的情況：

（1）高靈活性和高可移植性；

（2）開放性強，能夠滿足多種增值業務的要求；

（3）技術先進，能夠符合國家、產業標準，可擴展支持Java Script、CSS、DHTML、JVM以及Macromedia Flash等功能；

（4）高性能，且對機頂盒資源要求相對較低；

（5）具有良好的兼容性；

（6）具備電視圖文顯示抗閃爍功能。

4 測試

本項目致力于完成一套可供大規模部署的機頂盒產品，故對機頂盒的測試需要針對IPTV業務使用流程、系統功能、業務的可管理功能以及系統設備之間接口，著重考查機頂盒及機頂盒與平臺接口，機頂盒的各項功能和性能指標，機頂盒與IPTV業務能力系統（包括EPG業務能力系統、IPTV流媒體能力系統）之間的接口，機頂盒與IPTV業務管理系統以及IPTV終端管理系統之間的接口。另外，測試還應注意考查機頂盒以下幾方面的表現。

首先，IPTV機頂盒應滿足IPTV業務應用功能要求，包括終端對協議支持的完備性、EPG及用戶界面的操作、流媒體支持能力、音頻音效、圖形顯示、業務應用支持能力以及JVM等。

其次，IPTV機頂盒性能測試重點是考查機頂盒的網絡適應性和抗時延抖動及擁塞的能力，機頂盒的優劣也表現在它對于網絡環境的適應能力上。在測試過程中，可以在媒體服務器與機頂盒之間適當加入網絡損傷，當媒體數據通過網絡傳輸到機頂盒播放時，觀察圖像變化。業界目前有幾家IPTV測試設備制造商采用一種平均判分（MOS）運算法則來測量視頻質量，MOS基于對視頻質量的人類感知，采用從0到5的判別等級，這是一種基于人們對視頻質量評價的主觀測試。當然，通過儀表量化來測試圖像質量也是一種比較好的選擇。

另外，機頂盒編解碼能力和圖像處理功能也是測試重點。在測試過程中需要采用各種定制碼流（如幀編碼，場編碼等），在某些情況下，還需要考慮將其他測試碼流與定制碼流進行復合以進一步考查機頂盒的處理能力。而在圖像處理功能測試中需要關注的參數還有色度/亮度增益和延遲、頻率響應、群延遲、K因子、差分增益和差分相位、亮度非線性和噪聲等。根據實際部署中經驗，由于系統端內容來源可能各不相同，其壓縮方式以及參數設置均存在較大的差異，這就要求在測試中應盡可能地去選擇更多的實時及非實時編碼源內容。同時，機頂盒對于H.264標準中可選項的支持情況也值得重點關注。

最后，協議一致性以及互通性能力也是機頂盒測試的重點。在電信IPTV機頂盒的技術要求中，規定了各接口的通信協議，對IPTV各個業務的實現過程都有具體要求。這一部分的測試需要重點關注協議、報文、接口API、瀏覽器對標準HTML/CSS/Java Script的支持、客戶端調用安裝流程、用戶操作流程、管理及日志處理等與互聯互通相關的方面。在具體測試中可以采用協議分析儀、W3C測試軟件、網絡抓包軟件以及人工操作共同結合的方式進行。

結語

綜上所述，IPTV機頂盒所涉及的關鍵技術主要包括數字音視頻編解碼技術、數字版權技術、嵌入式系統技術以及瀏覽器技術等。只有充分掌握這些關鍵技術，才能實現視頻、瀏覽以及其他增值業務和運營商的相關要求，IPTV才能夠實現大規模應用。

[1]沈昕.IPTV機頂盒架構的研究和分析[J].電信網技術,2008（12）.

[2]趙慶斌.IPTV系統結構和關鍵技術[J].通信管理與技術,2005（04）.