1、,下一代广播电视网（NGB）技术与工程实践,温怀疆,浙江传媒学院,第8 章 用户终端,8.1机顶盒,8.1.1DVB机顶盒1）机顶盒发展史凡是能进行数字电视信号处理接收、能够用来收看电视的终端都应该涵盖在数字电视终端的范围内机顶盒、数字电视机、IPTV 机顶盒、网络电视播放器、平板电脑甚至PC和手机，都可以称之为数字电视终端。（1）作为信号转换装置的机顶盒（2）集成机顶盒（3）互联网智能电视机顶盒,2）机顶盒工作原理有线数字电视机顶盒由高频头、信道解调器、信源解复用器、视频解码器、音频D/A、音频解码器、嵌入式CPU系统和外围接口、条件接收模块等组成，具有交互功能的机顶盒则需回传通道，如图8-
2、1所示。其工作过程如下：,图8-1 数字电视机顶盒结构,（1）机顶盒的高频头接收来自广电有线网络的射频信号，然后通过QAM解调器来完成信道的解码，送出包含多路视频、音频信号和其他数据信息的传送流给CPU的解复用器；（2）CPU内的解复用器则用来区分不同的数字电视节目，提取相应的视频、音频和数据流，送入MPEG-2/H.264解码器和对应的解析软件完成解码操作；（3）对于付费电视，条件接收模块对加扰的视频、音频实施解扰，解扰后的清流进入MPEG-2解码器完成解码操作；（4）MPEG-2/H.264解码器完成视频、音频信号的解码后，经过视频编码器和音频D/A转换，还原出模拟的视频、音频信号，在常规
3、彩色电视机上显示高质量的图像，并提供多声道立体声节目供用户收看。,前面板主要部件说明： 1.STANDBY：待机 7.VOL+：音量加 2.MENU：主菜单 8.POWER：显示待机状态，待机时灯亮 3. OK：确定 9.数码管：显示当前频道数 4.CH+：频道加 10.接收窗：遥控器接收器 5.CH：频道减 11. IC卡插槽：用于插入IC卡（隐藏） 6.VOL：音量减 12. LOCK：信号锁定，若锁定，信号灯亮 图8-2 数字机顶盒前面板图,后面板接口功能说明：1.视频：视频输出口 6.S端子：亮色分离信号输出2.右声道：音频输出口 7.左声道：音频输出口3.网口：连接互联网，用于自动升
4、级 8.RS-232：串行通信口（用于调试和监控，用户无需使用）4.射频输入：电视信号输入接口 9.SPDIF：数字音频输出5.直通输出：电视信号输出接口 10.电源：开关 图8-1-3 数字机顶盒前面板图,机顶盒的基本功能是接收数字电视节目和广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，如：（1）EPG：电子节目指南；（2）DB：数据广播；（3）Stock：股票信息；（4）NVOD：准视频点播；（5）CA：条件接收；（6）VOD：视频点播，双向机顶盒的功能。,3）机顶盒的分类（1）根据传输媒介的不同，数字电视机顶盒分为：数字卫星机顶盒（DVB-S）；地面数字电视机顶盒（DVB-T）；有线
5、电视数字机顶盒（DVB- C）。 （2）根据图像清晰度的不同，机顶盒分为：标清机顶盒；高清机顶盒。 （3）根据是否双向互动，机顶盒又可分为：单向机顶盒；双向互动机顶盒。（4）按机顶盒的技术性能可分为：基本型，具有能满足免费数字电视业务和付费电视业务的基本功能；增强型，在基本型功能的基础上，具有能满足按次付费业务、数据广播业务、广播式视频点播和本地交互业务的功能；高级型，在增强型功能的基础上，具有视频点播业务、上网浏览业务、电子邮件收发业务、互动游戏及IP电话业务的功能，支持Internet接入、存储硬盘等。,4）机顶盒的硬件结构（1）主板上的主要器件及作用CPU：FLASH：非易失存储器，主要
