王召福
(廣東廣聯(lián)電子科技有限公司,廣東 廣州 510006)
責(zé)任編輯:任健男
電視是家庭內(nèi)重要的信息娛樂終端,有線電視的數(shù)字化改造是我國信息化發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。截至2010年9月,國內(nèi)數(shù)字電視用戶已經(jīng)達(dá)到8000萬戶,機頂盒的市場保有量突破了9000萬臺。廣州市自2007年3月開始分批實施數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換,并于2008年通過了國家廣電總局的驗收。在數(shù)字電視環(huán)境下,廣電運營商采用條件接收(CA)智能卡的方式實現(xiàn)版權(quán)保護(hù)和收費管理?,F(xiàn)有電視臺的收費管理方式,是采取“一機一卡一費”模式。
隨著人們生活水平的提高,多數(shù)家庭使用不止一臺的電視機。而在現(xiàn)有廣播電視的運營模式下,用戶第二臺以上的電視機,都需要另外購置廣電配發(fā)的機頂盒,另外使用一張廣電授權(quán)的智能卡,才能收看電視節(jié)目。如何以便捷的方式為一個家庭的多臺電視機提供方便的使用環(huán)境和更良好的使用體驗,是一個很現(xiàn)實的需求,也是國際技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的趨勢??紤]機頂盒和電視機的關(guān)系問題,電視機也不應(yīng)該僅僅局限在通過機頂盒收看數(shù)字廣播電視的范疇。目前,國際客觀現(xiàn)實是同時存在基于廣播電視網(wǎng)(CATV)的電視節(jié)目和通過電視訪問互聯(lián)網(wǎng)(Internet)的功能。所以,現(xiàn)在考慮“數(shù)字電視機頂盒”功能問題,已經(jīng)不僅僅限于考慮基于廣播電視網(wǎng)的電視節(jié)目,而是應(yīng)當(dāng)同時全面考慮基于廣播電視網(wǎng)和基于互聯(lián)網(wǎng)的電視節(jié)目。
數(shù)字家庭是個與時俱進(jìn)的概念。概括來說,數(shù)字家庭是指利用數(shù)字信息技術(shù)裝備人類活動的基本空間。位于廣州番禺的國家數(shù)字家庭應(yīng)用示范產(chǎn)業(yè)基地,把解決家庭內(nèi)部多業(yè)務(wù)平臺連接問題作為一個數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)提升的契機,提出了多項有效的“家庭網(wǎng)絡(luò)和多業(yè)務(wù)平臺”解決方案。國家數(shù)字家庭基地按照“聚集、聚合、聚焦、聚變”的發(fā)展思路,制定了從“高清互動數(shù)字電視”到“家庭網(wǎng)絡(luò)多業(yè)務(wù)系統(tǒng)”,再到“普適應(yīng)用數(shù)字生活”的數(shù)字家庭產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線。
數(shù)字家庭中涉及到多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)和信息終端,如果分別獨立構(gòu)建“業(yè)務(wù)平臺”,存在一個家庭之中,必然同時出現(xiàn)多個、多種傳輸網(wǎng)絡(luò)。為了使用方便,降低成本,提出了一個現(xiàn)實的問題:為什么不構(gòu)建一個盡可能簡明的家庭網(wǎng)絡(luò),來統(tǒng)一支持所有各類服務(wù)系統(tǒng)呢?于是就有了面向數(shù)字家庭的“家庭網(wǎng)絡(luò)”概念。
統(tǒng)一的家庭網(wǎng)絡(luò),不需要限定某種傳輸介質(zhì),但針對家庭中多種不同的業(yè)務(wù)需求,家庭網(wǎng)絡(luò)需要定義明確的互操作的協(xié)議方式,提供簡明的部署和使用方法。
家庭網(wǎng)絡(luò)必須支持多協(xié)議融合要求,在研究數(shù)字家庭與多協(xié)議融合關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,分析不同通信方式、標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議之間的調(diào)用、轉(zhuǎn)換和融合。融合支持包括高清音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字家庭互動應(yīng)用、設(shè)備互聯(lián)互通等的國家行業(yè)規(guī)范,并補充形成具有產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)性的創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)體系[1-2]。
