數(shù)字電視及機(jī)頂盒工作原理

1、 機(jī)頂盒基本原理介紹四川長虹網(wǎng)絡(luò)科技公司 蔣曉東 二二O一二年五月一二年五月機(jī)頂盒基本原理介紹一、數(shù)字電視系統(tǒng)介紹二、機(jī)頂盒的硬件組成介紹一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.1、數(shù)字電視電視信號的獲取、產(chǎn)生、傳輸、接收的過電視信號的獲取、產(chǎn)生、傳輸、接收的過程都以數(shù)字形式進(jìn)行的稱為數(shù)字電視系統(tǒng)程都以數(shù)字形式進(jìn)行的稱為數(shù)字電視系統(tǒng); ;數(shù)字信號的產(chǎn)生數(shù)字信號的產(chǎn)生: :直接產(chǎn)生直接產(chǎn)生( (數(shù)字?jǐn)z象機(jī)數(shù)字?jǐn)z象機(jī)); ); 模擬信號經(jīng)數(shù)字化后產(chǎn)生的數(shù)字信號模擬信號經(jīng)數(shù)字化后產(chǎn)生的數(shù)字信號; ;一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.2、數(shù)字電視系統(tǒng)基本構(gòu)成視頻編碼視頻編碼多多路路復(fù)復(fù)用用音頻編碼音頻編碼信源編碼信源編碼信信道道調(diào)調(diào)制

2、制視頻視頻音頻音頻數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信信道道傳傳輸輸解解復(fù)復(fù)用用解解調(diào)調(diào)信信道道接接收收視頻解碼視頻解碼音頻解碼音頻解碼視頻視頻音頻音頻信源解碼信源解碼前端前端后端后端打包打包打包打包ESESPESPES一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.3、數(shù)字電視系統(tǒng)模型Internet視頻服務(wù)器發(fā)射塔上傳天線調(diào)制、發(fā)射機(jī)家用電視有線電視網(wǎng)攝像機(jī)廣播衛(wèi)星手持PDA設(shè)備計(jì)算機(jī)接收天線復(fù)用器MPEG編碼器S解碼器S解碼器C解碼器接收天線其他局端數(shù)字碼流其他媒體接入家用電視接收電視機(jī)車載接收各種數(shù)字節(jié)目源DVBSReceiverDVBT ReceiverDVBCReceiver一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.4、數(shù)字電視系統(tǒng)框圖數(shù)字節(jié)目源采集節(jié)目數(shù)

3、據(jù)處理編 碼 器復(fù) 用 器QAM 調(diào)制器 COFDM調(diào)制器QPSK調(diào)制器衛(wèi)星發(fā)射天線有線網(wǎng)絡(luò)傳輸 微波天線發(fā)射 接入Inter net其它媒體接入 計(jì)算機(jī) DVB-C接收機(jī) 連接電視機(jī) DVB-S接收機(jī) DVB-T接收機(jī)一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5 概念介紹1.5.1 信源編碼：t信源編碼首先將輸入的圖像和伴音信號進(jìn)行A/D變換，成為數(shù)字信號；t然后將數(shù)字信號按照信息的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行變換，以減少信號的冗余度，提高傳輸效率。t信源編碼是壓縮信號帶寬的編碼，壓縮后單位時間、單位頻帶內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘吭龃?。一、?shù)字電視系統(tǒng)1.5.1.1 模擬信號的數(shù)字化：取樣取樣編碼編碼量化量化模擬電模擬電視信號視信號 數(shù)字電

4、數(shù)字電 視信號視信號抽樣：時間上連續(xù)的取值變?yōu)橛邢迋€離散取值。 量化：幅度上無限多種連續(xù)的樣值變?yōu)橛邢迋€離散值 。編碼：把量化后的信號按照一定的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)變成一系列數(shù)字編碼脈沖的過程。一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.1.2 常見的視頻壓縮格式：MPEG-1： ISO/IEC 11172ISO/IEC 11172標(biāo)準(zhǔn)系列，典型應(yīng)用如標(biāo)準(zhǔn)系列，典型應(yīng)用如VCDVCD。MPEG-2： ISO/IEC 13818ISO/IEC 13818標(biāo)準(zhǔn)系列，標(biāo)清數(shù)字電視主要標(biāo)準(zhǔn)系列，標(biāo)清數(shù)字電視主要應(yīng)用主類和主級（應(yīng)用主類和主級（MPMLMPML）；）；高清晰度數(shù)字電視采用主高清晰度數(shù)字電視采用主類和高級類和高級( (

