机顶盒及其数字电视系统测试

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1、机顶盒及其数字电视系统测试多媒体测试部 杨海曜机顶盒的含义l机顶盒(Set Top Box，STB)早期是指基 于有线电视网络的模拟频道增补器、模 拟频道解扰器； 随着数字电视广播和因 特网的迅速发展，用户对信息需求的不 断增强，机顶盒演变成以电视机为显示 终端的信息接收和处理设备，目前在市 场上有接收数字电视的机顶盒和接入因 特网的WebTV机顶盒。 机顶盒的类型l数字机顶盒接收各种传输介质来的数字电视和各种数 据信息，通过解调、解复用、解码和音视频编码(或者 通过相应的数据解析模块)，在模拟电视机上观看数字 电视节目和各种数据信息。根据信号传输介质的不同 ，数字机顶盒分为有线、卫星和地面三

2、种数字电视机 顶盒，三种机顶盒的硬件结构主要区别在解调部分。l目前，机顶盒主要提供基本音视频业务和数据应用， 在一段时期后，将充分利用CATV网络的较宽带宽实现 交互功能，最终发展成为集解压缩、Web浏览、解密 收费和交互控制为一体的数字化终端设备。可以说， 在未来10年内，机顶盒是模拟电视转向数字电视的桥 梁。 机顶盒的主要功能和特点 l由于多种因素的限制，国内广播电视的数字化 改造以有线电视作为发展重点，广电总局也于 2001年5月发布了“有线数字电视广播信道编码 与调制规范”。有线数字电视终端产品机 顶盒在近几年获得快速发展，国际上主流芯片 的机顶盒解决方案，如: ST、IBM、LSI

3、Logic 、Fujitsu、Philips，在国内均已产品化。l机顶盒已经在开展数字电视广播的地区开始使 用，根据用户需求和消费水平的差异，机顶盒 支持的业务也不同，存在着多种类型的产品。 普及型机顶盒l主要以接收基本的付费数字电视节目为主，满 足大多数用户需求，并且具有良好的性能价格 比。主要功能如下: 支持基本的数字音视频和数字音频广播接收。 集成有条件接收系统。 具有中文电子节目指南(EPG)和二级以上字库。 支持软件在线更新功能。 支持复合视频(CVBS)输出，具有音频输出处理功能 (单声道、立体声和双声道)。 增强型机顶盒 l在普及型机顶盒基础上增加基本中间件软件系统，基于基 本中

4、间件可以实现数据信息浏览、准视频点播、实时股票 接收等多种应用。这款机顶盒已经超越了以观看数字电视 为主的需求，增加了多种增值业务，且具有可升级性。新 增功能如下: 集成基本中间件系统。 支持数据广播、实时股票等数据信息接收功能。 支持NVOD点播功能。 具有多种游戏。 具有音频输出处理功能(单声道、立体声和双声道)。 具有Y/C、复合视频(CVBS)、Y/Cb/Cr输出(可选功 能)。 具有逐行扫描输出(可选功能)。 可支持Modem电话拨号回传方式。 交互式机顶盒 l集成了符合MHP标准的中间件软件系统 ，除提供增强型机顶盒主要功能外，还 可以基于MHP提供交互式应用、网页信 息浏览等多种

5、增值业务。新增功能如下: 集成MHP中间件系统。 支持交互式应用，如: 视频点播、 互动游戏、网上冲浪等。 机顶盒原理 l有线数字电视机顶盒接收数字电视节目、处理 数据业务和完成多种应用的解析。信源在进入 有线电视网络前完成两级编码：l一是传输用的信道编码，另一级是音、视频信 号的信源编码和所有信源封装成传输流。与前 端相应，接收端机顶盒首先从传输层提取信道 编码信号，完成信道解调; 其次是还原压缩的 信源编码信号，恢复原始音、视频流，同时完 成数据业务和多种应用的接收、解析。 有限数字电视机顶盒原理框图有线数字电视机顶盒原理l高频头接收来自有线网的高频信号，通过QAM解调器完 成信道解码，从

