網絡時代的數字機頂盒

編者按：新的一年，“高手論技”繼續伴隨大家前行，身處一線的你，就那些技術上最常遇到的故障、最需要解決的難題、最成熟的應用……都可以在此暢所欲言，各抒己見。是繼續圍觀還是現身說法，新浪微群http：//q.t.sina.com.cn/264976，期待您的共同參與。

說起電視，已非新鮮事物。但遙想上世紀80年代，那個小小的、笨拙的“匣子”卻給物質匱乏，精神生活不豐富的民眾帶來了很多樂趣。隨著科技的飛速發展，彩色代替了黑白，大屏幕代替了小屏幕，集成電路代替了晶體管……電視越來越智能，越來越美觀，已成為生活中不可或缺的一種重要設備。這期間，機頂盒也隨之不斷發展、創新，但對于它，大部分人知之甚少。在此，主持人和嘉賓將分兩期來探討機頂盒的奧秘。

信息時代的到來，Internet的高速發展，網絡寬帶速率的大幅度提高，為各種寬帶設備的廣泛應用提供了良好的現實條件。目前單向傳輸的廣播電視，已漸漸不能滿足人們日常生活的需要，因此，交互式的數字電視便應運而生，各種家庭多媒體中心的開發方案也伴隨著網絡時代的前進而產生。

對于已經廣泛存在的更多的非智能電視而言，要想實現更多豐富的功能，必須依賴于一種新的產品——數字機頂盒。隨著數字電視產業的發展，數字機頂盒已成為必要的電視輔助設備。

機頂盒根據接收的信號種類分為模擬機頂盒和數字機頂盒。數字機頂盒接收數字信號，數字機頂盒是一種多媒體終端，有類似于家用電腦的硬件體系結構和專用的實時操作系統及應用軟件。

● 風起云涌，數字機頂盒來勢洶洶

機頂盒（STB，Set-Top Box）起源于20世紀90年代初，當時在歐美是作為收取有線電視費用的重要手段，是用戶和運營商之間的一個密鑰盒，只有交費的用戶才能對電視信號解密，正常收看電視節目，這就是最初的電視機頂盒。

20世紀末，數字電視（DTV，Digital Television）和高清晰度電視（HDTV，High Definition Television）開播，以保證模擬電視機能夠收看數字節目和高清晰度電視節目，機頂盒的主要作用是對數字電視信號進行模擬轉換，在數字電視應用中依據傳輸網絡分為三類數字電視機頂盒：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和用于地面廣播電視網的數字電視機頂盒 STB-T，分別對應相應的數字電視標準DVB-C、DVB-S和DVB-T。

隨著流媒體技術和IPTV的發展，單向廣播式的電視廣播已經不能滿足人們日常生活的需求，電視點播也隨著人們日益增長的文化娛樂需求應運而生，雙向交互式的數字電視的發展也被提上了日程。視頻點播（VOD，Video on Demand）的出現，成為數字電視雙向交互式發展的一個核心應用，高度的雙向交互性是視頻點播區別于傳統電視的最明顯的特征；它是一種嶄新的雙向音視頻信息系統，可以根據用戶的需要實現實時點播音視頻節目?；贗P網絡的機頂盒也隨之有了極大的發展，IP機頂盒不僅可以提供與大多數有線或衛星數字電視機頂盒相同的功能，而且它還可以作為Internet網絡與電視機之間的接口，使寬帶網絡上豐富多彩的節目內容呈現在電視上，為廣大電視用戶帶來全新的數字生活感受。它除了對電視信號進行解碼并呈現其內容外，還具有視頻點播（VOD）、電子節目導航（EPG）、數字版權管理（DRM）以及各種交互式服務和多媒體服務。

雖然微軟早期的電視機頂盒和智能家電中心沒能推廣開來，但國內廣電部門的機頂盒卻鋪天蓋地而來，在全國很多城市，以數字機頂盒作為轉換設備的數字電視正強制性地取代傳統的有線電視。

在網絡時代，數字機頂盒中尤以網絡機頂盒最受歡迎。網絡機頂盒也稱網絡播放器或者智能電視盒，本質上是一臺沒有顯示屏的平板電腦，可以讓普通電視成為名副其實的智能電視。簡單來說網絡機頂盒就是通過網線或光纖連接Internet，然后從特定的提供商那里接收視頻信號再轉成電視能播放的音視頻信號，可以將用戶選擇的信息傳送到服務中心，在用戶收看視頻點播（VOD）節目時，能進行快進、快倒、暫停和記錄等操作。網絡機頂盒具備雙向通信能力，還能實現電視購物、遠程教學等。下文中的機頂盒不作特殊說明的情況下均指網絡機頂盒。

