云計算技術在STB中的應用研究

引言

在三網(wǎng)融合的背景下，智能數(shù)字機頂盒得到了快速的發(fā)展，隨著業(yè)務多樣化的增長，功能越來越復雜，技術集成度越來越高，且新產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也在加快，推動家庭進入智能時代。

三網(wǎng)融合的發(fā)展需要云計算的支持，云計算正在成為三網(wǎng)融合的關鍵技術。云計算可以實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)交換和應用共享，具有跨設備平臺業(yè)務推廣的優(yōu)勢，此功能對未來推展三網(wǎng)融合提供保障，利用云計算可為用戶提供高速計算、存儲空間、軟件功能和信息服務等，為未來三網(wǎng)融合構筑穩(wěn)定而高效的平臺環(huán)境。在三網(wǎng)融合的終端，云計算機頂盒利用云平臺強大的后臺運算提供優(yōu)質、便捷、安全的服務。

1基于云計算實現(xiàn)三網(wǎng)融合的分析

云計算通過互聯(lián)網(wǎng)進行強大的數(shù)據(jù)處理和海量存儲并形成全球的數(shù)據(jù)中心或超級的計算機群，終端用戶利用云平臺簡便自由訪問網(wǎng)絡共享數(shù)據(jù)，快捷交互傳輸信息，無需投入過多的設備就能觀看云視頻，實現(xiàn)寬帶，享受云服務。

1.1云技術平臺可以解決三網(wǎng)融合所面臨的瓶頸問題

云計算將成三網(wǎng)融合核心技術，利用云技術平臺可以解決三網(wǎng)融合所面臨的瓶頸問題。

首先，解決三網(wǎng)標準不統(tǒng)一的問題。實現(xiàn)三網(wǎng)融合要有統(tǒng)一的共同認可的通信協(xié)議技術標準，才能完成信息相互傳遞和安全作用，在此之前企業(yè)各自有自己的協(xié)議標準，三種網(wǎng)絡結構都不盡相同，為了市場抗爭在技術上還各自保密，沒有一個相互交換資源的平臺。要完成三網(wǎng)融合必須尋求共同認可的網(wǎng)絡結構技術標準和通信標準，云計算平臺基于IP地址TCP/IP協(xié)議標準，IP協(xié)議是三網(wǎng)可以易于接納的通信協(xié)議。IP技術的普遍使用，滿足了許多種物理介質與多樣的應用需求之間建立簡單而統(tǒng)一的映射需求，集成各種數(shù)據(jù)，綜合多種軟硬件環(huán)境及統(tǒng)一多種通信協(xié)議，對網(wǎng)絡資源綜合、合理調度和管理，實現(xiàn)點對點、點對多點的互動，使得各種以IP為基礎的業(yè)務能在不同的網(wǎng)絡上實現(xiàn)互通。云計算為三網(wǎng)創(chuàng)建了融合平臺，通過云計算平臺可以建起三家運營企業(yè)共享互通的協(xié)議

平臺，實現(xiàn)用戶對三家資源的共享。

其次，解決網(wǎng)絡安全問題。三網(wǎng)融合使用的是統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，但由于TCP/IP協(xié)議是開放的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，其安全性無法得到保障，TCP/IP協(xié)議面對的安全問題主要有網(wǎng)絡木馬病毒、黑客對服務器的攻擊、郵件等機密信息被盜取，所以在三網(wǎng)融合后協(xié)議本身的安全性缺陷就會體現(xiàn)在融合后的三網(wǎng)中，再從一網(wǎng)擴散到了三網(wǎng)，增加了三網(wǎng)融合后的安全風險。相對于傳統(tǒng)的信息安全技術來說，云計算的引入能極大地提升安全系統(tǒng)對病毒形式的收集能力，減少威脅侵襲的時間，而云計算在安全領域的應用大大促進了傳統(tǒng)信息安全行業(yè)的變革。實際上網(wǎng)絡是一個公共設施，和其他所有公共設施一樣，肯定會面臨各種風險，然而云平臺這張大網(wǎng)絡匯集了互聯(lián)網(wǎng)領域大量的優(yōu)秀人才，用戶所享受的服務是由專業(yè)團隊提供的，有了云平臺的強大的后盾，就能最大限度地規(guī)避這些風險。

