广州交互式机顶盒配置与实现方案研究

摘 要:随着我国数字电视用户的高速发展,单一的数字电视接受方式已经不能满足广大用户日新月异的娱乐、咨询、互联互通等多元化的需求,交互式数字电视必将成为广电行业下一个业务增长点。本文根据广州有线电视在交互式机顶盒方面的发展情况,对其软、硬件基本配置和基于双向HFC网络实现信号指令交互式传输做简单的探讨和研究。

关键词:交互式机顶盒 双向HFC网络 Cable Modem

中图分类号:TN949.291文献标识码:A文章编号:1007-9416(2011)01-0012-02

前言

目前,中国的有线数字电视用户增长迅猛,据业内权威研究公司格兰研究统计:截至2010年7月底,我国有线数字电视用户达到7719万户,有线数字化程度达到44.38%,作为广电行业发展的前沿阵地,广州有线电视数字用户在经历了07年全面整体转换后,达到了近200万户、600多万个终端的使用规模,高速发展的数字电视用户为广电行业带来机遇的同时,也带来了压力。直接简单的单向传输形式的数字电视已经不能满足用户日益增长的娱乐、咨询、商务等方面的要求,因此,研究和设计交互式数字电视机顶盒成为业内的热点。广州有线在交互式机顶盒的发展方面,走在全国的前列,对交互式机顶盒的软、硬件配置和实现方案,是本文主要探讨和研究的方向,并对今后的市场前景和发展做出初步的分析和建议。

1、交互式数字机顶盒的基本配置

1.1 硬件配置

机顶盒的硬件结构随功能和工作方式的不同有着很大的区别,但其基本的组成一般是高性能的处理器内核、存储器、通讯接口、数据解码器、视频音频图像处理器、电视编码及接口、外围IPO接口等。整个硬件系统分为若干个子系统:MPEG解码、音频视频和图形处理、电缆调制解调器、高性能嵌入式微处理器、存储器以及外围接口电路。下面分别介绍系统中各部分的组成、功能。

(1)数字电视广播接收前端。包括调谐器和QAM解调器,该部分可以实现从射频信号中解调出MPEG传输流。调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号,然后进行APD转换为数字信号,再送入QAM解调模块进行QAM 解调,输出MPGE传输流的串行或并行数据。

(2)MPEG解码。MPEG解码部分包括解复用、解扰处理和音频视频信号解压缩,输出为音频视频基本流以及数据净荷。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、音频PES以及数据PES。解复用模块中包含一个解扰引擎,可在传输流层和PES层加扰的数据进行解扰,其输出是已解扰的PES。

(3)Video/Audio信号处理。完成音频视频模拟编码以及图形处理功能,可以直接输出Video和Audio信号。视频PES送入视频解码模块,取出MPEG视频数据,并对MPEG视频数据进行解码,然后输出到PALPNTSC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。

(4)电缆调制解调器(Cable Modem)。电缆调制解调器模块由一个双向调谐器、下行QAM解调器、上行QPSKPQAM调制器和媒体访问控制(MAC)模块组成,该部分按照DAVIC协议在外部输入数据与微处理器见实现数据变换,用通过该模块可以实现高速Internet接入以及交互式的数字视频音频服务。广州有线根据目前网络状况和现行的宽带上网业务,采用外置式电缆调制解调器来实现网络互联。

(5)嵌入式微处理品(Embedded Processor)。微处理器和存储模块提供信号的存储和控制的处理功能,提供一个可编程的硬件平台,并对系统中各个功能模块间进行协调和控制。嵌入式微处理器是整个系统的核心,其性能的优劣直接关系到整个系统的性能。微处理器选择时应当从其处理能力、功耗、可扩展能力、集成度以及供货情况和技术支持能力等方面综合考虑。目前,比较流行的有:Motorola和PowerPC系列、Intel的Strong Arm系列、NSC的Geode Gxm系列以及MIPS32和MIPS64系列等RISC结构的嵌入式微处理器。

(6)外围接口电路。外围接口电路提供各种外部接口(如通用串行接口USB,告诉串行接口1394、以太网口、RS232以及音频视频接口HDMI高清接口等),用来连接无线的键盘、鼠标以及VCR、VCD、数字摄像机、高清电视机等设备,以实现微处理器与外部设备的通讯。

