數字電視機頂盒原理及其應用

[摘要] 數字電視機頂盒通過解碼等技術手段將各種傳輸介質來的數字電視和各種數據信息轉換成模擬電視機可以接收的信號，使觀眾可以在現存模擬電視機上觀看數字電視節目和各種數據信息。它的技術含量很高，集中反映了計算機、數字壓縮編碼和網絡技術的發展水平，其應用十分廣泛，幾乎支持所有的廣播電視和交互式多媒體技術的應用，市場發展前景廣闊。

[關鍵詞] 數字電視機頂盒原理應用

有線廣播電視網正在向數字化、網絡化、產品化方向發展，最終建成為寬帶綜合信息網。依托有線廣播電視網提供綜合信息業務的關鍵設備是用戶終端設備數字機頂盒，數字機頂盒可把數字電視信號轉換成模擬電視機能夠接收的PAL / NTSC信號，也可增添支持視頻點播（VOD）、Internet瀏覽、播放DVD、可視電話等多媒體功能及加擾、解密、放大等功能，與普通的模擬電視機組合便構成完整的數字電視接收機，市場發展前景廣闊。下面介紹數字電視機頂盒的基本原理及其應用。

一、數字電視機頂盒的基本原理

圖數字電視廣播接收解碼示意圖

數字電視機頂盒的基本功能是接收數字電視廣播節目，如圖所示。調諧模塊接收射頻信號并下行變頻為中頻信號，然后進行A / D轉換為數字信號，再送人QAM解調模塊進行QAM解調，輸出MPEG傳輸流的串行或并行數據。解復用模塊接收MPEG傳輸流，從中分離出一個節目的PES數據，包括視頻PES、音頻PES以及數據PES。解復用模塊中包含一個解擾引擎，可在傳輸流層和PES層對加擾的數據進行解擾，其輸出是已解擾的PES。視頻PES送入視頻解碼模塊，取出MPEG視頻數據，并對MPEG視頻數據進行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號，再經視頻輸出電路輸出。音頻PES送人音頻解碼模塊，取出MPEG音頻數據，并對MPEG音頻數據進行解碼，輸出PCM音頻數據到PCM解碼器，PCM解碼器輸出立體聲模擬音頻信號，經音頻輸出電路輸出。

數字電視機頂盒的技術含量很高，集中反映了計算機、數字壓縮編碼、加解擾算法、加解密算法、通信技術和網絡技術的發展水平，其核心技術包括硬件技術和軟件技術兩個部分。

1.機頂盒硬件技術

硬件技術包含有：信道解調、信源解碼、大規模集成芯片、上行數據調制編碼、嵌入式系統技術以及信號處理技術和有條件接收技術。分別概述如下：

(1)信道解調技術。國際、國內標準對各種數字電視標準的調制方式均有規定，如有線網絡中傳輸數字電視及增值業務采用QAM調制方式，其中16QAM、32QAM、64QAM必選，128QAM和256QAM可選。由于有線網絡信道質量好，只用RS編碼作為糾錯編碼。

(2)信源解碼技術。當模擬信號數字化后信息量倍增，必須采用相應的數據壓縮標準加以處理，數字電視采用MPEG—2視頻壓縮標準以適應多種清晰度圖像質量要求。音頻則采用AC—3和MPEG—2兩種標準。總而言之，信源解碼器必須適應不同編碼要求，能正確還原音頻、視頻數據。

(3)大規模集成芯片技術。為實現實時的解復用和數據信息處理，機頂盒必須將CPU內核與MPEG—2傳輸流解復用器、DVB通用解擾器、MPEG音視頻解碼器、PAL/NTSC編碼器集成于一體，形成大規模專用集成芯片。

(4)上行數據調制編碼技術。為開展交互式應用，需要考慮上行數據的調制編碼間題。目前普遍采用三種方式，即采用電話線傳送上行數據、以以太網卡傳送上行數據和通過有線網絡傳送上行數據。

