論有線數(shù)字電視機頂盒更新設計探索

李懷甫

(四川信息職業(yè)技術學院，四川 廣元 628017)

責任編輯:時 雯

目前，電視已發(fā)展成為一個龐大的產(chǎn)業(yè)，收看電視節(jié)目已成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚幕顒樱彝ブ胁煌挲g的人對電視節(jié)目的喜好各不相同，導致億萬戶家庭擁有兩臺及以上的電視機。在模擬與數(shù)字電視節(jié)目并存播送之際，城鎮(zhèn)中的電視機一般都以有線方式入網(wǎng)共享節(jié)目資源，接入網(wǎng)絡的重要手段是有線數(shù)字電視機頂盒(DTV Set－top Box，DTV－STB)。現(xiàn)在使用的有線數(shù)字電視機頂盒已不能滿足用戶的要求，無論從管理的合理性還是為用戶提供方便來看，都有必要進一步加以改進或更新?lián)Q代。

1 現(xiàn)用有線數(shù)字電視機頂盒存在的不足

1)現(xiàn)用有線數(shù)字電視機頂盒的設計出發(fā)點偏離了用戶需求。中國《有線電視基本收視維護費管理暫行辦法》及各地區(qū)制定的收費管理辦法都明確以戶為單位，而實際實施是以“機”為準，按機收費。對于用戶購買收視權而言，用戶在戶內(nèi)應該擁有同時收看所購全部頻道的權力和條件，而現(xiàn)在用戶雖有收看所購全部頻道的權力，但只能同時收看一個頻道的節(jié)目，限制了一戶有多臺電視機的合法收視。

2)信號輸出模式單一。由于一臺機頂盒在某一時刻只能解碼某一個頻道的加擾電視信號，輸出該頻道的YCbCr，YPbPr信號和伴音信號，并與一臺電視機綁定，沒有提供解密后的射頻(RF)信號輸出，沒有考慮一戶的使用需求。以致不少人企圖通過復制收視卡、分解信號等其他手段獲取收視權利，甚至向用戶兜售非法產(chǎn)品。

3)功能不全，結構不合理。從使用功能來看，現(xiàn)用有線數(shù)字電視機頂盒為單向傳輸方式，無法交互工作，信號輸出類別、輸出接口少等，對靈活使用十分不便。從結構來看，沒有整合電視機已具有的信號處理功能，與電視機組成相比較，結構上顯得重復，浪費了部分資源，增加了用戶的購置成本。

2 有線數(shù)字電視機頂盒設計方案改進

由于有線數(shù)字電視通常為付費電視，為了保證信號不被盜用，信號接收管理通常采用條件式接收、數(shù)字版權和機卡分離管理方式。用戶須先通過專屬的智能卡獲取授權之后，才能接收、解碼出正確的電視信號，而服務商也通過這種方式管理用戶名、地址、智能卡卡號和收視費等信息。這種信號管理機制，決定了一個機頂盒只能滿足一臺電視機接收不同頻道節(jié)目。針對現(xiàn)用有線數(shù)字電視機頂盒存在的不完善之處，可采用先解密后解壓兩者相對獨立工作方式的改進設計方案，采用基于模擬/數(shù)字電視機多路音視頻信號、射頻信號和無線傳輸信號等處理方式，推出相應的新產(chǎn)品來解決問題。

2.1 基于模擬/HDTV電視機多路信號處理的產(chǎn)品設計方案

1)設計思路。針對一個家庭既有模擬電視機又有HDTV電視機的情況，用一臺機頂盒解決多臺不同類別的電視機收看不同電視節(jié)目的問題，可將加密后的射頻調(diào)制信號集中進行解密處理，再根據(jù)電視機的類型設置相應的信號處理電路。若為HDTV電視機，可直接將解密后的數(shù)據(jù)信號送入輸入端;若為模擬電視機，需進行調(diào)諧、解壓縮等處理，還原出彩色全電視信號和音頻信號，送入對應的輸入端。

