基于数字机顶盒的电子菜单的设计与实现

【摘要】：提出了几种利用CATV和PSTN的VOD多媒体数字机顶盒实现双向通信艺完成电子节目导游的设计方案 ,并对各种方案的优缺点进行了详细的讨论。最后介绍了所采用方案的实现方法　　

 　1 　引言

　　随着3C技术的发展 ,传统单向传输的模拟电视将逐步被市场淘汰 ,取而代之的将是宽带网络、信息共享和电视娱乐结合的产物 ———数字电视 ,而有线电视机顶盒（DVB -  C）正是传统模拟电视机向数字电视机过　渡期间最好的解决产品 ,它使模拟电视和数字电视广播网兼容 ,提供完整的交互式多媒体应用 ,如视频点（VOD）、电视商务、互动游戏、Internet 接入等。

　　目前，CATV网络在我国的各大中城市都已基本建成，有线电视的普及率较高，这就 为基于CA TV网络的VOD视频点播等各种增值业务的开发提供了最基本的条件。但当前还存在 一个相当关键的技术问题：从CATV网络到用户的“最后1 km”是否可以采用光缆与用户直接相连呢？

　　研究表明，这样做投资太大，最现实的办法是利用现有的HFC网络。

　　一方面，HFC网络具有高达750 MHz的带宽及单向和双向传输能力， 为多媒体业务的开展提供了充足的条件，而且它可以灵活地支 持交互式和广播业务，即同时支持模拟和数字信号的传输，这是其他接入方式所无法具备的 ；

　　另一方面，HFC宽带接入能够支持多种业务，实现数据、语音及视频服务的真正集成。目 前HFC接入技术中，普遍捎昧街只?窘饩霾呗裕阂皇腔?诘ハ虻腍FC接入，当上行业 务量很有限时，是一种非常有效而且经济的解决方案（因为原来的有线电视网的结构不需要 升级）；二是基于双向的HFC网络，采用这种方案必须对原有的有线电视网络进行双向升级 改造 。就本系统而言，它的上行数据量很少，而下行数据量较大，故采用第一种 解决策略。由于它不需要再进行额外的网络线路敷设，同时用户端和前端设备的价格也相 对低廉，是目前可行的最为经济的宽带接入方案。?

    数字电视是将模拟电视信号转换成数字信号，然后进行各种功能的处理、传输、记录和控制的系统。作为已经在全国范围内开展的信息服务，数字电视融合了计算机、多媒体、通信网络等技术。机顶盒用于在数字电视系统中将数字信号转变为模拟电视可以接收的信号，它是数字电视的过渡性产品。本文以数字电视机顶盒开发项目为基础，研究了数字电视系统所涉及到的相关理论和关键技术，包括数字电视系统工作原理、MPEG-2系统层结构分析、MPEG-2与DVB的业务信息等。本文还介绍了所开发的机顶盒的软硬件总体结构，软件开发环境和调试方法。并详细讨论了在HMD2003开发平台上使用Keil 51编译环境实现用户接口子系统的方法和过程。

　　2 系统概述

　　本系统是利用PSTN和CATV的通用信道来完成电子节目的导播的。首先，VOD中心把构造好的 电子菜单，通过CATV通用信道进行广播，告诉用户中心现有的节目资源以及目前的网络状态 信息。用户的机顶盒从CATV的通用信道上接收该电子菜单，对其解码并显示在电视机上。然 后， 用户利用机顶盒（SUB）经 PSTN 向中心系统的通信服务器发出服务请求，要求使用VOD及其 他 多媒体信息服务。

　　由于通信服务器具有公用电话网的双向接口，当通信服务器收到请求 后，会立即将信息通知中心系统的管理服务器，管理服务器得到用户的地理信息、口令、权 限以及用户请求服务的内容等信息后，进行用户的身份验证。如果用户是合法的，则根据点 播类型分配下行信道，同时通知视频服务器通过该下行信道向该机顶盒发送用户所请求的信 息，用户的机顶盒在收到允许点播、所分配到的信道、频点等控制信息后，自动切换到该频 点上接收节目信息，解码并显示在电视机上。中心系统在提供该服务的同时，开始按既定 的计费标准对该服务进行计费。?[!--empirenews.page--]

