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1、数字机顶盒技术 金塔电视台有线中心 2006.11.20 根据国家广播电影电视总局制定的我国广 播电视数字化三步计划，2005年前，我国 将全面推进和启动数字电视，届时，卫星 传输全部实现数字化，有线电视网以及省 级以上台基本实现数字化，而已有的模拟 电视接收机采用机顶盒，兼容接收数字电 视信号，机顶盒已成为中国数字电视实施 中的过渡方式和过渡时期使用的最佳手段 。 机顶盒STB（Set-Top-Box）起源于二十世 纪九十年代初，当时在欧美作为保护版权 和收取收视费的重要手段，有线电视台在 每台用户电视机之前加一个密钥盒，只有 交了费的用户才能正常收看电视，这就是 最初的机顶盒。对于机顶盒，
2、目前没有标 准的定义，按文字释义是“置于电视机顶上 的盒子”。 在现分阶段它是指用于有线电视网络环境 下，接收模拟广播电视节目、数字广播电 视节目，以及高速数据等功能的用户终端 设备。数字电视机顶盒是信息家电之一， 它是一种能够让用户在现有模拟电视上， 观看数字电视节目，进行交互式数字化娱 乐、教育和商业化活动的消费业电子产品 。一、机顶盒的结构 根据接收数字电视广播和互联网信息 的要求，一个机顶盒的硬件结构由信 号处理（信道解码和信源解码）、控 制和接口几大部分组成。机顶盒的结 构图如图一所示：图1 机顶盒的结构图 机顶盒从功能上看是计算机和电视机的融 合产物，但结构却与两者不同，从信号处
3、理和应用操作上看，机顶盒包含以下层次 ： (1)物理层和连接层：包括高频调谐器，QPSK、QAM、 OFDM、VSB解调，卷积解码，去交织，里德索罗门解 码，解能量扩散。 (2)传输层：包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数 据包。 (3)节目层：包括MPEG2视频解码，MPEG/AC3音频 解码。 (4)用户层：包括服务信息，电子节目表，图形用户界面（ GUI），浏览器，遥控，有条件接收，数据解码。 (5)输出接口：包括模拟视音频接口，数字视音频接口，数 据接口，键盘，鼠标等。二、机顶盒的功能 机顶盒从功能上分为数字电视机顶盒、网络电视（ WebTV）机顶盒和多媒体（Multimedia）
4、机顶盒三类。 其中，数字电视机顶盒的主要功能就是将接收下来的数字 电视信号转换为模拟电视信号，使用户不用更换电视机就 能收看数字电视节目，图像质量接近500线水平，但无上 网功能。根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒又分为卫 星数字电视（DVB-S）机顶盒、地面数字电视（DVB-T） 机顶盒和有线数字电视（DVB-C）机顶盒三种。目前应用 较为广泛的是有线数字机顶盒。 数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具 有所有广播和交互式多媒体应用功能，如：（1）电子节 目指南（EPG）。给用户提供一个容易使用、界面友好、 可以快速访问想看节目的一种方式，用户可以通过该功能 看到一个或多个频道甚
5、至所有频道上近期将播放的电视节 目；（2）高速数据广播。能给用户提供股市行情、票务 信息、电子报纸、热门网站等各种消息；（3）软件在线 升级。软件在线升级可看成是数据广播的应用之一。数据 广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机 顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件， 并对保存在存储器中的软件进行更新； （4）因特网接入和电子邮件。数字机顶盒可通过内置的 电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通 过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒 也可以提供各种接口与PC相连，用PC与因特网连接；（ 5）有条件接收。有条件接收的核心是加扰和加密，数字 机顶盒应
6、具有解扰和解密功能。 网络电视机顶盒的主要功能是使我国现有3.2亿台模拟电 视机用户通过PSTN（公众电话交换网）和双向CATV网 实现上因特网，收发电子邮件、游戏娱乐、网上学习等。 多媒体机顶盒是对前两种机顶盒功能的综 合下产生的，有也称综合业务机顶盒或全 功能数字机顶盒。它可以支持几乎所有的 广播和交互式多媒体应用，包括收看普通 电视节目、数字加 密电视节目、点播多媒 体节目和信息、电子节目指南（EPG）、 收发电子邮件、因特网浏览、网上购物、 远程教育等，需要的条件是双向CATV网。三、机顶盒的主要技术 有线数字电视机顶盒的技术含量非常 高，它集中反映了多媒体、计算机、 数字压缩编码、解
7、扰算法、加解密算 法、通信技术和网络技术发展水平。 目前数字机顶盒的关键技术主要有：1、实时操作系统（RTOS） 实时操作系统负责本地资源和网络资源的管理，提供基本 的操作功能和设备的访问控制。在启动机顶盒时，由引导 程序通过网络从中心控制系统下载，如深圳迪科网视通数 字机顶盒的 RTOS在设计上采用从FLASH ROM引导，其 引导程序功能包括：（1）系统自检。对系统部分硬件进 行检测，如DRAM等；（2）系统设置。用户可通过遥控 器对系统必要的参数进行设置，如基本频率、辅助频率、 符号率、DTV节目信息表等；（3）DTV功能。用户在无 点播服务的情况下，可看数字电视节目；（4）系统升级 。
