摘要：主要介紹ipTV終端系統——IP機頂盒的功能模塊、種類、與IPTV網絡的交互方及發展方向。 具體介紹了IP機頂盒的構成和功能，基于硬件和軟件的分類方式，以及涉及用戶業務流程的認證、付費和服務使用的三大類接口。

　　IP機頂盒概述

　　IPTV（Internet PRotocol TV or Interactive Personal TV）也叫交互式網絡電視，是利用寬帶網的基礎設施，以家用電視機或計算機作為主要終端設備，集互聯網、多媒體、通信等多種技術于一體，通過IP協議向家庭用戶提供包括數字電視在內的多種交互式數字媒體服務的嶄新技術。IPTV業務核心框架主要由內容運營平臺、業務運營平臺、業務承載傳輸網絡、用戶終端網絡等四大部分組成。IPTV技術涉及了視頻編解碼、網絡分發、數字版權保護、終端接入等各面的技術。

　　IP機頂盒是視頻解碼終端，相當于一臺自帶嵌入式操作系統的計算機。從圖1可以看出，IP機頂盒一端通過DSL或以太網方式接入IPVT網絡，一端將通過網絡傳輸過來的媒體流等信息轉換成模擬視音頻輸出至電視，由此在電視上　祥視頻點播、網頁瀏覽、游戲等功能，它具備計算機的數據交換等基本功能，可以采用遙控器或PC直接操作。

　　IP機頂盒的構成與功能

　　機頂盒由軟件和硬件兩大部分組成，機頂盒的硬件包含了主芯片、內存、調諧解調器、回傳通道、CA（Conditional access）接口、外部存儲控制器以及視音頻輸出等幾大部分。軟件則分成應用層、中間解釋層和驅動層三層，每一層都包含了諸多的程序或接口等。

　　與傳統的數字機頂盒相比，IP機頂盒實現了視頻、語音、數據三者的融合，即所謂的三網合一業務（Triple Play Service）。IP機頂盒的系統架構包含三個獨立的子系統：TV單元、PC單元和條件存取（即加密系統、CA）單位。TV子系統由調頻器和視頻解碼器組成，它們用來處理數字串流信息；CA子系統讓服務商具有控制能力，可以對用戶實現臨近，能夠知道用戶在何時收看什么節目；PC子系統大多是模塊式的設計，STB的設計者可以依其需求而增加或減少這個系統中的組件，由于IPSTB的目標是要提供互聯網的服務功能，故它的PC系統方面就得提供TCP/IP的堆棧協議，并具有更佳的儲存方案。

　　由此可以看出，IP機頂盒的功能主要包括以下三方面：

　　·支持目前的LAN或DSL網絡傳輸，接收及處理IP數據和視頻流；

　　·支持MPEG、WMV和Real等視頻解碼； 

　　· 支持用戶認證功能、通過與IPTV系統的交互實現用戶的訪問控制、計費等治理功能。

　　IP機頂盒的分類方式

　　根據硬件、軟件的不同，IP機頂盒有不同的分類方式

　　1.基于硬件的分類方式

　　IP機頂盒按照基中使用的CPU芯片的不同，可以分為以下三種：

　　（1）基于專用芯片組（ASIC/SOC編解碼芯片）的機頂盒

　　專用芯片組除了處理器以外，在芯片內還集成了一些其他的IP（Lntelligent Property）模塊，如Video in，Video out，Audio in及Audio out等，有的還有圖像壓縮硬件加速模塊等。由于專用視頻壓縮芯片攜帶固定壓縮模塊、固定的處理方式和固定的微碼，所以傳統的基于ASCI/SOC的機頂盒產品價格比較低廉，但由于全硬件芯片的實現方案使得運營商無法通過軟件升級來提升產品性能，另外這種機頂網絡適應性也有較大問題。

　　（2）基于X86平臺

　　基于X86架構CPU的嵌入式系統有如下優勢：一是它可以對不同格式的文件進行編解碼；二是X86架構的CPU有較齊全的應用軟件，維護成本低；三是基于X86架構的嵌入式系統可以輕松與PC資源共享。

　　（3）基于多媒體處理器技術

　　基于X86平臺的方式在使用時要占據CPU的絕大部分處理能力。因此，在有些不適合采用這種方式。于是出現了基于多媒體處理器技術的獨立機型的機頂盒。這種芯片高速的運算能力完全可以實現適合不同協議的通信終端。采用這些芯片可以很方便地實現MPEG視頻和音頻處理、H.263視頻處理，以及DVD、機頂盒、數字電視等。

　　由于使用了實時視頻解碼功能芯片，視頻處理速度明顯提高，配合實時編碼，全程視頻處理時延小，非凡適合視頻直播系統應用；系統配有USB，IDE，PCMCIA和以太等接口，使IPTV終端功能可擴充性增強、內存占用少、硬件結構緊湊，成本不高。

