雙向電視機(jī)頂盒技術(shù)及發(fā)展趨勢

摘 要：隨著廣電多種增值業(yè)務(wù)的開展和推廣，雙向機(jī)頂盒在數(shù)字電視用戶中逐漸普及。雙向機(jī)頂盒具備傳統(tǒng)電視和互聯(lián)網(wǎng)媒體的特性，既可看到傳統(tǒng)電視上的直播節(jié)目，也可以選擇不同的欄目進(jìn)行點(diǎn)播和回看。本文以有線數(shù)字雙向電視機(jī)頂盒為例，介紹了數(shù)字電視機(jī)頂盒的組成和原理，著重介紹如何在機(jī)頂盒中監(jiān)測和捕獲用戶收視行為數(shù)據(jù)，研究了基于雙向機(jī)頂盒的用戶收視行為監(jiān)測系統(tǒng)的功能組成與機(jī)頂盒端的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：雙向電視機(jī)；頂盒技術(shù)；發(fā)展

中圖分類號(hào)：TN949.197 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 22-0000-01

隨著數(shù)字電視廣播的發(fā)展，目前在市場上廣為使用的是接收數(shù)字電視的機(jī)頂盒。按照傳輸媒體的不同，數(shù)字電視機(jī)頂盒可分為有線數(shù)字電視機(jī)頂盒（DVB-C）、數(shù)字衛(wèi)星機(jī)頂盒（DVB-S）和地面數(shù)字電視機(jī)頂盒（DVB-T）三種，這三種機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在于信道解碼部分。本文主要研討目前應(yīng)用較為廣泛的有線數(shù)字電視機(jī)頂盒。有線數(shù)字電視機(jī)頂盒是利用有線電視網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，模擬電視機(jī)作為用戶終端，通過提高現(xiàn)有模擬電視機(jī)的性能或增加其功能，來實(shí)現(xiàn)用戶終端在現(xiàn)有模擬電視機(jī)上通過有線電視網(wǎng)絡(luò)觀看數(shù)字電視節(jié)目，并進(jìn)行交互式數(shù)字化娛樂、教育和商業(yè)化等相關(guān)活動(dòng)。

一、數(shù)字電視機(jī)頂盒的基本原理

現(xiàn)在的數(shù)字電視機(jī)頂盒應(yīng)具備了接收數(shù)字廣播信號(hào)（包括CATV上的音頻、視頻和資料信號(hào)）以及視頻點(diǎn)播功能，從RF端口接入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流經(jīng)過機(jī)頂盒各芯片完成解調(diào)、解復(fù)用、譯碼功能。機(jī)頂盒是由數(shù)字調(diào)諧器、信道解調(diào)器、信源解復(fù)用器、MPEG-2＼H264解碼器、視頻編碼器、音頻D/A、嵌入式CPU系統(tǒng)和外圍接口、條件接收模塊等組成。可以看出，數(shù)字調(diào)諧器接收來自有線電視網(wǎng)中的高頻信號(hào)，下變頻為中頻信號(hào)，并通過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換再生出傳輸端的數(shù)字信號(hào)，然后利用QAM解調(diào)器完成信道解碼并糾錯(cuò)，在進(jìn)行用戶身份識(shí)別確認(rèn)受權(quán)許可后，從載波中分離出包含音、視頻和其它數(shù)據(jù)信息的傳送流（TS流）。傳送流中一般包含多個(gè)音、視頻流及一些數(shù)據(jù)信息。解復(fù)用器則用來區(qū)分不同的節(jié)目，提取用戶指定節(jié)目的PES數(shù)據(jù)，包括音、視頻流和數(shù)據(jù)流，送入MPEG-2或者H264解碼器及其相應(yīng)的解析軟件，完成視音頻信息的解壓與還原。

二、2FSK信號(hào)解調(diào)方法

井下作業(yè)環(huán)境是一個(gè)環(huán)境復(fù)雜、干擾性強(qiáng)、高溫高壓的信道，對(duì)超聲波數(shù)字通信工作提出了嚴(yán)格的要求。2FSK的通信模式雖然傳輸率相對(duì)較低，但是抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，可以作為井下作業(yè)的一種有效通信方式。ZFSK在調(diào)制信號(hào)上，可大致分為兩種方式，相干調(diào)節(jié)和非相干調(diào)節(jié)。在信號(hào)接收端，相干方式需要準(zhǔn)確恢復(fù)載波信號(hào)的頻率和相位，其解調(diào)器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；非相干解調(diào)方式不需要精確恢復(fù)載波信號(hào)的頻率和相位，解調(diào)器的結(jié)構(gòu)較為簡單，適用簡單的數(shù)字語音通信系統(tǒng)。本文研究的超聲波通信系統(tǒng)采用非相干ZFSK方式，其調(diào)節(jié)方式主要分為包絡(luò)檢測法、過零檢測法、基于離散短時(shí)傅里葉變換的ZFSK解調(diào)，差分檢波法等幾種方式。

