綜述機(jī)頂盒技術(shù)的演變與實(shí)現(xiàn)

宗佳琦

摘 要：在通信技術(shù)普及應(yīng)用的背景下，電視機(jī)頂盒技術(shù)不斷發(fā)展。本文站在技術(shù)角度對機(jī)頂盒技術(shù)的演變與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，以第三代數(shù)字機(jī)頂盒和網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒為例，對機(jī)頂盒技術(shù)的演變與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行全面的概述，主要包括簡介和機(jī)頂盒結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，希望為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)頂盒;第三代產(chǎn)品;數(shù)字視頻

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

一、引言

機(jī)頂盒是一種終端裝置，其發(fā)展與電視技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。按照發(fā)展階段和的功能，可以將機(jī)頂盒分為三代產(chǎn)品。其中第一代產(chǎn)品是頻率轉(zhuǎn)換器;第二代產(chǎn)品是模擬電視解擾機(jī);第三代產(chǎn)品是數(shù)字機(jī)頂盒。在經(jīng)過上述發(fā)展階段后，機(jī)頂盒技術(shù)逐漸成熟，且取得了良好的應(yīng)用效果。

二、第三代機(jī)頂盒技術(shù)分析

（一）簡述

第三代機(jī)頂盒技術(shù)可以將電視作為顯示設(shè)備，同時(shí)接收有線電視網(wǎng)和衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)字信號，在獲取信號后，即可通過電視播放電視節(jié)目。這種機(jī)頂盒技術(shù)對MPEG編解碼、數(shù)字傳輸和糾錯(cuò)處理技術(shù)進(jìn)行了使用，故在使用效果方面優(yōu)于第二代機(jī)頂盒。具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面，第二代機(jī)頂盒的信號接收方式為模擬信號，但模擬信號的質(zhì)量卻無法得到保證，而第三代機(jī)頂盒可以直接接收信號，孰優(yōu)孰劣可見一斑。正因如此，在20世紀(jì)90年代后期，世界各國對第三代機(jī)頂盒技術(shù)的研究和發(fā)展十分重視。我國自1996年后，在國內(nèi)推廣了這項(xiàng)機(jī)頂盒技術(shù)，各地區(qū)電視臺也紛紛開播了數(shù)字壓縮頻道，以滿足人們的需求。

（二）數(shù)字式機(jī)頂盒系統(tǒng)原理

1.數(shù)字機(jī)頂盒的結(jié)構(gòu)

第三代數(shù)字機(jī)頂盒由多個(gè)部分構(gòu)成，分別為解碼器、編碼器、信道解調(diào)單元、音頻以及主控單元。在實(shí)際運(yùn)行階段，由主控單元負(fù)責(zé)解調(diào)電路和頻道選擇。在進(jìn)行音頻和視頻編碼電路設(shè)置時(shí)，主控單元首先會選擇制式，確保機(jī)頂盒輸出信號滿足電視機(jī)的實(shí)際需求，在獲得命令數(shù)據(jù)后，主控單元會借助解碼器，使命令得到響應(yīng)。

2.信道解調(diào)單元

據(jù)了解得知，衛(wèi)星調(diào)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(wǎng)絡(luò)調(diào)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(wèi)星信號進(jìn)行調(diào)制十分關(guān)鍵。目前，常用調(diào)制方法為變頻，通過這種方法的使用，將信號解調(diào)為符合應(yīng)用需求的基帶和中頻。系統(tǒng)性能會受到射頻電路質(zhì)量的影響，故第三代機(jī)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(nèi)置多個(gè)接口，其性能較為優(yōu)越。

3.主控單元

CPU是主控單元的核心，CPU具有強(qiáng)大的功能，可以控制整個(gè)系統(tǒng)的工作和運(yùn)行。與此同時(shí)，CPU還具有解復(fù)用功能，能夠?qū)PEG系統(tǒng)碼流進(jìn)行有效的處理。

第三代數(shù)字機(jī)頂盒產(chǎn)品傳送系統(tǒng)對傳送流分組方式進(jìn)行了使用，據(jù)了解得知，傳送流分組方式的字節(jié)數(shù)量為188字節(jié)，每個(gè)傳送流中含有數(shù)個(gè)節(jié)目，由多個(gè)基本流復(fù)用而成。傳送層可以為系統(tǒng)控制信息、視頻、音頻等提供幫助，并在此基礎(chǔ)上，將其轉(zhuǎn)化為凈數(shù)據(jù)。

在主控單元中還包括多種PSI表，解多路和顯示節(jié)目的條件是PSI表中包含的內(nèi)容。節(jié)目關(guān)聯(lián)表、映射表、網(wǎng)絡(luò)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(gòu)成：①音頻解碼器;②視頻解碼器;③數(shù)據(jù)存儲器。解碼器會借助并行總線，對壓縮音、視頻碼流進(jìn)行接收，同時(shí)，基于MPEG編碼格式，對上述碼流進(jìn)行解碼。在解碼后，促使音頻、視頻與系統(tǒng)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(jìn)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(guān)鍵。在第三代數(shù)字機(jī)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(jìn)行轉(zhuǎn)化，提高視頻碼流與電視機(jī)的兼容性[1]。