為形成促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體解決方案,國家數(shù)字家庭基地正在主導(dǎo)提出一套完整的、涵蓋前端系統(tǒng)、增值服務(wù)平臺、分發(fā)網(wǎng)、接入網(wǎng)、家庭網(wǎng)乃至物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系,對體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、應(yīng)用接口加以規(guī)范。數(shù)字家庭互動應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)工作委員會(簡稱“廣聯(lián)”標(biāo)工委)已經(jīng)提出了包括9項標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。針對多電視機的共享問題,可以從家庭網(wǎng)關(guān)播發(fā)流媒體數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化方面開展工作,規(guī)范網(wǎng)關(guān)與終端的通信協(xié)議及數(shù)據(jù)格式。
廣電系統(tǒng)將迎來三網(wǎng)融合的歷史機遇,高清雙向的使用環(huán)境越來越開放,版權(quán)保護(hù)及節(jié)目價值將上升,廣電的技術(shù)體系將從高度封閉向開放的方向發(fā)展。封閉的加密技術(shù)在開放的環(huán)境下使用導(dǎo)致其安全性將大幅下降,同時也阻礙了數(shù)字電視技術(shù)的開放,導(dǎo)致了數(shù)字電視整體技術(shù)裝備的落后。鑒于此,開放的技術(shù)將是未來勢不可擋的發(fā)展趨勢。廣電運營商完全有機會選擇一種更為開放、功能更強的開發(fā)平臺,這樣參與開發(fā)軟件的人就會多起來,運營商就可以有更多的軟件選擇。
在建筑應(yīng)用領(lǐng)域,國家數(shù)字家庭基地積極參與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織的《居住區(qū)數(shù)字系統(tǒng)測評標(biāo)準(zhǔn)》的制訂工作。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將逐步把家庭網(wǎng)絡(luò)、安全防范、家電智能化、能耗表具的自動數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)傳及綜合信息服務(wù),作為當(dāng)前居住區(qū)數(shù)字系統(tǒng)的功能要求,并在此基礎(chǔ)上逐步明確三網(wǎng)融合是未來居住區(qū)數(shù)字系統(tǒng)必備的功能要求。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及相關(guān)技術(shù)方案列表見表1。
表1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及相關(guān)技術(shù)方案列表
基于家庭網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的多電視系統(tǒng),其應(yīng)用場景是廣播電視網(wǎng)、電話通信網(wǎng)和計算機互聯(lián)網(wǎng)接入家庭網(wǎng)關(guān)。家庭內(nèi)部推薦使用基于家庭電力線完成電視信號和互聯(lián)網(wǎng)信號的傳輸。從電視機應(yīng)用的角度看,網(wǎng)絡(luò)播放終端還可以進(jìn)一步解決一屏多用的問題,做到廣播電視、網(wǎng)絡(luò)、通話等功能都能方便地在電視機上使用。
“三網(wǎng)融合+家庭網(wǎng)絡(luò)”的方式,是從前端服務(wù)平臺到家庭網(wǎng)絡(luò)終端的數(shù)字家庭完整解決方案。目前基于廣電網(wǎng)絡(luò)的信息文化綜合內(nèi)容平臺的搭建已在各地逐步興起,廣電在節(jié)目內(nèi)容的廣播上有著天然的高帶寬、高到達(dá)度的優(yōu)勢。
多電視共享機頂盒設(shè)備的問題,是廣播電視進(jìn)入數(shù)字化傳播的時代后,所必然面臨的眾多矛盾的表征之一。其主要矛盾在于數(shù)字化信息在家庭內(nèi)部實現(xiàn)流轉(zhuǎn)和共享。在廣電節(jié)目廣播的時代,信息內(nèi)容是單向傳送和廣播式的,電視機具備接收模擬調(diào)頻信號的功能即可,經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,所有的電視機均已內(nèi)置此功能。在節(jié)目內(nèi)容數(shù)字化傳輸后,電視機終端在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)無法全面升級更換到數(shù)字解碼和數(shù)字視頻流實時接收和播放功能,因此產(chǎn)生了每臺電視機均需要增加數(shù)字信號解碼模塊的需求。同時,由于雙向交互式操作要求的提出,家庭內(nèi)部的多臺電視需要雙向的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)來承載雙向的信息流,因此家庭網(wǎng)絡(luò)的剛性需求也就應(yīng)運而生。
