有线电视数字机顶盒与视频点播.doc

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(Data Pipe)，数据流(Data Stream)，多协议封装(Multiple Protocol Encapsulation)和数据/对象轮流传送(Data/Object Carousel)。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Open TV的EN2、Liberate的TV Navigator for DTV、Enreach的EnreachTV for DTV、Canel+的Mediahighway和Intellibyte的IB EPG、IB SI Manager、IB Browser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Advanced Television Enhancement Forum Specification for Interactive Television 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542MHz，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565MHz。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Euro MODEM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Euro DOCSIS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Windows NT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-2 PSI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-2 PSI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，Electronic Program Guide）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，Integrated Receiver Decoder）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（Digital Video Broadcasting）标准的业务信息（SI，Service Information）插入到承载节目信息的传送流（TS，Transport Stream）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范（GY/Z174-2001）中的网络信息表NIT、业务群关联表BAT、业务描述表SDT、事件信息表EIT等进行描述的EPG信息。 扩展EPG信息是指在基本EPG信息之外，通过数据轮播传递的EPG信息，这些信息的入口采用EPG映射表EMT进行描述，信息的内容被封装成具有多级目录结构的文件系统，称为扩展EPG内容信息（XECI）。 一个EPG系统至少应该包括基本EPG信息 2 。 本文也仅就基本EPG信息进行论述。 “数据广播业务信息规范”中NIT、BAT、SDT、EIT和EMT表都被分成一个或若干个段（section）来表示，然后插入到TS包中。段是一种用来把SI信息表和EPG信息表映射为TS包的语法结构，这些信息符合GB/T 17975.1定义的专用段语法结构。段可直接映射到TS包中。段可能起始于TS包有效负载的起始处，但这并不是必须的，因为TS包有效负载的第一个段的起始位置是由pointer_field字段指定的 3 。 3 MPEG-2 PSI节目专用信息与DVB-SI信息简介 在数字电视中，所有的音、视频信号和数据信息经过编码后，在进入传输系统前，必须按照MPEG-2标准打包，形成固定长度的TS包，包长为188字节或204字节。对于这些长度相同的包，如果没有引导信息，IRD是无法找到所需要的码流的。为此在MPEG-2标准中专门定义了节目专用信息（PSI，Program Specification Information），其作用在于自动设置和引导IRD进行解码 4 。 