6、载波中分离出包含音、视频和其它数据 信息的传送流(TS)。l传送流中一般包含多个音、视频流及一些数据信息。解 复用器则用来区分不同的节目，提取相应的音、视频流 和数据流，送入MPEG-2解码器和相应的解析软件，完 成数字信息的还原。对于付费电视，条件接收模块对音 、视频流实施解扰，并采用含有识别用户和进行记账功 能的智能卡，保证合法用户正常收看。lMPEG-2解码器完成音、视频信号的解压缩，经视频编 码器和音频D/A变换，还原出模拟音、视频信号，在常 规彩色电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声 节目。 机顶盒关键硬件技术（1）l(1)信道解调技术: 国际、国内标准均规定，在有线 网络中传

7、输数字电视及增值业务采用QAM调制方式 ，其中16QAM、32QAM、64QAM必选，128QAM 和256QAM可选。由于有线网络信道质量好，只用 RS编码作为纠错编码。l(2)信源解码技术: 模拟信号数字化后，信息量激增 ，必须采用相应的数据压缩标准。数字电视广播采 用MPEG-2视频压缩标准，适用多种清晰度图像质 量。音频目前则有AC-3和MPEG-2两种标准。信源 解码器必须适应不同编码策略，正确还原原始音、 视频数据。机顶盒关键硬件技术（2）l(3)大规模集成芯片技术: 为实现实时的解复用 和数据信息处理，目前的系统大多采用专用芯 片，将CPU 内核与MPEG-2传输流解复用器， D

8、VB通用解扰器，MPEG音视频解码器， NTSC/PAL编码器集成，形成STB 的核心芯片 。 l (4)上行数据的调制编码: 开展交互式应用，需 要考虑上行数据的调制编码问题。目前普遍采 用的有3种方式，采用电话线传送上行数据， 采用以太网卡传送上行数据和通过有线网络传 送上行数据。机顶盒软件结构l广播数字化后，数字电 视技术中软件技术占有 更为重要的位置。除了 音视频的解码由硬件实 现外，包括电视内容的 重现、操作界面的实现 、数据广播业务的实现 ，直至机顶盒和个人计 算机的互联以及和 Internet的互联都需要 由软件来实现。 机顶盒软件结构l第一层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱

9、动程序，第二层中间件将应用软件与依赖于硬 件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体 的硬件平台，第三层应用软件包括本机存储的 应用和用户即时下载的应用。l (1)硬件驱动层软件: 驱动程序驱动硬件功能， 如射频解调器、传输解复用器、A/V解码器、 OSD、视频编码器等。 机顶盒软件结构l(2)实时操作系统: 与PC操作系统不同， 机顶盒中的操作系统采用实时操作系统 (RTOS)，可以在实时的环境中工作，并 能在较小的内存空间中运行。目前流行 的实时操作系统有VxWorks、Psos、 OS20、Windows CE等。这些操作系统 各有所长，在机顶盒中都有应用。 机顶盒软件结构l(3)中间件:

10、 在开发机顶盒上层应用中常常会面 对如下问题: 实时多任务操作系统，硬件平台 原理细节，复杂的行业标准，繁杂的用户界面 以及实用功能等各项跨行业的难题。l(4)上层应用软件: 执行服务商提供的各种服务 功能，如: 电子节目指南、准视频点播、数据 广播、IP电话和可视电话等。上层应用软件独 立于STB的硬件，它可以用于各种STB硬件平 台，消除应用软件对硬件的依赖。 机顶盒发展趋势（硬件）l从机顶盒发展趋势看，Tuner和解调芯片合二 为一，物理上减小体积，降低成本，提高性能; 或者采用芯片实现Tuner 的功能。l由于CPU与TS流解复用器，MPEG-2 A/V解码 器，视频编码器集成，形成S

11、TB 的核心芯片， 它的发展速度将决定机顶盒未来的方向。必然 的趋势是CPU处理速度越来越快，存储器容量 越来越大，MPEG解码器将同时支持多路节目 的解码; 同时用户可以直接看到的图形显示界 面将从简单的OSD，发展到强大的2D、3D图 形引擎。 机顶盒发展趋势（硬件）l由于有线电视网络较好的传输质量以及电缆调 制解调器技术的成熟，可以实现各种交互式应 用。通过上行通道和机顶盒，观众坐在家中就 能享受到视频点播(VOD)、网上冲浪、远程购 物、交互游戏等增值业务。这种交互性将极大 地改变人们看电视的方式。因此，双向传输方 案将成为机顶盒发展的主流。l外部接口将更加丰富，通过USB口可以实现和