5、MPHL)MPHL)。MPEG-4： ISO/IEC 14496ISO/IEC 14496標(biāo)準(zhǔn)系列，目前主要用于流媒標(biāo)準(zhǔn)系列，目前主要用于流媒體，數(shù)字電視。體，數(shù)字電視。H.264： 也稱也稱AVCAVC（MPEG-4/10MPEG-4/10）, ,流媒體流媒體, ,數(shù)字電視。數(shù)字電視。VC-1: 微軟所開發(fā)的視頻編解碼系統(tǒng)。微軟所開發(fā)的視頻編解碼系統(tǒng)。AVS: 全稱是中國數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組，全稱是中國數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組，成立的初衷是為了研發(fā)國產(chǎn)的音視頻標(biāo)準(zhǔn)。成立的初衷是為了研發(fā)國產(chǎn)的音視頻標(biāo)準(zhǔn)。一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.1.3 常見的音頻壓縮格式：MPEG-1：即即MU

6、SICAMMUSICAM，ISO/IECISO/IEC 11172-311172-3，有有3 3個不同層次個不同層次Layer-1 ：（MP1MP1）Layer-2 ：（MP2MP2）Layer-3 ：（MP3MP3）AAC： 即即ISO/IECISO/IEC 13818-7 13818-7 ，用于高清數(shù)字電視。用于高清數(shù)字電視。AC-3： Dolby Digital 5.1Dolby Digital 5.1，由于由于DVD,DVD,高清數(shù)字電視。高清數(shù)字電視。WMA: Windows Media AudioWindows Media Audio，微軟開發(fā)的。微軟開發(fā)的。RA: RealAud

7、io RealAudio ，RealReal公司開發(fā)的。公司開發(fā)的。一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.1.4 編碼設(shè)備編碼器，以及ES流、PES流、TS流、PS流的形成：視頻編碼器視頻編碼器音頻編碼器音頻編碼器打包器打包器打包器打包器PS復(fù)復(fù)用用TS碼流碼流PS碼流碼流PESES視頻視頻音頻音頻數(shù)據(jù)編碼器數(shù)據(jù)編碼器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)TS復(fù)復(fù)用用時鐘時鐘節(jié)目復(fù)用節(jié)目復(fù)用ES: ES: 基本流基本流 ( (Elementary StreamElementary Stream） PES: PES: 打包的基本碼流打包的基本碼流 ( (Packetized Elementary Stream)Packetized Ele

8、mentary Stream)TS: TS: 傳送流傳送流 ( (Transport Stream) Transport Stream) PS: PS: 節(jié)目流節(jié)目流 （Program StreamProgram Stream） 一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.2 多路復(fù)用： 采用MPEG2 TS流句法（ ISO/IEC 13818-1 ）對數(shù)字廣播的視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行組合、打包；并插入PSI信息和SI信息用于接收端的解復(fù)用和電子節(jié)目指南（EPG）。一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.2.1 多路復(fù)用： 輔助數(shù)據(jù)：輔助數(shù)據(jù)：可能包含可能包含PMTPMT表，圖文數(shù)據(jù)，增值業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等。表，圖文數(shù)據(jù)，增值業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

9、等。PSIPSI（節(jié)目信息）：節(jié)目信息）：PAT PAT 、PMTPMT、CATCAT、NITNIT等表格。等表格。SISI（業(yè)務(wù)信息）：業(yè)務(wù)信息）：BATBAT、SDTSDT、EITEIT、TDTTDT、多節(jié)目多節(jié)目TSTS流：流：即一個傳送頻點(diǎn)的所有即一個傳送頻點(diǎn)的所有TSTS包的集合。包含多個節(jié)目的音視、包的集合。包含多個節(jié)目的音視、視頻、視頻、PCRPCR的的TSTS包；包；PSIPSI、SISI的各種表格的的各種表格的TSTS包。包。節(jié)目節(jié)目1 TS節(jié)目復(fù)用節(jié)目復(fù)用節(jié)目節(jié)目2 TS節(jié)目復(fù)用節(jié)目復(fù)用節(jié)目節(jié)目n TS節(jié)目復(fù)用節(jié)目復(fù)用PSI數(shù)據(jù)SI數(shù)據(jù)多節(jié)目多節(jié)目TS流流傳送復(fù)用傳送復(fù)用視