PSI信息由以下四种表组成： （1）节目关联表PAT; （2）节目映射表PMT; （3）网络信息表NIT; （4）条件访问表CAT。 在实际应用中，解码器IRD要对某一路特定码流进行解码时，首先要找到PAT表，根据PAT表找到所需的节目及该节目对应的PMT表的PID。PMT表中可能包含多个数字码流，每个码流都有一个唯一的PID与之对应。如果要解码的是视频码流，则在PMT表中找到video PID值，再从TS流中过滤出PID值与之匹配的TP包并送到视频解码器。 MEPG-2的PSI信息提供了相关节目组成和相互关系的信息，从而使得接收端IRD可以对多路传输流进行解析，但是这些信息在实际应用中仍显得不够，它不能提供节目的名称、节目的开始时间、持续时间及节目的附加信息等。为此在DVB中扩展定义了SI业务信息。PSI信息基本上都是与现行流（AS，Actual Stream）相关的，而SI信息则可以包括不在现行流中的一些业务和事件信息，从而允许用户进行更多的选择和了解更多的其它业务信息。 与PSI定义的四种表不同，SI中定义了9种表，其中构成基本EPG信息的最重要的表是网络信息表NIT、业务描述表SDT和事件信息表EIT。 SI 表传送的信息都是通过描述符（descriptor）的形式给出的。 每个描述符都以descriptor_tag（用于唯一标识descriptor的类型）和descriptor_length开始。不同的描述符用于描述不同SI表中承载的信息 6 。 4 系统介绍 本EPG系统是在STMicroelectronic公司所提供的机顶盒开发方案上实施的，其主控制芯片采用STi5518，内部集成有32位主CPU、专用DVB传输流解复用和解扰模块、MEPG-2音、视频解码单元、数字视频编码器及各种接口等。与之配套的软件开发平台选用的也是该公司开发的STLite/OS20嵌入式操作系统，支持多任务、存储器管理、进程调度、定时器管理等实时特性。该系统能实时接收用户通过遥控按键或前面板触发的交互信号，实现节目基本信息的浏览、节目列表的生成、节目之间的跳转以及节目预告信息的查询等。 5 系统设计及实现 5.1 EPG信息的存储结构 TS流里携带的EPG数据信息通过IRD接收以后都以树状链表的结构存储在PROG_INFO_STRUCT和TRANSPONDER_INFO_STRUCT这样两个结构中。 在本机顶盒有关节目操作的各项功能中，绝大部分都与节目数据库有关，比如自动节目搜索时，需要建立节目数据库，并为搜索到的节目在数据库中建立相应的数据单元，用于存储该节目的各种信息；在切换节目时，需要根据不同节目中音、视频数据的PID值从而选择不同的码流进行音、视频解码等。 节目数据库主要来自PSI表的内容。 在具体的软件实现过程中，节目数据库的建立主要通过ParsePAT（）、ParsePMT（）两个函数来实现。ParsePAT（）函数调用的结果是得到有线传输系统中不同的节目PID，而ParsePMT则获取各个节目中音、视频码流的PID值。 5.2 节目跳转的实现 系统响应用户在不同节目之间的切换时，需要将用户选定节目的音、视频码流从复用的多路节目码流中提取出来并分别送到音、视频解码器进行解码。它依赖于硬件可编程传输接口（PTI，Programmable Transport Interface）来实现。在系统生成的节目数据库结构中的stProgNo变量存储有转发器号TransponderId及节目的音、视频PID值。 5.3 事件信息的获取 事件信息表EIT按时间顺序提供每个业务中包含的事件的信息。（这里的事件相当于传统意义上的节目，而业务则指的是提供节目源的某个电视台，如业务“中央电视台-1”的事件“新闻联播”。）EIT包含两种不同类型的表，分别为EIT present/following（简称EIT p/f）和EIT Schedule（EIT-S）。EIT p/f给出了指定业务中当前和后一个事件的信息，而EIT-S则包含一周内或更长时间的节目预告信息。任何构成EIT的event information section均在PID为0x0012的TS包中传输，它给出了业务中事件的名称、事件开始时间、持续时间及其他一些信息。 以下以EIT p/f为例来讲述事件信息的获取方式： 在EIT p/f中，每个业务service都用两个section分别来描述当前（present）和后续（following）信息，其中的section number为0 的用来描述当前事件，而section number为1的section则用来描述后续事件。 