再次，解決了終端技術研發(fā)重復投入的問題。云計算的絕大部分運算都在“云”的服務器群上，所有的功能模塊集成、軟件升級，全部在“云端”由專門的服務器組完成了。終端的性能提高跟“云”服務器的運算沒太大關系。云計算的超強計算能力可將終端設備的部分功能前移，從而可以將終端的設備要求降至最低，而服務器群的投資也無需用戶承擔。在云計算服務中，用戶不必擔心低價機頂盒的運算能力，機頂盒只承擔信息輸入和結果顯示的功能，而所有的運算過程，都在“云”的服務器群中去完成。另外，終端機頂盒不再需要不停地更新?lián)Q代、不需要集成大量的模塊，因此大大降低了終端的成本投入，同時云計算不需要安裝客戶端的軟件，直接通過“云”的高性能服務器群的運算，把結果直接傳輸?shù)綑C頂盒終端，以減少用戶在終端上的正版軟件授權投入。

另外，利用云平臺可以解決好利益劃分的問題。目前，廣電、互聯(lián)網(wǎng)、電信三網(wǎng)分屬三個不同領域，由三大部門分管，三網(wǎng)融合必然面臨利益集團邊界劃分中的管轄權力和利益分配原則問題，尤其是系統(tǒng)運營商與內容及增值服務商之間的利益分配原則，處理不當可能出現(xiàn)三網(wǎng)之間的惡意競爭。強大云的后臺運算只需廣電、互聯(lián)網(wǎng)、電信三網(wǎng)提供內容和服務，由用戶從滿意程度方面選擇其中一個優(yōu)質網(wǎng)絡為其服務，因此，三大網(wǎng)絡之間可通過自身雄厚的資金和技術優(yōu)勢建立自己的云平臺，通過資源整合拓展其他兩方的市場，推出各自在相應領域的產(chǎn)品，通過云計算的彈性的收費標準，吸引消費者，可避免三者由于利益最大化采取低價策略進行不正當?shù)母偁?，最終損害的還是消費者的利益。

1.2云計算是未來三網(wǎng)融合關鍵技術

云計算將成三網(wǎng)融合核心技術，云計算通過互聯(lián)網(wǎng)進行強大的數(shù)據(jù)處理和海量存儲并形成全球的數(shù)據(jù)中心或超級的計算機群終端，用戶利用云平臺簡便自由訪問網(wǎng)絡共享數(shù)據(jù),快捷交互傳輸信息，無需投入過多的設備就能觀看云視頻,實現(xiàn)寬帶，享受云服務叫另外，由于云計算的技術特性適應了未來互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢，以及大大降低了成本和能耗，因此得到了世界上很多大型企業(yè)的支持。

云計算技術的快速發(fā)展給三網(wǎng)融合提供了更為寬廣的空間，強大的后臺運算使得應用資源更為豐富與優(yōu)質，而終端的設備需求越來越弱，甚至簡化成一個單純的輸入輸出設備。三網(wǎng)融合由對技術要求的融合轉向了業(yè)務市場行業(yè)、經(jīng)濟、管制、政策等方面的高級融合。隨著用戶多樣化的需求和技術的發(fā)展，三網(wǎng)融合將向著多網(wǎng)融合的方向發(fā)展，如物聯(lián)網(wǎng)、航空票網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等都將加入多網(wǎng)融合中，云計算的技術能滿足三網(wǎng)融合對其他網(wǎng)絡的向上兼容，云計算平臺優(yōu)勢不僅是節(jié)約硬件成本，同時也縮短了網(wǎng)絡的更新周期。有了云計算機技術平臺，三網(wǎng)將高速平穩(wěn)地實現(xiàn)真正意義上的融合。

2云計算構建三網(wǎng)融合系統(tǒng)平臺的研究

電信、廣信和互聯(lián)網(wǎng)等根據(jù)統(tǒng)一的通信協(xié)議和技術標準進入云計算平臺進行數(shù)據(jù)交換和信息的交互傳輸，云計算構建的三網(wǎng)融合系統(tǒng)平臺如圖1所示，它由企業(yè)云子平臺、核心云平臺、智能機頂盒、智能云終端四個層面構成。

圖1  三網(wǎng)融合系統(tǒng)平臺

2.1私有云子平臺

由電信、廣信、互聯(lián)網(wǎng)以及目前迅速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)等組成私有云子平臺，私有云子平臺的三網(wǎng)分別建立自己的云平臺,三家企業(yè)云相互不影響，各自為用戶提供內容不同優(yōu)質技術的網(wǎng)絡服務。獨立的私有云子平臺，三家企業(yè)在原有自身優(yōu)勢的基礎上，通過技術開發(fā)和資源整合來拓展其他兩家企業(yè)的業(yè)務市場，推出各自優(yōu)質服務和高端產(chǎn)品，由消費者來選擇享用哪一家企業(yè)提供的服務，避免不正當?shù)母偁?，用戶更能享受到?yōu)質的服務。

