云计算技术在STB中的应用研究

引言

在三网融合的背景下，智能数字机顶盒得到了快速的发展，随着业务多样化的增长，功能越来越复杂，技术集成度越来越高，且新产品更新换代的速度也在加快，推动家庭进入智能时代。

三网融合的发展需要云计算的支持，云计算正在成为三网融合的关键技术。云计算可以实现不同设备间的数据交换和应用共享，具有跨设备平台业务推广的优势，此功能对未来推展三网融合提供保障，利用云计算可为用户提供高速计算、存储空间、软件功能和信息服务等，为未来三网融合构筑稳定而高效的平台环境。在三网融合的终端，云计算机顶盒利用云平台强大的后台运算提供优质、便捷、安全的服务。

1基于云计算实现三网融合的分析

云计算通过互联网进行强大的数据处理和海量存储并形成全球的数据中心或超级的计算机群，终端用户利用云平台简便自由访问网络共享数据，快捷交互传输信息，无需投入过多的设备就能观看云视频，实现宽带，享受云服务。

1.1云技术平台可以解决三网融合所面临的瓶颈问题

云计算将成三网融合核心技术，利用云技术平台可以解决三网融合所面临的瓶颈问题。

首先，解决三网标准不统一的问题。实现三网融合要有统一的共同认可的通信协议技术标准，才能完成信息相互传递和安全作用，在此之前企业各自有自己的协议标准，三种网络结构都不尽相同，为了市场抗争在技术上还各自保密，没有一个相互交换资源的平台。要完成三网融合必须寻求共同认可的网络结构技术标准和通信标准，云计算平台基于IP地址TCP/IP协议标准，IP协议是三网可以易于接纳的通信协议。IP技术的普遍使用，满足了许多种物理介质与多样的应用需求之间建立简单而统一的映射需求，集成各种数据，综合多种软硬件环境及统一多种通信协议，对网络资源综合、合理调度和管理，实现点对点、点对多点的互动，使得各种以IP为基础的业务能在不同的网络上实现互通。云计算为三网创建了融合平台，通过云计算平台可以建起三家运营企业共享互通的协议

平台，实现用户对三家资源的共享。

其次，解决网络安全问题。三网融合使用的是统一的TCP/IP协议，但由于TCP/IP协议是开放的互联网协议，其安全性无法得到保障，TCP/IP协议面对的安全问题主要有网络木马病毒、黑客对服务器的攻击、邮件等机密信息被盗取，所以在三网融合后协议本身的安全性缺陷就会体现在融合后的三网中，再从一网扩散到了三网，增加了三网融合后的安全风险。相对于传统的信息安全技术来说，云计算的引入能极大地提升安全系统对病毒形式的收集能力，减少威胁侵袭的时间，而云计算在安全领域的应用大大促进了传统信息安全行业的变革。实际上网络是一个公共设施，和其他所有公共设施一样，肯定会面临各种风险，然而云平台这张大网络汇集了互联网领域大量的优秀人才，用户所享受的服务是由专业团队提供的，有了云平台的强大的后盾，就能最大限度地规避这些风险。

再次，解决了终端技术研发重复投入的问题。云计算的绝大部分运算都在“云”的服务器群上，所有的功能模块集成、软件升级，全部在“云端”由专门的服务器组完成了。终端的性能提高跟“云”服务器的运算没太大关系。云计算的超强计算能力可将终端设备的部分功能前移，从而可以将终端的设备要求降至最低，而服务器群的投资也无需用户承担。在云计算服务中，用户不必担心低价机顶盒的运算能力，机顶盒只承担信息输入和结果显示的功能，而所有的运算过程，都在“云”的服务器群中去完成。另外，终端机顶盒不再需要不停地更新换代、不需要集成大量的模块，因此大大降低了终端的成本投入，同时云计算不需要安装客户端的软件，直接通过“云”的高性能服务器群的运算，把结果直接传输到机顶盒终端，以减少用户在终端上的正版软件授权投入。