6、存储软件程序、保存节目信息等；SDRAM/DDR：随机存储器，主要运行机顶盒的程序等；EEPROM：电可擦写可编程存储器，读写速度比较快，用于存储经常读写的节目相关信息或系统参数等；TUNER：高频头DEMODULATER：信道解码，给CPU提供解调后TS流。（2）电源板/适配器：（3）前面板：功能按键、电源指示灯、信号锁定指示灯等。（4）后端子板：输出的接口，射频信号输入、射频信号环出、IR连接线接口、视音频输出接口、电源适配器接口。（5）智能卡板：智能卡的读卡器。,5）机顶盒的软件架构（1）操作系统模块OS：（2）外设硬件驱动模块Driver：（3）内设驱动模块Driver：（4）应用模块
7、APP数据库模块：GUI图形用户接口模块：CA模块：DB数据广播模块：STOCK股票模块：,图8-4 机顶盒的软件架构,6）用户终端技术质量指标（1）应遵从国家广播电影电视总局关于数字广播电视机顶盒的各项技术规范和管理规定，并具有国家广播电影电视总局颁发的入网认定证书。（2）应遵循国家、行业标准。应采用开放式结构，确保同类产品的相互兼容。（3）应符合在正常工作条件下，MTBF大于50000小时。用户终端软件升级的成功率必须达到或超过99.5。（4）插入损耗2 dB（5）反射损耗：VHF频段10dB，UHF频段7dB（6）必须接有耐高压（2000V）设备隔离，以保证人身和系统设备安全。（7）用户
8、终端应接负载使系统得以封闭。,8.1.2 OTT终端OTT TV是指基于开放互联网 的视频服务，终端可以是电视机、电脑、机顶盒、PAD、智能手机等等。1）OTT盒子OTT 盒子是机顶盒的演进。最初，机顶盒的引进是为了弥补电视调谐器能力的不足，需机顶盒接收电缆信号，然后把信号频率移到广播所不占用的频带上，这便是最早的机顶盒。随后又出现了数字电视机顶盒，可以将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，通过电视显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节目。目前主流的机顶盒大概分为 3 种：一种是电信运营商发布的IPTV 机顶盒，另一种是广电系统的机顶盒，第三种是目前所有厂家都志在必得的 OTT 盒子。,2
9、）基于云计算的机顶盒的技术框架图8-6是基于云计算的机顶盒的技术框架，涉及多个层次设计。从底层到高层依次包括硬件存储层，存储簇层，存储服务管理层，视频服务管理层，第三方服务接入管理层，综合管理层，机顶盒服务智能接入层，机顶盒管理层。,图8-6 基于云计算的机顶盒的技术框架,（1）硬件存储层：由多个分布式服务器组成。（2）存储簇层：实现视频的录播功能，将一组计算机和存储服务器连接在一起，对外工作从而起到高性能计算的功能，实现动态负载均衡。（3）存储服务管理层：是视频服务管理层，第三方服务接入管理层与上诉两个层次的连接层。（4）综合管理层：包括视频服务管理层和第三方服务介入管理层。（5）机顶盒服务
10、智能接入层：根据网络信号的稳定性自动搜索引擎综合管理层的服务器地址，并根据预定协议与综合管理层进行交互。（6）机顶盒管理层：基于 Andorid 系统实现机顶盒程序。,3）基于云计算的机顶盒技术实施基于云计算的机顶盒的新兴商业模式如图8-7所示。,图8-7 基于云计算的机顶盒的商业模式,8.1.3DVB+OTT融合终端DVB+OTT主要是商业模式层面的创新，终端的实现仅仅是其中很小的技术环节。DVB+OTT融合终端主要特点：（1）需要有一个开放的操作平台（2）需要一个安全的平台（3）需要灵活和简便的操控环节（4）智能终端对处理器性能的要求提高,8.1.4中间件技术1）中间件概述几个特点： （1
