綜述機頂盒技術的演變與實現

宗佳琦

摘 要：在通信技術普及應用的背景下，電視機頂盒技術不斷發展。本文站在技術角度對機頂盒技術的演變與實現進行系統分析，以第三代數字機頂盒和網絡機頂盒為例，對機頂盒技術的演變與實現進行全面的概述，主要包括簡介和機頂盒結構等內容，希望為相關行業提供借鑒。

關鍵詞：機頂盒;第三代產品;數字視頻

中圖分類號：TN949.197 文獻標識碼：A 文章編號：2096-5079 （2020） 13-0-02

一、引言

機頂盒是一種終端裝置，其發展與電視技術的發展息息相關。按照發展階段和的功能，可以將機頂盒分為三代產品。其中第一代產品是頻率轉換器;第二代產品是模擬電視解擾機;第三代產品是數字機頂盒。在經過上述發展階段后，機頂盒技術逐漸成熟，且取得了良好的應用效果。

二、第三代機頂盒技術分析

（一）簡述

第三代機頂盒技術可以將電視作為顯示設備，同時接收有線電視網和衛星傳輸的數字信號，在獲取信號后，即可通過電視播放電視節目。這種機頂盒技術對MPEG編解碼、數字傳輸和糾錯處理技術進行了使用，故在使用效果方面優于第二代機頂盒。具體表現在兩個方面，第二代機頂盒的信號接收方式為模擬信號，但模擬信號的質量卻無法得到保證，而第三代機頂盒可以直接接收信號，孰優孰劣可見一斑。正因如此，在20世紀90年代后期，世界各國對第三代機頂盒技術的研究和發展十分重視。我國自1996年后，在國內推廣了這項機頂盒技術，各地區電視臺也紛紛開播了數字壓縮頻道，以滿足人們的需求。

（二）數字式機頂盒系統原理

1.數字機頂盒的結構

第三代數字機頂盒由多個部分構成，分別為解碼器、編碼器、信道解調單元、音頻以及主控單元。在實際運行階段，由主控單元負責解調電路和頻道選擇。在進行音頻和視頻編碼電路設置時，主控單元首先會選擇制式，確保機頂盒輸出信號滿足電視機的實際需求，在獲得命令數據后，主控單元會借助解碼器，使命令得到響應。

2.信道解調單元

據了解得知，衛星調制信號具有非常大頻率差異，最小頻率為950MHz，而最大頻率卻接近2150MHz，與之相比，有線電視網絡調制信號頻率相對較小，其最小頻率為47MHz，最大頻率為862MHz，為滿足信號接收需求，對衛星信號進行調制十分關鍵。目前，常用調制方法為變頻，通過這種方法的使用，將信號解調為符合應用需求的基帶和中頻。系統性能會受到射頻電路質量的影響，故第三代機頂盒選擇的變頻裝置為高頻頭，究其原因，主要是這種裝置內置多個接口，其性能較為優越。

3.主控單元

CPU是主控單元的核心，CPU具有強大的功能，可以控制整個系統的工作和運行。與此同時，CPU還具有解復用功能，能夠對MPEG系統碼流進行有效的處理。

第三代數字機頂盒產品傳送系統對傳送流分組方式進行了使用，據了解得知，傳送流分組方式的字節數量為188字節，每個傳送流中含有數個節目，由多個基本流復用而成。傳送層可以為系統控制信息、視頻、音頻等提供幫助，并在此基礎上，將其轉化為凈數據。

在主控單元中還包括多種PSI表，解多路和顯示節目的條件是PSI表中包含的內容。節目關聯表、映射表、網絡信息表和條件訪問表都屬于PSI表。

4.解碼單元

解碼單元由以下部分構成：①音頻解碼器;②視頻解碼器;③數據存儲器。解碼器會借助并行總線，對壓縮音、視頻碼流進行接收，同時，基于MPEG編碼格式，對上述碼流進行解碼。在解碼后，促使音頻、視頻與系統保持同步。

5.音頻和視頻處理單元

想要在電視上播放視頻碼流，在對其進行壓縮后，還要保持一定的格式，故編碼是視頻碼流成功播放的關鍵。在第三代數字機頂盒中，視頻碼流編碼由編碼器完成。編碼器在接收視頻碼流后，會對其格式進行轉化，提高視頻碼流與電視機的兼容性[1]。

