一种满足三网融合业务需求的机顶盒实现方案

蒋 力，贾立鼎，王 琳

（中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 引言

自2010年1月国务院发布三网融合新政以来，围绕新政所带来的业务发展机遇，广电和电信运营商、平台及终端设备提供商等产业链中的各个环节均在积极思考。在三网融合所带来的 “带宽提速”、“业务融合”、“多屏互动”等多方面需求的刺激下，运营商面向用户提供业务时更加强调融合性，希望能够全面满足用户工作、生活、学习等各个方面的需求，通过业务的不断延伸，形成多类型终端间有效的业务互动。具体而言，面对电视机这个千家万户都拥有的家庭终端，不管是电信运营商还是广电运营商，都希望通过一根接入线为家庭用户提供原来由广电网、电信网、互联网分别提供的各类业务，从而满足用户的不同需求。

本文将主要研究三网融合新需求下融合机顶盒的新增功能特性和软、硬件实现方式，并对融合机顶盒未来的发展方向进行了展望。

2 三网融合下的业务需求分析

从用户的角度可以将业务需求分成以下4大类。

（1）融合通信类需求

·用户通过机顶盒实现快速、方便的视频电话需求

用户正在观看节目，突然弹出一个小窗口，提示用户有来电，询问用户是否接收，如用户接听，则中断观看的节目，接收可视电话。

·用户通过电视机能看到实时的交通状况

用户出门前，通过交通信息栏目，进入路况查询，了解道路通行状况，例如，如果要走的路线拥堵，则改成稍微长些但路况畅通的路线，更能节省时间。

（2）娱乐游戏类需求

·各类高清晰度的视、音频节目

视、音频节目是用户对三网融合的最基本需求，通过三网融合的机顶盒，用户不仅可以观看实时直播节目，还可以回看几小时前甚至几天前的电视内容，也可以欣赏喜欢的经典老片。

·卡拉OK

利用休息时间，选择不同时代的歌曲，进行独唱、合唱，还可以“PK”，机顶盒可以为家人的演唱进行评判打分。

·游戏

从普通的棋牌类游戏到烹饪学习游戏，一直受到用户的欢迎，如果再增加锻炼身体的体感游戏，将更加吸引老少妇孺的加入。

· 好友电视

通过好友电视，用户实现个性化电视频道收藏和播放，且可以边看电视频道，边与好友或群组通信，发布感言和评论。

· 视频分享

用户可以通过家庭内部网络或互联网环境，使用电脑、手机等终端共同欣赏相同的视频内容。

（3）生活咨询类需求

生活咨询包含生活中的各种新闻和建议，如新闻咨询、教育、健康医疗、理财等。

（4）商务支付类需求

用户通过机顶盒实现家庭购物、家庭银行、家庭账单等金融类业务需求。

三网融合将为普通百姓通过电视机获取各类数字化的应用提供更广阔的空间，广电和电信运营商都将围绕满足用户需求而不断完善网络、创新产品、改善终端操作，从而真正让普通百姓享受三网融合以后更加丰富多彩的数字化生活。

3 融合机顶盒新功能分析

根据三网融合的新需求，电信运营商，必须在IPTV平台、终端等方面做好技术创新，以便提供各种三网融合的新应用。为了满足用户融合通信、娱乐游戏、生活咨询、商务支付4大类业务需求，从业务功能角度，三网融合时代的机顶盒必须要支持以下功能。

（1）视频业务的支持

在支持传统电视广播业务的基础上，进一步支持视频点播业务、视频即时时移业务和视频回看业务。视频即时时移指的是在观看电视节目的时候，可以退回观看数个小时前错过的本频道的内容，而视频回看指的是可以点播数天之内的内容。

（2）音频业务的支持

机顶盒不仅支持广播电台直播业务，而且支持音频点播、卡拉OK等业务。

（3）通信业务的支持

通信业务包括视频通信业务和消息业务。由于流动人口的大幅度增加以及人们对沟通交流的需求，三网融合时代，各种终端之间的视频通信需求会不断增加；消息业务则包括短信互通、信息公告、字幕广告等业务内容。