　　2.基于軟件的分類方式

　　操作系統是機頂盒中的核心軟件，機頂盒中的操作系統不大，但卻要求可以在實時的環境中工作，并能在較小的內在內存空間中運行，這種操作系統稱為實時操作系統（RTOS），目前主要有VxWorks、Windows CE、嵌入式linux等三類。

　　（1）嵌入式WinCE終端 WinCE最大特點是其API與Win32兼容，這有利于使用Windows環境開發WinCE應用，此外，WMV播放器還可直接運行于WinCE OS，許多現成的Windows組件稍加改造就能應用于終端上的網絡治理以及視頻流控制等功能，能夠充分分享MMS等的Windows　Media優秀成果。微軟目前推出WinCE5.0，并擴大開放部分程序源代碼。在這個開放了源代碼計劃授權下，微軟開放250萬行源代碼程序作為評估套件，凡是個人、廠商都可以下載這些源代碼加以修改使用。未來廠商OEM時，則需依執行時期授權，支付WinCE5.0核心每臺機器數美元的授權費用。，作為市場新進入者，微軟強調較低的開發成本。微軟在WinCE加入了檔案系統、IPv4/IPv6、WLAN、藍牙等聯網功能以及Windows Media Coder等功能。 不過此類終端的弊端在于：應用源代碼不公開，終端采用WinCE須向微軟交納版稅；另外，WinCE代碼龐大，占用很多的ROM和RAM，要求有高性能的X86微處理器支持，所有這些都造成了終端成本的居高不下。

　?。?）嵌入式LINUX終端

　　這種終端往往以專用的多媒體微處理器為核心，輔以以太接口和視頻接口構成系統。多媒體微處理器本身不但具有嵌入式RISC（精簡指令集CPU）去運行系統軟件和應用軟件，而且帶MPEG2或MPEG4實時解碼功能芯片，在引Linux OS和必要的視頻以及各輔助接口驅動程序后，就成為一個完整的IPTV網絡終端運用環境。

　　使用Linux開發平臺優點首先Linux源代碼公開，有大量免費優秀開發工具和應用軟件可用，無須為每例應用交納許可證費；其次有龐大的開發群體，技術交流方便，軟件開發和維護成本低；最后，Linux本身穩定，內核精焊，運行所需資源少，有優秀的網絡功能，支持的硬件數量龐大?？傊?，性價比高是其最大特色。

　　但是，這種系統適應低帶寬能力存在一定的局限性。由于采用的是硬件實時解碼，解碼器性能提高受制于芯片技術發展，于是就省去QPEL和GMC編碼工具，這就使得MPEG4 asp高清楚度性能、適合DSL低帶寬網絡傳輸的優點得不到充分發揮，某些OS基于μCLinux、解碼器甚于不完全MPEG4 ASP的終端，線路工作帶寬在3Mbit/s，在同樣播放分辯率D1下，適合DSL網絡低帶寬的能力比基于WMVx的Codec終端遜色。這種機頂盒的價格較低，但由于兼容性不好，系統服務器端的建設和媒體文件的采集成本會偏高。

　　VxWorks是美國Wind River System公司推出的一個實時操作系統。VxWorks是一個運行在目標機上的高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域，如衛星通信、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。

　　當然，根據機頂盒的功能高低和價格差異，也可把機頂盒分成基本型、專業型、綜合型等。

　　機頂盒與IPTV平臺的接口

　　機頂盒與IPTV平臺的接口涉及內容很多，其中涉及用戶業務流程的可以分為：認證接口、付費接口和服務使用接口三大類。

　　1.認證接口

　　認證接口含網絡層認證和應用層認證就是實現機頂盒早互聯網的過程，即互聯網用戶接入互聯網的過程。按用戶與網絡設備之間的通信方式，目前使用較多的網絡層接入認證方式分為PPPoE和DHCP+WeB兩種。

　?。?）PPPoE技術
　　
　　目前PPPoE認證技術在以太網接入和ADSL接入方式中應用的最為廣泛，其組網原理基本相同，都是利用交換機或DSLAM將用戶接入網內，在交換機和DSLAM后面設置BRAS設備來終結PPP。終結PPP連接的寬帶接入服務器可以對這PPP連接分別進行治理，可對用戶上網業務分別進行時長和流量信息的統計，各種計費方式提供必要的用戶上網信息。

　　PPPoE的實質是在以太網上跑PPP協議，在用戶端和寬帶接入服務器之間建立了PPP的點對點通道。也就是說，假如在用戶主機和BRAS之間啟用組播業務，則組播數據必須以BRAS作為接收端復制點，這樣會使大量的組播數據穿越網絡和DSLAM設備，違反組播的初衷。因此PPPoE接入方式限制了組播協議的存在，影響視頻業務的開展。

