數(shù)字電視機(jī)頂盒

1、數(shù)字電視機(jī)頂盒1機(jī)頂盒概念的變遷機(jī)頂盒STB（SetTopBox）起源于20世紀(jì)90年代初，當(dāng)時(shí)在歐美作為保護(hù)版權(quán)和收取收視費(fèi)的重要手段，有線電視臺(tái)在每臺(tái)用戶(hù)電視機(jī)之前加一個(gè)密鑰盒，只有交了費(fèi)的用戶(hù)才能正常收看電視，這就是最初的機(jī)頂盒20世紀(jì)90年代中期，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)在全世界快速發(fā)展和普及，人們萌發(fā)了用電視機(jī)上網(wǎng)的想法，于是具有Internet功能的機(jī)頂盒出現(xiàn)了。當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)廠商都期望因特網(wǎng)機(jī)頂盒能成新的家用電器，市場(chǎng)炒作曾經(jīng)幾起幾落，但始終未成氣候2機(jī)頂盒概念的變遷1998年11月，美國(guó)和歐洲D(zhuǎn)TV（數(shù)字電視）及HDTV（高清晰度數(shù)字電視）試播后，又一次掀起了機(jī)頂盒的高潮，這次機(jī)頂盒的主

2、要作用是用普通模擬電視機(jī)收看數(shù)字電視或數(shù)字高清晰度電視，當(dāng)然也具備網(wǎng)絡(luò)和有條件接收功能，這種機(jī)頂盒被稱(chēng)為數(shù)字電視機(jī)頂盒。根據(jù)傳輸媒體的不同，數(shù)字電視機(jī)頂盒又分為數(shù)字衛(wèi)星機(jī)頂盒（DVBS）、地面數(shù)字電視機(jī)頂盒（DVBT）和有線數(shù)字電視機(jī)頂盒（DVBC）三種，三種機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在解調(diào)部分。目前應(yīng)用較為廣泛的是數(shù)字衛(wèi)星機(jī)頂盒及有線電視數(shù)字機(jī)頂盒3數(shù)字電視機(jī)頂盒的概念對(duì)于機(jī)頂盒，目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的定義，傳統(tǒng)的說(shuō)法是：“置于電視機(jī)頂上的盒子。它是利用有線電視網(wǎng)絡(luò)作為傳輸平臺(tái)，電視機(jī)作為用戶(hù)終端，以提高現(xiàn)有電視機(jī)的性能或增加其功能。由于功能和用途不同，使得“機(jī)頂盒”這個(gè)概念有些模糊不清，如早期的增補(bǔ)

3、頻道機(jī)頂盒、圖文電視機(jī)頂盒、付費(fèi)電視機(jī)頂盒等。 數(shù)字電視機(jī)頂盒是信息家電之一，它是一種能夠讓用戶(hù)在現(xiàn)有模擬電視機(jī)上觀看數(shù)字電視節(jié)目，并進(jìn)行交互式數(shù)字化娛樂(lè)、教育和商業(yè)化活動(dòng)的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品4數(shù)字電視機(jī)頂盒的功能數(shù)字電視機(jī)頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，同時(shí)具有所有廣播和交互式多媒體應(yīng)用功能，包括： （1）電子節(jié)目指南（EPG）：它為用戶(hù)提供一種容易使用、界面友好、可以快速訪問(wèn)想看節(jié)目的方式，用戶(hù)可以通過(guò)該功能看到一個(gè)或多個(gè)頻道甚至所有頻道上近期將播放的電視節(jié)目（2）高速數(shù)據(jù)廣播：它能為用戶(hù)提供股市行情、票務(wù)信息、電子報(bào)紙、熱門(mén)網(wǎng)站等各種信息（3）軟件在線升級(jí)：它可看成是數(shù)據(jù)廣播的應(yīng)用之一

4、。數(shù)據(jù)廣播服務(wù)器按DVB數(shù)據(jù)廣播標(biāo)準(zhǔn)將升級(jí)軟件廣播下來(lái)，機(jī)頂盒能識(shí)別該軟件的版本號(hào)，在版本不同時(shí)接收該軟件，并對(duì)保存在存儲(chǔ)器中的軟件進(jìn)行更新 5數(shù)字電視機(jī)頂盒的功能（4）因特網(wǎng)接入和電子郵件：數(shù)字機(jī)頂盒可通過(guò)內(nèi)置的電纜調(diào)制解調(diào)器方便地實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入功能。用戶(hù)可以通過(guò)機(jī)頂盒內(nèi)置的瀏覽器上網(wǎng)，發(fā)送電子郵件。同時(shí)機(jī)頂盒也可以提供各種接口與PC相連,使用PC接入因特網(wǎng)（5）支持交互式應(yīng)用如: 視頻點(diǎn)播、互動(dòng)游戲等（6）有條件接收：有條件接收的核心是加擾和加密，數(shù)字機(jī)頂盒應(yīng)具有解擾和解密功能 6數(shù)字電視機(jī)頂盒的原理與結(jié)構(gòu)數(shù)字電視機(jī)頂盒接收各種傳輸介質(zhì)來(lái)的數(shù)字電視和各種數(shù)據(jù)信息，通過(guò)解調(diào)、解復(fù)用、解碼和音