● 循規蹈矩，機頂盒的網絡協議

協議是通訊的基礎。要實現通訊過程，就必須遵循一定的網絡協議，機頂盒也不例外。

1.TCP/IP 協議和UDP協議

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/互聯網協議）是Internet最基本的協議（在RFC793中有詳細說明）。它是面向連接的、可靠的傳輸協議，一個TCP客戶與服務器建立一個可靠的連接，當TCP向另一端發送數據時，它要求對端返回一個確認，如果確認沒有收到，TCP將自動重傳數據，并等待更長的時間。在數次重傳失敗后，TCP才放棄并退出連接。TCP的連接是全雙工的（Full Duplex），在給定的連接進程上，既可以發送也可以接收數據。

UDP（User Database Protocol，用戶數據報協議）是一個簡單的傳輸層協議（RFC768中詳述）。它是面向無連接的，非可靠、非實時的傳輸協議，它本身不提供確認、序列號、RTT估算、超時及重傳等機制，當應用程序向一個UDP套接口寫入一個消息時，該消息被封裝成一個UDP數據報，該數據報又進而被封裝成一個IP數據報，然后才發送到目的IP，UDP不能保證UDP數據報最終能到達目的地，也不能保證各個數據報到達的先后順序，也沒有重傳機制，所以采用UDP協議進行數據傳輸時，如果遇到網絡不穩定的情況，經常會出現丟包現象，也有可能因為數據報的順序顛倒到達目的地。UDP協議的特點使得它比較適用網絡視頻的傳輸。

2.RTP/RTCP 傳輸協議

RTP（Realtime Transport Protocol，實時傳輸協議）用來提供端對端的網絡傳輸功能。在機頂盒的網絡應用中，主要是用來傳輸多媒體流。RTP協議在機頂盒系統的應用中被定義為服務器與機頂盒的端對端和多點傳輸網絡下工作，而且能夠為數據流提供時間信息，也可以實現數據流的音視頻同步等。RTP是建立在UDP協議之上的，RTP不能為順序傳送數據包提供可靠的傳輸機制，也不具備糾錯、擁塞控制和流量控制機制，所以必須在RTCP協作的基礎上才能提供這些服務。

RTCP（Realtime Transport Control Protocol，實時傳輸控制協議）能夠為RTP提供QoS保證，與RTP協作來實現流量監控和擁塞控制等功能，RTCP包中含有對發送的數據包數量、丟失數量等的監控資料，因此服務器可以根據這些信息來改變傳輸速率等一些手段，達到最小損失的目的。所以，只有RTP和RTCP的配合使用，才能夠使傳輸的效率最佳化，特別是對于音視頻等實時媒體數據的傳輸。

3.內容分發網絡（CDN）

CDN（Content Delivery Network，內容分發網絡）是建立在現有的IP網絡基礎之上的應用層網絡。CDN開始時主要用于Web訪問加速，只支持HTTP/FTP協議，隨后出現了流媒體業務，CDN開始支持MMS/RTSP等協議。CDN有時也被稱為MDN（Media Delivery Network），它是流媒體業務得以大規模開發應用的重要技術基礎。最初的Internet只是一種數據通信網，主要提供點對點的傳輸服務。如果由這種方式提供電視廣播服務，將會造成服務器和寬帶資源的大量浪費，也會使服務質量難以保證，因此MDN的出現，給媒體廣播提高了服務品質的同時也大大地降低了服務器和寬帶資源的損耗。

CDN的關鍵技術主要有內容路由技術、內容分發技術、內容存儲技術、內容管理技術、視頻壓縮技術、流媒體技術和存儲技術。

4.多屏互動協議

多屏互動是網絡機頂盒的新奇應用之一，需要機頂盒操作系統和相應協議的支持，主要有AirPlay協議、DLNA協議、Miracast協議等。它們需要在機頂盒和其他智能終端上同時安裝運行，后面會詳細談到。

