基于IP机顶盒的视频点播系统

　　对于大多数普通人来说，对机顶盒的认识始自微软的维纳斯计划。1999年3月，比尔?盖茨来到中国的深圳，亲自为其雄心勃勃的维纳斯计划摇旗呐喊，力图挺进中国的信息家电领域。推广嵌入微软Windows CE系统的机顶盒是微软为中国定制的维纳斯计划的核心，但耗资数十亿美元的结果却是无疾而终。不少专家分析认为，这个宏伟的计划之所以失败，很大程度上缘于中国当时的网络基础设施薄弱。

　　宽带应用是宽带网络竞争真正的主宰者，而网络的流媒体技术则是最重要的宽带应用之一。作为流媒体技术的龙头应用，视频点播的产生转变了传统互联网呆板的内容表现形式，赋予宽带应用更多的娱乐性和互动性，日益成为促进宽带网络普及的重要推动力。

　　VOD 类似于 PVR（个人视频录像机），只不过节目内容存储在提供商的服务器上，而不是在客户端或者说用户设备中。视频点播按照用户点播终端的形式可以分为两类: 基于PC机的点播和基于机顶盒的点播。基于PC机的视频点播是指在PC机上通过视频播放器点播宽带网络传送来的视频影片。而基于机顶盒的视频点播是指通过机顶盒将宽带网络与电视机等视频娱乐终端连接起来，让人们更舒适地欣赏视频娱乐节目。本文将主要从基于IP机顶盒的视频点播系统来阐述目前流媒体技术的这种最重要的应用。

　　IP机顶盒与数字电视机顶盒

　　在介绍IP机顶盒之前，我们先要区分“流式传输”与“数字电视传输”概念的区别。

　　流媒体指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如: 音频、视频或多媒体文件。流式媒体在播放前并不需要下载整个文件，而只将开始部分的内容存入内存。流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。流媒体实现的关键技术就是流式传输。流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。其特定含义为通过Internet 将影视节目传送到PC机。其特点是只有用户欣赏流文件时，网络才会有流量，而且网络是双向的。

　　数字电视传输同原有的模拟电视传输一样，都使用有线电视网络的单向广播，不管用户是否在使用，其有线电视网络中始终是有限频道的广播，用户也只能按节目表的时间来收看。数字电视目前有美国的ATSC、欧洲的DVB和日本的ISDB等三种不同的标准。

　　“数字电视传输”机顶盒利用现有的有线电视网路进行数字广播，它只能提供广播方式，不能实现点播; 而“流式传输”的IP机顶盒,不但能实现广播，也能实现点播。由于使用的是TCP/IP协议，还可以非常容易地扩展到上网、游戏、电子商务等服务。随着带宽的增加，媒体文件压缩算法的提高，也可以提供DVD清晰度的视频节目，而且由于符合三网合一的大趋势，必定会在未来的竞争中处于优势。

　　IP机顶盒中的硬件

　　IP机顶盒按照其中使用的CPU芯片的不同，可以分为以下三种：

　　1. 基于专用芯片组（SOC+ASIC编解码芯片）

　　视频图像处理芯片（Video-Processor）除了处理器以外，在芯片内还集成了一些其他的IP（Intelligent Property）模块，如Video in、Video out、Audio in、Audio out等，有的还有图像压缩硬件加速模块等。从本质上讲，专用视频压缩芯片和通用视频处理芯片都属于SOC（System On Chip），差异是前者带有固定的压缩模块、固定的处理方式和固定的微码，后者需要监控产品开发商开发视频压缩算法程序。

　　传统的基于ASCI/SOC的机顶盒产品的基本结构中，由于全硬件芯片的实现方案使得运营商无法实现软件有效升级，另外其网络适应性也有较大问题。

　　2. 基于X86平台

　　对比基于RISC架构CPU的嵌入式系统，基于X86架构CPU的嵌入式系统有如下优势: 一是它可以对不同格式的文件进行编解码，如MPEG-2、MPEG-4、WMA等，这样用该嵌入式平台做成的多媒体音视频设备可以处理各种各样的片源。而每一种RISC架构的嵌入式CPU，只能针对一种格式进行编解码，这就给相关应用带来麻烦。例如，采用一个RISC架构CPU做成的机顶盒只能看一种格式的片源，要想包容所有的片源就要用多个RISC的CPU，这就增加了系统的成本; 二是X86架构的CPU有较齐全的应用软件，维护成本低; 三是基于X86架构的嵌入式系统可以轻松与PC资源共享。