2.2公共云平臺

公共云平臺通過建大型的計算機群，計算機分布在大量的分布式計算機上，從而使云計算發(fā)揮作用。在信息的處理和傳送過程中，三家企業(yè)各自存放好的綜合媒介資源，當用戶通過核心之平臺傳輸來的相應請求服務命令后，經(jīng)過各自的云計算的處理后，將服務數(shù)據(jù)發(fā)送到公共云平臺中，等待用戶的服務請求或者向用戶發(fā)送已定制的服務套餐，用戶通過核心云計算任意訪問三家中的子平臺。電信、廣電、互聯(lián)網(wǎng)在接入用戶前需通過TCP/IP統(tǒng)一協(xié)議融合才能進行數(shù)據(jù)交換，如果無公共云平臺而是簡單的三網(wǎng)融合，可能造成云計算同時處理三方數(shù)據(jù)，因此帶來數(shù)據(jù)混亂和網(wǎng)絡擁塞崩潰的問題?；诤诵脑破脚_的三網(wǎng)融合可以最大限度地改善CP/IP協(xié)議帶來的網(wǎng)絡安全風險，通過云計算強大的數(shù)據(jù)存儲能力和計算能力，有效地緩解網(wǎng)絡的擁塞和崩潰問題，提高網(wǎng)絡運行的穩(wěn)定特性。

2.3智能機頂盒

在核心云計算平臺的支撐下，機頂盒作為一個云端設備能夠提供強大的云服務，豐富了內容與業(yè)務。由于主要服務由云提供，降低了對機頂盒本身的能量要求，降低了機頂盒成本。

2.4智能云終端

智能云終端通過智能機頂盒在三網(wǎng)融合環(huán)境下，采用云計算、云存儲等技術，實現(xiàn)內容云應用、云服務和資源共享。在使用過程中，用戶需向云終端申辦業(yè)務，在接受請求后的云計算平臺構建計算機業(yè)務單元，業(yè)務單元包括存儲空間、CPU內存等虛擬硬件，根據(jù)用戶向三網(wǎng)中任一家網(wǎng)絡云子平臺，購買的產(chǎn)品不同，給用戶提供包括互聯(lián)網(wǎng)應用、電話通信、電視點播、視頻或者高清視頻點播服務。

3云技術BTS的應用

機頂盒的全稱叫做數(shù)字電視機頂盒，英文縮寫為STB（Set-TopBox）。傳統(tǒng)的機頂盒是將數(shù)字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它把經(jīng)過數(shù)字化壓縮的圖像和聲音信號解碼還原成模擬信號送入普通的電視機。目前的數(shù)字電視機頂盒已成為一種嵌入式計算設備，具有完善的實時操作系統(tǒng)和強大的CPU計算能力，能協(xié)調控制機頂盒的各部分硬件設施，提供易操作的圖形用戶界面。隨著網(wǎng)絡技術的不斷提高,許多已提升為具有雙向功能的設備，通過機頂盒實現(xiàn)如因特網(wǎng)瀏覽、視頻點播、家庭電子商務、電話通信等多種服務。云智能數(shù)字機頂盒是未來三網(wǎng)融合的發(fā)展方向

3.1云智能數(shù)字電視機頂盒技術架構

云智能電視機頂盒將融合電視、手機、電腦的功能，它擁有強大的操作系統(tǒng)和全開放式的平臺，利用云平臺用戶可以自由選擇第三方服務商提供的軟件、游戲等，也可以自己動手開發(fā)相關應用，在電視平臺上進行安裝和卸載，從而豐富自己的電視功能。云智能電視機頂盒成為三網(wǎng)融合的最重要的載體之一，成為家庭的智能中心。云智能數(shù)字電視機頂盒技術架構如圖2所示。

3.1.1云數(shù)據(jù)層

云數(shù)據(jù)層把從公共云平臺傳輸過來的信源進行標準化處理，不論是手機、平板電腦還是網(wǎng)絡媒體需要有統(tǒng)一的技術架構和接口標準，云數(shù)據(jù)層完成了云（視頻云）與端（機頂盒）相結合，同時云數(shù)據(jù)層延續(xù)了手機和平板電腦的技術架構，從而使得數(shù)字電視軟硬件設計的標準化成為可能，構造安全可控的三網(wǎng)融合應用，通過接入強大的云服務，豐富了內容與業(yè)務應用，拓展了機頂盒智能化的使用范圍。