10、頻PES音頻PES輔助數(shù)據(jù)視頻PES音頻PES輔助數(shù)據(jù)視頻PES音頻PES輔助數(shù)據(jù)加擾加擾加擾的多節(jié)目加擾的多節(jié)目TS流流一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.2.2 PSI表格： PSI即節(jié)目信息，包含PAT 、PMT、CAT等表格。 PAT：節(jié)目關(guān)聯(lián)表，PAT表的PID為0 x00；它給出了構(gòu)成傳送流中各 個節(jié)目的PMT表PID、NIT表的PID。 PMT：節(jié)目映射表 ，PMT表指出了組成節(jié)目的各個碼流的PID號，以 及ECM數(shù)據(jù)的PID。 CAT：條件存取表， PID為0 x01；給出EMM（Entitlement Management Message）數(shù)據(jù)的PID 一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.2.3 S

11、I表格： SI即業(yè)務(wù)信息（ Service Information），包含以下表格：BAT：（Bouquet Association Table，節(jié)目業(yè)務(wù)群關(guān)聯(lián)表）NIT：（Network Information Table,網(wǎng)絡(luò)信息表）SDT：（Service Description Table，節(jié)目業(yè)務(wù)描述表）EIT：（Event Information Table，節(jié)目段信息表）RST：（Running Status Table，運(yùn)行狀態(tài)表）TDT：（Time and Date Table，時間及日期表）TOT：（Time Offset Table，時間偏移表）ST：（Stuffing

12、Table ，填充表） 一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.3 信道編碼和信道調(diào)制： 為了將節(jié)目展示給終端用戶，必須對TS流進(jìn)行傳輸。為了適應(yīng)遠(yuǎn)距離傳輸，增強(qiáng)信號的糾錯能力，而進(jìn)行的對TS流的再編碼就是信道編碼。 經(jīng)過信道編碼后的信號是一個低頻基帶信號，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，為此將基帶信號搬移到信道損耗較小的高頻處就是信道調(diào)制。 不同國家，不同傳輸方式（信道），為此制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)，DVB(歐標(biāo))、ATSC（美標(biāo)）、ISDB（日標(biāo)）組織都制定自己相應(yīng)信道標(biāo)準(zhǔn)。常見的有： DVB-C(DVB-C(歐標(biāo)歐標(biāo) 有線有線) ) DVB-S/DVB-S2(DVB-S/DVB-S2(歐標(biāo)歐標(biāo) 衛(wèi)星衛(wèi)星) ) DVB-T/

13、T2 DVB-T/T2（歐標(biāo)（歐標(biāo) 地面波）地面波）VSB(VSB(殘留邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制 美標(biāo)美標(biāo) 地面波地面波) ) DMB-T/H DMB-T/H（國標(biāo)國標(biāo) 地面波地面波） ABS-S( ABS-S(國標(biāo)國標(biāo) 直播衛(wèi)星直播衛(wèi)星) )一、數(shù)字電視系統(tǒng)1.5.3.1 DVB-C信道編碼和調(diào)制：1.5.3.2 DVB-S信道編碼和調(diào)制：1.5.3.3. DVB-T信道編碼和調(diào)制：Q能量擴(kuò)散能量擴(kuò)散 RS編碼編碼交織交織B/S轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換QAM調(diào)制調(diào)制上變頻上變頻TS流流混合器混合器I基帶成形基帶成形IFRF 有線電視傳輸網(wǎng)有線電視傳輸網(wǎng)差分編碼和映射差分編碼和映射n B/S轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換絕對映射絕對映