三、網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

（一）簡介

自20世紀(jì)90代數(shù)字機(jī)頂盒出現(xiàn)以來，數(shù)字機(jī)頂盒已經(jīng)成為了每個(gè)家庭必不可少的電器。在信息時(shí)代下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率顯著增加，具備了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的條件。在這一背景下，傳統(tǒng)數(shù)字機(jī)頂盒技術(shù)與人們的需求漸漸不符，而交互式技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)字電視的出現(xiàn)，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，數(shù)字電視的應(yīng)用，使電視媒體行業(yè)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的發(fā)展。站在另一個(gè)角度看，數(shù)字電視的出現(xiàn)，還促進(jìn)了視頻監(jiān)控和無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，與之相關(guān)的行業(yè)開始出現(xiàn)，比如：家庭監(jiān)控、安防等等。與第三代機(jī)頂盒技術(shù)相比，網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒更為先進(jìn)，在保留第三代機(jī)頂盒硬件的同時(shí)，在其中融入了網(wǎng)絡(luò)模塊，同時(shí)，開發(fā)了機(jī)頂盒原有的IP協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)接口和傳輸接口的設(shè)置，賦予了機(jī)頂盒更加完善的功能。

（二）網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒由兩部分構(gòu)成，分別為硬件和軟件，其中軟件又可以被細(xì)分為應(yīng)用軟件和底層軟件。本文接下來會以某公司研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒為例，對其硬軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

第一，選擇了意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的機(jī)頂盒開發(fā)板作為了機(jī)頂盒硬件平臺，究其原因，主要是這種開發(fā)板內(nèi)置高清機(jī)頂盒芯片，應(yīng)用優(yōu)勢顯著。

第二，底層軟件和由驅(qū)動程序和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)構(gòu)成。前者的作用為控制機(jī)頂盒硬件的操作，包括初始化和監(jiān)測。而后者的功能是對硬件資源進(jìn)行合理分配，以提升機(jī)頂盒的工作效率。

第三，滿足使用者的需求是應(yīng)用軟件的作用，應(yīng)用軟件的功能由服務(wù)商賦予，常見的功能包括網(wǎng)絡(luò)視頻、廣播和上網(wǎng)等等。

1.網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒硬件平臺

通過上述分析可知，網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒的硬件與第三代數(shù)字機(jī)頂盒硬件相同，只是添加了網(wǎng)絡(luò)模塊，促使其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，由原來僅適用于數(shù)字電視廣播，變?yōu)榱艘环N網(wǎng)絡(luò)多媒體設(shè)備，具有交互式的特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒硬件系統(tǒng)內(nèi)置多個(gè)模塊，分別為用戶接口、音頻處理、網(wǎng)絡(luò)、存儲器和處理器等模塊。

該公司生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒屬于一種高清機(jī)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(nèi)置兩個(gè)處理器內(nèi)核，能夠支持多種操作系統(tǒng)。

2.網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒軟件結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒不僅擁有完整的硬件系統(tǒng)，其軟件系統(tǒng)也十分先進(jìn)，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(tǒng)可以支持多種系統(tǒng)，在經(jīng)過綜合考慮后，將嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為了主要選擇。

網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型為分層結(jié)構(gòu)，由兩大部分構(gòu)成，分別是應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)，其中操作系統(tǒng)為嵌入式Linux系統(tǒng)。將模塊作為依據(jù)，可以將軟件系統(tǒng)分為硬件驅(qū)動層、中間接口層以及軟件應(yīng)用層。

其中硬件驅(qū)動層內(nèi)置多個(gè)驅(qū)動程序，能夠?qū)Ω鱾€(gè)硬件功能模塊進(jìn)行驅(qū)動。包括接口模塊驅(qū)動程序、系統(tǒng)控制模塊驅(qū)動程序、視頻處理模塊驅(qū)動程序、音頻處理模塊驅(qū)動程序、存儲器控制模塊驅(qū)動程序、媒體后期處理模塊驅(qū)動程序等。通過驅(qū)動程序的使用，使各硬件模塊的功能得以實(shí)現(xiàn)[2]。

而中間接口層的功能對網(wǎng)卡驅(qū)動、音頻解碼驅(qū)動進(jìn)行封裝，與此同時(shí)，還可以完成網(wǎng)絡(luò)傳輸接口的設(shè)置。

軟件應(yīng)用層內(nèi)置多款應(yīng)用軟件，能夠?yàn)槭褂谜咛峁└鞣N服務(wù)，是軟件開發(fā)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒中的多項(xiàng)功能都需要在該層實(shí)現(xiàn)，主要包括節(jié)目變更、播放器調(diào)整等等。

四、結(jié)論

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動下，機(jī)頂盒產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展。自第三代數(shù)字機(jī)頂盒開始，機(jī)頂盒的功能愈加完善，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也顯著增加。網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒與之相比，應(yīng)用了交互式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)接口，能夠滿足使用者的各項(xiàng)需求，并且具有高清的成像質(zhì)量。目前，網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒逐漸取代了傳統(tǒng)的數(shù)字機(jī)頂盒，在國內(nèi)取得了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚輝軍，林寶成，占億民，等.基于智能機(jī)頂盒的視頻通訊方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].廣播與電視技術(shù)，2019，46（10）：60-64.