5、視頻編碼(或者通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)解析模塊)，在模擬電視機(jī)上觀看數(shù)字電視節(jié)目和各種數(shù)據(jù)信息。以有線數(shù)字電視機(jī)頂盒為例，其工作原理如下：有線數(shù)字電視機(jī)頂盒接收數(shù)字電視節(jié)目、處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和完成多種應(yīng)用的解析。信源在進(jìn)入有線電視網(wǎng)絡(luò)前完成兩級(jí)編碼，一是傳輸用的信道編碼，另一級(jí)是音、視頻信號(hào)的信源編碼和所有信源封裝成傳輸流。與前端相應(yīng)，接收端機(jī)頂盒首先從傳輸層提取信道編碼信號(hào)，完成信道解調(diào)；其次是還原壓縮的信源編碼信號(hào)，恢復(fù)原始音、視頻流，同時(shí)完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多種應(yīng)用的接收、解析7數(shù)字電視機(jī)頂盒的原理與結(jié)構(gòu)根據(jù)接收數(shù)字電視廣播和互聯(lián)網(wǎng)信息的要求，一個(gè)數(shù)字電視機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)由信號(hào)處理（信道解碼和信源解碼）、控

6、制和接口幾大部分組成具有交互功能的機(jī)頂盒則需回傳通道8數(shù)字電視機(jī)頂盒的原理與結(jié)構(gòu)機(jī)頂盒從功能上看是計(jì)算機(jī)和電視機(jī)的融合產(chǎn)物，但結(jié)構(gòu)卻與兩者不同，從信號(hào)處理和應(yīng)用操作上看，機(jī)頂盒包含以下層次： 物理層和連接層：包括高頻調(diào)諧器，QPSK、QAM、OFDM、VSB解調(diào)，卷積解碼，去交織，里德索羅門(mén)解碼，解能量擴(kuò)散。 傳輸層：包括解復(fù)用，它把傳輸流分成視頻、音頻和數(shù)據(jù)包。 節(jié)目層：包括MPEG2視頻解碼，MPEG/AC3音頻解碼。 用戶(hù)層：包括服務(wù)信息，電子節(jié)目表，圖形用戶(hù)界面（GUI），瀏覽器，遙控，有條件接收，數(shù)據(jù)解碼。 輸出接口：包括分模擬視音頻接口，數(shù)字視音頻接口，數(shù)據(jù)接口，鍵盤(pán)，鼠標(biāo)等9數(shù)字

7、電視機(jī)頂盒的原理與結(jié)構(gòu)數(shù)字電視機(jī)頂盒的工作過(guò)程大致如下：高頻頭接收來(lái)自有線網(wǎng)的高頻信號(hào)，通過(guò)QAM解調(diào)器完成信道解碼，從載波中分離出包含音、視頻和其它數(shù)據(jù)信息的傳送流(TS)傳送流中一般包含多個(gè)音、視頻流及一些數(shù)據(jù)信息。解復(fù)用器則用來(lái)區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應(yīng)的音、視頻流和數(shù)據(jù)流，送入MPEG2解碼器和相應(yīng)的解析軟件，完成數(shù)字信息的還原對(duì)于付費(fèi)電視，條件接收模塊對(duì)音、視頻流實(shí)施解擾，并采用含有識(shí)別用戶(hù)和進(jìn)行記賬功能的智能卡，保證合法用戶(hù)正常收看MPEG2解碼器完成音、視頻信號(hào)的解壓縮，經(jīng)視頻編碼器和音頻D/A變換，還原出模擬音、視頻信號(hào)，在常規(guī)彩色電視機(jī)上顯示高質(zhì)量圖像，并提供多聲道立體聲節(jié)目1