11、）移植性： （2）互操作性： （3）采用通用的 API：（4）交互性：（5）可塑性和可组合性：,图8-8 数字电视中间件在机顶盒中的位置,2）中间件系统数字机顶盒中间件系统是一种层次型架构，由多个系统模块组成，如图8-9所示。（1）机顶盒驱动层。（2）核心系统模块。（3）图像、多媒体模块。（4）SI引擎。（5）Java虚拟机。（6）网页浏览器。（7）Java应用程序标准接口。（9）交互式应用程序。,图8-9 MHP 中间件的组件,3）中间件标准（1） MHP（Multimedia Home Platform，多媒体家庭平台）是 DVB 组织制定的一种数字电视中间件标准。（2）OCAP（Open
12、Cable Application Platform，开放有线电视应用平台）是由美国 CableLabs 开发的数字电视中间件标准。（3）DASE（Digital TV Applications Software Environment，数字电视应用软件环境） ATSC 组织制定的中间件标准（4）ACAPAdvanced Common Application Platform，高级通用应用平台）由 ATSC 制定，该标准主要用于在北美的电视系统上实现通用的应用，支持包括有线、卫星和地面传输方式。（5）STD-B24是日本 ARIB 组织制定的中间件标准，基于BML（Broadcast Mark
13、up Language） 标记语言和 DSMCCData Carousel（数据轮播），并扩展了 JavaScript 以便更好地编写交互式应用。（6）MHEG-5是 英 国 MHEG （Multimedia and HypermediaExpert Group） 即多媒体超媒体标准专家组制定的中间件标准,4）中间件产品 （1）NDS 中间件：是一套应用于机顶盒、可升级的交互数字电视中间件解决方案。 （2）OpenTV 中间件：OpenTV 早在 1995 年就开始从事数字电视中间件技术的研究。 （3）Liberate 中间件：Liberate 的中间件解决方案是服务器端基于 Oracle 数
14、据库，客户端基于开放的 HTML 和 Java，主要是支持网上浏览功能。 （4）Microsoft 中间件：软件业巨头 Microsoft 制订了一系列发展数字电视中间件系统及前端播发系统的计划。（5）Alticast 中间件;Alticast 是韩国的数字电视中间件系统。 （6）中视联 upSYS 中间件：京中视联 upSYS 是一种开放、嵌入式的机顶盒中间件系统，它既易于移植，又具有良好的可升级性与扩展性，支持用 Java/HTML 语言编写的交互式应用软件。（7）媒体烽火台中间件 ：媒体烽火台中间件由英凯软件系统有限公司和上海高清联合开发。该中间件系统包括一个 Java 虚拟机和一个网络
15、浏览器，能够支持Java编程和上网。,5）数字机顶盒中间件的选择（1）中间件系统应具有一个层次化、模块化的架构，使得它能够更好地扩展, 更方便地增加新的功能；同时朝MHP 标准靠拢，以满足数字多媒体的要求, 能够将未来家庭娱乐设施联系在一起，起着联结纽带的作用，成为家庭多媒体娱乐中心。（2）中间件系统必须提供一个高级应用编程接口(API)，使得各种应用的开发变得十分便利。在现代计算机编程技术中, Java 是面向对象的编程语言, 因其具有开发一次，到处运行的超越平台限制的特性，是数字电视应用开发的理想工具。当然, 系统中必须有一个 Java 虚拟机，并采用 J2ME。（3）HTML 语言在互联
16、网上大量应用，能支持HTMLPXML语言和提供网页浏览是数字机顶盒中间件不可或缺的功能。另外HTML 应用应与 Java 程序之间进行平滑过渡，同时应能够与目前互联网页数据之间兼容。（4）中间件应支持一个标准的应用程序和数据下载协议，使得网络运营商能够将其应用和数据播放到不同的硬件平台上。建议将 DSMCC Data Carousel 作为下载标准协议，并根据需要加上流和流事件的传输与利用，构成一个完整有效的数据下载协议。（5）在图形显示及字体、字符的处理方面, 要求其功能强大、图形界面通用且丰富，能够高效地处理中文字体、字符集。,5）数字机顶盒中间件的选择（1） 中间件系统应具有一个层次化、
