淺談數(shù)字有線電視機(jī)頂盒關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢

【摘 要】數(shù)字電視是用于傳輸、接收、處理、存儲、控制數(shù)字電視信息的系統(tǒng)。本文從數(shù)字電視機(jī)頂盒概念、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢等方面，詳細(xì)地介紹了數(shù)字電視機(jī)頂盒，使讀者更清楚的認(rèn)識數(shù)字電視機(jī)頂盒。

【關(guān)鍵詞】有線電視機(jī)頂盒；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展趨勢

引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)、電信網(wǎng)及有線電視網(wǎng)的三網(wǎng)合一時代已經(jīng)來臨。當(dāng)前應(yīng)用最普遍、分布最廣泛的就是以電視接收機(jī)為終端的機(jī)頂盒技術(shù)。隨著有線廣播電視網(wǎng)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，最終將建成寬帶綜合信息網(wǎng)，有線數(shù)字電視機(jī)頂盒成為依托有線電視網(wǎng)提供綜合信息業(yè)務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備之一。本文就著重研究有線數(shù)字電視機(jī)頂盒中的關(guān)鍵技術(shù)并分析了其發(fā)展趨勢。

1、有線數(shù)字電視機(jī)頂盒相關(guān)概念

1.1有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。有線數(shù)字電視機(jī)頂盒主要由模擬和數(shù)字視音頻信號接收、有線電視用戶接入因特網(wǎng)和雙向控制信道等部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

圖中中部用來實現(xiàn)數(shù)字信號的接收。調(diào)諧器完成射頻選擇轉(zhuǎn)換，QAM解調(diào)器從射頻信號中解調(diào)出MPEG-2傳送流。MPEG-2傳送流通過解復(fù)用器、解擾器和解壓縮器輸出MPEG-2視頻基本流及數(shù)據(jù)。視、音頻處理器完成視、音頻信號的模擬編碼和圖形處理，視、音頻接口分別輸出滿足不同需求的視、音頻信號。其上部用來實現(xiàn)模擬視、音頻信號的接收。調(diào)諧器完成射頻選擇轉(zhuǎn)換，模擬解調(diào)器解出視、音頻信號。下部為電纜調(diào)制解調(diào)器，可完成數(shù)據(jù)通信。

1.2有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)字電視是節(jié)目制作和信號處理、傳輸、接收、顯示的端到端系統(tǒng)。調(diào)諧模塊接射頻信號并將其下變頻信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在送入QAM解調(diào)模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出MPEG傳輸流串或并行數(shù)據(jù)。解復(fù)用模塊接收MPEG傳輸流，從中抽出一個節(jié)目的PES數(shù)據(jù)，包括視頻和音頻PES。視頻PES送入視頻解碼模塊，取出MPEG視頻數(shù)據(jù)并解碼，然后輸入到PAL∕NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號，再經(jīng)視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊，取出MPEG音頻數(shù)據(jù)并解碼，輸出PCM音頻數(shù)據(jù)到PCM解碼器，PCM解碼器輸出立體聲模擬音頻信號，經(jīng)音頻輸出電路輸出。

1.3有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，國內(nèi)外數(shù)字CATV機(jī)頂盒的類型十分廣泛，各具特色。從電路角度分析，數(shù)字CATV機(jī)頂盒通常包括以下幾個部分：數(shù)字電視廣播接收前端，MPEG解碼，視音頻和圖形處理，電纜調(diào)制解調(diào)器，CPU及存儲器，以及各種接口電路。

1.4有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的層次結(jié)構(gòu)。從信號處理和應(yīng)用操作來看，數(shù)字機(jī)頂盒包含物理層、連接層、傳輸層和節(jié)目層；

2、有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)

有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的技術(shù)含量非常高，它集中反映了多媒體技術(shù)，數(shù)字壓縮編碼技術(shù)、加解擾技術(shù)及加密技術(shù)等的發(fā)展水平。目前，數(shù)字電視機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個方面。