三、網絡機頂盒技術的實現

（一）簡介

自20世紀90代數字機頂盒出現以來，數字機頂盒已經成為了每個家庭必不可少的電器。在信息時代下，計算機網絡實現了快速發展，與此同時，網絡傳輸速率顯著增加，具備了網絡應用的條件。在這一背景下，傳統數字機頂盒技術與人們的需求漸漸不符，而交互式技術的發展，為數字電視的出現，奠定了堅實的基礎，數字電視的應用，使電視媒體行業實現了進一步的發展。站在另一個角度看，數字電視的出現，還促進了視頻監控和無線傳輸技術的發展，與之相關的行業開始出現，比如：家庭監控、安防等等。與第三代機頂盒技術相比，網絡機頂盒更為先進，在保留第三代機頂盒硬件的同時，在其中融入了網絡模塊，同時，開發了機頂盒原有的IP協議，通過網絡接口和傳輸接口的設置，賦予了機頂盒更加完善的功能。

（二）網絡機頂盒結構設計

網絡機頂盒由兩部分構成，分別為硬件和軟件，其中軟件又可以被細分為應用軟件和底層軟件。本文接下來會以某公司研發的網絡機頂盒為例，對其硬軟件結構進行分析。

第一，選擇了意法半導體公司生產的機頂盒開發板作為了機頂盒硬件平臺，究其原因，主要是這種開發板內置高清機頂盒芯片，應用優勢顯著。

第二，底層軟件和由驅動程序和實時操作系統構成。前者的作用為控制機頂盒硬件的操作，包括初始化和監測。而后者的功能是對硬件資源進行合理分配，以提升機頂盒的工作效率。

第三，滿足使用者的需求是應用軟件的作用，應用軟件的功能由服務商賦予，常見的功能包括網絡視頻、廣播和上網等等。

1.網絡機頂盒硬件平臺

通過上述分析可知，網絡機頂盒的硬件與第三代數字機頂盒硬件相同，只是添加了網絡模塊，促使其應用范圍進一步擴大，由原來僅適用于數字電視廣播，變為了一種網絡多媒體設備，具有交互式的特點。網絡機頂盒硬件系統內置多個模塊，分別為用戶接口、音頻處理、網絡、存儲器和處理器等模塊。

該公司生產的網絡機頂盒屬于一種高清機頂盒，通過高清芯片的使用，使成像更加清晰，其原因在于這款芯片內置兩個處理器內核，能夠支持多種操作系統。

2.網絡機頂盒軟件結構

網絡機頂盒不僅擁有完整的硬件系統，其軟件系統也十分先進，只有二者相互配合，方能起到智能終端的作用。由于硬件系統可以支持多種系統，在經過綜合考慮后，將嵌入式Linux操作系統作為了主要選擇。

網絡機頂盒軟件系統的結構類型為分層結構，由兩大部分構成，分別是應用程序和操作系統，其中操作系統為嵌入式Linux系統。將模塊作為依據，可以將軟件系統分為硬件驅動層、中間接口層以及軟件應用層。

其中硬件驅動層內置多個驅動程序，能夠對各個硬件功能模塊進行驅動。包括接口模塊驅動程序、系統控制模塊驅動程序、視頻處理模塊驅動程序、音頻處理模塊驅動程序、存儲器控制模塊驅動程序、媒體后期處理模塊驅動程序等。通過驅動程序的使用，使各硬件模塊的功能得以實現[2]。

而中間接口層的功能對網卡驅動、音頻解碼驅動進行封裝，與此同時，還可以完成網絡傳輸接口的設置。

軟件應用層內置多款應用軟件，能夠為使用者提供各種服務，是軟件開發設計的重要內容。網絡機頂盒中的多項功能都需要在該層實現，主要包括節目變更、播放器調整等等。

四、結論

綜上所述，在科學技術發展的推動下，機頂盒產品不斷更新換代，實現了快速發展。自第三代數字機頂盒開始，機頂盒的功能愈加完善，且結構復雜程度也顯著增加。網絡機頂盒與之相比，應用了交互式技術和網絡接口，能夠滿足使用者的各項需求，并且具有高清的成像質量。目前，網絡機頂盒逐漸取代了傳統的數字機頂盒，在國內取得了良好的應用效果。

參考文獻：

[1]姚輝軍，林寶成，占億民，等.基于智能機頂盒的視頻通訊方案設計和實現[J].廣播與電視技術，2019，46（10）：60-64.