马 勇，阴家龙，杨 永，林咏海

(淮安信息职业技术学院电子信息工程学院，江苏 淮安 223003)

0 引言

数字电视机顶盒(Set Top Box STB)是随着电视系统的更新而推出的一种家庭数字终端产品，其功能是对卫星数字电视信号、地面数字电视信号、有线电视网数字信号和互联网的数字信号进行解调、解码，转换成目前电视机能接收的模拟信号和数字信号，使用户可以在模拟和数字化电视机上观看数字电视节目，进行互动娱乐。随着中国下一代广播电视网(NGB)的到来，电视机顶盒技术也在不断地发展。

1 现有的机顶盒类型

1.1 单向型机顶盒

单向型机顶盒的主要功能是实现数字电视信号的转换，主要是以广播电视节目为主，信号由头端设备到用户进行下行传输，有线电视网可以支持模拟电视信号和数字电视信号(其中包括数据广播业务)。业务对网络的要求是单向广播网，单向型机顶盒完成数字射频信号的解调、解压缩、制式转换、数字信号到模拟信号的转换。其原理框图如图1所示。

1.2 互动型机顶盒

互动机顶盒分为三种:①基于正交幅度调制(QAM)方式来推送节目流型;②基于国际互联网络通讯协定(IP)方式来推送节目流型;③同时满足QAM方式与IP方式的双模型。主要功能包括电视点播(VOD)、互动电视(iTV)、网络电视(IPTV)、时移电视(TSTV)、Internet访问、数据下载、在线游戏等信息化应用，提供 TCP/IP协议数据的计算机双向通信服务。其原理框图如图2所示。

图1 单向机顶盒的原理框图

2 基于三网融合的数字机顶盒设计与应用

2.1 硬件实现方案

机顶盒基本硬件系统主要包括核心控制单元、媒体处理单元、网络通信接口、媒体播放接口、控制接口及各类外设和扩展接口。传统机顶盒主要实现基本功能，如媒体处理单元实现视、音频解码和基本图形显示，网络通信接口一般为有线网络接口，媒体播放接口为视、音频输出接口，控制接口为红外接口。为适应三网融合需求，机顶盒在媒体处理、硬件接口等方面的功能都需要完善。新的实现方案如图3所示。

目前主流机顶盒的CPU主频为500MHz、内存及Flash为128～256 MB，在三网融合以后，建议硬件配置 CPU主频达到 800MHz～1GHz，内存及Flash均达到512 MB以上。

原有的媒体处理主要指视、音频解码及普通的图形处理功能，针对新融合视频通信、卡拉OK游戏及用户界面(UI)的需求，需要增加视、音频编码模块，混音模块和3D图形加速处理模块。同时，为了支持高清视频业务的开展，机顶盒必须支持高清音、视频解码技术;为了支持多视频画面，机顶盒必须具有外围交换程序(PIP)功能。

网络传输接口的变化:由于家庭房间大小和布局结构的变化，机顶盒需要进一步支持无线网络接口，例如，支持美国电气电子工程师学会(IEEE)802.11n，支持WiFi和蓝牙技术，而不仅是支持有线接口。

图2 互动机顶盒的原理框图

原有的媒体接口仅包括视音频输出接口，为支持卡拉OK业务，增加音频输入接口。

红外接口基本上只适应普通遥控器的使用，对于新型的具有体感等功能的融合遥控设备，增加了蓝牙等无线接口方式。

外设接口的变化:为支持支付业务，可以增加用户识别卡(SIM)卡接口，也是通常所说的机卡分离机顶盒。

为提升用户的操作体验，机顶盒的操作设备由传统的遥控器提升为融合操作设备。

图3 三网融合机顶盒硬件结构示意图

2.2 融合遥控器实现方案

融合遥控器与机顶盒间的接口采用标准的人机接口设备(HID)接口格式。

机顶盒与融合遥控器接口如图4所示。融合遥控器向机顶盒分别注册鼠标、键盘和体感三个HID设备，并通过HID数据接口向机顶盒提供鼠标、键盘和体感的事件及数据;机顶盒通过HID设备产品的序列号码(Product ID)和销售序列号码(Vendor ID)识别相应设备，并通过HID设备的控制接口开启和关闭相应的设备事件及数据输出。