在节目信息结构PROG_INFO_STRUCT中，定义了EVENT_INFO_BASIC类型的二维数组event_info_database2用来存放一个业务中的present和following事件的信息。这些信息包括事件的名称、事件的开始时间、事件的持续时间。 事件的日期和时间在TS流里是按照MJD（Modified Julian Date，修正的儒略日期）+ UTC（Universal Time Co-ordinate，通用时间坐标）的格式并以16进制的形式给出的。在MJD+UTC和local MJD+local time之间的转换可参照GY/Z174-2001来进行。如TS流里的数据为0xCE1F 0056 0001 0600，则转换以后得到的信息为：该事件的播出时间为2003年5月8日，星期四，开始时间为00：56：00，持续时间为01：06：00。 而事件的名称则通过解析描述符short_event_descriptor来实现。并将得到的信息存储在event_info_database结构中。 所有解析得到的信息最终都将存储在节目数据库中，提供给显示模块直接调用。6 结束语 真正完整意义上的EPG的功能是十分强大的，它不仅能提供节目表单和当前节目播放等基本功能，还可提供节目预定和家长分级控制等高级功能。本文从实用的角度给出了一个基本EPG系统的实现方案。另外我们也实现了EPG交互式应用中的SI增值业务如天气预报、新闻、股票数据等的接收，以菜单触发的形式提供给用户一个由文本和图形组成的反馈信息。（作者：王景存王瑞胡 北京科技大学信息工程学院武汉科技大学信息科学与工程学院）3、关于数字电视机顶盒的八个问题 在数字有线电视广播DVB-C平台中，数字电视机顶盒(Set Top Box，STB)是技术与营运问题最集中的关键，同时机顶盒也是系统资金投入量与风险最大的部分。本文将围绕数字电视机顶盒的8个核心问题展开讨论。数字高清晰度电视(Digital High Definition Television，HDTV)是电视的一场革命。其收视质量大幅度提高，大屏幕画面细腻逼真，并配以环绕音响，已接近目前视听娱乐业中顶级质量的电影。凡是观看过数字高清晰度电视演示的人们，都会深信HDTV是每一个家庭在数字信息时代所应该拥有的、真正的“家庭影院”。目前，国内数字电视的发展还处于起步阶段，数字卫星电视广播已采用DVB-S; 数字有线电视广播已采用DVB-C标准(行业标准); 数字地面电视广播标准制定工作正在进行，目前已有高清晰度电视总体组等单位提出的5套备选方案。由于今年将有14个省市的数字有线电视网络试验播出，数字有线电视将在国内率先投入商业营运。在数字有线电视广播DVB-C平台中，数字电视机顶盒(Set Top Box，STB)是技术与营运问题最集中的关键，同时机顶盒也是系统资金投入量与风险最大的部分。下面将围绕数字电视机顶盒的8个核心问题展开讨论。问题一: 数字电视机顶盒的市场潜力有多大？中国正形成一个宽带通讯产品的巨大消费市场，截至目前:中国已拥有超过3.4亿的电视机，居世界首位;中国已拥有超过9000万的有线电视用户，并且以每年600万的速度在增加;中国已拥有超过3000万的英特网用户、并且用户数目每年以200%以上的速度在增加，中国家庭的PC拥有量已超过200万，年增长率超过100%;鉴于中国目前VCD和DVD产业的巨大发展，可以预见，一旦市场启动，Cable Modem、宽带网络、数字电视都将获得高速发展。由于自身市场巨大，中国无意采用其它国家的标准(地面广播)，这样可以避免支付高昂的知识产权方面的费用，并且有助于国内公司争得尽可能多的市场份额。中国尽力制定自己的标准，这些标准包括地面HDTV、有条件接收、卫星传输，所有这些标准的实现都需要专用集成电路。由于缺少先进的信号处理技术和高素质的芯片设计人员，至今这些产品都依赖进口。由于国内数字电视及宽带产品市场的巨大发展以及本身芯片供应的不足，中国迫切需要能有国内公司推出符合自己标准的IC产品。问题二: 为什么国内的有线数字电视广播还没有大规模投入营运？国内的数字电视广播大规模投入营运必须具备以下条件:网络营运商完成网络基础设施和数字电视广播系统平台的构建。“内容为王” 必须有大量的专业数字频道，比如: VOD，交互式电视节目，数据广播，信息，交互式网络游戏，电子商务等等。专业数字频道的制作与播出很大程度上取决于国家的政策及节目供应商的行为。国内观众对专业数字频道感兴趣的程度。