2)整機結構。根據(jù)擬訂的設計思路，以一戶有兩臺模擬電視和一臺HDTV機為例，能使模擬/HDTV電視機獲得授權電視信號的有線數(shù)字電視機頂盒整機結構如圖1所示(方案1)。整機共由5個部分組成，即信道解調(diào)電路(帶通濾波選擇器，信道解調(diào)器):作用是從信道調(diào)制信號中取出加密數(shù)據(jù)流信號;控制電路(CPU，外圍設備和接口電路，存儲器等):作用是加密數(shù)據(jù)流信號完成實現(xiàn)功能的選擇與控制;解密電路(條件接收批處理電路):作用是解密或去擾;解壓縮電路(緩沖分配器，調(diào)諧處理電路，音視頻解壓縮電路等):將數(shù)字視頻、音頻壓縮編碼信號輪換為彩色全電視信號和音頻信號。

圖1 模擬/數(shù)字電視機多路信號處理型有線數(shù)字電視機頂盒結構框圖(方案1)

3)基本工作原理。RF射頻調(diào)制信號(加密)傳入機頂盒的輸入端，在CPU的控制下，通過信道解調(diào)得到加密數(shù)字壓縮信號，再由條件接收批處理電路進行識別、驗證、解密得到復用數(shù)字壓縮信號，由緩沖分配器分3路輸出。對于模擬電視機，每路信號都要進行調(diào)諧、解壓縮等處理，還原出彩色全電視信號和音頻信號，通過接口加到相應的輸入端;對于DTV電視機，可直接將解密后的數(shù)據(jù)信號加到電視機的輸入端。

4)特點。能同時滿足一戶內(nèi)多臺模擬/HDTV電視機收看不同頻道電視節(jié)目的需求，與現(xiàn)行產(chǎn)品不同之處在于提供了多路解密后的輸出信號，可發(fā)揮HDTV電視機自身的信號處理功能，但整機成本較高。

2.2 基于多臺HDTV電視機射頻信號處理的設計方案

1)設計思路。對于一個家庭只有多臺HDTV電視機的情況，在一臺機頂盒上設置多路信號輸出端，解決需要收看不同電視節(jié)目的問題。先將加密后的射頻信道調(diào)制信號集中進行信道解調(diào)、條件接收批處理(主要是解密)，再進行信號的分配處理通過電纜線連接到各HDTV機的輸出端。

2)整機結構。根據(jù)功能要求，以一戶有兩臺HDTV電視機為例，能使它們都獲得授權電視信號的有線數(shù)字電視機頂盒整機結構框圖如圖2所示(方案2)。整機共由4個部分組成，即信道解調(diào)電路(帶通濾波選擇器，信道解調(diào)器)、控制電路(CPU，外圍設備和接口電路，存儲器等)、解密電路(條件接收批處理電路，可開發(fā)專用IC)、緩沖分配器等，多路授權數(shù)字壓縮電視信號由接口輸出。

圖2 多路RF數(shù)字信號輸出型有線數(shù)字電視機頂盒結構框圖(方案2)

3)基本工作原理。RF射頻調(diào)制加密信號傳入機頂盒的輸入端，在CPU的控制下，通過信道解調(diào)(QAM)得到加密數(shù)字壓縮信號，再由條件接收處理電路進行識別、驗證、解密得到可用數(shù)字壓縮信號，由緩沖分配器分2路到輸出接口。

4)特點。能同時滿足一戶有多臺HDTV電視機通過有線方式收看不同頻道電視節(jié)目的需求，并充分發(fā)揮了HDTV電視機自身的信號處理功能，整機結構簡單，成本低。

2.3 基于無線傳輸信號處理的設計方案

1)設計思路。在方案2的基礎上，選擇緩沖分配器輸出的某一路信號，設置一級射頻功率放大器，以發(fā)射電磁波的形式，為一戶內(nèi)的多臺HDTV電視機提供開路接收信號。