數(shù)字家庭是一個從運營到用戶的體系,如圖1所示。通過數(shù)字家庭方案,既把傳統(tǒng)意義上的機頂盒設(shè)備的主體功能提升到家庭網(wǎng)關(guān)中,解碼部分則交給多臺電視機或電視視頻終端,又可支持“三網(wǎng)融合”應(yīng)用,為今后“三網(wǎng)融合”的實現(xiàn)和推進(jìn)奠定良好的基礎(chǔ)。
圖1 面向數(shù)字家庭的運營體系
把機頂盒升級到家庭網(wǎng)關(guān),通過家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋家庭的多種業(yè)務(wù)終端,包括家庭內(nèi)的多臺電視機,符合數(shù)字家庭的技術(shù)方向,是解決家庭內(nèi)多電視應(yīng)用的可行方案。數(shù)字家庭是廣州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容,廣州以國家數(shù)字家庭應(yīng)用示范產(chǎn)業(yè)基地為依托,可以爭取在未來1~2年內(nèi)實現(xiàn)基于家庭網(wǎng)絡(luò)的支持多業(yè)務(wù)融合的解決方案,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)提升。
家庭內(nèi)部的原理是基于數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)家庭內(nèi)部數(shù)字電視信號的即取即用。數(shù)字電視信號送到家庭網(wǎng)關(guān),不需要限制家庭內(nèi)部對電視信號的使用。其技術(shù)原理如圖2所示。
圖2 通過家庭網(wǎng)關(guān)和家庭網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)多電視的技術(shù)原理
基于家庭網(wǎng)絡(luò)的家庭數(shù)字電視系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:1)家庭網(wǎng)關(guān)。支持?jǐn)?shù)字電視信號的接入。2)家庭網(wǎng)絡(luò)。在家庭內(nèi)部把家庭網(wǎng)關(guān)及各電視系統(tǒng)以統(tǒng)一的互聯(lián)協(xié)議連接起來。3)電視適配終端。因為傳統(tǒng)的模擬電視一般不具有網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)字信號解碼功能,所以在模擬電視旁需要增加支持網(wǎng)絡(luò)傳輸和數(shù)字解碼功能的電視適配終端。對于新型網(wǎng)絡(luò)電視機而言,支持標(biāo)準(zhǔn)家庭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)電視機是配合家庭網(wǎng)關(guān)的最佳搭檔。
這種方案下,各個電視機都是連接在同一個家庭網(wǎng)絡(luò)的總線上,而總線只能傳遞數(shù)字信號。一個直觀的解決思路是,把要看的廣播電視節(jié)目數(shù)字化,并且同時送到各個電視機。為此,此處必須把傳統(tǒng)的“機頂盒功能”拆開,把頻道選擇、解調(diào)、信道解碼和節(jié)目選擇功能留在家庭網(wǎng)關(guān)之內(nèi);把節(jié)目分解和信源解碼功能配置在電視機中或者配置在電視機適配器中。
家庭網(wǎng)關(guān)是家庭網(wǎng)絡(luò)的核心部件,支持鎖定多路數(shù)字電視信號并管理其在家庭網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。電視適配器可以以較低的成本實現(xiàn),并且讓傳統(tǒng)電視機支持網(wǎng)絡(luò)功能,具有可擴展性。
這一方案將在一定程度上推動網(wǎng)絡(luò)電視機標(biāo)準(zhǔn)的試點。家庭網(wǎng)絡(luò)的建立對于網(wǎng)絡(luò)電視行業(yè)的發(fā)展有重要的影響。網(wǎng)絡(luò)電視需要推動統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),通過試點項目推動網(wǎng)絡(luò)電視機行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定,從而主導(dǎo)未來網(wǎng)絡(luò)電視發(fā)展的話語權(quán),是十分具有戰(zhàn)略意義的。未來互聯(lián)網(wǎng)電視的發(fā)展,不能再重復(fù)數(shù)字電視一體機的錯誤。
2.2.1 適用的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng),可以選擇多種技術(shù)方案。家庭網(wǎng)絡(luò)的研究涉及的范圍很廣,不同的聯(lián)網(wǎng)方式可能涉及的技術(shù)體系不同。