(5)嵌人式系統技術。機頂盒是嵌人式系統在信息家電方面的典型應用，所謂嵌人即鑲嵌之意，指鑲嵌在其他設備中的系統。實際上機頂盒是計算機技術、微電子技術以及語言圖像數據傳輸處理技術與具體應用對象相結合的產物，具備嵌入式芯片、嵌入式軟件、嵌入式操作系統和嵌入式系統開發工具四大部分的要素。

2.機頂盒軟件技術

數字電視技術中軟件技術占有更為重要的位置，除音頻視頻解碼由硬件實現外，其電視內容的重現、操作界面的實現、數據廣播業務的實現，直至機頂盒與計算機及Internet的互聯，均需依靠軟件來實現。機頂盒的軟件應用技術通常分為以下幾個方面：

(1)硬件驅動層軟件。按驅動程序驅動硬件功能的有射頻解調器、傳輸解復用器、A/V解碼器、OSD、視頻編碼器等。

(2)實時操作系統。該系統的主要作用是控制各種資源，包括各種硬件的控制、系統資源的分配等。與PC機操作系統不同，機頂盒是采用實時操作系統，可在實時的環境中工作，并能在較小的內存空間中運行。

(3)中間件。中間件是指建立于實時操作系統之上的操作系統，如OPENTV、POWERTV和JAVATVOS等。它既是數字電視的核心技術之一，又是開放式業務平臺，具體而言是數字電視機的應用程序和操作系統、硬件平臺之間嵌人的一個中間層，定義一組較為完整的、標準的應用程序接口，使應用程序于操作系統和操作平臺，從而將應用的開發變得更加簡捷，使產品的開放性和可移植性更強。

(4)上層應用軟件。它的功能是執行服務商提供的各種服務，如電子節目指南、準視頻點播、數據廣播、IP電話等。它可以用于各種STB硬件平臺，消除應用軟件對硬件的依賴。

二、數字電視機頂盒的應用

數字電視機頂盒不僅實現數字電視模擬電視的轉換而適用于傳統的電視機，而且應用十分廣泛，幾乎支持所有的廣播電視和交互式多媒體應用。目前，在數字機頂盒的數字視頻、數字信息與交互式應用的功能上，已開發出多種增值業務，具體如表所示。

1.數據廣播

數據廣播有四種方式，即數據管道(data pipe)、數據流(data stream)、多協議封裝(Multiple protocol Encapsulation)和數據或對象輪流傳遞(date object carousel)。它能為用戶提供股市行情、票務信息、電子報紙、熱門網站等各種種信息。

表數字機頂盒開發的增值業務

2.IP電話

通過電纜調制解調器，還可以實現IP電話功能。用戶在使用該功能時，只需將普通電話與機項盒的接口相連即可。電纜調制解調器可以保證傳輸語音時的服務質量(Qos ) 。

3.視頻點播

為每個用戶提供視頻點播功能，用戶能在他所希望的時間和地點收看他想看的節目，是服務提供商的首要目標。有線電視數字機頂盒利用交互式的數據信道和廣播信道，為實現該功能提供理想的技術支持基礎。

4.Internet接入及多媒體技術應用

機頂盒可以通過內置的電纜調制解調器方便地實現Internet接入功能，用戶可以通過其內置的瀏覽器上網，即通過機頂盒提供的各種接口與PC機連接，再與網絡連接。利用計算機對文字、聲音、數據、圖像等各種信息進行綜合處理、存儲與傳輸。通過機頂盒與計算機有機結合，可以開展交互式多媒體業務，例如發送電子郵件、網上購物、遠程教育等等。

三、結束語

隨著數字電視的飛速發展，用戶對信息需求的不斷增強，有線數字電視機頂盒做為以電視機為顯示終端的信息接收和處理終端設備正在進人千家萬戶。有線數字電視機頂盒基于全同軸電纜網絡或光纖或同軸混合網，具有良好的傳輸介質和成熟的電纜調制解調技術，可實現各種交互式應用，具有良好的發展前景。

參考文獻

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