17、模块化的架构，使得它能够更好地扩展, 更方便地增加新的功能（2） 中间件系统必须提供一个高级应用编程接口(API)，使得各种应用的开发变得十分便利。（3） HTML语言在互联网上大量应用，能支持HTMLPXML语言和提供网页浏览是数字机顶盒中间件不可或缺的功能。（4）中间件应支持一个标准的应用程序和数据下载协议，使得网络运营商能够将其应用和数据播放到不同的硬件平台上。（5）在图形显示及字体、字符的处理方面，要求其功能强大、图形界面通用且丰富，能够高效地处理中文字体、字符集。,8.2.1 Cable Modem工作原理,8.2 Cable Modem,图8-10 利用CM 组建宽带数据网,CM是
18、一个双向接收发送设备。下行方向，数字信号调制在88860MHz内某一个8MHz带宽的一个载波上频率上，调制方式多 采用QPSK或64QAM。上行信道设置在565MHz（欧标，美标542MHz）频段上，该频段的噪声干扰比较大，例如无线干扰，家用电器的脉删除空格冲噪声干扰和各种工业干扰，同轴电缆的失配和屏蔽不良也会侵入噪声，因此大多采用抗干 扰能力较强的QPSK或OFDM调制方式。对于某些不对称CM，上行信道带宽不超过2MHz，可采用频分法，不同的CM采用不同的载波向前端传输上行信号，上行频率范围仍在565MHz范围内。,8.2.2 Cable Modem的分类（1）从数据传输方向上有单向和双向C
19、able Modem之分。（2）从传输方式上可分为双向对称式传输和非对称式传输。（3）从网络通信角度上有同步（共享）和异步（交换）两种方式。（4）从接入角度来看，可分为个人Cable Modem和多用户宽带Cable Modem。 （5）从接口角度分，可分为外置式、内置式和交互式机顶盒。,8.2.3 Cable Modem的安装1） 安装分支器2）连接Cable Modem3）Cable Modem的驱动程序安装,图8-11 Cable Modem 的连接,8.3家庭网关,8.3.1家庭网关概述家庭网关是实现家庭网络内部各设备与外部设备相互通信的设备，是家庭网络中最核心的构成部分。由于家庭网关
20、跨接各种不同的行业，其具体应用也各有差异，目前不同公司或组织对家庭网关有着很多不同的定义和理解。通常家庭网关的一般定义为：一种简单的、智能的、标准的、灵活的整个家庭网络接口单元，可以从不同的外部网络接收通信信号，通过家庭网络传递信号给各个设备。图8-12是家庭网关的应用场景。,图8-12 家庭网关的应用场景,8.3.2家庭网关设备演进路线(1)起步期，支持家庭数据+家庭娱乐(主要包括VoD、IPTV、网络游戏、家庭影音娱乐等)+家庭控制（主要包括家庭内部家电网络控制、家电网络远程控制管理）等类业务(2)发展期，支持家庭数据+家庭娱乐+家庭控制+家庭安防（主要包括烟雾、煤气泄露、防盗报警等）+三
21、表抄送（指水、电、煤三表数据自动读取）等类业务(3)成熟期，支持家庭数据+家庭娱乐+家庭控制+家庭安防+三表抄送+家庭医疗+远程教育等类业务,8.3.3家庭网关的功能1) 接入功能该功能主要实现家庭网络与电信网络的连接。是家庭网关最基本的功能。2) 管理功能管理功能也称核心功能，包括地址功能、服务质量( QoS) 功能、安全功能、远程管理功能、本地管理功能和设备自动发现功能。3) 业务功能业务功能主要是完成部分公共网络推进到家庭中的业务功能。家庭网络中可能存在着娱乐、通信和控制等几种类型的业务。4) 传送功能家庭网关的传送功能主要实现家庭网络内部设备与电信网络之间的 IP 包的传送。,8.3.
