有线电视数字机顶盒的关键技术详
数字电视机顶盒技术综述
数字电视机顶盒技术综述一、机顶盒的基本概念机顶盒（STB，Set Top Box）的概念是比较广泛的，从广义上说，凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒。
从基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟频道解扰器，到将电话线与电视机联系在一起的"上网机顶盒"、数字卫星的综合接收解码器（IRD，Integrated Receive Decoder）、数字地面机顶盒、以及有线电视数字机顶盒都可称为机顶盒。
从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒、以及有线电视数字机顶盒。
这些设备由于具有很好的网络功能，因此也成为信息家电的代表。
二、各种机顶盒的主要功能和特点1．上网机顶盒提起机顶盒，我们首先想到的可能是微软的维纳斯计划。
维纳斯计划实际上是一个Windows CE推广计划，只不过在推出Windows CE的同时，捆绑了一个机顶盒硬件平台。
它利用电话网络做为传输平台，利用电视机做为显示平台，实现Internet接入功能。
因此，可以将其看成是一种非PC类的互联网接入设备。
随着Internet的不断发展，互联网接入设备的前景是非常好的，但这种机顶盒占用了用户家中几乎所有的网络资源（电话线和电视机），却只能实现上网功能，对用户来说，是得不偿失的。
电视机的最大优势是显示视频，最大的作用还是娱乐，但这种机顶盒不论是硬件还是软件，均不支持视频应用，这个缺陷，注定了它的前景不会太好。
在维纳斯计划推出不久，我国有许多企业陆续推出了该类产品，如康佳?quot;光元"网络机顶盒、海信的"家庭网络快车"DB-200M互联网机顶盒、海尔的"网神"网络机顶盒，但市场却没有任何反映，这也说明了这种机顶盒是没有前途的。
事实上，将维纳斯计划中机顶盒的电话调制解调器用电缆调制解调器来代替，也可以实现上网功能，但由于这种机顶盒与有线电视网络相连，一般都支持视频，我们把它放在有线电视数字机顶盒中介绍。
高清晰度有线数字电视机顶盒技术要求和测量方法
能 够接收并且播 放包含多语言 ８ 多语言伴音 伴 音的 Ｔ Ｓ流信号 ，并且能够选 接收 择每种 语言 Ｐ Ｄ对应的音频信 Ｉ 号按 双声道输出 通 过有线广播电视网络进行软
件 在 线 升 级 。 在 线升 级 时 ， 应 提 示 用 户 正 在 进 行 升 级 并 且 显 软 件 升 级 示 升 级状 态 ， 如 果 出 现 升 级 失
功能要求见表 １ 。
１ ２
控 制 和
音 频 电 平 记 忆
能够 显示和关闭字幕 ，允许用 １ ３ 字幕 户选择 字幕语言。能够处理包 含有两种语言字幕的节 目码流 有线数字广播 能 够接收有线数 字电视信号中 １ ４ 信号接收 的数 字广播节 目 ，并 且在机 顶 盒 前面板可以显示接收状态
频 电 平 的 设 置 和调 整
Ｇ Ｔ ２ １ ２０ Ｙ／ ０ － ０ ４
１高清晰度有线数字 电视机顶盒技术要求
１ １基 本功 能要求 ． 基本 功能 中菜单和 帮助功能 、条件接收 、频道搜 索、系 统工作参 数断 电记 忆 、多语 言伴音 接收 、软件升 级 、数据 广 播功 能为必备 ， 频电平 控制 。音频 电平记 忆 字幕 有线 音 数字广播信号接收 、Ｎ Ｏ Ｖ Ｄ和恢 复出厂设置功能为可选。具体
败，机顶盒能够恢 复原有程序 或者应能成功再升级 １ ０ 可 在本地 进行软件升 级
数字 电视用户接收解码 器 （ 顶盒 ） 机 技术要求和测量方法》 ．
增加 了高清的视频指标及相应接 ｌ 。现介绍如下 。 ： ｌ
１ １
数 据广播
音频电平
支持数 据广播
能够记忆并保存 不同节 目的音
２
３
可以收看授权的节 目
有线电视数字机顶盒技术(一)
家 尚需 ６ ８年 ，象 我 国这 样 发 展 中 的 大 国 估 计 需 要 －
１ — ５年 。 ０ １
（ ） 国现 存 模 拟 电视 接 收பைடு நூலகம்机数 量 巨 大 ， 由模 １我 在
