數(shù)字電視機(jī)頂盒的組成及原理

黃江春 郭健 王瑩 燈塔電視臺(tái)

數(shù)字電視機(jī)頂盒的組成及原理

黃江春 郭健 王瑩 燈塔電視臺(tái)

數(shù)字電視機(jī)頂盒是模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)換過程出現(xiàn)的一種新型的電視附加設(shè)備，這種電視附加設(shè)備可以接收并處理數(shù)字電視信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬視/音頻信號(hào)，利用這種附加設(shè)備還原出高質(zhì)量的視聽節(jié)目，使用戶不用更換普通模擬電視機(jī)就能收看到數(shù)字電視節(jié)目。這種附加設(shè)備就是所謂的數(shù)字電視“機(jī)頂盒”，也稱為“數(shù)字電視綜合解碼器”或“數(shù)字電視綜合機(jī)頂盒”。

1 數(shù)字電視機(jī)頂盒的組成

在日常的接觸中，一旦提到數(shù)字電視機(jī)頂盒，可能都會(huì)問該機(jī)頂盒采用哪個(gè)公司的芯片、中央處理單元(CPU)的速度是多少、閃存（Flash）容量有多大、存儲(chǔ)器容量有多大、操作系統(tǒng)是什么，采用哪個(gè)公司的條件接收（CA）系統(tǒng)、是否有中間件、采用哪個(gè)公司的中間件等問題。的確，這些都是機(jī)頂盒的基本組成部分。一個(gè)完整的數(shù)字電視機(jī)頂盒由硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。其硬件功能主要是對(duì)接收的射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、信道解碼、解復(fù)用、MPEG－2碼流解碼及模擬視/音頻信號(hào)的輸出。軟件系統(tǒng)用來實(shí)現(xiàn)包括電視節(jié)目?jī)?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)等都需要由軟件實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字電視機(jī)頂盒是一種將數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的變換設(shè)備，它既支持現(xiàn)有的模擬電視業(yè)務(wù)，又適應(yīng)目前及未來的數(shù)字視頻業(yè)務(wù)，它必然是一種集計(jì)算機(jī)、電視和電信技術(shù)相結(jié)合的高科技產(chǎn)品。數(shù)字化、交互式是數(shù)字機(jī)頂盒的生命力所在。但就數(shù)字電視機(jī)頂盒的基本功能，從信號(hào)的處理和應(yīng)用操作上看，其組成可以包含以下幾個(gè)層次，如圖1所示。

1.1 物理層和連接層（鏈路層）

物理層和連接層包括高頻調(diào)諧器，QPSK/QAM/OFDM/VSB解調(diào)部分，完成各種系統(tǒng)傳輸信號(hào)的接收和信道解碼，包括卷積碼解碼、支交織、RS（里德－索羅門）碼解碼、解能量擴(kuò)散等。

1.2 傳輸層（網(wǎng)絡(luò)層）

傳輸層包括解復(fù)用，它把MPEG—2傳輸流（TS）分成視頻流、音頻流和數(shù)據(jù)包。

1.3 節(jié)目層

節(jié)目層包括各種解碼器，主要任務(wù)是信源解碼，即MPEG—2視頻解碼、MPEG/AC—3音頻解等，同時(shí)完成需要的D/A轉(zhuǎn)換。

1.4 用戶層(應(yīng)用層)

用戶層主要為用戶服務(wù)，用戶通過這個(gè)層面對(duì)機(jī)頂盒進(jìn)行操作，瀏覽及遙控操作;同時(shí)獲得需要的信息，如各種服務(wù)信息電子節(jié)目指南(EPG)，圖形用戶界面(GUE)，條件接收及數(shù)據(jù)解碼信息等。

1.5 接口層（輸出接口）

機(jī)頂盒一般均具有豐富的輸出接口，通過輸出接口與電視機(jī)、揚(yáng)聲器或音箱及其它外部設(shè)備相連接，并完成低速的數(shù)據(jù)通信。通常有模擬視/音頻接口，數(shù)據(jù)接口等．有時(shí)也把鍵盤、鼠標(biāo)歸到這里。