14、射基帶成形基帶成形QPSK調(diào)制調(diào)制發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)衛(wèi)星衛(wèi)星傳輸IQ內(nèi)編碼（卷積收縮碼）內(nèi)編碼（卷積收縮碼）能量擴(kuò)散能量擴(kuò)散 RS編碼編碼交織交織TS流流IF內(nèi)交織內(nèi)交織幅度相位映射幅度相位映射OFDM調(diào)制調(diào)制D/A變換變換保護(hù)間隔插入保護(hù)間隔插入內(nèi)編碼（卷積收縮碼）內(nèi)編碼（卷積收縮碼）能量擴(kuò)散能量擴(kuò)散 RS外編碼外編碼外交織外交織TS流流幀適配幀適配發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)地面波傳輸?shù)孛娌▊鬏斠弧?shù)字電視系統(tǒng)1.5.3.4能量擴(kuò)散：能量擴(kuò)散：使用偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（使用偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PRBSPRBS），），來打亂數(shù)據(jù)的規(guī)律性。來打亂數(shù)據(jù)的規(guī)律性。減少連減少連“0”“0”或連或連“1”“1”的長度，保證接收機(jī)

15、能提取到位定的長度，保證接收機(jī)能提取到位定時信時信 號號, ,使加擾后的信號頻譜更能適合基帶傳使加擾后的信號頻譜更能適合基帶傳輸。輸。RSRS編碼：編碼： 一種前向誤碼校正（一種前向誤碼校正（FECFEC）的糾錯編碼方法。的糾錯編碼方法。188+16=204188+16=204。 交織：交織： 通過改變數(shù)據(jù)碼字傳輸順序的方法來分散連續(xù)錯誤。通過改變數(shù)據(jù)碼字傳輸順序的方法來分散連續(xù)錯誤。卷積收縮碼：卷積收縮碼：也是一種前向誤碼校正（也是一種前向誤碼校正（FECFEC）的編碼方法，看到的衛(wèi)星的編碼方法，看到的衛(wèi)星 節(jié)目參數(shù)里的節(jié)目參數(shù)里的1/2,2/3,3/4,5/6,7/8. 1/2,2/3,3

16、/4,5/6,7/8. B/SB/S轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換： 位到符號的轉(zhuǎn)換。位到符號的轉(zhuǎn)換。QPSK: QPSK: 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制 QAM: QAM: 正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制OFDM: OFDM: 正交頻分復(fù)用調(diào)制，多載波調(diào)制，每個載波再采用正交頻分復(fù)用調(diào)制，多載波調(diào)制，每個載波再采用QPSKQPSK或或 者者QAMQAM調(diào)制。調(diào)制。二、機(jī)頂盒基本原理介紹一、數(shù)字電視系統(tǒng)二、機(jī)頂盒基本組成和原理二、機(jī)頂盒基本組成和原理2.1 機(jī)頂盒的數(shù)據(jù)流圖 RF 輸入信道解調(diào)信道解調(diào)調(diào)諧調(diào)諧A/D解調(diào)解調(diào)解復(fù)用解復(fù)用視頻編碼視頻編碼解擾解擾視頻解碼視頻解碼IF解復(fù)用解復(fù)用TSPES音頻輸出視頻輸出

17、信源解碼信源解碼PCM解碼解碼音頻解碼音頻解碼 根據(jù)信道的不同將機(jī)頂盒分為衛(wèi)星機(jī)頂盒、有根據(jù)信道的不同將機(jī)頂盒分為衛(wèi)星機(jī)頂盒、有線機(jī)頂盒、地面波機(jī)頂盒，以及線機(jī)頂盒、地面波機(jī)頂盒，以及IPIP機(jī)頂盒。這幾類機(jī)機(jī)頂盒。這幾類機(jī)頂盒的主要區(qū)別在于解調(diào)部分，后端部分原理都基本頂盒的主要區(qū)別在于解調(diào)部分，后端部分原理都基本一樣。一樣。二、機(jī)頂盒基本組成和原理2.2 機(jī)頂盒的硬件模塊 RF 輸入調(diào)諧器調(diào)諧器解調(diào)器解調(diào)器SPDIFOSD環(huán)通輸出按鍵按鍵電電源源顯示顯示遙控遙控filterfilterfilterfilter音視頻音視頻解碼器解碼器CPUFLASHSDRAM解擾器解擾器filter卡座卡座E