另外，利用云平台可以解决好利益划分的问题。目前，广电、互联网、电信三网分属三个不同领域，由三大部门分管，三网融合必然面临利益集团边界划分中的管辖权力和利益分配原则问题，尤其是系统运营商与内容及增值服务商之间的利益分配原则，处理不当可能出现三网之间的恶意竞争。强大云的后台运算只需广电、互联网、电信三网提供内容和服务，由用户从满意程度方面选择其中一个优质网络为其服务，因此，三大网络之间可通过自身雄厚的资金和技术优势建立自己的云平台，通过资源整合拓展其他两方的市场，推出各自在相应领域的产品，通过云计算的弹性的收费标准，吸引消费者，可避免三者由于利益最大化采取低价策略进行不正当的竞争，最终损害的还是消费者的利益。

1.2云计算是未来三网融合关键技术

云计算将成三网融合核心技术，云计算通过互联网进行强大的数据处理和海量存储并形成全球的数据中心或超级的计算机群终端，用户利用云平台简便自由访问网络共享数据,快捷交互传输信息，无需投入过多的设备就能观看云视频,实现宽带，享受云服务叫另外，由于云计算的技术特性适应了未来互联网和数据网络的发展趋势，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业的支持。

云计算技术的快速发展给三网融合提供了更为宽广的空间，强大的后台运算使得应用资源更为丰富与优质，而终端的设备需求越来越弱，甚至简化成一个单纯的输入输出设备。三网融合由对技术要求的融合转向了业务市场行业、经济、管制、政策等方面的高级融合。随着用户多样化的需求和技术的发展，三网融合将向着多网融合的方向发展，如物联网、航空票网、车联网等都将加入多网融合中，云计算的技术能满足三网融合对其他网络的向上兼容，云计算平台优势不仅是节约硬件成本，同时也缩短了网络的更新周期。有了云计算机技术平台，三网将高速平稳地实现真正意义上的融合。

2云计算构建三网融合系统平台的研究

电信、广信和互联网等根据统一的通信协议和技术标准进入云计算平台进行数据交换和信息的交互传输，云计算构建的三网融合系统平台如图1所示，它由企业云子平台、核心云平台、智能机顶盒、智能云终端四个层面构成。

图1  三网融合系统平台

2.1私有云子平台

由电信、广信、互联网以及目前迅速发展的物联网等组成私有云子平台，私有云子平台的三网分别建立自己的云平台,三家企业云相互不影响，各自为用户提供内容不同优质技术的网络服务。独立的私有云子平台，三家企业在原有自身优势的基础上，通过技术开发和资源整合来拓展其他两家企业的业务市场，推出各自优质服务和高端产品，由消费者来选择享用哪一家企业提供的服务，避免不正当的竞争，用户更能享受到优质的服务。

2.2公共云平台

公共云平台通过建大型的计算机群，计算机分布在大量的分布式计算机上，从而使云计算发挥作用。在信息的处理和传送过程中，三家企业各自存放好的综合媒介资源，当用户通过核心之平台传输来的相应请求服务命令后，经过各自的云计算的处理后，将服务数据发送到公共云平台中，等待用户的服务请求或者向用户发送已定制的服务套餐，用户通过核心云计算任意访问三家中的子平台。电信、广电、互联网在接入用户前需通过TCP/IP统一协议融合才能进行数据交换，如果无公共云平台而是简单的三网融合，可能造成云计算同时处理三方数据，因此带来数据混乱和网络拥塞崩溃的问题。基于核心云平台的三网融合可以最大限度地改善CP/IP协议带来的网络安全风险，通过云计算强大的数据存储能力和计算能力，有效地缓解网络的拥塞和崩溃问题，提高网络运行的稳定特性。

2.3智能机顶盒

在核心云计算平台的支撑下，机顶盒作为一个云端设备能够提供强大的云服务，丰富了内容与业务。由于主要服务由云提供，降低了对机顶盒本身的能量要求，降低了机顶盒成本。

2.4智能云终端

智能云终端通过智能机顶盒在三网融合环境下，采用云计算、云存储等技术，实现内容云应用、云服务和资源共享。在使用过程中，用户需向云终端申办业务，在接受请求后的云计算平台构建计算机业务单元，业务单元包括存储空间、CPU内存等虚拟硬件，根据用户向三网中任一家网络云子平台，购买的产品不同，给用户提供包括互联网应用、电话通信、电视点播、视频或者高清视频点播服务。