22、4家庭网关承载的业务对于有线广播电视网络来说家庭网关应优先考虑支持音、视频广播、接入控制以及家庭控制的业务，图8-13展示的就是家庭网关业务承载情况。1）数字电视家庭网关上存在34个高频头，每个高频头锁定一个频点。2）接入控制接入控制包括两部分功能，一是IPTV的接入控制，用来支撑VoD和互动电视等类业务，二是宽带上网。3）家庭控制家庭控制是指家庭用户可以远程查看家庭内部信息家电的状态，并控制它们执行特定指令。,图8-13 家庭网关业务承载,8.3.5家庭网关的硬件结构内部数字接口IDI接入网关模块AGM前端网络模块PNM附加的服务模块SM,图8-14 家庭网关硬件结构模型,8.3.6家庭网关
23、的软件结构1）硬件驱动层：位于软件结构的最底层，通过嵌入式操作系统进行软件硬件的管理。 如：驱动通信模块、串口、以太网等。2）OS层：一般是一个小型操作系统，主要完成进程控制、文件系统管理、中断和中断处理、网络协议栈、各种系统调用等。3）应用程序层：位于软件结构的最上层，通过嵌入式操作系统的调用实现任何需要的应用服务。如：串口通讯、基于以太网的家庭信息远程查询和远程控制等。,8.3.7 FTTH+WOC家庭网关FTTH+WOC(Wireless Over Coax）家庭网关将xPON输出的以太网信号与1550nm光信号携带的CATV信号同时输入专用家庭网关，其中CATV信号保持原来频谱特性不变
24、，太网信号以太网信号经调制后通过符合802.11b/g/n标准的2.4GHz信号进行双向收发，实现对家庭内的无线设备的联网覆盖，如图8-15所示。,图8-15 FTTH+WOC 家庭网关系统示意图,8.4智能电视,智能电视是从网络电视终端基础上发展而来的，是指像智能手机一样，具有全开放式平台，搭载了操作系统，可以由用户自行安装和卸载软件、游戏等第三方服务商提供的程序，通过此类程序来不断对彩电的功能进行扩充，并可以通过网线、无线网络来实现上网冲浪的这样一类彩电的总称。从终端形态上分，智能电视终端分为“智能电视机”和“智能机顶盒 + 普通电视机”两种形态。8.4.1智能电视的系统结构1）智能电视的
25、软件结构如图8-16所示，图框中斜体字的内容是指用户可以自由安装卸载的软件，这些软件不需要电视机厂家定制开发。这个框图中的功能模块是业内普遍认为的智能电视需要配备的基本功能，实际的智能电视软件比这个框图罗列的功能要强大得多。,图8-16 智能电视的软件结构图,2）智能电视的硬件结构如图8-17所示，智能电视之所以“智能”，主要是因为主 CPU的高性能，使它能够像 PC 机那样加载和卸载应用程序。,图8-17 智能电视的硬件结构图,8.4.2智能电视的安全隐患智能电视的第一个问题是如何保证从互联网上获取的信息是安全的。其次是加密系统的安全问题。8.4.3智能电视的发展方向智能电视发展到超高清电视
26、，不仅在收视体验效果上进入佳境，而且能够实现更多功能，成为后 PC 时代的竞争的制高点，智能电视作为家庭娱乐中心的地位将无可替代。,8.5云终端简介,8.5.1全业务数字电视云终端全业务数字电视云终端集成EOC Slave，采用纯IP方式接入，实现数字电视和点播等业务承载；集成云终端软件，承载云媒体、云服务等业务；终端集成HTML5，可以实现信息电视的加载。8.5.2窄带高清数字电视云终端窄带高清数字电视云终端以单向高清数字电视机顶盒为基础，集成窄带EOC模块；集成云终端软件，承载云媒体、云服务等业务。,8.5.3基础数字电视云终端数字电视云终端基于低端单向高清机顶盒，配套外交互遥控器完成交互
27、功能的数字电视交互云终端。可实现点播、时移，以及开机广告、直播广告、云游戏等多种增值业务。具有基本的MP2/H.264高标清数字电视直播业务；统一机顶盒本地EPG/UI；实现开机广告/直播广告；可实现统一部署的云业务（高标清点播、标清时移、其他云服务）；可实现广播视频会议；视频轮播以及马赛克节目导航功能；具有统一CA并可以进行统一Loader升级。,8.5.4云电脑一体机云电脑一体机包括主机和显示器，具备宽带接入和数字电视功能，通过触控实现对云电脑的控制，通过Docsis实现宽带的接入，通过Tuner实现数字电视接入、IPQAM点播和云游戏的接入。可以实现宽带上网，及家庭宽带网关功能；支持终端认证、计费、业务变更等；可接入云宽带平台，实现网上冲浪、P2P视频播放、本地游戏；支持接入媒体业务（高标清点播、标清时移、nPVR及云盘共享）；可实现云游戏业务(同时支持本地游戏运行)；可实现云宽带各项定制业务(云盘、UGC、AppStore、照片管理等)；支持消息盒功能(集成消息盒SDK)；可以实现云电脑软件自动检查和升级功能；支持数字电视接入；支持云CA。,8.5.5云伴侣在宽带PC上借助云伴侣可实现宽带高速接入和高速下载，具备IPQAM点播、数字电视接入、云游戏接入。8.5.6移动智能终端软件在家庭环境下，通过在移动智能终端上安装客户端软件，能便捷的使用广电运营商提供的全方位业务。,