三、語音調(diào)制解調(diào)

系統(tǒng)調(diào)制方法采用2FSK二進(jìn)制頻移鍵控，換能器的主要頻率為40KHZ，2FSK的頻率偏頻率為2KHZ，處理器產(chǎn)生的8KHZ和42KHZ兩種超聲波信號(hào)，數(shù)字語音信號(hào)傳輸過程中，這兩種信號(hào)分別用0和1表示；在接收端，根據(jù)頻率的不同調(diào)節(jié)為相應(yīng)的數(shù)字語音信號(hào)，由TR600解碼器解碼，最后得到原來的語音信號(hào)。

（一）產(chǎn)生2FSK調(diào)制信號(hào)的方法。發(fā)送端和接收端均采用STM32F103VE處理器芯片，其工作頻率最大為72MHz，處理器內(nèi)部帶有4個(gè)定時(shí)模塊，它們都可以產(chǎn)生PWM信號(hào)和輸入捕獲過程。其過程原理如圖1。

處理器得到TR600通過串口1傳送過來的語音信號(hào)，然后處理器通過串行通信2向外發(fā)送語音數(shù)據(jù)，同時(shí)把數(shù)據(jù)反饋給處理器中斷口，中斷系統(tǒng)檢測信號(hào)的邊沿，中斷由語音數(shù)據(jù)的上升沿和下降沿觸發(fā)。中斷過程中，控制器獲得此時(shí)的語音信號(hào)值，由定時(shí)器產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波，根據(jù)數(shù)值的不同，語音信號(hào)調(diào)制成兩種不同超聲波，頻率分別為38KHz和42KHz。本系統(tǒng)利用了處理器內(nèi)部可編程定時(shí)器和內(nèi)部邊沿檢測模塊。強(qiáng)大的內(nèi)部功能保證了超聲波信號(hào)波的可靠性和準(zhǔn)確性，所輸出的方波直接由CPU產(chǎn)生。由于高次諧波具有很強(qiáng)的收斂性，以及周期性方波頻譜具有離散性。結(jié)果表明，超聲方波信號(hào)經(jīng)過濾波技術(shù)處理后，保留了同一頻率的正弦基波。

（二）解調(diào)2FSK信號(hào)。超聲波信號(hào)到達(dá)接收端后，放大、濾波、過零檢測后還原為38k和42k相互交替的波形，送入處理器STM32F103的定時(shí)器端口。

四、實(shí)驗(yàn)測試分析

發(fā)送接收兩端處理器中的串行接口以及TR600的編解碼工作都是全雙工方式，PC上位機(jī)將經(jīng)過兩次調(diào)制解調(diào)及鋼筋傳送后的數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并記錄錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。測試實(shí)驗(yàn)時(shí)，終端1發(fā)送1200bps的語音數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)幀為七個(gè)字節(jié)，一個(gè)標(biāo)識(shí)字節(jié)和六個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，時(shí)間間隔75ms。連續(xù)進(jìn)行24小時(shí)的測試，由PC上位機(jī)實(shí)時(shí)記錄結(jié)果。該系統(tǒng)的測試結(jié)果可知，語音編碼TR600以低速進(jìn)行編解碼，如每幀數(shù)據(jù)間隔75ms、包含45位，與控制器通信速率為9600bps波特率，在控制器端以1200bps的速率調(diào)制解調(diào)超聲波語音信號(hào)，經(jīng)1000m鋼筋介質(zhì)傳輸后，發(fā)現(xiàn)通話質(zhì)量正常且誤碼率較低。

五、結(jié)束語

隨著數(shù)字電視機(jī)頂盒標(biāo)準(zhǔn)的完善、成本的降低和人們消費(fèi)觀念的改變，數(shù)字電視機(jī)頂盒必將得到越來越多的用戶認(rèn)可和接受，它將為用戶提供質(zhì)量優(yōu)良、豐富多彩的音像節(jié)目和多功能的服務(wù)，同時(shí)也將給電子產(chǎn)品制造商、信息服務(wù)部門和電視廣播機(jī)構(gòu)提洪前所未有的發(fā)展商機(jī)。本文還介紹在機(jī)頂盒端的數(shù)據(jù)封裝協(xié)議、數(shù)據(jù)回傳規(guī)則和軟件監(jiān)控流程。整個(gè)數(shù)據(jù)捕獲過程不會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生額外的時(shí)間消費(fèi)或操作遲延。數(shù)據(jù)封裝格式簡單靈活，能快速拓展數(shù)據(jù)類別，機(jī)頂盒通過軟件升級(jí)就能匹配前端服務(wù)器的數(shù)據(jù)協(xié)議拓展。

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