3云技术BTS的应用

机顶盒的全称叫做数字电视机顶盒，英文缩写为STB（Set-TopBox）。传统的机顶盒是将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它把经过数字化压缩的图像和声音信号解码还原成模拟信号送入普通的电视机。目前的数字电视机顶盒已成为一种嵌入式计算设备，具有完善的实时操作系统和强大的CPU计算能力，能协调控制机顶盒的各部分硬件设施，提供易操作的图形用户界面。随着网络技术的不断提高,许多已提升为具有双向功能的设备，通过机顶盒实现如因特网浏览、视频点播、家庭电子商务、电话通信等多种服务。云智能数字机顶盒是未来三网融合的发展方向

3.1云智能数字电视机顶盒技术架构

云智能电视机顶盒将融合电视、手机、电脑的功能，它拥有强大的操作系统和全开放式的平台，利用云平台用户可以自由选择第三方服务商提供的软件、游戏等，也可以自己动手开发相关应用，在电视平台上进行安装和卸载，从而丰富自己的电视功能。云智能电视机顶盒成为三网融合的最重要的载体之一，成为家庭的智能中心。云智能数字电视机顶盒技术架构如图2所示。

3.1.1云数据层

云数据层把从公共云平台传输过来的信源进行标准化处理，不论是手机、平板电脑还是网络媒体需要有统一的技术架构和接口标准，云数据层完成了云（视频云）与端（机顶盒）相结合，同时云数据层延续了手机和平板电脑的技术架构，从而使得数字电视软硬件设计的标准化成为可能，构造安全可控的三网融合应用，通过接入强大的云服务，丰富了内容与业务应用，拓展了机顶盒智能化的使用范围。

3.1.2硬件物理层

从结构上看，机顶盒一般由NIM前端接口模块、信源解复用数据模块、条件接收模块、解码与视音频输出模块、嵌入式CPU与存储接口模块等几大部分构成。NIM前端接口模块具有信道解调和信道解码功能，完成TS信源的数据传送,这些数据包含视音频和其他数据信息，是数字电视前端的网络接口模块。信源解复用数据模块在数字电视的接收端执行了系统层的解码任务，是信源解码的一个重要组件，提供了包括PID过滤、节过滤、PCR字段提取等解复用需完成的功能。解复用器能在数据包中选择不同节目的音视频流和数据流数据信息，送入视音频解码器和相应的解析软件。条件接收模块：有条件接收系统(CAS)是开展付费电视的核心技术，对音视频信源实施解扰，通过智能卡识别用户且具有记忆功能，保证合法用户正常收看。CAS的组成包括用户管理系统SMS、业务信息生成系统SIG、节目管理PMS/SI编辑系统、节目调度处理EIS、用户授权管理系统SAS、条件接收CA等。解码与视音频输出模块：模拟信号数字化后，信息量激增，必须采用相应的数据压缩标准。数字电视广播采用MPEG—2视频压缩标准，适用多种清晰度图像质量，经视频编码器和音频D/A变换，能正确还原原始音、视频数据，提供高质量图像，并提供多声道立体声节目。嵌入式CPU与存储接口模块是嵌入式操作系统的运行平台，也是数字电视机顶盒的心脏,在完成信道解码以后，要解复用，使视频、音频和数据分离开,在CPU中集成32个以上可编程PID滤波器，其中两个用于视频和音频滤波。它要和操作系统一起完成网络管理、显示管理、图文电视解码、数据解码、有条件接收管理等功能。为了达到这些功能，必须在普通32〜64位CPU上扩展许多新的功能，并不断提高速度，以适应高速网络、三维动漫和游戏的要求。

3.1.3软件应用层

机顶盒作为一个客户端系统，除了要具有良好的硬件平台外，还需要配备不同的软件系统，才能使其完成各种任务。机顶盒中的软件可以分成三个主要的层:应用层、中间解释层和驱动层，每一层都包含了诸多的程序或接口等。应用层可以分成驻留应用程序和可下载应用程序两部分，不同的STB软件设计理念使这两个部分包含的应用程序也不尽相同，合理规划这两部分的组成将有助于提高STB的可靠性和相应时间。驱动层包括机顶盒硬件的驱动程序和API接口，它主要用于完成对硬件设备的操作。中间解释层将STB的应用程序指令翻译成CPU能识别的指令，从而通过驱动层去调动硬件设备完成相应的操作。该层包括嵌入式操作系统、中间件、CA驻留软件等。中间件开放的业务平台的特点在于产品的开发和产生业务平台，开放的业务平台为每个环节提供独立的运行模式，每个环节拥有自身的利润，能产生多个供应商。