专业数字频道能否真正体现出数字电视较模拟电视的优势。国内观众所能够接受的收视费及机顶盒的价格(最终用户购买价格)。收视费的多少又取决于: 国家的政策、数字电视系统的成本(其中主要是机顶盒的成本)、专业数字频道的制作成本、其他营运相关成本等等。国家制定出一系列完备的与数字电视相关的技术标准与规范，例如: 中间件标准、机顶盒标准、条件接收标准、交互式电视节目规范、数据广播规范等等。现在，因为以上条件还不完全具备，所以国内的有线数字电视广播大规模投入营运大约还有两年时间。问题三: 如何定义三代数字电视机顶盒？数字电视系统的成功运营离不开机顶盒。机顶盒中需要集成 CA和中间件，即CA和中间件厂家不仅通过收取相关的软件费用，也会通过机顶盒的使用收取一定的费用。而且在整个系统运营中，机顶盒费用是最大的。根据机顶盒的体系结构软件及硬件配置，可以将机顶盒划分为三代(种):(1)第一代机顶盒: 配置电子节目指南EPG，简单的应用，无中间件，有或无条件接收系统，一般无回传信道。所有应用程序都是基于嵌入式实时操作系统编制。(2)第二代机顶盒: 配置电子节目指南EPG，交互式的应用，中间件，条件接收系统，有或无回传信道。应用程序都是基于中间件编制。(3)第三代机顶盒: 配置电子节目指南EPG，高级交互式的应用，全开放的 MHP中间件，条件接收系统，有或无回传信道。应用程序都是基于MHP中间件及JAVA语言编制。问题四：如何进行有线数字电视机顶盒的选型？在整个数字有线电视系统中，机顶盒作为用户端产品，数量多，投资大，因此占有重要地位。以下是在选择机顶盒时的一些考虑。特殊性说它特殊是因为虽然它在整个数字有线电视系统的投资中所占比例最大，但在中间件和 CA系统选定以后，机顶盒的选择变数并不大(基本上只有价格、可靠性和售后服务的比较)。也就是说，它的选择不像中间件和 CA的选择那样具有战略性意义，也不是一次性的。另外，机顶盒不同于像电视机这样的普通家电产品。电视机可以把平面直角、大屏幕或画中画作为卖点，而机顶盒的卖点是表现出来的服务。这就是为什么国外数字电视网络运营商通常是免费向用户提供机顶盒的原因。目前，国内的家电生产商还没有大举进入数字电视领域，这只是因为数字电视市场在中国还没有真正启动。圈内活跃的主要是一些国外产品供应商和国内的集成商。从美国和欧洲数字电视的营运经验看，机顶盒供应商的最后赢家将是国内的家电生产巨头们。项目进程与首批机顶盒的选择: CA 的集成时间大约为半年。这就意味着，首先要尽快确定中间件和CA，其次要选择有足够的技术实力的机顶盒提供商，以保证集成进度和产品质量。另外，由于项目启动所需的机顶盒数量并不多，所以价格不应成为选择这批机顶盒首先考虑的因素。价格随着项目的进行，机顶盒需求量的增加，价格将变得越来越敏感。我们也采取相应措施以获得最优的价格。机顶盒价格几乎是数字电视运营成功与失败的首要原因。 不论是进口还是国产，机顶盒的价格取决于硬件设置及先进设计。硬件设置受限于中间件的要求，硬件设置越低，价格越低；而先进设计取决于从设计到生产的时间，时间越长，设计越落后，所以价格越高。例如，从对硬件设置要求而言，OpenTV支持四个档次的方案: (1)基本交互，(2)HTML或网页浏览，(3)机顶盒硬盘，(4)MHP JAVA。四个档次在服务上反向兼容， 其中OpenTV的基本交互平台是所有交互电视中间件平台中对硬件要求较低的平台。更多的提供商引入更多的机顶盒提供商，以增强竞争。当然，如果提供商太多，反而得不到很好的批量价格，而且不利于我们对机顶盒的管理。因此，最终的机顶盒提供商的数目不应超过3家。厂家的技术实力机顶盒提供商雄厚的技术实力将决定能否保证项目的启动时间，能否在运营中和系统升级时提供有力的技术支持。特别是考虑到机顶盒的发展方向( PVR，HDD，MHP等)，厂商必须有足够的技术储备，不断地跟踪国际的技术动向，有力地配合我们进行技术升级。问题五: 为什么必须采用数字电视软件平台中间件？数字电视软件平台中间件(Middleware)尚无统一的定义和标准。美国“大联盟”ATSC系统提出数字电视应用软件环境DASE标准; 欧洲DVB系统提出多媒体家用平台MHP标准。美国SUN公司正在积极推广其Java平台进入电视、机顶盒、有线电视领域，并提出基于Java 2 Micro Edition(消费电子、嵌入式系统)的Java TV API标准。中国HDTV功能样机系统的研制成功，使我国成为继美国、欧洲等国之后世界上第四个拥有自制数字高清晰度电视地面广播传输完整系统的国家; 实现了数字电视系统关键技术上的重大突破。