2)整機結構。根據(jù)信號無線傳輸?shù)男枰苁苟郒DTV電視機獲得授權開路電視信號的有線數(shù)字電視機頂盒整機結構框圖如圖3所示(方案3)。整機也由5個部分組成，即信道解調(diào)電路(帶通濾波器，信道解調(diào)器)、控制電路(CPU，外圍設備和接口電路，存儲器等)、解密電路(條件接收批處理電路)、緩沖分配器、射頻功率放大器和天線等。

圖3 無線傳輸信號處理型有線數(shù)字電視機頂盒結構框圖(方案3)

3)基本工作原理。與方案2類似，在CPU的控制下，RF射頻調(diào)制加密信號經(jīng)信道解調(diào)、條件接收處理后，由緩沖分配器分多路輸出，選擇其中一路信號，經(jīng)射頻功率放大器放大后，用天線將發(fā)射出去，戶內(nèi)的多臺HDTV電視機便能正常收看不同頻道的電視節(jié)目。

4)特點。能同時滿足一戶有多臺HDTV電視機收看不同電視節(jié)目的需求，需通過HDTV電視機的接收天線接收信號，省去了連接線，但整機工作易受外界干擾影響。

3 新方案實施途徑

1)解決解密后數(shù)字信號引出問題。由于有線電視是以地市為機構集中管理，雖然加密標準是統(tǒng)一的，但各機構對數(shù)字電視信號的加密方式、采用的智能卡系統(tǒng)及播出設備、編碼格式等均未統(tǒng)一。特別是機頂盒的CPU采用嵌入式單芯片ASIC(專用集成電路)，往往將解密與解壓電路集成在一起，兩者之間沒有信號引出端子，很難對原機頂盒進行升級或技術改造。因此，新方案容易實現(xiàn)的條件是采用數(shù)字加擾與密碼接收方式(當前應用較廣泛)，不需對發(fā)送前端系統(tǒng)作任何改動，關鍵環(huán)節(jié)是解決接收端先解密后解壓的問題，且能分離出解密后的數(shù)字信號。其功能可在條件接收批處理電路中加以實現(xiàn)，在電路設計方面仍然采用系統(tǒng)集成結構，只需對現(xiàn)有ASIC結構稍加改動即可。有兩種做法:一是在現(xiàn)有ASIC中，增加解密后的數(shù)字信號引出端子;一是單獨推出解密 ASIC，以此解決解密后數(shù)字信號的引出問題。

2)解密數(shù)字信號的處理。解密后輸出的是音視頻數(shù)字壓縮編碼信號，要實現(xiàn)多路輸出，可采用有源信號分配電路實現(xiàn)。對于不同類型的接收方式和電視機，信號處理的方式不相同。對于HDTV電視機，由于本身具有解壓縮編碼和格式轉換功能，在控制電路的作用下，選擇某一路數(shù)字壓縮編碼信號，從輸入端口加入即可;對于模擬電視機，與現(xiàn)行有線DTV－STB類似，必須配置解壓縮編碼和格式轉換功能電路，才能正常收看有線數(shù)字電視節(jié)目;要實現(xiàn)無線(開路)接收方式，需將音視頻數(shù)字壓縮編碼信號轉換為高頻頭能接收的調(diào)制信號，放大后用天線發(fā)射出去即可。這些功能的實現(xiàn)，都有對應的實用電路可供選用。

4 小結

隨著數(shù)字電視普及率的逐步提高，不同的人對電視機節(jié)目有不同的偏愛和個性化選擇，一戶有多臺電視機已是無法回避的事實，為了最大限度地滿足人們的需求，在當前還沒有明文規(guī)定收視費按機收取的條件下，應該考慮保護消費者的合法權益，改革現(xiàn)行有線電視節(jié)目的管理模式和機頂盒的功能，不斷開發(fā)有線數(shù)字電視機頂盒系列新產(chǎn)品，使數(shù)字電視技術更好地為大眾服務。

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