现在机顶盒芯片的技术水平，机顶盒芯片均可以支持Android智能操作系统，它除了传统的电视机顶盒功能外，还能让电视机实现网页浏览、视频电影观看、聊天、办公、游戏等功能。

3.1.4终端显示

由于多屏显示也是三网融合所面临的问题，电视显示器、电脑显示屏和手机显示屏在技术和格式上都属不同的标准，为了兼容终端显示必须在输出前作必要的技术处理。目前，电视采用隔行扫描方式，当显示图形和文字时，亮度信号存在背景闪烁，水平直线存在行间闪烁。电脑显示屏是逐行扫描方式,而数字电视的显示格式有18种以上。上网则要符合VESA格式，显然，电视机的显示系统无法适应这么多格式。在显示技术上常会出现如果把逐行扫描的计算机图文转换到电视机上，水平边沿就会仅出现在奇场或偶场，屏显时间接近人眼的视觉暂留，会产生厉害的边缘闪烁现象，因而要用电视机上网，必须要补救电视机显示的缺陷。对于存在的问题，目前用两种方法进行改进：一种是抗闪烁滤波器，把相邻三行的图像按比例相加成一行，使仅出现在单场的图像重现在每场中。这种方法简单易实现，但降低了图像的清晰度，适用于隔行扫描方式的电视机。另一种方法是把隔行扫描变成逐行扫描,并适当提高帧频，这种方式要成倍地增加扫描的行数和场数,要作行、场内插运算和运动补偿，必须用专用的芯片和复杂的技术才能实现。另外，把分辨率高于模拟电视机的HDTV和VESA信号在电视机上播放，只能显示部分画面，为保证图像的连续性，要进行内插运算。

3.2云电视机顶盒的应用技术

云电视的定位是高端，云电视技术机顶盒还需要很长一段时间发展成熟。

3.2.1云电视未来发展的探讨

随着云电视的广泛运用和开发动能的提高，云计算在三网融合中起到一个关键技术的作用。它是云计算、云存储及云应用软件在电视领域的运用，它为未来家庭云生活提供了智能平台，它汇集了网络、平台、资源库等技术精华，通过付费管理给用户提供优质的电视听服务，然而，云电视运行需要一个优质运行的原始和全兼容的云端平台，以形成完整的技术体系和服务功能，包括硬件和软件开发、跨平台使用和内容共享,内容优势和消费者满意品牌。目前，云电视所提供使用产品的只是终端载体，并没有构成一个完整的产业支撑链条，云电视技术的发展成熟还需要很长一段路要走。

3.2.2安卓操作系统在智能电视机顶盒的应用探讨

安卓系统是美国谷歌公司研发的主要用于手机、平板电脑等具有开源方案的系统，它与电视的结合后可呈现四大特点:首先，安卓系统具有全开动性，也是智能电视的平台标准之一,用户可自主安装电视应用程序，通过智能电视系统发微博和写评论等；其次，安卓操作系统使智能电视节目内容更加丰富,操作更为简洁，在观看传统电视节目的同时，通过登录浏览器入口平台，捜索或下载网络媒体，体现了传统电视与互联网内容的融合；再次，智能电视通过安卓同源性平台，将PC机、手机通过云端平台延展其内容，可以共享同类的程序、内容、媒体等资源；最后，可利用安卓操作系统的开放平台，用户可自主开发各种程序软件，创造性地推出海量应用资源。然而,安卓系统面向对象是手机、平板电脑，并内置 Wi-Fi，其特点就是适合小屏幕使用，由于目前家庭电视已向高清大屏幕方向发展，将安卓系统这种适用于小屏幕使用的系统内容装在几十寸的大屏电视机上运用，其清晰度和分辨率必然不合适，影响用户的收视质量。未来安卓系统要必须进行底层方案的科学研发和改进，将原本适合手机、平板电脑小屏幕使用的系统，改造为能适用于宽屏电视的产品，因此，利用安卓系统构成智能机顶盒，还需要很长一段时间发展成熟。

4 结 语

三网融合可持续发展要建立云计算，云智能数字电视机顶盒融合了互联网、三网融合等各种新兴技术，利用云技术平台，全面覆盖视频、语言通信和数据服务等方面，同时通过对流媒体技术、网络平台、智能操作系统等技术的完善，将成为未来家庭生活的中心和智能管理平台。

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