但是，目前软件平台还是采用国外产品，开发具有中国特色的、通用的接收机软件平台是中国数字电视开发的战略重点！我国数字电视业务的开展与国外相比，历史还很短，我国的有线电视网络运营商应该吸取国外的经验和教训，选择世界上真正先进的技术。作为数字交互业务的基础平台，中间件的选择至关重要。中间件指居于数字电视机顶盒内部实时操作系统与应用程序中间的软件部分，它以应用程序接口API的形式存在，整个API集合被存储在机顶盒的闪存Flash中。节目服务商将各种服务项目以应用程序的形式通过传输信道(例如宽带多媒体数据网，有线电视网络)发布(例如电子节目指南EPG)，用户打开电视机通过机顶盒浏览。用户的需求信息(例如视频点播VOD)通过上传信道(例如电话线Modem，或有线电视电缆)传输到视频服务器，并根据请求选择相应的服务项目以应用程序的形式通过传输信道下载到用户终端机顶盒的闪存Flash中。应用程序调用机顶盒Flash内的中间件所包含的API，执行应用程序，完成用户请求的功能。中间件的目的是使机顶盒基本的和通用的功能以应用程序接口API的形式提供给机顶盒生产厂家，以实现数字电视交互式功能的标准化，同时使服务项目(以应用程序的形式通过传输信道)下载到用户终端机顶盒的数据量减小到最低限度。中间件产品一般由非节目提供商和机顶盒厂家的第三方提供，对于使节目提供商制作节目和厂家生产机顶盒的进一步简化和标准化都是非常有利的。这正是知识经济时代市场更加细分的具体表现。问题六: 数字电视接收机中间件的发展状况如何？随着数字电视市场的不断发展，节目开发商正在寻求一种多功能、经济而且可靠的软件平台，建立新一代的交互电视服务，使数字电视交互应用也能像Java语言，可在各式各样不同种机器、不同种操作平台的网络环境中开发应用节目软件“一次编译，到处运行”。如: 电子节目导视，视频点播及高质量的广播服务。以SUN微系统公司Java TV API规范为基础，欧洲DVB组织首先提出家用多媒体数据平台MHP规范。MHP 成为世界上第一个数字电视接收机软件平台中间件规范。美国ATSC的T3/S17专家组正在进行向消费者递送数据广播与交互业务的DTV接收机内软件环境的标准化，称为DTV应用软件环境(DASE)。在ISBT99会议上，飞利浦公司着重介绍了DASE的要点及实现的DASE测试样版。高级电视增强论坛(ATVEF，1988年成立)已有约60家公司参加，以实施ATVEF的内容规范。创立ATVEF的公司中有一半以上与电视节目直接有关，包括NBC、PBS、华纳兄弟公司等，主要的传输公司包括有线电视研究所(CableLabs)、DirecTV与TCI，以及计算机厂商英特尔、微软与消费电子厂商索尼等。ATVEF的目标是在实现交互电视时有共同的规范，并能支持所有的电视环境(模拟或数字、有线、卫星或地面广播)，这一规范要尽量利用现有的内容格式，主要是因特网与万维网。2002年1月3日，美国CableLabs宣布完成有线数字电视的中间件标准: OCAP1.0(OpenCable Application Platform)。OCAP1.0很大程度上基于MHP标准，这为全球性交换应用和内容交互操作性的实现提供了基础。OCAP的特点是基于Java技术的驱动引擎(Execution Engine，EE)。OCAP是一个应用界面标准，包括所有应用程序接口API、内容和数据格式、应用层面的各种协议等，在其上开发的应用，可以在符合OpenCable的主机上运行。目前，世界上流行的数字电视软件平台主要有: OpenTV；Liberate；Microsoft TV；CANAL+ MediaHighway；NDS和DAVID。问题七: 电视网络在设计数字交互业务时应注意的问题？2001年5月24日，国家广播电影电视总局发布了有线数字电视广播信道编码与调制规范GY/T170-2001 equ ITU-TJ.83。今年，中国的有线数字电视广播开始启动。由于对国外中间件应用状况的不了解，我国的网络运营商在需用中间件的时候，往往缺乏有效数据来评价中间件的作用并做出选择。以下是笔者个人针对有线数字电视网络DVB-C系统集成的一些看法。对于数字付费电视项目，中国网络营运商的基本需求应该是:CA: 符合DVB标准、能够支持同密和多用户管理系统、支持机卡配对、支持多运营商、支持多种寻址方式;中间件: 能够下载升级、支持中文、有足够机顶盒支持、有足够的系统支持;应用软件: 应用程序价格低、能够下载升级。可以从三个方面来剖析和对比中间件主流产品OpenTV和Canal+: 先进性、可行性、开放性。