8、0數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)信道解碼：數(shù)字電視機(jī)頂盒中的信道解碼電路相當(dāng)于模擬電視機(jī)中的高頻頭和中頻放大器。在數(shù)字電視機(jī)頂盒中，高頻頭是必須的，不過(guò)調(diào)諧范圍包含衛(wèi)星頻道、地面電視接收頻道、有線電視增補(bǔ)頻道。根據(jù)DTV目前已有的調(diào)制方式，信道解碼應(yīng)包括QPSK、QAM、OFDM、VSB解調(diào)功能。 信源解碼：模擬信號(hào)數(shù)字化后，信息量激增，必須采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字電視廣播采用MPEG2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，適用多種清晰度圖像質(zhì)量。音頻目前則有AC3和MPEG2兩種標(biāo)準(zhǔn)。信源解碼器必須適應(yīng)不同編碼策略，正確還原原始音、視頻數(shù)據(jù)。 上行數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼：開(kāi)展交互式應(yīng)用，需要考慮上行數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼問(wèn)題。目前普

9、遍采用的有3種方式，采用電話線傳送上行數(shù)據(jù)，采用以太網(wǎng)卡傳送上行數(shù)據(jù)和通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)傳送上行數(shù)據(jù)11數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)之嵌入式CPU嵌入式CPU是數(shù)字電視機(jī)頂盒的心臟，當(dāng)數(shù)據(jù)完成信道解碼以后，首先要解復(fù)用，把傳輸流分成視頻、音頻，使視頻、音頻和數(shù)據(jù)分離開(kāi)，在數(shù)字電視機(jī)頂盒專(zhuān)用的CPU中集成了32個(gè)以上可編程PID濾波器，其中兩個(gè)用于視頻和音頻濾波，其余的用于PSI、SI和Private數(shù)據(jù)濾波。CPU是嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，它要和操作系統(tǒng)一起完成網(wǎng)絡(luò)管理，顯示管理、有條件接收管理（IC卡和Smart卡）、圖文電視解碼、數(shù)據(jù)解碼、OSD、視頻信號(hào)的上下變換等功能為了達(dá)到這些功能，必須在普

10、通3264位CPU上擴(kuò)展許多新的功能，并不斷提高速度，以適應(yīng)高速網(wǎng)絡(luò)和三維游戲的要求12數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)之機(jī)頂盒軟件電視數(shù)字化后，數(shù)字電視技術(shù)中軟件技術(shù)占有更為重要的位置。除了音視頻的解碼由硬件實(shí)現(xiàn)外，包括電視內(nèi)容的重現(xiàn)、操作界面的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，直至機(jī)頂盒和個(gè)人計(jì)算機(jī)的互聯(lián)以及和Internet的互聯(lián)都需要由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體如下： 1、硬件驅(qū)動(dòng)層軟件： 驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)硬件功能，如射頻解調(diào)器、傳輸解復(fù)用器、A/V解碼器、OSD、視頻編碼器等 2、嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是相對(duì)于桌面計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)而言的，它不裝在硬盤(pán)中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，資源開(kāi)資較小

11、，便于固化在存儲(chǔ)器中。嵌入式操作系統(tǒng)的作用與PC機(jī)上的DOS和Windows相似，用戶(hù)通過(guò)它進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，完成用戶(hù)下達(dá)的指定。指定接收采用多種方式如：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、語(yǔ)音、觸摸屏、紅外遙控器等13數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)之中間件在開(kāi)發(fā)機(jī)頂盒上層應(yīng)用中常常會(huì)面對(duì)如下問(wèn)題: 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，硬件平臺(tái)原理細(xì)節(jié)，復(fù)雜的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，繁雜的用戶(hù)界面以及實(shí)用功能等各項(xiàng)跨行業(yè)的難題為了解決上述問(wèn)題，中間件技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為數(shù)字電視核心技術(shù)，也就是我們前面提到的開(kāi)放式業(yè)務(wù)平臺(tái)中間件是在數(shù)字電視接收機(jī)的應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)、硬件平臺(tái)之間嵌入的一個(gè)中間層，定義一組較為完整的、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口，使應(yīng)用程序獨(dú)立于操作系