1.2 软件设置

交互式数字机顶盒的软件是以一个实时操作系统(RTOS) 为核心,根据系统硬件结构和系统功能设计加以扩充。目前通用的操作系统,如Wind River System公司的VxWorks、Integrated Systems Incorporated 公司的pSOS、Microware公司的DAVIDOS - 9、ST 公司的OS20、Windows CE 以及专为机顶盒开发的Power TV等。另外,还有一种开放源码的实时的操作系统Linux,并通过一组嵌入式可配置实时操作系统,在该操作系统内核的最底层有一个硬件抽象层(HAL),通过HAL 直接控制和访问硬件,并通过一组宏向其它与机器无关的代码提供服务,这样大大简化了RTOS kernel的移植工作,如果硬件平台变化了,除了设备驱动程序外,只需要修改硬件抽象层的代码就可以了。

图1所示是一个以Linux为操作系统内核的机顶盒。

图1中,最低的一层为各类硬件部件的驱动程序,这些硬件部件包括音频视频图形处理部件,网络通讯部件,系统IPO部件(串行口、并行口、智能卡接口等)以及系统存储器。目前这些部件都是专用的芯片,它们的驱动程序也是直接与硬件有关的。

在硬件驱动程序上一层就是实时操作系统Linux内核,这是整个软件系统的核心,它负责任务调度、实时监控、资源分配.在操作系统内核的最底层是硬件抽象层HAL,操作系统通过HAL管理下层的硬件驱动程序。

实时操作系统层上面是系统控制层和库程序,系统的交互性也是在这里得到控制和实现。系统控制层提供对视频音频数据控制、用户存取接口、通讯、通道选择等高级功能,也支持多个应用程序对这些功能的共享和重复使用。库程序则提供系统视频、音频图像处理等的函数的程序。

最上而为应用程序层,这里处理各种应用功能,从系统控制层选择相应的功能模块,实现预定义的功能,如上网浏览、软件下载、收发EMAIL视频点播、交互式游戏、网上购物等等。广州有线的交互式机顶盒采用先进的Microsoft Windows CE操作系统,Micorsoft Mediaroom Support系统作为中间件实现各种应用程序功能。

2、广州有线交互式机顶盒实现方案探讨

广州有线网络自2000年开始,就不断进行升级改造,建立全城光纤骨干网,改造升级HFC网络为双向网络,从2004年开始全面推广和开发基于DOCSIS标准的Cable Modem业务,并已取得10万用户的宽带上网的规模,为开展交互式数字电视奠定了技术和业务层面的深厚基础。

通过双向HFC网络,可以实现基于DVB-C标准的数字电视接收和解码,用户可以通过交互式机顶盒收看200个频道以上的数字电视节目和部分高清电视,同时,采用基于Docsis 3.0标准的上传通道,达到用户端各种需求指令的上传,使整个网络形成连通环状,如图2所示。

图2中下行通道按下表频率和带宽进行调制,进行下行传输。

前端系统主要为以下几个功能部件来实现数据处理和交换:(1)以太交换机位于网络系统管理中心,能实现与服务器、网管站、前端处理器、路由器等每个交换端口的交换功能,完成多路100M以太数据流的快速交换和多路100M视频流、数据流的输出任务。(2)视频服务器在本系统中承担视频节目的存储与实时播放任务,其所播放的节目已经通过编辑服务器进行了格式编辑并以文件的方式存储在海量视频数据存储器中,不要求视频服务器对节目进行实时压缩和格式转换。(3)管理服务器在本网络系统中承担用户请求的响应以及中心资源的实时控制与分配,是系统管理中心的主控服务器,除要求系统运行速度外,还对系统的稳定性与可靠性有更高的要求。(4)数据库服务器在本网络系统中承担系统数据库的管理工作,由系统用户数据库、资源数据库、流水数据库、财务数据库等相关数据库构成,是系统统计、分析与优化的参考源。(5)编辑服务器在本网络系统中承担系统资源的制作与准备工作,同时兼作中心数据资源服务器,要求具有较大的存储容量。(6)QAM调制器位于系统中心,主要负责下行数据流的QAM调制。

3、市场前景及结论

交互式数字机顶盒为实现多元化娱乐、咨询以及三网合一,创造了切实可行的实施条件,在各种体育赛事直播、娱乐需求、家庭生活咨询等方面,有着巨大的市场需求和盈利空间,广州有线根据自身建设网络的实际情况出发,巧妙地结合宽带上网业务,通过采用外置式调制解调器的方式,和具有实力的微软公司合作,率先在互动数字电视方面进行了有益的探讨和实践,随着交互式机顶盒的软、硬件的发展,成本进一步降低,对于进入门槛也会不断低,体验全新的家庭娱乐方式将会成为广电行业有一个腾飞的契机。

参考文献

[1]孙志行等.数字机顶盒技术及其市场前景.电视技术,2002(1).

[2]郭斌.数字电视与机顶盒.家电大视野,2004.02.23-24.

[3]TATUNG STB 2520软硬件介绍.