　　3 EPG的设计和实现方法

　　机顶盒是用户和外界交互的桥梁，机顶盒上行发出用户的服务请求并接收中心系统的 控制信息和经过压缩的节目信息，然后对这些MPEG传输流解码并送至用户的电视机。要完成 EP G导游，机顶盒必须首先接收电子菜单并把它显示在用户的终端上。该电子菜单显示 了当天中心系统提供的各种节目，节目按服务类型来组织编排（各服务类型下可以有子服 务类型。电子菜单生成后经压缩成为MPEG传 输 流，然后通过CATV蹬通用信道进行广播（电子菜单最终压缩成MPEG传输流是为了适合于在 网络中传输）。

　　电子菜单的设计涉及到两个方面：①节目是按服务类型来组织编排的，各服务类型 下又有子服务类型，形成了菜单的树型结构，树的最末端才是节目。要能正确地对用 户进行导游，必须能按用户的请求进行菜单页面的跳转。②树的每一项的显示信 息必须正确，尤其是节目的显示名称和节目的实际名称要一致。另外，还有字体及其颜 色等外观特 性。由此可见，电子菜单可分为两部分，菜单跳转表的生成和菜单页面及外观特性的设置。 下面将基于这两个方面提出几种设计方案。

　　方案一：选用MPEG格式的文件序列来保存。用MPEG 帧序列表示具有随时更换底图或插 播广告的优点，但也存在许多不足之处，例如，采用这种方案，菜单的数据量比较大，在通 用信道上传输时，如果服务器以固定速率发送菜单信息，菜单的接收时间比较长，菜单之间 的切换就变慢。当然也可以用增加通用信道的数量来解决这个问题，但这样就降低了信道的 利用率。

　　方案二：用位图（bmp）格式来保存电子菜单。即在菜单的每一页、每一项分别叠加各 自的底图，在每一菜单项的底图上嵌入相应菜单项的文字信息，按菜单的页号、项号保存菜 单。用位图格式的方法表示菜单可以大幅度压缩位图至很小的数据量，当服务器以固定速 率发送菜单信息时，菜单的接收时间短，菜单之间的切换延迟时间也相对较短，在改善了性 能的同时又提高了信道的利用率，这是MPEG帧序列格式所不具有的。但美中不足的是，采用 位图格式时，菜单底图要么没有，要么就只能放在机顶盒内，不能随时更新，插播广告 不方便。

　　菜单页面用 MPEG 帧序列和位图格式表示各有利弊。EPG是处在系统和用户交互的最前端， 在能正确完成电子节目导游的同时，响应速度也是一个很重要的因素。为了有更快的响应速 度，可以采用第3种方案——汉字内码。

　　方案三：采用汉字内码来实现。在STB中预置一个常用汉字的小字库。STB在收到菜单的链表 文件和菜单信息后，根据这些信息和预置的小字库，自动生成导游菜单。采用这种方案制作 菜单，数据量更小。例如，24点阵的1 000个汉字，只有72 k，300个汉字只有21 k，100个 汉字 仅仅只有7 k。而在100个汉字的情况下，采用bmp格式，数据量就有32 k之多，采用MPEG格 式 则更多。由此可见－采用内码方式生成菜单时，会大大缩短接收菜单的时间，显然也将 大幅度提高菜单切换的响应速度。但另一方面，由于STB中预置的小字库只包含部分常用的 汉字，虽然菜单本身的汉字量不大，但必然还存在某些小字库中没有包含的不常用汉字出现 在菜单中的可能性。这种情况就会造成汉字内码产生误码，从而导致菜单不能正确显示 这些汉字。

　　比较上述3种方案，考虑到用户对菜单的基本需求，如接收菜单的时间、菜单切换的响应速 度、菜单的外观特性以及系统运行的实际环境，本系统采用了后两种方案。当然，采用不同 的菜单格式，对机顶盒的软硬件也提出了不同的要求。下面就对这两种方案的实现进行简要 介绍。

　　生成菜单跳转表：首先，根据前台节目管理员的节目安排，从数据库相关的表中读取节目和 服 务类型，并按服务类型进行归类，即把节目安排表中属于同一服务类型下的节目归为一类， 并赋予层次关系，从而建立菜单的树型结构，并写入菜单表以覆盖原有的菜单。菜单表中有 菜单编号的字段，使用菜单编号作为确定节目源的唯一标识。

　　菜单制作：菜单编辑员进行菜单编辑时，还须为制作菜单提供一个操作平台。菜单 编辑包括菜单字体及其颜色，菜单底图（如广告、风景画等）及菜单的预览。菜单编辑员 可以按自己的喜好选择各种字体，叠加各种菜单底图，以提高菜单的美观性，增强菜单的视 觉效果。菜单编辑员编辑好菜单后，可以按不同的格式生成菜单页面。