8、通过判别系统或台标的名称和版本号，下载升级FLASH ROM中的系统或台标数据。2、中间件（Middle Ware） 中间件是一种将应用程序与底层的操作系统、硬件隔离开 来的软件环境，它通常由各种虚拟机构成。如HTML虚拟 机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等 。一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可 以分为4层，从底层向上分别为：硬件、底层软件、中间 件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提 供操作系统以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存 储的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖硬件 的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平
9、台。3、加解扰技术 加解扰技术用于对数字节目进行加密解密，其基 本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户 端利用IC卡解密。在MPEG传输流中，与控制字 传输相关的有两个数据流：授权控制信息（ ECMs）和授权管理信息（EMMs），由业务密钥 （SK）加密处理后的控制字在ECMs中传送，其 中还包括节目来源、时间、内容分类和节目价格 等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管 理中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个 人分配密钥（PDK）的加密处理，EMMs中还包 括地址、用户授权信息，如用户可以看的节目或 时间段，用户付的收视费等。 用户个人分配密钥（PDK）存放在用户的智能卡 （Sma
10、rt Card）中。在用户端，机顶盒根据PMT 和CAT表中的CA-descriptor，获得EMM和ECM 的PID值，然后从TS流中过滤出ECMs和EMMs， 并通过Smard Card接口送给Smart Card。Smart Card首先读取用户个人分配密钥（PDK），用 PDK对EMM解密，取出SK，然后利用SK对ECM 进行解密，取出CW，并将CW通过Smart Card接 口送给解扰引擎，解扰引擎利用CW就可以将扰 的传输流进行解扰。4、电缆调制解调器 到目前为止，各种研究机构对电缆调制解 调器进行了广泛的研究，这些研究成果最 终形成了几个国际性组织定义的标准， IEEE定义的IE
11、EE802.14协议、DAVIC定义 的DAVIC协议和MCNS定义的DOCSIS及 EuroDOCSIS协议。 据悉对于CA系统，我国已经确定采用同密 技术，盼望有线电视能早日应用有我国自 主知识产权的CA系统。对于我国电缆调解 调器（CM）的标准的制定，倾向于 EuroDOCSIS，在此基础上加入我国自己的 东西。EuroDOCSOS标准中下行码元速率 为6.9652Mb/s，上行频率范围为5-65MHz 。5、信道解码 机顶盒中的信道解码电路相当于模拟电视 机中的高频头和中频放大器。在机顶盒中 ，高频头是必须的，不过调谐范围包含卫 星频道、地面电视接收频道、有线电视增 补频道。根据DTV
12、目前已有的调制方式， 信道解码应包括QPSK、QAM、OFDM解 调功能。 6、嵌入式CPU 嵌入式CPU是机顶盒的心脏，当数据完成信道解码以后， 首先要解复用，把传输流分成视频、音频，使视频、音频 和数据分离开，在机顶盒专用的CPU中集成了32个以上可 编程PID滤波器，其中两个用于视频和音频滤波，其余的 用于PSI、SI和Private数据滤波。CPU是嵌入式操作系统 的运行平台，它要和操作系统一起完成网络管理，显示管 理、有条件接收管理（IC卡和Smart卡）、图文电视解码 、数据解码、OSD、视频信号的上下变换等功能。为了达 到这些功能，必须在普通3264位CPU上扩展许多新的 功能，
13、并不断提高速度，以适应高速网络和三维游戏的要 求。 7、MPEG2解码 MPEG2解压缩电路包含视频、音频解压缩和其 它功能。在视频处理上要完成主画面、子画面解 码，最好具有分层解码功能。图文电视可用 APHA迭显功能选加在主画面上，这就要求解码 器能同时解调主画面图像和图文电视数据，要有 很高的速度和处理能力。OSD是一层单色或伪彩 色字幕，主要用于用户操作提示。 音频解码器根据系统要求，应用MPEG-2音频或 杜比AC-3的解码功能。8、嵌入式实时多任务操作系统 嵌入式实时操作系统是相对于桌面计算机 操作系统而言的，它不装在硬盘中，系统 结构紧湊，功能相对简单，资源开资较小 ，便于固化在存
14、储器中。嵌入式操作系统 的作用与PC机上的DOS和Windows相似， 用户通过它进行人机对话，完成用户下达 的指定。指定接收采用多种方式如：键盘 、鼠标、语音、触摸屏、红外遥控器等。 数字机顶盒不仅是用户终端，还是网络终端，它 能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式 数字电视（如视频点播等），并能接入因特网， 使用户享受电视、数据、语言等全方位的信息服 务。目前，有些人认为机顶盒就是用来使电视机 上网，这是一种认识上的误区。实际上，数字机 顶盒是在走普及数字电视机之前宽带综合信息网 的组成成员这一。随着数字技术、多媒体技术和 网络技术的发展，将促使数字机顶盒内置和整个 成本下降，让大多数用户在普通模拟电视机上实 现既能娱乐，又能上网等多种服务。谢谢大家!