3.1.2硬件物理層

從結構上看，機頂盒一般由NIM前端接口模塊、信源解復用數(shù)據(jù)模塊、條件接收模塊、解碼與視音頻輸出模塊、嵌入式CPU與存儲接口模塊等幾大部分構成。NIM前端接口模塊具有信道解調和信道解碼功能，完成TS信源的數(shù)據(jù)傳送,這些數(shù)據(jù)包含視音頻和其他數(shù)據(jù)信息，是數(shù)字電視前端的網(wǎng)絡接口模塊。信源解復用數(shù)據(jù)模塊在數(shù)字電視的接收端執(zhí)行了系統(tǒng)層的解碼任務，是信源解碼的一個重要組件，提供了包括PID過濾、節(jié)過濾、PCR字段提取等解復用需完成的功能。解復用器能在數(shù)據(jù)包中選擇不同節(jié)目的音視頻流和數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)信息，送入視音頻解碼器和相應的解析軟件。條件接收模塊：有條件接收系統(tǒng)(CAS)是開展付費電視的核心技術，對音視頻信源實施解擾，通過智能卡識別用戶且具有記憶功能，保證合法用戶正常收看。CAS的組成包括用戶管理系統(tǒng)SMS、業(yè)務信息生成系統(tǒng)SIG、節(jié)目管理PMS/SI編輯系統(tǒng)、節(jié)目調度處理EIS、用戶授權管理系統(tǒng)SAS、條件接收CA等。解碼與視音頻輸出模塊：模擬信號數(shù)字化后，信息量激增，必須采用相應的數(shù)據(jù)壓縮標準。數(shù)字電視廣播采用MPEG—2視頻壓縮標準，適用多種清晰度圖像質量，經(jīng)視頻編碼器和音頻D/A變換，能正確還原原始音、視頻數(shù)據(jù)，提供高質量圖像，并提供多聲道立體聲節(jié)目。嵌入式CPU與存儲接口模塊是嵌入式操作系統(tǒng)的運行平臺，也是數(shù)字電視機頂盒的心臟,在完成信道解碼以后，要解復用，使視頻、音頻和數(shù)據(jù)分離開,在CPU中集成32個以上可編程PID濾波器，其中兩個用于視頻和音頻濾波。它要和操作系統(tǒng)一起完成網(wǎng)絡管理、顯示管理、圖文電視解碼、數(shù)據(jù)解碼、有條件接收管理等功能。為了達到這些功能，必須在普通32?64位CPU上擴展許多新的功能，并不斷提高速度，以適應高速網(wǎng)絡、三維動漫和游戲的要求。

3.1.3軟件應用層

機頂盒作為一個客戶端系統(tǒng)，除了要具有良好的硬件平臺外，還需要配備不同的軟件系統(tǒng)，才能使其完成各種任務。機頂盒中的軟件可以分成三個主要的層:應用層、中間解釋層和驅動層，每一層都包含了諸多的程序或接口等。應用層可以分成駐留應用程序和可下載應用程序兩部分，不同的STB軟件設計理念使這兩個部分包含的應用程序也不盡相同，合理規(guī)劃這兩部分的組成將有助于提高STB的可靠性和相應時間。驅動層包括機頂盒硬件的驅動程序和API接口，它主要用于完成對硬件設備的操作。中間解釋層將STB的應用程序指令翻譯成CPU能識別的指令，從而通過驅動層去調動硬件設備完成相應的操作。該層包括嵌入式操作系統(tǒng)、中間件、CA駐留軟件等。中間件開放的業(yè)務平臺的特點在于產(chǎn)品的開發(fā)和產(chǎn)生業(yè)務平臺，開放的業(yè)務平臺為每個環(huán)節(jié)提供獨立的運行模式，每個環(huán)節(jié)擁有自身的利潤，能產(chǎn)生多個供應商。

現(xiàn)在機頂盒芯片的技術水平，機頂盒芯片均可以支持Android智能操作系統(tǒng)，它除了傳統(tǒng)的電視機頂盒功能外，還能讓電視機實現(xiàn)網(wǎng)頁瀏覽、視頻電影觀看、聊天、辦公、游戲等功能。