　　3.基于多媒体处理器技术（MultiMedia DSP）

　　基于X86平台的方式在使用时要占据CPU的绝大部分处理能力。因此，在有些应用中不适合采用这种方式。于是出现了基于多媒体处理器技术的独立机型的机顶盒。目前在这种系统中，常见的媒体处理器主要有：Philip公司的TriMedia系列、美国ESS公司的LVP、Chromatic公司的Mpact、Lucnet公司的AV4400等。此外，还有ADI公司的ADSP2106X器件、TI公司的C6X、C8X多媒体DSP芯片。这种芯片高速的运算能力完全可以实现适合不同协议的通信终端。采用这些芯片可以很方便地实现MPEG视频和音频处理、H.263视频处理，以及DVD、数字机顶盒、数字电视等。



　　IP机顶盒中的软件

　　操作系统是机顶盒中的核心软件，机顶盒中的操作系统不大，但却要求可以在实时的环境中工作，并能在较小的内存空间中运行，这种操作系统称为实时操作系统（RTOS，Real-Time Operating System），目前流行的有VxWorks、Windows CE、嵌入式Linxu等。

　　嵌入式Linux Linux虽然免费，但附加的应用和开发集成工作可能增加进一步的费用; 兼容性差，媒体文件互用性不好，部分产品未考虑CDN。

　　Windows CE 微软目前推出WinCE 5.0，并扩大开放部分程序源代码。在这个开放了源代码计划授权下，微软开放250万行源代码程序作为评估套件（evaluation Kit），凡是个人、厂商都可以下载这些源代码加以修改使用。未来厂商OEM时，则需依执行时期(Run-time)授权，支付WinCE5.0核心每台机器数美元的授权费用。作为市场新进入者，微软强调较低的开发成本。微软在WinCE加入了档案系统、IPv4/IPv6、WLAN、蓝牙等联网功能以及Windows Media Coder等功能。微软称使用WinCE3.0，就已提供家庭网关、VoIP及自动化系统、CDPlayer或联网DVD上应用的开发，“而如果使用Linux，你则还需要自己找来各种资源，还得考虑整合性的问题。”微软这么评价WinCE。

　　VxWorks VxWorks 是美国 Wind River System 公司推出的一个实时操作系统。VxWorks 是一个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通信、军事演习、弹道制导、飞机导航等。

　　目前的IP机顶盒中的操作系统主要为嵌入式Linux和WinCE两种。操作系统为嵌入式Linux的IP机顶盒，媒体格式一般为MPEG-4，带宽在800kbps到2Mbps之间，部分也宣布支持WMT-9，但声称支持得不完善。它对PPPOE和固定IP地址都可以支持。这种机顶盒的价格较低，但由于兼容性不好，系统服务器端的建设和媒体文件的采集成本会偏高。

　　操作系统为WinCE的IP机顶盒，媒体格式为WMV。媒体文件对带宽的需要，可以在压缩文件时根据情况选择适合的码流来满足。它支持PPPOE和固定IP地址。媒体服务器和压码器为Windows Media Service 9和Windows Media Encode 9，可以与PC机的视频点播服务器系统共用，节省投资，管理方便。缺点是采用WinCE的IP机顶盒价格比嵌入式Linux的IP机顶盒价格偏高，阻挠了用户的快速增加。

　　IP机顶盒的技术指标

　　考核IP机顶盒的首要指标是支持的媒体文件格式。目前，对IP机顶盒的媒体格式还没有国标，可以使用WMV、RM，也可以是MPEG-4，而支持MPEG-4格式的厂家，相互间也不一定兼容，这就造成每个系统只支持本系统点播，影响了视频点播应用的推广。

　　其次，要求能支持PPPOE。PPPoE是在以太网络中转播PPP帧信息的技术。通常PPP（Point-to-Point Protocol）是用来通过电话线路及ISDN拨号接驳到ISP时使用。该协议具有用户认证及通知IP地址的功能。在ADSL中，PPPoE用来接驳ADSL Modem与家庭中的个人电脑或者路由器。在机顶盒中使用PPPOE协议，就可使运营商控制非法接入用户对系统的使用。