2.1.嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)是鑲嵌在其他設(shè)備中的系統(tǒng)，是計算機(jī)、通信、半導(dǎo)體、音像數(shù)據(jù)傳輸處理等技術(shù)與具體應(yīng)用對象相結(jié)合的產(chǎn)物。機(jī)頂盒是一個實時嵌入式系統(tǒng)，是嵌入式系統(tǒng)在信息家電方面的典型應(yīng)用。

2.2信號處理技術(shù)。DVB定義了4種數(shù)據(jù)廣播方式：數(shù)據(jù)管道、數(shù)據(jù)流、多協(xié)議封裝和數(shù)據(jù)/對象輪流傳送。這些廣播規(guī)范具有很強的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持能力，機(jī)頂盒實現(xiàn)了對上述數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的支持。機(jī)頂盒的作用類似一個家庭用戶中的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)。若要從網(wǎng)絡(luò)提取所選擇的數(shù)字視頻信號并在模擬電視機(jī)上播放，機(jī)頂盒必然要進(jìn)行數(shù)字信號處理。首先要對來自有線、地面、衛(wèi)星傳輸通道的高頻信號進(jìn)行調(diào)諧，得到一個調(diào)幅信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將中頻信號數(shù)字化，在經(jīng)QAM（QPSK或COFMD）解調(diào)后供給信道解碼部分，完成信道前向糾錯解碼。然后，信道解碼部分對送來的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行符號映射、差分解碼、去交織、RS解碼和去能量擴(kuò)散后，在經(jīng)解擾碼得到MPEG-2傳輸流（TS）。解復(fù)用器按照一定規(guī)則或根據(jù)用戶要求，從包含多路節(jié)目的TS流中選取一路節(jié)目進(jìn)行MPEG-2解碼，就可以得到原始的音、視頻數(shù)據(jù)。最后，在經(jīng)過NTSC/PALSECAM視頻信號編碼及D/A轉(zhuǎn)換就可以送入模擬電視機(jī)的電路了。

2.3條件接收技術(shù)。由于用戶使用專用頻道資源接收視頻服務(wù)器是需要付費的，因此要實行有條件接收。條件接收是指允許用戶客戶端接收機(jī)在滿足一定接收要求的條件下，接收特定視頻節(jié)目的技術(shù)。數(shù)字電視中采用的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)包括識別和傳送條件記憶接收信息的方法，但沒有定義條件接收信息的格式和對信號進(jìn)行解碼的方法。實現(xiàn)條件接收時，不僅要有技術(shù)保障，還要最大限度地滿足商業(yè)可行性，而商業(yè)上主要考慮的問題是條件接要更具有開放式編碼和傳輸?shù)膰H標(biāo)準(zhǔn)，以實現(xiàn)有償電視業(yè)務(wù)，進(jìn)而順利地實現(xiàn)VOD業(yè)務(wù)。

2.4實時操作系統(tǒng)（RTSOS）。實時操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)本地和網(wǎng)絡(luò)資源管理，提供基本操作功能和設(shè)備的訪問控制。在啟動機(jī)頂盒時，由引導(dǎo)程序通過網(wǎng)絡(luò)中心控制系統(tǒng)下載實時操作系統(tǒng)。

2.5中間件。中間件是一種將應(yīng)用程序與底層的操作系統(tǒng)和硬件隔離開的軟件環(huán)境，通常由各種虛擬機(jī)構(gòu)成。一個完整的數(shù)字機(jī)頂盒系統(tǒng)分為四層，從底層向上分別為硬件、底層軟件、中間件、應(yīng)用軟件。其中中間件將應(yīng)用軟件與依賴硬件的底層軟件分離開，使應(yīng)用不依賴于具體的平臺。

3、有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的發(fā)展趨勢

數(shù)字電視替代模擬信號電視已成定勢，機(jī)頂盒作為過渡期間必備的終端設(shè)備，必然伴隨各項技術(shù)的成熟而逐步進(jìn)化。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：機(jī)頂盒操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化；外觀的小型化、超薄化、接口集成化；數(shù)字電視機(jī)頂盒在短時間內(nèi)不會被替代，它可自由選擇運營商及外觀的進(jìn)化將是其發(fā)展的必然趨勢。

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