數字電視機頂盒的組成及原理

黃江春 郭健 王瑩 燈塔電視臺

數字電視機頂盒的組成及原理

黃江春 郭健 王瑩 燈塔電視臺

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

1 數字電視機頂盒的組成

在日常的接觸中，一旦提到數字電視機頂盒，可能都會問該機頂盒采用哪個公司的芯片、中央處理單元(CPU)的速度是多少、閃存（Flash）容量有多大、存儲器容量有多大、操作系統是什么，采用哪個公司的條件接收（CA）系統、是否有中間件、采用哪個公司的中間件等問題。的確，這些都是機頂盒的基本組成部分。一個完整的數字電視機頂盒由硬件平臺和軟件系統兩大部分組成。其硬件功能主要是對接收的射頻信號進行解調、信道解碼、解復用、MPEG－2碼流解碼及模擬視/音頻信號的輸出。軟件系統用來實現包括電視節目內容的重現、操作界面的實現、數據廣播業務的實現，直至機頂盒和個人計算機的互聯以及和Internet的互聯等都需要由軟件實現。

數字電視機頂盒是一種將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它既支持現有的模擬電視業務，又適應目前及未來的數字視頻業務，它必然是一種集計算機、電視和電信技術相結合的高科技產品。數字化、交互式是數字機頂盒的生命力所在。但就數字電視機頂盒的基本功能，從信號的處理和應用操作上看，其組成可以包含以下幾個層次，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諧器，QPSK/QAM/OFDM/VSB解調部分，完成各種系統傳輸信號的接收和信道解碼，包括卷積碼解碼、支交織、RS（里德－索羅門）碼解碼、解能量擴散等。

1.2 傳輸層（網絡層）

傳輸層包括解復用，它把MPEG—2傳輸流（TS）分成視頻流、音頻流和數據包。

1.3 節目層

節目層包括各種解碼器，主要任務是信源解碼，即MPEG—2視頻解碼、MPEG/AC—3音頻解等，同時完成需要的D/A轉換。

1.4 用戶層(應用層)

用戶層主要為用戶服務，用戶通過這個層面對機頂盒進行操作，瀏覽及遙控操作;同時獲得需要的信息，如各種服務信息電子節目指南(EPG)，圖形用戶界面(GUE)，條件接收及數據解碼信息等。

1.5 接口層（輸出接口）

機頂盒一般均具有豐富的輸出接口，通過輸出接口與電視機、揚聲器或音箱及其它外部設備相連接，并完成低速的數據通信。通常有模擬視/音頻接口，數據接口等．有時也把鍵盤、鼠標歸到這里。

實際上，一個完整的數字電視機頂盒由硬件平臺和軟件系統組成，如圖2所示。可以將其為四層，從底向上分別為：硬件層、底層軟件層、中間層（Middleware）層、應用軟件層，其中硬件提供機頂盒的硬件平臺；底層軟件提供操作系統內核以及各種硬件驅動程序；應用軟件包括本機存儲的應用程序和下載的應用程序，通過這些應用程序實現了機頂盒的各種功能（如：EPG、VOD、數據廣播、IP電話和可視電話等）；中間件將應用軟件與依賴于硬件平臺的底層分隔開來，使應用程序不依賴于具體的硬件平臺。

這里的中間件是一個純軟件技術，也是一個比較籠統的概念。一般來說，中間件是指位于數字機頂盒內部實時操作系統與應用程序之間的軟件部分，就相當于電腦中的Windows操作系統。中間件產品一般由非節目提供商和數字電視機頂盒制造商的第三方提供，它非常方便于網絡運營商對新業務的開發和應用推廣，特別是決定數字電視交互式業務成敗的關鍵。

2 數字電視機頂盒的原理

在圖2中，數字電視機頂盒由高頻頭（調諧器）、QPSK/QAM/OFDM/VSB解 調 器、TS流 解 復 用 器、MPEG—2解 碼器、PAL/NTSC視頻編碼器、音頻D/A、嵌入式CPU系統和外圍口、CA模塊等組成。其工作過程大致如下：高頻頭（調諧器）接收來自衛星或有線網絡等的射頻信號并下變頻為中頻信號，經QPSK或QAM等解調器進行解調，完成信道解碼，輸出包含視/音頻和其它數據信息的TS流，TS流中一般包含多個視/音頻流及一些數據信息。TS流解復用器則用來區分不同的節目，提取相應的視/音頻PES流和數據PES流。其中視頻PES流送入MPEG—2視頻解碼器進行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號再經視頻輸出電路輸出；音頻PES流送入音頻解碼模塊進行解碼，輸出PCM音頻數據到D/A變換器，變換成立體聲模擬音頻信號，經音頻輸出電路輸出。同時還能完成數據PES流多種應用的接收、解析。對于付費電視，條件接收模塊對視/音頻流實施解擾，并采用含有用戶和進行記賬功能的智能卡，保證合法用戶正常收看數字電視節目。

3 結束語

龐大的市場空間、數百億的產值吸引了眾多的商家從事STB的生產制造。雖然目前運營商在大規模推廣數字電視，搞全網的整體平移，但這一切并沒有帶來STB行業的繁榮，也沒有促進STB技術的大力發展，反而給數字電視行業造成了很多的困惑。如何順應技術的發展，把握技術發展的方向，不僅僅是制造商需要關注的問題，更應引起運營商們的關注，需要各方面共同努力，盡快為數字電視創造一個良好的可持續發展的空間。

[1]吳順學，左大方，潘福，李安，王翀，吳新昊。數字電視實用技術。北京：教育科學出版社，2009.

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