（4）监控业务的支持

与全球眼平台结合，机顶盒可以支持视频实时监控业务，监控路况、观看景观、察看商品，还可以支持视频回看监控业务。

（5）支付能力的支持

与银联、水电煤、小区物业、网上商场等企事业单位结合，支持实时付费业务、账单付费业务、转账付费业务。

三网融合时代的机顶盒必须要支持以下能力。

（1）视频解码能力

国家非常重视高清业务的发展，广电总局计划高、标清同播的节目同播率和高清播出率在2011年力争达到100%，黄金时段更是全部播出高清节目。高清节目的发展给机顶盒的发展带来新的机遇，机顶盒不再是仅支持对H.264、AVS等格式标清视频内容的在线解码，更要支持高清视频内容的在线解码能力。为了进一步配合互联网视频业务和数码音像设备的发展，机顶盒需要支持对.mp4、.mpg、.avi、.mkv、.ts、.mov 等格式的高清视频内容的本地解码能力，以方便用户利用电视观看从互联网下载或自己制作的高清视频内容。

（2）视频编码能力

由于机顶盒不仅要播放视频，而且要支持视频通信业务，因此必须支持对视频内容进行H.264格式的编码能力。

（3）音频混合能力

为了提高卡拉OK业务以及特殊音乐业务的应用效果，机顶盒需要增加支持在线音乐与背景混音的能力，还要支持本地音频、输入音频与背景音的混音能力。

（4）网络传输能力

IPv4地址的枯竭、家庭内部电子设备的互联以及人们住房条件的不断改善都对机顶盒的能力提出了新的要求。为了更好地支持多种应用、适应多种网络状况，机顶盒需要增加对IPv6、Wi-Fi和DLNA等系列协议的支持。

（5）高清显示能力

随着高清视频、高清数码设备的发展，人们对高清图片、高清页面的需求越来越高，同时也希望业务的呈现具有多维、动态的特点，因此要求机顶盒支持普通高清图形显示和3D图形显示能力。

（6）操作体验能力

各种应用层出不穷，传统的遥控器越来越无法满足人们对快捷、流畅、动态的操作需求，因此提出一种新的操作设备，即融合遥控设备。融合遥控设备不仅支持按键操作，突出的特点是可以通过身体的运动操作IPTV应用，也就是说，融合遥控设备具有同时支持按键、鼠标、体感的操作能力。

随着需求的改变，机顶盒的能力也将不断地发展和完善。

4 融合机顶盒的软硬件实现方案

三网融合时代，对于电信运营商而言，机顶盒将是实现所有融合业务能力的主要终端，为了满足用户的各类融合需求，现提出一种机顶盒的软、硬件实现方案[1,2]。

（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、硬件接口等方面都需要提升。新的实现方案示意如图1所示。

基本硬件的变化：目前主流机顶盒的CPU主频为500 MHz、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 800 MHz～1 GHz，内存及Flash均达到512 MB以上。

媒体处理的变化：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、视频解码能力；为了支持多视频画面，需支持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IEEE 802.11n，而不是仅为有线接口。

音频输入接口的变化：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，需增加音频输入接口。

控制接口的变化：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，需增加蓝牙等无线接口方式。

外设接口的变化：为支持支付业务，需增加SIM卡接口，也是通常所说的机卡分离机顶盒。

操作设备的变化：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。

（2）融合遥控器实现方案

融合遥控器与IPTV机顶盒间的接口采用标准的HID接口格式。

图1 三网融合机顶盒硬件结构示意

图2 机顶盒与融合遥控器接口示意

机顶盒与融合遥控器接口如图2所示。融合遥控器向机顶盒分别注册鼠标、键盘和体感3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设备的Product ID和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。

（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[3]，如图3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。