3.1.4終端顯示

由于多屏顯示也是三網(wǎng)融合所面臨的問題，電視顯示器、電腦顯示屏和手機顯示屏在技術和格式上都屬不同的標準，為了兼容終端顯示必須在輸出前作必要的技術處理。目前，電視采用隔行掃描方式，當顯示圖形和文字時，亮度信號存在背景閃爍，水平直線存在行間閃爍。電腦顯示屏是逐行掃描方式,而數(shù)字電視的顯示格式有18種以上。上網(wǎng)則要符合VESA格式，顯然，電視機的顯示系統(tǒng)無法適應這么多格式。在顯示技術上常會出現(xiàn)如果把逐行掃描的計算機圖文轉換到電視機上，水平邊沿就會僅出現(xiàn)在奇場或偶場，屏顯時間接近人眼的視覺暫留，會產(chǎn)生厲害的邊緣閃爍現(xiàn)象，因而要用電視機上網(wǎng)，必須要補救電視機顯示的缺陷。對于存在的問題，目前用兩種方法進行改進：一種是抗閃爍濾波器，把相鄰三行的圖像按比例相加成一行，使僅出現(xiàn)在單場的圖像重現(xiàn)在每場中。這種方法簡單易實現(xiàn)，但降低了圖像的清晰度，適用于隔行掃描方式的電視機。另一種方法是把隔行掃描變成逐行掃描,并適當提高幀頻，這種方式要成倍地增加掃描的行數(shù)和場數(shù),要作行、場內插運算和運動補償，必須用專用的芯片和復雜的技術才能實現(xiàn)。另外，把分辨率高于模擬電視機的HDTV和VESA信號在電視機上播放，只能顯示部分畫面，為保證圖像的連續(xù)性，要進行內插運算。

3.2云電視機頂盒的應用技術

云電視的定位是高端，云電視技術機頂盒還需要很長一段時間發(fā)展成熟。

3.2.1云電視未來發(fā)展的探討

隨著云電視的廣泛運用和開發(fā)動能的提高，云計算在三網(wǎng)融合中起到一個關鍵技術的作用。它是云計算、云存儲及云應用軟件在電視領域的運用，它為未來家庭云生活提供了智能平臺，它匯集了網(wǎng)絡、平臺、資源庫等技術精華，通過付費管理給用戶提供優(yōu)質的電視聽服務，然而，云電視運行需要一個優(yōu)質運行的原始和全兼容的云端平臺，以形成完整的技術體系和服務功能，包括硬件和軟件開發(fā)、跨平臺使用和內容共享,內容優(yōu)勢和消費者滿意品牌。目前，云電視所提供使用產(chǎn)品的只是終端載體，并沒有構成一個完整的產(chǎn)業(yè)支撐鏈條，云電視技術的發(fā)展成熟還需要很長一段路要走。

3.2.2安卓操作系統(tǒng)在智能電視機頂盒的應用探討

安卓系統(tǒng)是美國谷歌公司研發(fā)的主要用于手機、平板電腦等具有開源方案的系統(tǒng)，它與電視的結合后可呈現(xiàn)四大特點:首先，安卓系統(tǒng)具有全開動性，也是智能電視的平臺標準之一,用戶可自主安裝電視應用程序，通過智能電視系統(tǒng)發(fā)微博和寫評論等；其次，安卓操作系統(tǒng)使智能電視節(jié)目內容更加豐富,操作更為簡潔，在觀看傳統(tǒng)電視節(jié)目的同時，通過登錄瀏覽器入口平臺，捜索或下載網(wǎng)絡媒體，體現(xiàn)了傳統(tǒng)電視與互聯(lián)網(wǎng)內容的融合；再次，智能電視通過安卓同源性平臺，將PC機、手機通過云端平臺延展其內容，可以共享同類的程序、內容、媒體等資源；最后，可利用安卓操作系統(tǒng)的開放平臺，用戶可自主開發(fā)各種程序軟件，創(chuàng)造性地推出海量應用資源。然而,安卓系統(tǒng)面向對象是手機、平板電腦，并內置 Wi-Fi，其特點就是適合小屏幕使用，由于目前家庭電視已向高清大屏幕方向發(fā)展，將安卓系統(tǒng)這種適用于小屏幕使用的系統(tǒng)內容裝在幾十寸的大屏電視機上運用，其清晰度和分辨率必然不合適，影響用戶的收視質量。未來安卓系統(tǒng)要必須進行底層方案的科學研發(fā)和改進，將原本適合手機、平板電腦小屏幕使用的系統(tǒng)，改造為能適用于寬屏電視的產(chǎn)品，因此，利用安卓系統(tǒng)構成智能機頂盒，還需要很長一段時間發(fā)展成熟。

4 結 語

三網(wǎng)融合可持續(xù)發(fā)展要建立云計算，云智能數(shù)字電視機頂盒融合了互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合等各種新興技術，利用云技術平臺，全面覆蓋視頻、語言通信和數(shù)據(jù)服務等方面，同時通過對流媒體技術、網(wǎng)絡平臺、智能操作系統(tǒng)等技術的完善，將成為未來家庭生活的中心和智能管理平臺。

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