18、EP混合混合USB音頻音頻D/A串口視頻視頻編碼編碼視頻視頻D/AHDMIA/VHDMIA/V分量S端子I2C總線TUNER主芯片前面板二、機(jī)頂盒基本組成和原理2.3 衛(wèi)星信號接收裝置 作用：1）、接收下行信號: C波段: 3.7GHZ 4.2GHZ KU波段：10.75GHZ 12.75GHZ2）、放大信號3）、下變頻：變到 9502150MHZ,給機(jī)頂盒。本振：C波段：5150GHZ；KU波段：9750GHZ,10600GHZ、10750GHZ、11300GHZ。進(jìn)入機(jī)頂盒的頻率：（衛(wèi)星下行頻率 本振頻率）的絕對值衛(wèi)星下行信號LNB天線同軸電纜機(jī)頂盒二、機(jī)頂盒基本組成和原理2.4 信道解調(diào)

19、 調(diào)諧器的作用：1）、選頻道2）、放大信號3）、射頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號。4）、動態(tài)信號強(qiáng)度調(diào)整。解調(diào)器的作用：1）、模數(shù)轉(zhuǎn)換2）、信號放大3）、信道解調(diào)，TS流的形成。解調(diào)的過程與調(diào)制的過程剛好 相反。4）、反映RF信號的強(qiáng)度（電平高低），質(zhì)量（信噪比）等。RF 輸入調(diào)諧器調(diào)諧器解調(diào)器解調(diào)器IFTS二、機(jī)頂盒基本組成和原理2.5 解復(fù)用 以解復(fù)用得到節(jié)目0的音視頻PES流為例：首先給過濾器設(shè)置過濾條件為PID=0,得到PAT表，分析PAT表得到節(jié)目0的PMT表的PID是16；再給過濾器設(shè)置過濾條件為PID=16，得到PMT表，分析PMT表得到節(jié)目0的視頻、音頻、 PCR PID分別是54、48

20、、90；分別將這3個PID設(shè)置到音頻、視頻、PCR過濾器，分別得到視頻、音頻PES流，以及用于恢復(fù)解碼時鐘的PCR數(shù)據(jù)。 如果帶CA,則還需給過濾器設(shè)置過濾條件為PID=1,得到CAT表，分析CAT表得到節(jié)目0的EMM數(shù)據(jù)的PID是58；同時，如果是加密節(jié)目，PMT表里可以分析出ECM數(shù)據(jù)的PID是75；將EMM、ECM PID分別設(shè)置給過濾器，得到EMM和ECM數(shù)據(jù)，將這兩個數(shù)據(jù)送進(jìn)CA卡，將得到CW(控制字)，將CW送給解擾器，解擾器便可對相應(yīng)的音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解擾。33節(jié)目節(jié)目322節(jié)目節(jié)目116節(jié)目節(jié)目0PMT-PID節(jié)目節(jié)目90PCRECM音頻音頻視頻視頻類型類型754854PID音頻

21、PESPMT表表PID=16PCR數(shù)據(jù)60節(jié)目節(jié)目359節(jié)目節(jié)目158節(jié)目節(jié)目0EMM-PID節(jié)目節(jié)目解擾器解擾器PID=54EMM解擾器解擾器解擾器解擾器PAT表表CAT表表PID=1PID=58PID=75CA卡卡ECMCW視頻PESPID=48PID=90TS流PID=0二、機(jī)頂盒基本組成和原理2.6 視頻編碼 由于不同國家采用不同的彩色電視制式，視頻編碼就是根據(jù)電視的制式，來進(jìn)由于不同國家采用不同的彩色電視制式，視頻編碼就是根據(jù)電視的制式，來進(jìn)行相應(yīng)制式的編碼，使得能在相應(yīng)制式的電視上顯示。行相應(yīng)制式的編碼，使得能在相應(yīng)制式的電視上顯示。常見的標(biāo)清制式有：常見的標(biāo)清制式有：NTSC:NTSC: 模擬：每秒模擬：每秒29