家庭聯(lián)網(wǎng)要統(tǒng)籌考慮家庭應(yīng)用環(huán)境的特點以及相關(guān)影響因素,實現(xiàn)最佳的傳輸性能。家庭多媒體網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),還必須實現(xiàn)多優(yōu)先級的QoS管理,如何充分利用家庭內(nèi)部有限的網(wǎng)絡(luò)資源,通過基于地址、自適應(yīng)業(yè)務(wù)種類選擇等方式實現(xiàn)區(qū)分多優(yōu)先級的承載家庭業(yè)務(wù)的傳輸機制。設(shè)計高效的MAC層,支持基于工頻周期同步機制的TDMA和CSMA。TDMA面向連接,提供QoS保障,確保帶寬預(yù)留、高可靠性和嚴(yán)格的時延抖動控制。
目前家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為有線和無線兩種,具體又包括以太網(wǎng)、HomePNA、有線電視電纜(Mo?CA)、電力線(PLC)、IEEE1394和WiFi、藍(lán)牙等不同技術(shù)。不同的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在使用的媒質(zhì)、提供的速率、可達(dá)的距離和設(shè)備成本等各個方面都不同。
考慮到要在現(xiàn)有家庭中更方便地部署,采用在現(xiàn)有電力線上進(jìn)行信號調(diào)制是十分有意義的家庭組網(wǎng)方式。家庭內(nèi)部的電力載波通信(PLC),結(jié)合家庭內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò),可以實現(xiàn)家庭環(huán)境內(nèi)的最佳覆蓋。PLC可以作為家庭網(wǎng)絡(luò)主干,使用家庭電力線路這種分布最廣泛的導(dǎo)線,PLC完全可以取代新鋪設(shè)的線路。Home?Plug AV技術(shù)在物理層采用具有高級前向糾錯、通道預(yù)估和自適應(yīng)能力的OFDM。
電力載波Modem由射頻處理芯片、模擬前端芯片和電力線連接器等三部分組成。電力載波Modem的硬件設(shè)計采用6層PCB設(shè)計,BGA封裝焊接。電力載波Modem的軟件層在MAC層則綜合使用具有QoS保證的TDMA時分多址有序接入和CSMA競爭接入兩種方式,并通過快速自動重發(fā)請求(ARQ)來保障可靠傳送。在MAC層和IP層之間,進(jìn)一步實現(xiàn)基于令牌協(xié)議的QoS技術(shù),來支持針對數(shù)字家庭的多業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量管理技術(shù)。
2.2.2 多協(xié)議融合的家庭網(wǎng)關(guān)
家庭網(wǎng)關(guān)主要由多個高頻頭、主處理板和智能卡組成。多個高頻頭用于同時接收不同頻點的數(shù)字電視信號,以支持多電視機同時收看不同的電視節(jié)目。主處理板主要用于處理視音頻信號,將TS流轉(zhuǎn)換成IP流,通過家庭網(wǎng)絡(luò)將壓縮的視音頻信號傳輸?shù)诫娨暯K端。家庭網(wǎng)關(guān)主處理器的硬件采用低功耗的快速信號處理方案,配合采用FPGA提高系統(tǒng)快速響應(yīng)的能力;適配終端的硬件采用支持高清解碼的低功耗SoC方案。
家庭網(wǎng)關(guān)涉及到的協(xié)議集包括:DVB-C,MPEG-2,TCP/UDP/IP,DHCP,RTP,UPnP等多種跨領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議[3-4]。
2.2.3 支持UPnP協(xié)議的適配器和智能電視終端
在采用統(tǒng)一家庭網(wǎng)絡(luò)的背景下,家庭多媒體適配終端,或者是智能電視終端,其基礎(chǔ)是嵌入式操作系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵技術(shù),同時需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來定義外部互操作。筆者的方案是在應(yīng)用層利用UPnP協(xié)議,來支持家庭內(nèi)多種媒體資源的互發(fā)現(xiàn)。
適配器的開發(fā)還涉及高清顯示以及人機交互等多項技術(shù),目前方案支持CVBS、YPbPr/VGA、S-Video、HDMI接口OSD和視頻同時輸出,支持視頻解碼格式為1080i,720p,576p,576i等多種輸出模式。
2.2.4 家庭網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)