　　第三，对直播的支持。目前的技术已经发展到只要存在电话线路的地方，就可使用ADSL进行清晰图像的网络视频直播，根本不需要电视转播车和昂贵的卫星租用费用。

　　另外还要看有没有快进快退功能，以及媒体文件的带宽需求和清晰度。

　　IP机顶盒的未来发展

　　对于“流式传输”的IP机顶盒而言，选择何种媒体文件格式非常重要。模拟电视传输有PAL、NTSC格式，机顶盒目前有WMV、MPEG-4等众多文件格式，而且短时间内也不可能有国标，众多的厂商和运营商现阶段都要摸着石头过河。是该由国家先制定标准，还是由某种技术在市场占据主导后，管理部门再加以认可？目前尚有争论。

　　目前的市场上WMV占有相对较高的份额，采用WMV格式最大的优点是PC机视频点播与IP机顶盒的服务器端只用建设一套系统就可以了，同一个流媒体文件两种点播形式都可以使用，对于动辄就达T（1T=1024G）级节目存储容量的系统来说，也极大地节约了后台存储。否则，要准备两套同样内容不同文件格式的存储设备，要求片源提供商也要准备两套压码设备，实施起来不易操作。另外，如用标准流媒体文件格式，网友很容易将自己制作的流媒体文件上传，供大家观赏，这将是很大的卖点。除此之外，选择CDN设备也会较为简单，不用对两种或更多的流格式提出要求。总之，从片源、后台存储、媒体服务器、中间传输的CDN设备（即终端的播放器），都要求PC机视频点播与IP机顶盒视频点播都尽量采用同一种流媒体文件格式。

　　笔者认为，随技术的发展和流媒体文件格式的统一，机顶盒厂商对运营商提供的产品重点将不再是机顶盒设备，而是IP机顶盒的整体架构（也称为IPTV）的服务端解决方案。至于机顶盒，将来不但会有品牌厂商提供品牌的机顶盒，也可以由原先从事PC机装机的柜台，来提供IP机顶盒的装机服务。电视机的生产厂商，也可将机顶盒的芯片直接集成在电视机内部，只留下网络接口，电视也向宽带网路电视机发展。未来的IPTV应具有以下特点: 完整的收费流媒体平台，流媒体编码制作，内容管理（基于视频内容和非视频内容，如游戏、电子政务等），内容发布、分发和播放，基于数字版权管理的内容加密（DRM），丰富的计费认证接口，支持ISO MPEG-4、微软WMT 7/8/9流格式，支持普通PC及多种STB接入，集中的管理，分布式的内容服务，支持CDN系统等。

　　IP机顶盒厂家应该给运营商一个IPTV的电信级运营平台，支持CDN系统，支持标准的MPEG-4媒体格式或WMV格式，这样，只要支持标准的MPEG-4、WMV媒体格式的机顶盒，都可以接入这个IPTV系统。这有点像电信的手机系统，电信公司建立起服务的机站网络，无论哪种品牌的手机，都可以接入到此IPTV的系统中。

　　目前，基于PC机的视频点播技术已经成熟到可以市场化运作。如笔者所在的山东省宽带门户网站“宽带中国”，经过两年默默耕耘，其384kbps～512kbps带宽的视频并发流，已经达到了近3万个流，这不是某些咨询机构针对哪个节目的收视率所做市场调查得出的结论，而是网关系统对每个并发流的真实统计。相信再经过几年的运营，同时支持几十万、几百万的真实并发流的点播系统，也会实现。“宽带中国”是运营商根据流媒体系统和CDN系统的特点，自己组织设计、建设并成功运营的宽带网站，相信对全国的宽带网站及CDN系统的建设都有借鉴作用。

　　链接

　　CDN(Content Delivery Network)，即内容发布网络，是架构在IP基础网络之上的叠加网络，CDN通过将内容发布到网络的边缘，实现内容网络的分布式就近服务。其工作原理是在网络各节点放置内容缓存服务器，由CDN中心控制系统实时地根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离等信息，将用户的请求导向最佳的服务节点上。对用户来说，通过CDN系统，得到响应的时间被缩短，数据传输的稳定性被提高，从而提高了网络服务的总体性能。对内容提供商来说，通过CDN网络，只需建设和管理极少量的服务器，就可提供数倍于服务器容量的服务，极大地提高了网路性能，节约了人力和物力。