图为中间件与条件接收系统示意图。问题八: 如何选择有条件接收系统？有条件接收系统(Conditional Access systems，CA)是数字电视项目中重要的组成部分，它完成了系统用户的认证、授权和节目加扰工作。它解决了两个问题，即如何从用户处收取费用和如何阻止用户收看那些未经授权的付费频道。条件接收系统是一个综合性的系统，它集成了多种先进的技术，所涉及的技术包括: 系统调度管理、网络技术数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、复用器技术、调制解调技术、机顶盒技术、智能卡技术等，同时也涉及到用户管理、节目管理、收费管理等数据应用技术。其中， CA系统的性能和安全性是整个系统尤为关键的问题。几家的 CA系统设计基本框架是一致的。外部接口也都符合DVB标准。除了 NDS是基于算法的安全，即通过更换算法来保证系统的安全性以外，其他几个系统都是基于密钥的安全，也就是依赖密钥的分级和分组来加强系统的安全性。另外几家也都采用了智能卡技术，它可容纳更先进的加密算法和功能更强的微处理器，这使得系统可更灵活地接受加密技术上的新算法和新成果。衡量一个有条件接收系统好坏的重要指标在于系统功能的完整性、性能、使用规模及安全稳定。 Canal+ Technologies的算法及密钥分配、生成、存储及更换等各步骤的解决方案较好地保障了系统的安全需要。另外， Canal+作为运营商，积累了大量的经验，这些对于快速解决系统在涉及运行中出现的问题非常重要。北京歌华有线电视网络拟采用Canal+的解决方案。Nagravision系统目前已有了超过1600万的用户; 它所使用的算法在时间和大规模系统上均被证明具有良好的安全性。它的智能卡支持对存储器的动态寻址，可防止黑客轻易找到密钥的存储位置。 Nagra整个系统的功能完备、灵活，可支持从少量用户到大量用户的扩展并平滑升级，而且整体性能优良，因此是相当不错的系统。Nagra拥有包含Philips、Nokia在内的近30家机顶盒供应商，国内也有中科院声学所(DSP)支持。上海有线网络已采用Nagra的CA。NDS系统采用的安全技术比较特别，它为每个运营商提供不同的算法，以保证即使某一个运营商算法被攻破，也不会影响其他系统。另外，它用于解扰节目的控制字并不随 ECM系统下传，而是通过卡内的算法在用户端同步生成控制字用于解扰节目，而且每一个传输的数据包都经过了数字签名，确保任何比特不会被修改。NDS CA系统目前拥有的用户数量是最大的。中国中央电视台，网络中心，四川省网络的NDS CA及NDS 中间件系统已投入实际营运。由于全国各地有线网络采用不同的CA系统，节目的交换、机顶盒的兼容性将成为问题。当然可以用CA同密技术解决，但是机顶盒的成本，前端设备及营运费用都将提高。另外，也可通过国家、省、市多级加密来解决，当然这需要国家制定相应的政策法规。有一个原则是: 一个用户家里只能有一个机顶盒。CA系统代表一个国家的主权，研究开发具有自主知识产权的的国产CA系统已经成为业内共识。目前，国内已经有6家公司推出了自己的CA系统，这是一个良好的开端。结论客观地说，不可能有解不开的智能卡，系统安全还依赖于系统结构和保密完整性、系统密钥管理以及系统前端保密，盗版是否成本低且技术简单，应对措施是否及时有效。所以在功能和性能满足的情况下，我们还是应该选择相对运营时间长和经验丰富的 CA提供商，使得选用的技术产品能得到长期的技术支持和良好的服务保证。网络选择的中间件的技术方案，应该既考虑电视的需求和商业模式，又要把新的数字电视的基础设施和全国的网络体系天衣无缝地融为一体，即三网融合，要用这种天衣无缝的融合来使交互式服务提供商能够在现存网络中建设数字电视所需的前后端体系结构，从而为广大的电视观众提供一套完整的服务体系，使电视网络真正成为城市数字化信息化建设的重要组成，使“数字中国”的梦想得以真正实现。需要强调指出的是，目前，所有中间件供应商都不能提供基于MHP的中间件产品。中间件厂家出于对自身既得利益的考虑，不愿意开发基于开放的MHP的中间件产品。另外，支持MHP的机顶盒的成本大大高于普通机顶盒。机顶盒的选型应该以第二代机顶盒为主，并且充分考虑向第三代机顶盒平滑过渡。最近有一个好消息，OCAP1.0和DVB-MHP 1.01(9)均已提交国际电信联盟，作为制定机顶盒中间件标准的提案。希望欧美能共同制定一个统一的中间件标准。中国广电总局已经选用DVB-C 系统标准，但是MHP是否会成为中国的中间件规范还未知。