拟 向数 字 过 渡 期 内 （ 能 需要 １ 可 ５年 ） 机 顶 盒 是 一 个 ，
今 ， 国广 播 电视 技 术 正 在 由模 拟 向数 字 化 转 变 的 进 我
概
述
跃 跃 欲 试 地 进 入 中 国 的 机顶 盒 市 场 。２ ０ ０ ０年 广 电总
局 积 极 推 进 “ 准 化 ” 作 ，在 机 顶 盒 技 术 方 面 先 下 标 工
发 广 发 技 字 ［Ｏ０ ５ ２ｏ ］８号 文 《 于 我 国 现 阶段 有 线 电 关 视综 合 业 务用 户 终 端体 制 的意 见》 ，又 制定 了行业 标 准《 有线 数 字 电视 广播 信 道 编码 与 调 制规 范》 有线 电 。
有 线 电视 技 术
功能 。 早期 有 增 补频 道 机顶 盒 、 费 解扰 机 顶 盒 、 付 图文
电视 机 顶 盒等 。 文 阐述 的机 顶 盒是 用 于接 收 数字 有 本
技术讲座
４ Ｓ ＴＢ主 要 物 理 接 口
Ｓ Ｂ有 关 数字 电视 接 收部 分 的接 口建议 满 足 “’ Ｔ １ Ｓ
程 中 。其前 期 采 集 、 期 制作 、 星 传输 、 后 卫 光纤 干 线 传
输 等方 面 已经基 本 完 成数 字 化改 造 的任 务 。 现 全系 实 统 数 字化 的 主 要任 务 ， 用 户 接 收设 备 如 何 实 现数 字 是 化 的 问题 。 然 我 国 已经具 有 生产 数 字 电视 接 收 机 的 虽 能 力 ， 是 ， 国现 有 的 ３亿 台模 拟 电 视 接 收 机 不 可 但 我
数字电视机顶盒关键技术
２ ０ 年第 ４期 ０６
福
建 电
脑
７ １
数字 电视 机顶盒关键 技术
谢鸿坤， 谢子常
（ 邑 大 学 信 息 学 院 ． 东 ． 门 ．２０ ０ 五 广 江 ５９２ ）
【 摘
要】 ：介 绍 了数 字电视 机顶盒 的定义、 准化 、 Ａ技 术、 标 Ｃ 交互 式以厦相关芯 片关键技 术。并 简单 介绍数 字 电视机
４ ． Ｍ． 可 供 多 套 节 目复 用 。 １４ 还 ３ 系统 前 端 可 从 卫 星 和 地 面 发射 获
得 信 号 ． 终 端 需 要 电缆 机顶 盒 。 在
ｆ ） Ａ（ｏｄｔ ｎｌ ｃｅｓ技 术 ２ Ｃ Ｃ ｎ ｉｏ ａ Ａ ｃｓ） ｉ ２ 字 电 视 传 输 流 和 各 种数 据 信 息 ．处 理 数 据 业 务 和 完 成 多 种 数 数 字 电视 运 营 商 对数 字 电视 机 顶 盒 最 关 心 的 是 其 计 费 功能 应 用 的解 析 。 类 信 源 在 进 入 有线 电视 网络 之 前 经 过 两级 编 码 ． 的 实现 ．有 条 件 接 收 以及 计 费 频 度 的 管 理 主 要 基 于 Ｃ 认 证 技 各 Ａ 第一级是视音频信号 的信源编码 。 并将所有信源封装成传输流 ， 术 。 数 字 电视 机 顶 盒 嵌 入 计 费 管 理 模 块 ， 过 智 能 卡 对 用 户进 在 通 第二级是传输 用的信道编码 。 与前 端相应 。 数字电视机顶盒首先 行 管 理 ， 现可 控 到 户 ， 于 一 些 非 认 证 用 户 作 出 限 制 。 实 对 从传输层提取信道编码信号 ， 完成信道解调 ． 接着还原压缩的信 （ ） 互 化 ３交 为 了增 强 数 字 电视 机 顶盒 的 网 络 交 互 能 力 ． 各种 用程 源编码信 号 。 恢复原始视音频流 。 同时完成数据业务和多种应用 应 序 数 字 电视 机 顶 盒 采 用 嵌 入 式 中 间件 实 现 网 络 交 问 互 ． 图 ２所 示 。 于 数 字 电视 机 顶 盒 ， 字 电视 中 件 如 对 数 时操 统 中间件是指位于数字 电视机顶 盒内部实 时操作 实 作系 系统与应用程序之间 的软件部 分． 它将应 用程序 机顶 件 盒硬 层 视 顿 与底层 的操作 系统 、 硬发展前 景。
有线电视数字机顶盒技术(四)
作广 据 图— 编 ］ 码
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卜 编 字 码 机 显 视
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图 ４１ Ｏ Ｄ 三 类 显 示 过 程 示 意 图 ． Ｓ