根据具体业务能力支持，三网融合机顶盒的软件能力也发生了相应变化。从操作系统到应用软件，三网融合机顶盒的能力和选择范围普遍得到了提升。

操作系统：传统机顶盒普遍采用Linux操作系统，随着Android、iOS等新型操作系统在手机、平板电脑以及在部分智能电视的成功应用，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，利于各种跨终端的应用开发，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将相应提升。传统机顶盒基本支持媒体播放、浏览器、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、Widget引擎、好友引擎、支付引擎、图形引擎、DLNA、下载、SIM卡读取等服务能力。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、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。通过下载服务，用户可以根据需求，从机顶盒的App Store下载多种应用程序和业务。

不同业务的页面分辨率不同，机顶盒为支持多种业务内容需支持多种分辨率。多种分辨率的切换由应用主导，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，以此满足不同大小的应用的正确输出。

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。应用开发商根据标准接口和要求，开发适合机顶盒能力的各种应用，从而丰富机顶盒的应用，满足用户的多种需求。

图3 三网融合机顶盒软件架构示意

5 融合机顶盒应用案例

融合视频业务和体感游戏业务是三网融合中极其重要的两项业务。融合视频业务是指融合音、视频和可视通信的业务，音、视频业务是三网融合的基本业务，在此基础上叠加电信业务中的可视通信业务，真正体现了三网融合中融合的特点。体感游戏业务为用户带来了健康、运动的新型游戏形式。目前，某地运营商正在开展融合视频业务和3D体感游戏业务的开发及推广。

为支持上述业务，机顶盒硬件不仅应具有高清音、视频解码功能，还应具备音、视频编码功能，3D图形显示能力和体感控制功能。基于目前芯片能力和价格，音、视频编码采用外置方式，具有音、视频编码功能的外置摄像头将采集的视频内容编码后通过USB传送给机顶盒，机顶盒将编码的视频内容进一步传递给对端设备，机顶盒同时对本地摄像的视频内容和对端传送来的内容进行解码，因此使用者不仅可以清晰地看到对方的头像还可以看到自己的模样。3D图形处理能力支持OpenGL_ES_1.0。控制设备采用具有体感、鼠标、按键三合一的融合手柄，融合手柄通过无线方式与接收器相连，而接收器通过USB方式与机顶盒相连。

为支持用户在观看影视节目时可接收可视通信业务的提示和呈现，机顶盒需支持多窗口功能，为支持与手机、电脑等不同类型终端的互通，机顶盒需适配不同的分辨率。为支持体感游戏业务，机顶盒支持了客户端功能，并支持游戏的下载和启动功能。

融合视频业务让远离家乡的人们或身居异地的亲朋在欣赏影视的同时，更能享受到与亲朋面对面的沟通交流，以解思念之苦。随着中国社会的发展、城乡的变化，融合视频业务将进入更多的家庭，也将进一步推动三网融合业务的发展。体感游戏业务通过身体的运动进行操作，解放了手指，不仅享受了游戏的乐趣，同时锻炼了身体，开发了智力，提高了体质，因此，体感游戏业务受到家庭的欢迎是不可逆转的趋势。

6 展望

随着三网融合的不断发展，为满足用户的多样性需求，机顶盒也逐渐向多样化和智能化发展。三网融合将带来不同终端之间融合类应用不断的增加，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，从而可有效降低应用开发周期，为用户带来多种应用，同时为用户提供了强大的互动能力。

总之，三网融合为机顶盒的发展带来了新的机遇和挑战，只有满足用户需求的终端才是最有优势的产品。

1 李健.多方热议机顶盒未来发展.电子产品世界，2010，17(5)

2 林德才，李悦，魏芳.基于STB7100的高清IPTV机顶盒设计.电视技术，2008，32(1)

3 孟建庭，沈昕.IPTV机顶盒中间件的研究和应用.电信科学，2009，25(3)

4 姚良，肖晴，陈文.IPTV机顶盒内置质量监测工具的开发与应用.电信科学，2008，24（11）

5 杨崑，魏凯.IPTV DRM技术和标准研究.电信科学，2009，25（3）