數(shù)字電視機(jī)頂盒的基本原理及構(gòu)成探討

唐傭生，許建明

邵陽學(xué)院信息工程系，湖南 邵陽 422000

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，廣播電視網(wǎng)也正在向產(chǎn)品化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的方向發(fā)展。其中，數(shù)字機(jī)頂盒作為系統(tǒng)中的用戶終端設(shè)備是一項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)備。由于數(shù)字機(jī)頂盒能夠?qū)?shù)字電視信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為模擬電視機(jī)可以接收到的PAL/NTSC信號(hào)，同時(shí)也能夠支持因特網(wǎng)瀏覽、視頻（VOD）點(diǎn)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(jī)進(jìn)行組合便能夠構(gòu)成完整獨(dú)立的數(shù)字電視的接收機(jī)，因此其市場(chǎng)發(fā)展前景可謂是極其廣闊。本文主要介紹了數(shù)字電視當(dāng)中機(jī)頂盒的原理及其構(gòu)成。

1 數(shù)字電視機(jī)頂盒的基本原理

該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域等方面的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換，機(jī)頂盒由于其用途和功能的不同，在早期可分為付費(fèi)圖文電視的機(jī)頂盒、電視的機(jī)頂盒、增補(bǔ)頻道的機(jī)頂盒等。在數(shù)字電視技術(shù)快速發(fā)展的今天，對(duì)于進(jìn)行數(shù)字電視接收的機(jī)頂盒在我國(guó)很受重視。其中，根據(jù)傳輸媒體工具的分類，數(shù)字電視的機(jī)頂盒還可以分為以下3種：1）有線數(shù)字電視的機(jī)頂盒；2）數(shù)字衛(wèi)星的機(jī)頂盒；3）地面數(shù)字電視的機(jī)頂盒。在這3種類別當(dāng)中有線數(shù)字電視的機(jī)頂盒在我國(guó)應(yīng)用最為廣泛。

數(shù)字電視的機(jī)頂盒通常用來進(jìn)行處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、接收數(shù)字電視節(jié)目或者解析多種應(yīng)用方面。它們的信源必須要完成二級(jí)編碼之后進(jìn)入到有線電視網(wǎng)絡(luò)，其中一級(jí)是可以進(jìn)行傳輸?shù)男诺谰幋a，另一級(jí)是音視頻信號(hào)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(jī)頂盒則應(yīng)與前端相一致，首先要提取傳輸層的信道編碼信號(hào)來完成信道的解調(diào)；再還原已經(jīng)壓縮信源編碼信號(hào)，并恢復(fù)原始的音視頻流，另外再處理好多種應(yīng)用方面的接收以及解析數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。一般人們所使用的有線數(shù)字電視的機(jī)頂盒是由出高頻頭、信源解復(fù)用器、信道解調(diào)器、視頻編碼器、MPEG-2解碼器、嵌入式CPU系統(tǒng)、音頻D/A以及條件接收模塊、外圍接口等所構(gòu)成。此外，機(jī)頂盒要有交互功能這方面的特性則需要有數(shù)據(jù)的回傳通道。其中，高頻頭接收有線網(wǎng)的高頻信號(hào)，而QAM解調(diào)器則只需進(jìn)行信道的解碼，還要分離載波中所包含的各種數(shù)據(jù)信息傳送流以及音視頻。傳送流過程中，通常包含有幾個(gè)音視頻流以及一些其它的數(shù)據(jù)信息。而對(duì)于解復(fù)用器，主要是用來對(duì)不同的節(jié)目進(jìn)行區(qū)分，并提取相應(yīng)的音視頻流和數(shù)據(jù)流，將數(shù)據(jù)送入到MPEG-2解碼器和相應(yīng)解析軟件中去，來對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行最終還原處理。但是，對(duì)于收費(fèi)的電視來說，使用條件接收模塊來對(duì)音視頻流進(jìn)行解擾，并通過含有識(shí)別用戶功能和進(jìn)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(duì)音視頻信號(hào)進(jìn)行解壓縮后通過視頻編碼器和音頻D/A進(jìn)行變換，從而還原出模擬音視頻的信號(hào)，最后使得高質(zhì)量的圖像可以在常規(guī)的彩色電視機(jī)上面顯示出來。

2 數(shù)字電視機(jī)頂盒的技術(shù)