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２０ ０ ２年 第 ２ ２期 （ 第 ｌ ） 总 ８期 ｌ
维普资讯
该 区包 括 视频 帧缓 冲 区 、 图象 帧 缓 冲 区 、 图形 帧 缓 冲 区 以及 混合 帧 缓 冲 区 。 些 帧缓 冲区用 于 存储 完 这
整 的一 帧 数 据， 据 顺 序 排 列 ， 据 格式 Ｃ Ｉ 一 ０ 符 数 数 ＣＲ ６ １ 合 标 准 的 ４２２规定 。 体地 说 ： 于 ７０ ４０象 素分 ：： 具 对 ２ｘ８
准 解码 器 的基 本 特 征 。 视频 类 数据 经 过 解 复用 器解 析 后 ，进 入 Ｖ ｄ ｏ Ｒ ｔ Ｂ ｅ，该 区 由硬件 管 理 ， ｉｅ ａｅ ｕ ｒ ｆ 在典 型 的 Ｓ Ｂ 中， 占 ３ ０ ４ ０ Ｂ 内存 空 间， 体 大 小 取 决 Ｔ 约 ０￣０Ｋ 具
第 一 类 是 视 频 显 示 ，显 示 信 息 是 按 照 Ｃ Ｉ ６ １ ＣＲ一 ０ 标 准采 集 的亮 色信 号数 据 （ 色字 体 部分） 经过 压 缩 、 蓝 。 编码、 用、 复 传送 过 程来 到 Ｓ Ｂ。Ｓ Ｂ控 制并 实 现该 类 Ｔ Ｔ
有 线 电视 技 术
字节 ，每 个 象 素 点 用 两 个 字 节 分 别 表 示 亮
度 和 色差 。 ２３ 混合 器 ．
技术讲座
该 模 块 是 将 不 同 帧 数 据 进 行 混 合 处 理 ，不 同帧 的对 应 数 据 混 合 后 变 成 混 合后
的数据 。混合 器 以特定 的公 式处 理 亮 度 和
关于有线数字电视网络及机顶盒常见故障的探讨
关于有线数字电视网络及机顶盒常见故障的探讨【摘要】本文笔者根据自己多年的工作经验，探索了有线电视数字机顶盒的关键技术，并就有线数字电视网络及机顶盒故障进行综合分析，以供业内人士参考。
【关键词】电视网络；机顶盒；故障分析1 有线电视数字机顶盒的基础知识概述数字机顶盒是模拟用户收看数字电视节目的必备设备。
随着有线电视数字机顶盒数量与日俱增，其稳定的运行以及对故障检修方面的技术要求日益显现。
1.1 关于有线电视数字机项盒的基本原理有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，示意图如图1所示。
调谐模块接收射频信号并下变频为中频信号，然后进行a／d （analog-to-digital模拟／数字转换）转换为数字信号，再送入qam（quadrature-amplitude-modulation正交幅度调制）解调模块进行qam解调，输出mpeg（move-picture-expert-group运动图像专家组）传输流串行或并行数据，解复用模块接收mpeg传输流，从中抽出一个节目的pes（packed-elementary-stream打包的基本流）数据，包括视频pes、音频pes以及数据pes。
解复用模块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和pes层对加扰的数据进行解扰，其输出是已解扰的pes。
视频pes送入视频解码模块，取出mpeg视频数据，并对mpeg视频数据进行解码，然后输出到pal／ntsc编码器，编码成模拟电视信号，然后再经视频输出电路输出。
音频pes 送入音频解码模块，取出mpeg音频数据，并对mpeg音频数据进行解码，输出pcm音频数据到pcm解码器，pcm解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。
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。
mpeg-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。
数字电视机顶盒工作原理与关键技术
高频 头 （ 调谐 器 ） Ｑ Ｍ解 调 器 、Ｓ流解 复用 器 、 Ｅ 、Ａ Ｔ ＭＰ Ｇ
作者简介 ： 陆志宏 （９ ５ ） 男， １７ ． ， 助理工程师 ， 主要 从事有线 电视 网络技 术维护工作 ； 邵新 建（９ ５ ） 男， １７ 一 ， 工程师 ， 主要 从事有线 电视 网络技 术管理 和维护工作 。
