數字電視機頂盒的基本原理及構成探討

唐傭生，許建明

邵陽學院信息工程系，湖南 邵陽 422000

0 引言

隨著我國經濟的發展和科技的進步，廣播電視網也正在向產品化、網絡化、數字化的方向發展。其中，數字機頂盒作為系統中的用戶終端設備是一項關鍵的設備。由于數字機頂盒能夠將數字電視信號進行轉換，成為模擬電視機可以接收到的PAL/NTSC信號，同時也能夠支持因特網瀏覽、視頻（VOD）點播、可視電話、DVD播放等多媒體的功能以及放大、解密、加擾的功能，和普通模擬電視機進行組合便能夠構成完整獨立的數字電視的接收機，因此其市場發展前景可謂是極其廣闊。本文主要介紹了數字電視當中機頂盒的原理及其構成。

1 數字電視機頂盒的基本原理

該系統廣泛應用于廣播電視領域等方面的各種信號轉換，機頂盒由于其用途和功能的不同，在早期可分為付費圖文電視的機頂盒、電視的機頂盒、增補頻道的機頂盒等。在數字電視技術快速發展的今天，對于進行數字電視接收的機頂盒在我國很受重視。其中，根據傳輸媒體工具的分類，數字電視的機頂盒還可以分為以下3種：1）有線數字電視的機頂盒；2）數字衛星的機頂盒；3）地面數字電視的機頂盒。在這3種類別當中有線數字電視的機頂盒在我國應用最為廣泛。

數字電視的機頂盒通常用來進行處理數據業務、接收數字電視節目或者解析多種應用方面。它們的信源必須要完成二級編碼之后進入到有線電視網絡，其中一級是可以進行傳輸的信道編碼，另一級是音視頻信號信源的編碼和所有信源所封裝而成的傳輸流。而至于接收端的機頂盒則應與前端相一致，首先要提取傳輸層的信道編碼信號來完成信道的解調；再還原已經壓縮信源編碼信號，并恢復原始的音視頻流，另外再處理好多種應用方面的接收以及解析數據業務。一般人們所使用的有線數字電視的機頂盒是由出高頻頭、信源解復用器、信道解調器、視頻編碼器、MPEG-2解碼器、嵌入式CPU系統、音頻D/A以及條件接收模塊、外圍接口等所構成。此外，機頂盒要有交互功能這方面的特性則需要有數據的回傳通道。其中，高頻頭接收有線網的高頻信號，而QAM解調器則只需進行信道的解碼，還要分離載波中所包含的各種數據信息傳送流以及音視頻。傳送流過程中，通常包含有幾個音視頻流以及一些其它的數據信息。而對于解復用器，主要是用來對不同的節目進行區分，并提取相應的音視頻流和數據流，將數據送入到MPEG-2解碼器和相應解析軟件中去，來對數字信息進行最終還原處理。但是，對于收費的電視來說，使用條件接收模塊來對音視頻流進行解擾，并通過含有識別用戶功能和進行記賬的智能卡來確保合法用戶的正常收看電視。MPEG-2解碼器則對音視頻信號進行解壓縮后通過視頻編碼器和音頻D/A進行變換，從而還原出模擬音視頻的信號，最后使得高質量的圖像可以在常規的彩色電視機上面顯示出來。

2 數字電視機頂盒的技術

2.1 信號源解碼

進行數字化后的模擬信號的信息量激增，所以必須采用一定量的數據壓縮。我國數字電視廣播現在一般使用MPEG-2視頻壓縮的標準，因為該標準適用于多種清晰度的圖像質量。其中音頻則有MPEG-2和AC-3這兩種主要的標準。因此，信源解碼器應當能適應不同的編碼策略，從而能夠使原始音視頻的數據正確地還原出來。

2.2 信道解碼

其信道解碼電路與模擬電視機中的高頻頭和中頻放大器原理相同。況且，高頻頭在數字電視的機頂盒當中是必不可少的，其中的調諧范圍可以涵蓋地面電視的接收頻道、有線電視的增補頻道以及衛星頻道。

2.3 上行數據中的調制與編碼

對于交互式應用的開展，編碼與上行數據中的調制的間題我們必須考慮在內。在我國當前主要有3種方式，通過因特網卡來完成上行數據的傳送、通過有線網絡來完成上行數據的傳送以及采用電話線來進行上行數據的傳送。

2.4 MPEG-2解碼

當前我國視頻數字實用的處理技術都基本上是在MPEG-2技術的基礎上建立起來的。其在視頻的處理上必須要完成主畫面和子畫面的解碼，要是有分層解碼的功能更好不過。此外，通過APHA的迭顯功能圖文電視能夠在主畫面上進行選加，這就要求其解碼器能夠同時解調主畫面圖像和圖文電視數據，這樣就必須要高的速度和處理能力。

2.5 嵌入式CPU

作為數字電視機頂盒心臟，在數據進行了信道解碼之后，嵌入式CPU最先要進行解復用，從而將傳輸流分為視頻、音頻，將視頻、音頻和數據分開，而作為嵌入式操作系統運行的平臺，CPU要和操作系統共同完成網絡管理、顯示管理、數據解碼、有條件的接收管理、圖文電視解碼、上下變換視頻信號等功能。

3 數字電視機頂盒的構成

伴隨著數字電視市場逐漸的成熟，機頂盒作為其接收的終端也得到了迅速的發展，并實現了通過機頂盒進行增強型和交互型的服務，例如視頻類資料的點播、網頁的瀏覽、電子目錄等方面的業務，是機頂盒軟件在開發過程中的必須考慮到的首要任務，從而使得中間件產品也應時而生。

對于每一套完整的數字電視機頂盒是由3層所構成：應用軟件、中間件和底層的軟硬件資源。其中，應用軟件包括本機原來早已存儲有的及可以通過網絡下載到的各類應用軟件；而中間件是通過應用程序接口的形式使機頂盒通用和給其中的基本功能顯示提供機頂盒的生產廠家，并使之在機頂盒的閃存當中保存，從而使應用程序和底層的硬件操作系統、細節隔離開來；底層的軟硬件資源則主要包括底層硬件和軟件，其中軟件則提供了各種硬件的驅動程序及操作系統的內核，而硬件提供了機頂盒中的硬件平臺。

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