● 霧里看花，網絡機頂盒群雄逐鹿

2012年3月19日，中國網絡電視臺（CNTV）旗下子公司──未來電視有限公司與北京易視騰科技有限公司在互聯網電視聯合品牌終端方面宣布展開戰略合作，共同發布了聯合品牌終端“中國互聯網電視——易視寶”。易視寶采用攝像頭樣式的獨特外觀設計，將智能電視播放與高清攝像功能完美結合，可以為用戶提供豐富的視頻內容及互聯網應用，如高清視頻播放、電視直播、錄播、視頻通訊等。內容上，匯集了 CNTV、騰訊、PPTV等豐富優質的高清正版影視劇，同步12家衛視頻道電視熱劇，多達400余檔優質電視欄目，精彩節目實時更新，可隨時搜索、時移、快進、暫停節目。比較有特色的是，該產品與騰訊電視QQ軟件獨家首發合作，實現了在電視上登錄QQ，進行視頻聊天，支持人臉識別登錄，更具趣味性，提供了通話記錄和視頻好友等系列功能，設計了符合電視終端特點的交互體驗，對遙控器操作全面支持，從而簡化了用戶在電視平臺對好友的瀏覽導航操作。

2012年6月，百視通發布了自行研發的首款高清3D智能云互聯網電視機頂盒——“小紅”。該產品外觀設計獨特、輕薄、可隨身攜帶，產品功耗低；基于安卓4.0的開放平臺設計，集納了上萬種精彩的應用、游戲；整合了5萬小時正版視頻，8000小時的高清節目，1200場NBA全賽事等海量正版優質在線內容；可與電視、平板電腦、手機實現對接和多屏共享，支持3D、高清，且擁有多碼率寬帶自適應傳輸技術，自動匹配網絡環境，提供無縫、流暢、穩定的視頻服務的功能。

2012年6月1日，PPTV和華數、CNTV旗下子公司未來電視分別簽訂合作協議后，宣布首批合作品牌的互聯網電視機頂盒產品正式開始在線發售。

2012年7月24日，樂視網發布了“樂視盒子”——TV3D云視頻智能機T1。樂視盒子有兩大亮點：一是內容優勢，二是交互體驗。首先，樂視網依靠自身國內最全影視庫的版權內容，取得分銷收入、廣告收入、高清視頻付費點播收入以及終端產品銷售收入。樂視網的影視庫，包括70000多集電視劇和4000多部電影，機頂盒里的視頻資源除來自樂視自身的影視庫及CNTV外，還與國內前十大視頻網站進行合作。其次，為了贏得消費者青睞，樂視的機頂盒在交互界面方面，開發了基于Android智能系統深度優化的操作系統LeTV UI。為便于用戶操作，他們既開發了針對普通用戶的簡潔遙控器，僅有9個鍵，又有針對游戲玩家的智能遙控器。T1采用了專為大屏幕體驗設計的樂視智能電視交互系統，用戶可通過手機遙控電視，還可通過語音輸入功能提高大屏幕文字信息輸入的方便性。此外，T1的三屏互動功能讓用戶可在PC、手機、PAD和TV等不同設備之間直接方便地做視頻切換，以滿足不同場景連續觀看的需求。

最近市場受關注度較高的是小米機頂盒。小米機頂盒作為小米手機的“配件”身份現世，并延續了其“配置主流、價格較低”的競爭策略，在內容集成和體驗設計上也與其他廠商的機頂盒不分伯仲。

● 勢不可當，網絡機頂盒優勢凸顯

在網絡普及和帶寬普遍升級的情況下，網絡機頂盒可以收看幾百個以上的實時電視直播頻道，完全可以與數字電視比美。而收視費用的大幅度降低也是非常吸引人的。

隨著網絡帶寬的提升以及4G牌照的下發，互聯網在線視頻業務得到了飛速發展。此類業務主要以顯示器為終端，提供豐富的電影、電視劇、教學視頻等資源，具有觀看便捷、內容龐大、更新及時的優勢。很多互聯網公司已經開始把直播流引入到播出體系，能夠給網絡視頻用戶提供真正的一站式服務，所以目前網絡節目源的環境已經基本形成。

現在的年輕人更多的開始通過移動互聯網獲取所需的視頻服務，而傳統的電視受眾也逐漸開始習慣交互式操作和自主點播。根據CNNIC的報告顯示，截至2012年6月底，中國網絡視頻用戶規模增至3.5億，在網民中的使用率達到65.1%。另外，智能手機用戶數也達到了2.9億戶，通過手機接入互聯網的網民數量超過臺式電腦，手機成為了我國網民的第一大上網終端，至此一個基于大網絡環境的收視氛圍已經形成，廣大的有線電視、互聯網的用戶、互聯網視頻觀眾以及智能手機用戶的群體，他們共同成為可實現智能手機操控的互聯網機頂盒的潛在用戶群體。

隨著終端市場的推動，電視機這些年在技術上從背投、LED到裸眼3D，不斷推陳出新，以保持在新媒體市場中相對弱小的優勢。而現在到了最好的時刻，互聯網電視機在各方面的火候已經達到，截至2013年7月，我國國內僅華數傳媒確認的集成互聯網電視終端已達2000萬臺。