应 软 二蔓困 ［三巫 用 件［ 互 亘 二 中 件 ［二二二三 二］ 间 二二二二叵二二 底 软 至堕困 ［至 层 件［亘受 二至 硬 件 ［二二 巫匿二］
图 ２ 数 － 电视 机 顶 盒的 组成 ｙ －
主 处 理 器
用 软件 ， 中底层 软件提供 操作系 统 内核 以及 各种 硬件 其
层次 ：
⑤ 输 出接 口： 括模 拟视 频／ 包 音频 接 口、 字视 频／ 数
音频 接 口 、 据 接 口、 盘 、 数 键 鼠标 等 。 图 １是有 线 数 字 电视 机 顶 盒 原 理 框 图 ， 顶 盒 由 机
①物 理 层 和链 路 层 ： 括 高 频 调 谐 器 、 ＰＫ 包 ＱＳ／
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｅ —ｏ ｏ ｓ ｔｔ ｐ ｂ ｘ；ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ；ｋ ｙ ｔ ｃ ｏｏ ｏ ｏ ｉｏ ｉ ｅ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｙ
１ 数 字 电视 机 顶盒 的 组成
一
德 一 罗 门 ） 解码 、 能量 扩 散 ； 索 码 解
个数 字 电视 机顶 盒包 括 硬件 平 台和软 件 系统 两
（Ｐ 、 Ｅ Ｇ） 图形 用 户界 面 （ Ｕ ） 浏 览 器 、 控 、 Ａ等 ； Ｇ Ｉ、 遥 Ｃ
有线电视数字机顶盒的关键技术
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ｓ ｎ．Ａ ｌ ｈ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｅ Ｔ ｅ ｅ ｏ ｔ ｕ ｔ — ｕ ｃ ｉ ｎ． ｏｏ １ ｔ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｍ ｋ ｓ Ｓ Ｂ ｄ ｖ ｌ ｐ ｗｉ ｈ ｍ ｌ ｉ ｆ ｎ ｔ ｏ
Ｋ ｙ ｒｓ Ｃ ｂ ｅ Ｔ ｌ ｖ ｓ ｏ ；Ｓ Ｂ ／ ｏ ｖ ｒ ｅ ｗｏｄ ： ａ ｌ ｅ ｅ ｉ ｉｎ Ｔ ；Ｄ Ａ Ｃ ｎ ｅ ｔ
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
音 Ｐ送 音 解 模 ，出Ｐ音 数 ，对Ｐ 频Ｅ 人 频 码 块取 ＭＧ频 据并 ＭＧ Ｓ Ｅ Ｅ
音频数据进行解码， 输出ＰＭ Ｃ 音频数据到ＰＭ Ｃ 解码器， Ｃ 解 ＰＭ
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有线电视数字机顶盒的关键技术详
1．有线电视数字机顶盒的基本原理
有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，示意图如图1所示，调谐模块接收射频信号并下变频为中频信号，然后进行A/D转换变为数字信号，再送入QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG传输流串行或并行数据。
解复用模块接收MPEG传输流，从中抽出一个节目的PES数据，包括视频PES、音频PES以及数据PES。
解复用模块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，其输出是已解扰的PES。
视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MEPG视频数据进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。
音频PES 送入音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。
有线电视数字机顶盒的关键技术
该机顶盒由以下几部分组成：数字电视广播接收前端、MPEG解码、视音频和图形处理、电缆调制解调器、CPU以及存储器、以及各种接口电路。