實(shí)際上，一個(gè)完整的數(shù)字電視機(jī)頂盒由硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)組成，如圖2所示?？梢詫⑵錇樗膶樱瑥牡紫蛏戏謩e為：硬件層、底層軟件層、中間層（Middleware）層、應(yīng)用軟件層，其中硬件提供機(jī)頂盒的硬件平臺(tái)；底層軟件提供操作系統(tǒng)內(nèi)核以及各種硬件驅(qū)動(dòng)程序；應(yīng)用軟件包括本機(jī)存儲(chǔ)的應(yīng)用程序和下載的應(yīng)用程序，通過這些應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了機(jī)頂盒的各種功能（如：EPG、VOD、數(shù)據(jù)廣播、IP電話和可視電話等）；中間件將應(yīng)用軟件與依賴于硬件平臺(tái)的底層分隔開來，使應(yīng)用程序不依賴于具體的硬件平臺(tái)。

這里的中間件是一個(gè)純軟件技術(shù)，也是一個(gè)比較籠統(tǒng)的概念。一般來說，中間件是指位于數(shù)字機(jī)頂盒內(nèi)部實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間的軟件部分，就相當(dāng)于電腦中的Windows操作系統(tǒng)。中間件產(chǎn)品一般由非節(jié)目提供商和數(shù)字電視機(jī)頂盒制造商的第三方提供，它非常方便于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)新業(yè)務(wù)的開發(fā)和應(yīng)用推廣，特別是決定數(shù)字電視交互式業(yè)務(wù)成敗的關(guān)鍵。

2 數(shù)字電視機(jī)頂盒的原理

在圖2中，數(shù)字電視機(jī)頂盒由高頻頭（調(diào)諧器）、QPSK/QAM/OFDM/VSB解 調(diào) 器、TS流 解 復(fù) 用 器、MPEG—2解 碼器、PAL/NTSC視頻編碼器、音頻D/A、嵌入式CPU系統(tǒng)和外圍口、CA模塊等組成。其工作過程大致如下：高頻頭（調(diào)諧器）接收來自衛(wèi)星或有線網(wǎng)絡(luò)等的射頻信號(hào)并下變頻為中頻信號(hào)，經(jīng)QPSK或QAM等解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，完成信道解碼，輸出包含視/音頻和其它數(shù)據(jù)信息的TS流，TS流中一般包含多個(gè)視/音頻流及一些數(shù)據(jù)信息。TS流解復(fù)用器則用來區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應(yīng)的視/音頻PES流和數(shù)據(jù)PES流。其中視頻PES流送入MPEG—2視頻解碼器進(jìn)行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號(hào)再經(jīng)視頻輸出電路輸出；音頻PES流送入音頻解碼模塊進(jìn)行解碼，輸出PCM音頻數(shù)據(jù)到D/A變換器，變換成立體聲模擬音頻信號(hào)，經(jīng)音頻輸出電路輸出。同時(shí)還能完成數(shù)據(jù)PES流多種應(yīng)用的接收、解析。對(duì)于付費(fèi)電視，條件接收模塊對(duì)視/音頻流實(shí)施解擾，并采用含有用戶和進(jìn)行記賬功能的智能卡，保證合法用戶正常收看數(shù)字電視節(jié)目。

3 結(jié)束語

龐大的市場(chǎng)空間、數(shù)百億的產(chǎn)值吸引了眾多的商家從事STB的生產(chǎn)制造。雖然目前運(yùn)營(yíng)商在大規(guī)模推廣數(shù)字電視，搞全網(wǎng)的整體平移，但這一切并沒有帶來STB行業(yè)的繁榮，也沒有促進(jìn)STB技術(shù)的大力發(fā)展，反而給數(shù)字電視行業(yè)造成了很多的困惑。如何順應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，把握技術(shù)發(fā)展的方向，不僅僅是制造商需要關(guān)注的問題，更應(yīng)引起運(yùn)營(yíng)商們的關(guān)注，需要各方面共同努力，盡快為數(shù)字電視創(chuàng)造一個(gè)良好的可持續(xù)發(fā)展的空間。

[1]吳順學(xué)，左大方，潘福，李安，王翀，吳新昊。數(shù)字電視實(shí)用技術(shù)。北京：教育科學(xué)出版社，2009.

[2]王明臣，姜秀華，張永輝。數(shù)字電視與高清晰度電視。北京：中國(guó)廣播電視出版社，2003.