　?。?）DHCP+Web技術

　　DHCP+Web認證需要與DHCP服務器和Web認證服務器配合使用，Host首先通過DHCP得到一個IP地址，與Web認證服務器通信，也可以使用戶只訪問一些內部服務器，然后，接入服務器將用戶強制連接到Web認證服務器上，并在瀏覽器中彈認證頁面。在該頁面中輸入賂和密碼，Web Server作為Radius的Client端把認證信息傳送到Radius Server，對用戶進行認證。認證通過后，用戶獲得新的合法的IP地址，可以訪問因特網或特定的網絡。

　　在DHCP+Web認證方式中，用戶主機和接入服務器之間并沒有任何類似PPP的第3層通道，也不存在對組播協議的限制。假如用戶主要到接入服務器之間的交換機或DSLAM能支持IGMP Snooping，組播業務很輕易開展。但是DHCP本身存在很多缺點，非凡是安全性問題，如何能夠保證用戶信息的合法性、真實性是DHCP需要解決的要害問題。

　　（3）改進方案

　　由此可以看到，網絡層認證根據STB終端支持的程度可采用PPPoE認證或DHCP方式。但是這兩種認證方式，都不能夠滿足IPTV業務開展的需要。因此，我們就需要針對現在的認證方式提供相應的解決方案，在保證IPTV業務開展的前提下，盡可能的減少對現網的大規范改動，以保證原有業務的的支撐。

　　對于STB終端采用PPPoE進行認證的方式，主要需要解決的問題是數據的下發。因此可以針對用戶的不同業務采用不同的業務分發通道。也就是說，一方面要求BRAS設備支持IPTV業務的PPPoE認證，其相關的單播數據通過PPPoE的通道進行下發；這就要求BRAS通過認證信息能夠區分用戶業務種類，而DLSAM設備需要支持組播分發及組播組的控制，同時要求STB設備支持雙協議棧。這樣既可以保證原有認證系統的功能，同時也能夠保證組播業務的順利開展。

　　而對于DHCP認證方式，其主要問題是保證DHCP接入的安全性和真實性，這就需要在DHCP包文中引入OPTION82選項；對于存在多個終端同時使用DHCP的場合，為了區分這些終端，還需引入OPTION60選項。DHCP OOPTION82選項通常由DSLAM設備將用戶的商品信息和設備信息到用戶的DHCP報文，DHCP服務器通過識別OPTION82為來執行IP地址分配策略或其它策略。OPTION60選項通常由終端自帶，不同類型的終端可以通過設置不同的OPTION60來識別。通過OPTION60選項，可以實現不同的終端分配不同的地址空間。但是，OPTION82的引入需要DSLAM的支持，目前運營使用的設備并不具備該功能，因此需要進行網絡設備的改造。

　　目前的解決方案比較傾向于采用DHCP，并采用獨立的IPPOOL的方式，該方案可以通過針對IP的策略配置實現IPTV業務與傳統上網業務的隔離。在IP-TV用戶量不高的情況下，較小的設資就可以滿足業務要求。

　　（4）應用層認證

　　應用層認證實現了機頂盒用戶在IPTV系統的身份認證過程，經過應用層認證的用戶才可以消費、使用IPTV臺提供的各種類型的服務。只有安全的應用層認技術，才能保證內容提供商放心地出色的內容用放在IPTV系統上。

　　2.用戶消費接口

　　用戶消費接口需要實現系統價格提示、用戶確認購買、系統實現扣費一個復雜的消費過程，根據計費方式和付費方式的不同，接口的流程也有不同。

　　3.內容使用接口

　　內容使用接口實現用戶從內容運營獲得不同應用服務的過程IPTV系統提供的應用已經日益豐富，如視頻直播、視頻點播、游戲、卡拉OK、信息檢索等等，隨著機頂盒功能的日益強大，網絡傳輸帶寬的不斷增加，我們有理由相信現在PC上的各種互聯網應用都會通過機頂盒呈現在用戶的電視機上。

　　IP機頂盒的發展方向

　　從數字電視機頂盒（DVB-C）、衛星機頂盒（DVB-S）、網絡電視機頂盒，機頂盒到現在最紅火的IP機頂盒，機頂盒的隊伍不斷壯大，更不斷發展。為了機頂盒的大規模發展，機卡分離的機頂的大規模發展，機卡分離的機頂盒漸成趨勢。另外，雙模機頂盒、軟件機頂盒也在不斷成熟。隨著數字家庭概念的發展和推廣，未來的機頂盒可能會演變成為家庭中客廳技術的核心控制單元，也就是業界稱的“Home Gateway”或“Residential Gateway”。除了可以包今現有的視頻傳輸功能之外，更多的是向家庭中所有的智能設備提供一條集成的，綜合的交通本世紀，實現設備之間的互聯互通，并且可以給不同終端提供不同個性業務，實現“Multi-Play”。