基于家庭網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的多電視系統(tǒng),必須接受網(wǎng)絡(luò)管理,多個家庭網(wǎng)絡(luò)共同組成可管可控的系統(tǒng)。分級的網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)包括:網(wǎng)絡(luò)管理中心子系統(tǒng)和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。家庭外部網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)管理范圍從小區(qū)管理中心到家庭,家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)為包括家庭網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管理代理。
在網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程管理技術(shù)上,以寬帶論壇主導(dǎo)的TR069系列網(wǎng)管規(guī)范相對比較成熟和全面。它支持對ADSL、VDSL、以太網(wǎng)、PON、POTS等多種上行方式的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行管理,對網(wǎng)關(guān)的主要功能均抽象了管理參數(shù),并支持動態(tài)配置、版本升級、日志查看、遠(yuǎn)程復(fù)位等多種管理操作,同時在網(wǎng)管系統(tǒng)與營業(yè)系統(tǒng)、運維系統(tǒng)之間的北向接口均作了定義。目前基于TR069的網(wǎng)管系統(tǒng)已經(jīng)在中國電信、法國電信等眾多運營商網(wǎng)絡(luò)中部署,主要用于實現(xiàn)設(shè)備或業(yè)務(wù)的“零配置”開通,以及設(shè)備的日常診斷、維護(hù)。
數(shù)字家庭的運營平臺還包括高效可控的管理平臺。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)管理包括公共網(wǎng)絡(luò)和家庭內(nèi)網(wǎng)雙重管理域,在公網(wǎng)管理域中采用SNMP標(biāo)準(zhǔn)管理協(xié)議,有利于大規(guī)模組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)的集中監(jiān)控。在家庭內(nèi)網(wǎng)管理域采用基于Web技術(shù)的方式管理,方便用戶對各類終端、業(yè)務(wù)的配置和管理。
家庭網(wǎng)關(guān)是公共管理域和家庭內(nèi)網(wǎng)管理域的交點,內(nèi)嵌的網(wǎng)管代理需要實現(xiàn)傳統(tǒng)的SNMP Agent(代理)模塊與基于Web的管理服務(wù)模塊的結(jié)合,既能夠滿足小區(qū)綜合管理中心和地區(qū)綜合管理中心實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程管理,又能為家庭內(nèi)網(wǎng)管理系統(tǒng)提供方便、快捷的管理手段。
通過探索解決家庭多電視應(yīng)用問題,能夠采取科學(xué)的方法,可行的技術(shù)方案,為百姓提供經(jīng)濟實惠、簡明易用的家庭內(nèi)多業(yè)務(wù)平臺使用方式,這是關(guān)心百姓生活、提高百姓生活幸福感的惠民工程。本方案有助于實現(xiàn)從家庭內(nèi)部出發(fā),提出家庭業(yè)務(wù)融合的新概念和新模式,催生技術(shù)突破的新方案和新產(chǎn)品,從而促進(jìn)形成三網(wǎng)融合的廣州模式。
目前,國家對“三網(wǎng)融合”試點城市給予政策方面的支持,資金方面的支持則普遍是以地方政府投資為主。試點城市之一的北京,以廣電網(wǎng)絡(luò)為依托,以互動電視為途徑,快速推進(jìn)“三網(wǎng)融合”項目。北京市級財政、區(qū)縣級財政和北京的有線電視運營商分別承擔(dān)高清交互機頂盒推廣資金的35%,30%和35%。在市政府的大力扶持和機頂盒免費對用戶發(fā)放的模式下,高清交互用戶發(fā)展迅速,2010年底已達(dá)130萬用戶,居全國第一。目前,歌華有線已收到了北京市財政局2010年高清交互機頂盒4.2億元的補助資金。用戶群的規(guī)模化使整個城市的信息化水平得到了大幅提升,也為基于互動電視的相關(guān)文化產(chǎn)業(yè)和信息服務(wù)業(yè)帶來了巨大的發(fā)展空間。廣州要通過“三網(wǎng)融合”拉動文化產(chǎn)業(yè)和信息服務(wù)業(yè),首先必須要形成一定規(guī)模的“三網(wǎng)融合”用戶群。
基于家庭網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字家庭應(yīng)用,可以通過規(guī)?;圏c進(jìn)行帶動。類似番禺的試點工程,基本具備數(shù)字家庭運營平臺的建設(shè)框架,可以結(jié)合“智慧廣州”工程,進(jìn)行提升和推廣。
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