2.实时操作系统
大家对PC的操作系统都比较熟悉，如DOS、Windows98、Windows NT、Unix、MacOS。与这些操作系统不同，机顶盒中的操作系统不是非常的庞大，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。
目前流行的实时操作系统有Wind River System公司的VxWorks、Integrated Systems Incorporated公司的pSOS、Microware公司的DAVID OS-9、ST公司的OS20、Windows CE以及专为机顶盒开发的PowerTV等。这些操作系统各有所长，在机顶盒中都有应用。其中VxWorks、pSOS、OS-9、OS20等是通用的实时操作系统，在其他的嵌入式系统中也有广泛的应用。当开发机顶盒时，实时操作系统应与下面将要介绍的中间件结合使用。PowerTV是专为机顶盒开发的，并将中间件集成在一起的操作系统，在美国应用较广。另外，随着嵌入式Linux的逐渐成熟，不仅为机顶盒厂商提供了一种选择，而且由于Linux的开放性和先进的结构，会对现有的实时操作系统构成巨大的威胁。
3.中间件
中间件是一种将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机来构成，如HTML虚拟机、javascript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等。
一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可以将其分为4层，从底向上分别为硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖于硬件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平台。
成熟的用于机顶盒的商用中间件产品有Opentv的EN2、Liberate的TV Navigator for DTV、Enreach的EnreachTV for DTV、Canel+ 的Mediahighway和Intellibyte的IB EPG、IB SI Manager、IB Browser等，这些产品在市场上都占有一席之地，但彼此并不兼容。
目前，标准组织已经认识到已有中间件产品兼容性差这个事实，并且开始着手建立开放的中间件标准。DVB提出了基于Java虚拟机的中间件标准DVB-MHP（多媒体家庭平台）；ATSC成立了T3/S17技术专家小组委员会，致力于机顶盒软件环境的定义，该软件环境称为DTV应用软件环境（DASE）。ATVEF（先进电视发展论坛）也创建了一种称为Advanced Television Enhancement Forum Specification for Interactive Television 的规范。
4.加解扰技术
加解扰技术用于对数字节目进行加密和解密。目前，国际上有两种标准：OpenCable定义的POD以及DVB定义的SimulCrypt与MultiCrypt标准。POD是一个通过PCMCIA接口与机顶盒相连的模块，该模块除了解扰功能外，还要完成与前端的交互功能。DVB的MultiCrypt也是采用PCMCIA接口与机顶盒连接，但它只有解扰功能。DVB的SimulCrypt则只要求机顶盒具有ISO7816的SmartCard接口，但需要机顶盒具有硬件解扰引擎。下面简述DVB的"有条件接入"的基本原理。
节目在播出前，要经过加扰处理，加扰过程是将复用后的传送流（Transport Stream）与一个伪随机加扰序列做模2加，而这个伪随机序列的生成由控制字发生器提供的控制字（Control Word ，简称CW）确定。有条件接入的核心实际上是控制字传输的控制。在MPEG传输流中，与控制字传输相关的有两个数据流：授权控制信息（ECMs）和授权管理信息（EMMs）。由业务密钥（SK）加密处理后的控制字在ECMs中传送，其中还包括来源、时间、内容分类和价格等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管理信息中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（PDK）的加密处理，EMMs中还包括地址、用户授权信息、如用户可以看的节目或时间段、用户付的收视费等。用户个人分配密钥（PDK）存放在用户的智能卡（SmartCard）中。
在用户端，机顶盒为了再生出解扰随机序列，必须获取相关的条件接收控制信息。首先，机顶盒根据PMT和CAT表中的CA-descriptor，获得EMM和ECM的PID值。然后，从TS流中过滤出ECMs和EMMs，并通过SmardCard接口送给SmartCard。SmardCard首先读取用户个人分配密钥（PDK），用PDK对EMM解密，取出SK，然后利用SK对ECM进行解密，取出CW，并将CW通过SmartCard接口送给解扰引擎，解扰引擎利用CW就可以将已加扰的传输流进行解扰。
5.电缆调制解调器
到目前为止，各种研究机构对电缆调制解调器进行了广泛的研究，这些研究成果最终形成了几个国际性组织定义的标准，如IEEE定义的IEEE802.14协议，DAVIC定义的DAVIC协议以及MCNS定义的DOCSIS协议等。
在这些协议中，MCNS标准的目的最为简单和明确，就是在有线网络上透明地传输IP数据包，因此该协议对IP的支持最好；DAVIC的目的主要是给用户提供交互式的数字视音频服务，同时也兼顾提供数据传输，该协议对数字视频的支持是最好的；IEEE802.14的目的是建立一个基于HFC的城域网，并使该网络能支持各种业务，包括固定比特率CBR、可变比特率VBR以及有效比特率ABR服务，其目的是使它对ATM有很好的支持。
不同的目的使得各个标准间存在很大的差异，这些差异主要体现在各个标准定义的物理层、MAC层的帧格式和MAC协议。
IEEE802.14对ATM信元能很好地支持，并能通过ATM信元很好地支持QoS。在传输ATM信元方面，该协议与MCNS相比，有较小的延迟和延迟抖动。但在支持IP方面，由于必须通过AAL5来支持，因而在传输IP分组的吞吐量方面比MCNS标准低，这一点对DAVIC标准同样适用。
在MAC层，MCNS标准的上行信道访问方式和碰撞解析算法比IEEE802.14和DAVIC都简单，使得用户端设备比较简单，再加上对IP有最好的支持，使MCNS标准在目前的市场上最为看好。但也正是因为其简单，在采用MCNS的Cable Modem进行话音和视频业务时还有一些缺陷，具体地说，MCNS标准的Cable Modem在支持IP电话和可视电话方面，还需要增加支持QoS的机制。但随着DOCSIS1.1的发布，该标准已逐步完善起来。
在对数字视频业务的支持上，DAVIC由于对数字电视广播的兼容和具有带外信道的优势，在数字机顶盒的标准中有重要影响。事实上，北美的OpenCable标准就是将MCNS与DAVIC有机结合的产物，而欧洲的EuroBox和EuroModem实际上就是采用DAVIC标准。而最早开始制定的IEEE802.14协议，已渐渐地被市场抛弃。
四、机顶盒的发展趋势
我们可以从几个方面来看一看机顶盒的发展趋势。
首先，在机顶盒的硬件平台上，会在几个方面有较大的发展：CPU越来越强大；存储器容量越来越大；MPEG解码器将支持同时解码多个HDTV的节目；图形功能越来越强大，将从简单的OSD，发展到强大的2D、3D图形引擎；电缆调制解调器功能更加完善，以支持高速Internet接入和电子邮件，并将Web页面与视频有机地融合。
在应用方面，机顶盒将支持越来越多的应用，并且，下载的应用将越来越多。这些应用包括：电子节目指南、按次付费观看、立即按次付费观看、准视频点播、数据广播、Internet接入、电子邮件、视频点播以及IP电话和可视电话等。当然，还会有许多其他新的应用。
在机顶盒的软件方面，标准化的中间件产品将进一步发展，用户将可以共享丰富的应用软件。
外部接口将更加丰富，可以利用数字机顶盒建立家庭网络，将机顶盒与PC、打印机、DVD机等数字设备连接起来，并通过内置的电缆调制解调器与Internet相连，真正地成为信息家电。
另外，机顶盒将给用户提供更具个性化和方便的导航系统，机顶盒将可以跟踪用户的观看习惯，扫描宽带网络中的各种数字服务，给用户显示节目和服务的建议时间表。
摘自《卫视周刊》
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