2.1 信號(hào)源解碼

進(jìn)行數(shù)字化后的模擬信號(hào)的信息量激增，所以必須采用一定量的數(shù)據(jù)壓縮。我國(guó)數(shù)字電視廣播現(xiàn)在一般使用MPEG-2視頻壓縮的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)適用于多種清晰度的圖像質(zhì)量。其中音頻則有MPEG-2和AC-3這兩種主要的標(biāo)準(zhǔn)。因此，信源解碼器應(yīng)當(dāng)能適應(yīng)不同的編碼策略，從而能夠使原始音視頻的數(shù)據(jù)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(jī)中的高頻頭和中頻放大器原理相同。況且，高頻頭在數(shù)字電視的機(jī)頂盒當(dāng)中是必不可少的，其中的調(diào)諧范圍可以涵蓋地面電視的接收頻道、有線電視的增補(bǔ)頻道以及衛(wèi)星頻道。

2.3 上行數(shù)據(jù)中的調(diào)制與編碼

對(duì)于交互式應(yīng)用的開展，編碼與上行數(shù)據(jù)中的調(diào)制的間題我們必須考慮在內(nèi)。在我國(guó)當(dāng)前主要有3種方式，通過因特網(wǎng)卡來完成上行數(shù)據(jù)的傳送、通過有線網(wǎng)絡(luò)來完成上行數(shù)據(jù)的傳送以及采用電話線來進(jìn)行上行數(shù)據(jù)的傳送。

2.4 MPEG-2解碼

當(dāng)前我國(guó)視頻數(shù)字實(shí)用的處理技術(shù)都基本上是在MPEG-2技術(shù)的基礎(chǔ)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(jìn)行選加，這就要求其解碼器能夠同時(shí)解調(diào)主畫面圖像和圖文電視數(shù)據(jù)，這樣就必須要高的速度和處理能力。

2.5 嵌入式CPU

作為數(shù)字電視機(jī)頂盒心臟，在數(shù)據(jù)進(jìn)行了信道解碼之后，嵌入式CPU最先要進(jìn)行解復(fù)用，從而將傳輸流分為視頻、音頻，將視頻、音頻和數(shù)據(jù)分開，而作為嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)，CPU要和操作系統(tǒng)共同完成網(wǎng)絡(luò)管理、顯示管理、數(shù)據(jù)解碼、有條件的接收管理、圖文電視解碼、上下變換視頻信號(hào)等功能。

3 數(shù)字電視機(jī)頂盒的構(gòu)成

伴隨著數(shù)字電視市場(chǎng)逐漸的成熟，機(jī)頂盒作為其接收的終端也得到了迅速的發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了通過機(jī)頂盒進(jìn)行增強(qiáng)型和交互型的服務(wù)，例如視頻類資料的點(diǎn)播、網(wǎng)頁的瀏覽、電子目錄等方面的業(yè)務(wù)，是機(jī)頂盒軟件在開發(fā)過程中的必須考慮到的首要任務(wù)，從而使得中間件產(chǎn)品也應(yīng)時(shí)而生。

對(duì)于每一套完整的數(shù)字電視機(jī)頂盒是由3層所構(gòu)成：應(yīng)用軟件、中間件和底層的軟硬件資源。其中，應(yīng)用軟件包括本機(jī)原來早已存儲(chǔ)有的及可以通過網(wǎng)絡(luò)下載到的各類應(yīng)用軟件；而中間件是通過應(yīng)用程序接口的形式使機(jī)頂盒通用和給其中的基本功能顯示提供機(jī)頂盒的生產(chǎn)廠家，并使之在機(jī)頂盒的閃存當(dāng)中保存，從而使應(yīng)用程序和底層的硬件操作系統(tǒng)、細(xì)節(jié)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(qū)動(dòng)程序及操作系統(tǒng)的內(nèi)核，而硬件提供了機(jī)頂盒中的硬件平臺(tái)。

[1]黃海馳.數(shù)字電視機(jī)頂盒的基本原理、技術(shù)及構(gòu)成探討[J].價(jià)值工程，2010(24).

[2]孫小芹.數(shù)字電視機(jī)頂盒原理及常見故障分析[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2007(9).

[3]穆維新，方向前，韓建勛.數(shù)字電視機(jī)頂盒的組成原理及設(shè)計(jì)方案研究.