图4 机顶盒与融合遥控器接口示意图

2.3 软件实现方案

适应三网融合需求的机顶盒软件整体架构基本不变，如图5所示，包括操作系统及硬件适配层、服务能力层、应用程序层，与传统机顶盒类似。

三网融合机顶盒的软件功能也发生了相应变化。从操作系统到应用软件，三网融合机顶盒的功能得到了完善，并扩大了选择范围。

操作系统:传统机顶盒普遍采用Linux操作系统，随着安致(Android)、苹果公司(iOS)等新型操作系统在手机、平板电脑以及在部分智能电视中的成功应用，未来机顶盒的操作系统将具有更多的选择。机顶盒与手机、电脑采用相同的操作系统，有利于各种跨终端的应用软件的开发，更有利于各种终端设备的互通、互动。

服务能力:为有效支持融合业务的开展，机顶盒的服务能力也需要相应提升。传统机顶盒基本支持媒体播放、浏览器、Java虚拟机(JVM)等基本服务能力，而面对三网融合业务，还需支持通信引擎、Flash播放、微件(Widget)引擎、好友引擎、支付引擎、图形引擎、数字生活网络联盟(DLNA)下载、SIM卡读取等服务功能。特别是对于浏览器，要求支持高标清页面平滑切换，在原有支持Web1.0的基础上，要求支持 Web2.0，实现对 HTML5.0、层叠样式表(CSS3)、AJAX的支持;通过图形引擎提升UI的渲染能力，为用户提供动态十足、立体变化的UI效果。用户可以根据需求通过下载服务，从机顶盒的应用程序商店(App Store)下载多种应用程序和业务。

图5 三网融合机顶盒软件架构示意图

不同业务的页面分辨率不同，为了支持多种业务内容，机顶盒需支持多种分辨率。多种分辨率的切换由应用方向来决定，一旦分辨率需要变更，应用明示当前网页的高度和宽度，浏览器解析到具体的数值后会调用固有的接口(Porting API)通知机顶盒，机顶盒按照收到的高度和宽度值对输出分辨率进行适当的调整，可以针对不同应用来输出正确的分辩率。

应用程序:传统机顶盒支持的基本应用包括直播、点播、时移、信息浏览、基本的JAVA游戏，面对三网融合的需求，进一步加强和增加可视通信、体感游戏、卡拉OK、视频分享、好友电视、电视支付等业务。

2.4 基于三网融合机顶盒的应用

目前应用三网融合机顶盒已经实现的功能有电影剧场、时移电视、音乐、游戏等。电影剧场中，国内、国外许多电影可以实现播放功能。时移电视不仅能够重新播放刚刚播出的镜头，而且更能调出几天前甚至一周前的节目，还能随意进行暂停、快进、快退等操作，有了时移电视，人们再也不必为有急事错过精彩镜头而后悔，音乐、游戏、广播等功能可以满足不同年龄、不同层次用户的需求。三网融合机顶盒扩展应用情况如图6所示。

机顶盒作为住宅网关系统的设备，它既是联系住宅和外部世界的桥梁，而且可以充当家庭内部各种上网电器之间通道，这些电器包括电话、手机、PC游戏机、存储设备和安防系列的家用电器。

图6 三网融合机顶盒应用

3 结束语

三网融合正处于快速发展阶段，一些地方已经开始试用，有的地方还处于技术储备阶段。随着技术的进一步发展，网络环境的完善使得机顶盒必将在家庭电子产品领域得到进一步发展，成为家庭必备终端电子产品。数字机顶盒也逐渐向多样化和智能化方向发展，三网融合将带来不同终端之间融合类应用不断增加。机顶盒与智能手机、家庭信息机等不同类型的应用终端都承载了一致化的运行环境，从而可以有效降低应用开发周期，为用户提供多种应用方向，同时具有强大的互动功能。

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