12、統(tǒng)和硬件平臺(tái)，從而將應(yīng)用的開(kāi)發(fā)變得更加簡(jiǎn)捷，使產(chǎn)品的開(kāi)放性和可移植性更強(qiáng)中間件通常由Java虛擬機(jī)、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、圖像與多媒體模塊等組成。開(kāi)放的業(yè)務(wù)平臺(tái)上的特點(diǎn)在于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)以一個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，開(kāi)放的業(yè)務(wù)平臺(tái)為每個(gè)環(huán)節(jié)提供獨(dú)立的運(yùn)行模式，每個(gè)環(huán)節(jié)擁有自身的利潤(rùn)，能產(chǎn)生多個(gè)供應(yīng)商。只有采用開(kāi)放式業(yè)務(wù)平臺(tái)才能保證機(jī)頂盒的擴(kuò)展性，保證投資的有效回收 14數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)之上層應(yīng)用軟件上層應(yīng)用軟件用于執(zhí)行服務(wù)商提供的各種服務(wù)功能，如：電子節(jié)目指南、準(zhǔn)視頻點(diǎn)播、視頻點(diǎn)播、數(shù)據(jù)廣播、IP電話和可視電話等。上層應(yīng)用軟件獨(dú)立于STB的硬件，它可以用于各種STB硬件平臺(tái)，消除應(yīng)用軟件對(duì)硬件的依賴(lài)1

13、5數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)之顯示技術(shù)就電視和計(jì)算機(jī)顯示器而言，CRT顯示是一種成熟的技術(shù)，但是用低分辨率的電視機(jī)顯示文字，尤其是小于2424的小字，問(wèn)題就變得復(fù)雜了。電視機(jī)的顯像管是大節(jié)距的低分辨率管，只適合顯示720576或640480的圖像，它的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是固定不變的，是為525行60Hz或625行50Hz設(shè)計(jì)的，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(jī)的顯示系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)這么多格式。另外，電視采用低幀頻的隔行掃描方式，當(dāng)顯示圖形和文字時(shí)，亮度信號(hào)存在背景閃爍，水平直線存在行間閃爍。如果把逐行掃描的計(jì)算機(jī)圖文轉(zhuǎn)換到電視機(jī)上，水平邊沿就會(huì)僅出現(xiàn)在奇場(chǎng)或偶場(chǎng)，屏顯時(shí)

14、間接近人眼的視覺(jué)暫留，會(huì)產(chǎn)生厲害的邊緣閃爍現(xiàn)象，因而要用電視機(jī)上網(wǎng)，必須要補(bǔ)救電視機(jī)顯示的缺陷16數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)之顯示技術(shù)根據(jù)技術(shù)難度和成本，目前用兩種方法進(jìn)行改進(jìn)，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(chǎng)的圖像重現(xiàn)在每場(chǎng)中，這種方式叫三行濾波法。三行濾波法簡(jiǎn)單易實(shí)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(jī)。另一種方法是把隔行掃描變成逐行掃描，并適當(dāng)提高幀頻，這種方式要成倍地增加掃描的行數(shù)和場(chǎng)數(shù)，為了使增加的像數(shù)不是無(wú)中生有，保證活動(dòng)畫(huà)面的連續(xù)性，必須要作行、場(chǎng)內(nèi)插運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，必須用專(zhuān)用的芯片和復(fù)雜的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，這種方式在電視機(jī)上顯示計(jì)算機(jī)

15、圖文的質(zhì)量非常好，但必須在有逐行和倍掃描功能的電視機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)。另外把分辨率高于模擬電視機(jī)的HDTV和VESA信號(hào)在電視機(jī)上播放，只能顯示部分畫(huà)面，必須進(jìn)行縮小這就像PIP方式，要丟行和丟場(chǎng)。同樣為保證圖像的連續(xù)性，也要進(jìn)行內(nèi)插運(yùn)算17數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)之加解擾技術(shù)加解擾技術(shù)用于對(duì)數(shù)字節(jié)目進(jìn)行加密和解密。其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸?shù)姆椒ǎ脩?hù)端利用IC卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關(guān)的有2個(gè)數(shù)據(jù)流：授權(quán)控制信息(ECMs)和授權(quán)管理信息(EMMs)。由業(yè)務(wù)密鑰(SK)加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中包括節(jié)目來(lái)源、時(shí)間、內(nèi)容分類(lèi)和節(jié)目?jī)r(jià)格等節(jié)目信息。對(duì)控制字加密的業(yè)務(wù)密鑰在授權(quán)管理信息中傳送，并且業(yè)務(wù)密鑰在傳送前要經(jīng)過(guò)用戶(hù)個(gè)人分配密鑰(PDE)的加密處理。EMMs中還包括地址、用戶(hù)授權(quán)信息，如用戶(hù)可以看的節(jié)目或時(shí)間段，用戶(hù)付的收視費(fèi)等。 18數(shù)字電視機(jī)頂盒的主要技術(shù)之加解擾技術(shù)（續(xù)）用戶(hù)個(gè)人分配密鑰(PDK)存放在用戶(hù)的智能卡(Smart Card)中，在用戶(hù)端，機(jī)頂盒根據(jù)PMT和CAT表中的CAdescriptor，獲得EMM和ECM的PID