● 多屏互動，機頂盒助力課堂教學

多屏互動所指的是，在不同的操作系統（IOS、Android、WIN 7、Windows XP、Vista等）以及不同的終端設備（智能手機、智能平板、電腦、TV）之間可以相互兼容跨越操作，通過無線網絡連接的方式，實現數字多媒體（高清視頻、音頻及圖片）內容的傳輸，可以同步不同屏幕的顯示內容，可以通過智能終端實現控制設備等一系列操作。

從軟件功能上說，多屏互動包含了兩個方面：一方面是通過多屏互動實現的多種操控模式，如手機、平板的觸控操作、體感操控；另一方面是多部設備間的數據共享，如手機、平板的資源推送。用戶通過多屏互動的功能，只需幾個簡單的步驟即可把移動設備的視頻、圖片等資源投射到電視機大屏幕上進行分享，也方便觀看。讓用戶省去了麻煩的拷貝過程，使得多種設備之間的資源共享變得更容易。因此，不管是更多操控方式的實現還是多部設備間的資源推送，網絡電視盒的多屏互動功能都將為家庭娛樂增添不少活力。

可以想象，除了娛樂，多屏互動對移動設備走入課堂提供了極大的方便?，F在不同操作系統、不同接口、不同檔次的手機、平板，真正要用到教學上，是有一定困難的。學校不太可能為每種設備都提供特有的接口來供教師使用移動設備，多屏互動能解決這個困難。將智能電視盒連上投影、電視等設備以后，我們只要在移動端安裝相應的多屏互動軟件，就可以簡單地通過WIFI連上輸出設備，不需要管理復雜的輸出接口。況且有些移動設備根本就沒有輸出接口，所以這種方式成為了多媒體的播放的唯一途徑。

多屏互動下比較流行的協議很多，最主要的有三個：

AirPlay協議。早在2007年，美國蘋果公司就推出了一款高清電視機頂盒產品Apple TV。用戶可以通過Apple TV在線收看電視節目，也可以通過AirPlay功能，將iPad、iPhone、iPod和電腦中的照片、視頻和音樂先傳輸到電視上，進而播放?，F在除了沒有進入中國市場的Apple TV，Android智能電視盒也有一些開始支持AirPlay，如小米盒子的米聯功能已經支持AirPlay協議，也就是說蘋果的設備也可以通過米聯連接到小米盒子。

DLNA協議。這是一個全平臺通用的協議，比AirPlay應用更廣，在Windows、iOS、Android等操作系統設備上都能使用?，F在的智能電視盒普遍都支持DLNA協議。小米盒子自帶米聯功能、開博爾C9、迪優美特A9等產品內置的eHomeMedia軟件都支持DLNA協議。在盒子端，只要啟動相應的軟件就可以了。在移動設備端，可先讓智能電視盒和移動設備都在同一個無線局域網內，然后在移動設備上安裝相應支持DLNA協議的播放器，就可以遠程播放多媒體文件了。相對移動設備來說，在Windows下推送比較麻煩，如筆記本電腦，要進行比較復雜的設置才能使用DLNA功能。

Miracast協議。這是一個比較新的協議，在2012年才由WIFI聯盟制定。它和DLNA協議大同小異，但有一個非常有用的功能，就是能將移動設備的畫面同步到輸出設備，這樣它不僅能播放多媒體信息，而且可以進行各種演示，對我們進行豐富多彩的教學更加有利。這無疑是非常有發展前景的協議。目前支持Miracast協議的智能電視盒還不太多，要Android4.2及以上才能支持。小米盒子在升級到新版以后就可以使用Miracast協議。

此外，Intel倡導的WIDI（Wireless Display，無線高清技術）協議，聯想、TCL、康佳、海信、長城聯合發起的“閃聯”協議標準，也都是時下正在使用的多屏互動協議。

數字機頂盒經過20余年的發展，在網絡時代又煥發出了青春。依托逐漸提高的網絡帶寬和互聯網上的海量資源，機頂盒擺脫了單純電視信號接收器的概念，內涵不斷擴展，功能不斷豐富，成為了聯接電腦、平板、智能手機等設備和電視的家庭娛樂中心。隨著網絡速度和網絡視頻清晰度（分辨率）的進一步提高及上網費用的逐漸降低，移動設備的不斷增多，智能電視機頂盒將會更加流行，成為架構家庭多媒體網絡的信息匯聚點，在多媒體教育領域也將發揮重要作用。