12、 数码相机的连接，通过IDE接口可以挂接硬盘 实现节目存储等等。机顶盒发展趋势（软件）l有线电视网络数字化改造的不断深入，开放式 业务系统的广泛使用，运营商的利润增长点将 从以前靠收视费和广告费转向靠多种应用去支 撑。因此，机顶盒将支持越来越多的应用，如 电子节目指南、PPV节目、IPPV节目、准视频 点播、数据广播、Internet接入、电子邮件、 视频点播以及IP电话和可视电话等。而上述应 用的发展，必须依靠机顶盒的软件平台，也就 是中间件。因此，机顶盒的发展趋势在很大程 度上依靠中间件技术的发展方向。 STB目前发展情况HDTV STB预计发展情况数字电视综合测试概述多媒体测试部 杨海曜

13、数字电视系统平台数字电视综合测试概述l数字电视的综合测试还属于探索阶段，目前 主要以观众的感观感觉的提高为我们数字电 视测试的方向，本次课程的介绍举例主要集 中在如下方面： 数字电视各组成模块的指标测试（各模块国标要 求） 数字电视信息载体测试（MPEG-2的码流） 数字电视通路效果测试（视音频的主观评价）数字电视各组成模块的指标测试l数字电视平台包括了许多的部件和整体 模块卡，例如编码器，解码器，机顶盒 等。l这些整体模块被相关的国家和行业的成 文标准所要求。当然，部分模块的标准 还在编写中。 数字电视的标准请参考杨海曜编写的数字 电视编解码框架测试指导书和数字电视 国标测试框架指导书两篇文

14、档数字电视传送测试分层举例两种进行客观指标测试的仪器TEK TSG271视频测试信号发生器TEK VM700T 视频测试仪数字电视传输误码对图像的影响l传输误码将对视频编 解码效果造成很大影 响。例如： 方块噪声 边缘散乱 脏窗效应 缺陷雪花数字电视信息载体测试 （MPEG基本码流测试 ）lMPEG信号与传统电视广播信号最大不同在于：lMPEG存在多个信息层，在MPEG系统检测中需要快 速准确地确认错误发生在哪一个信息层。l通常协议分析工具一般都会提供诸如视频、音频基本 码流分析和测试、传输码流分析、等级图、结构解释 图、语法和CRC循环校验分析、过滤、定时分析等功 能。通常码流分析仪器可以对

15、活动传输码流进行各种 实时分析，比如显示传输码流中的节目等级图等。还 可以将部分传输码流记录下来，用于进一步详细分析 ，这种技术称为延时测试，比如可以用于检验时间标 记的内容等。 数字监测系统构成图 l数字电视信号的播出质 量和传输质量远比模拟 信号要好，但是数字信 号的监测则要复杂得多 。如今我国的卫星传输 已经等同采用了DVB-标 准，研究和探讨数字电 视下的数字信号监测方 法和设计一种实用手段 还是很必要和及时的。 MPEGscope Plus 测试仪器举例l下面结合MPEGscope Plus码流分析仪 中的MPEG视频基本码流测试和分析这 一项功能，介绍MPEG视频基本码流结 构以及

16、测试分析过程。 一 基本信息显示l打开基本码流文件 后，在基本码流分 析窗口中会显示视 频基本码流的各层 所包含的基本信息 。在其左上方区域 显示该视频基本码 流的总的类型信息 即基本码流属于哪 一类的MPEG。一 基本信息显示l在基本码流分析窗口中的左下方显示序列头（Sequence Header）信息，序列头信息分为两部分：序列头部分和 序列扩展。 l在基本码流分析窗口的中间区域的上方部分显示了图像 组头（GOP Header）信息包括丢失标志、用于录像的 时间码和控制码、还有涉及B帧处理的Closed GOP和 Broken Link。l在基本码流分析窗口的中间部分的下方显示图像头（ Picture Header）信息，图像头信息包括两个部分即图 像头本身和一些扩展信息。l在基本码流分析窗口的右边区域显示宏块条的头部（ Slice Header）信息，依次为：宏块量化尺度的最小和 最大值；总的宏块条数量；按照垂直位置编号的宏块条 及其量化尺度码的列表显示。 二 宏块信息显示二 宏块信息