我个人认为，有一点是可以肯定的: 基于Java的开放理念一定是未来数字电视软件平台中间件的发展方向！据悉，国内已有数家公司正在组织研究开发基于MHP的中间件产品。我们期待国产的中间件标准及自主开发的中间件产品早日面世，国内的有线数字电视广播大规模地投入营运，让国人企盼已久的真正意义上的交互式数字电视终将进入千家万户！4、构建数字有线机顶盒软件应用通用平台1 前言 中国数字电视产业进程的加快，无疑会催生无数巨大的商机。数字有线机顶盒作为数字电视产业链中重要的一环，其研发和应用也成了我们关注的焦点。 通过分析中国的数字有线机顶盒市场状况和数字有线机顶盒的组成结构，我们发现在一个机顶盒产品的开发过程当中，软件的工作量占用了绝大部分的时间和成本。原因如下： （1）中国的市场环境复杂，市场细分成为很多个区域，每个区域的运营商都有自己的特殊要求：比如需求的产品等级不同，采用的CA不同，提供的增值服务不同等。 （2）提供数字有线机顶盒核心芯片的芯片厂商多：比如ST，LSI，富士通，PHILIPS等。 （3）芯片的系列多：比如ST目前提供的就有标清机顶盒芯片系列STi5518，STi5516以及高清机顶盒芯片系列ST7020等。 （4）CA提供商多：比如Irdeto，中视联，NDS，Nagravision，清华同方等。 （5）中间件提供商多：比如OpenTV，Media Highway，Alticast，中视联等。 在以上这些情况当中，绝大部分的工作量都集中在软件的修改之上。 虽然每个机顶盒芯片厂商都会提供一套完整的API和demo软件给机顶盒开发厂商，但是这些软件各不相同，导致机顶盒开发厂商在开发不同芯片的机顶盒软件时不得不分成多个项目组，而且各个项目组的软件应用开发成果大部分都不能互相继承，造成很大的人力和时间的浪费。那么，有没有办法能够缩短软件开发时间呢？ 我们可以参考一下PC机的软件开发。PC机的主机和外部设备比机顶盒的硬件多得多也复杂得多，但PC机上面的应用软件却具有广泛的通用性以及设备无关性。这得益于PC机基础软件（如操作系统）良好的分层和架构设计。进而言之，只要我们能构建一个具有良好分层和架构设计的机顶盒基础软件平台，那么在这个基础软件之上的应用开发就能够实现硬件无关性，从而具有广泛的适用性，同时也能够大大减少软件开发和维护的工作量。2 数字有线机顶盒的硬件结构 无论是哪家芯片厂商提供的机顶盒方案，硬件总体上具有大致相同的架构，如图1所示。 一般而言，机顶盒硬件的各个模块的驱动程序由芯片厂商提供的API实现。然而，如果在基础软件内部直接调用这些API函数的话，会造成一些比较严重的问题。例如基础软件的移植性会很差，而且一旦API函数有变化，基础软件的维护也是很繁琐的问题。 为了避免这些问题，一种方法是对API函数进行简单的封包，但是这种方法还是有许多不便之处。另一种方法就是重新设计一个合理的软件架构，将硬件的驱动程序纳入全局的管理范畴。3 软件应用通用平台的架构规划 经过一段时间的探索，我们做了一个初步的架构规划，如图2。3.1 嵌入式操作系统的封装 不同的机顶盒芯片方案上运行的是不同的嵌入式多线程操作系统，如os20,VxWorks,pSOS等等，而这些操作系统所提供的系统函数接口都是不相同的。对这些操作系统的系统函数接口可以按照POSIX的标准进行封装，包括：（1）线程操作接口。（2）信号量操作接口。（3）互斥量操作接口。（4）消息操作接口。3.2 文件系统与设备驱动 在Linux中对于各种设备都是由文件系统来管理，设备驱动可以通过模块加载的方法来实现。这样在应用软件层编写的软件就可以不用了解具体的设备信息，从而实现设备无关性。 同样，在机顶盒的软件中，我们也可以建立一个文件系统。文件系统向下定义一系列的标准接口给底层的设备驱动，这一系列标准接口就类似于计算机主板上的PCI插槽，具体的设备驱动程序就通过这个标准插槽和文件系统相挂接。如果更换机顶盒芯片类型或者更改了驱动程序，只要重新将文件系统中的标准接口挂接新的驱动程序就可以了。同时，文件系统也向上层应用软件提供一组标准接口，上层应用软件只能通过这组接口来控制底层的设备。这样，就实现了上层软件和设备的无关性。例如，上层软件控制机顶盒中的Video和Audio设备时软件代码呈现以下的形式：video_fd = open(VIDEO_DEV, )；audio_fd = open(AUDIO_DEV, )；write(video_fd, )；write(audio_fd, )；ioctl(