数字电视广播接收前端包括调谐器和QAM解调器，该部分可以从射频信号中解调出MPEG传输流；MPEG解码部分包括解复用、解扰引擎和MPEG解压缩，其输出为MPEG视音频基本流以及数据净荷。
视音频和图形处理部分完成视音频的模拟编码以及图形处理功能。
电缆调制解调模块由一个双向调谐器、下行QAM解调器、上行QPSK/QAM调制器和媒体访问控制（MAC）模块组成，该部分实现电缆调制解调的所有功能。
CPU与存储器模块用来存储和运行软件系统，并对各个模块进行控制。
接口电路则提供了丰富的外部接口，包括通用串行接口USB、高速串行接口1394、以太网接口、RS232、视音频接口等等。
该框图所描述的有线电视数字机顶盒是一种功能齐全的机顶盒，实际上，在具体实现时，厂商可以根据需要对其进行裁减。
2．实时操作系统
大家对PC的操作系统都比较熟悉，如DOS、Windows98、WindowsNT、Unix、MacOS。
与这些操作系统不同，机顶盒中的操作系统不是非常的庞大，但却要求可以在实时的环境中工作，并能在较小的内存空间中运行。
这种操作系统称为实时操作系统。
目前流行的实时操作系统有WindRiverSystem公司的VxWorks、IntegratedSystemsIncorporated公司的pSOS、Microware公司的DAVIDOS-9、ST公司的OS20、前面介绍的WindowsCE、以及专为机顶盒开发的PowerTV。
这些操作系统各有所长，在机顶盒中都有应用。
其中VxWorks、pSOS、OS-9、OS20等是通用的实时操作系统，在其他的嵌入式应用中也有广泛的应用，在机顶盒中，应与下面将要介绍的中间件结合使用。
PowerTV是专为机顶盒开发的，将中间件集成在一起的操作系统，在美国应用较广。
另外，随着Linux的兴起，嵌入式的Linux已渐渐成熟。
它不仅为机顶盒厂商提供一种选择，而且由于Linux的开放性和先进的结构，会对现有的实时操作系统构成巨大的威胁。
3．中间件
中间件是一种将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机来构成，如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等等。
一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可以将其分为4层，从底向上分别为：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内核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。
成熟的商用中间件产品有Opentv的EN2、Liberate的TVNavigatorforDTV、Enreach的EnreachTVforDTV、Canel+的Mediahighway和Intellibyte的IBEPG、IBSIManager、IBBrowser 等。
这些产品在市场上都占有一席之地，但彼此并不兼容。
目前，标准组织已经认识到这个事实，并且开始着手建立公开的中间件标准。
DVB提出了基于Java虚拟机的中间件标准DVB-MHP（多媒体家庭平台）；ATSC成立T3/S17技术专家小组委员会来为机顶盒定义软件环境，该软件环境称为DTV应用软件环境（DASE）。
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IEEE802.14协议、DAVIC定义的DAVIC 协议和MCNS定义的DOCSIS协议。
在这些协议中，MCNS标准的目的最为简单和明确，就是在有线网络上透明地传输IP 数据包，因此该协议对IP的支持最好；DAVIC的目的主要是给用户提供交互式的数字视音频服务，同时也兼顾提供数据传输，该协议对数字视频的支持是最好的；IEEE802.14的目的是建立一个基于HFC的城域网，并使该网络能支持各种业务，包括固定比特率CBR、可变比特率VBR以及有效比特率ABR服务，该目的使得它对ATM有很好的支持。
不同的目的使得各个标准间存在很大的差异，这些差异主要体现在各个标准定义的物理层、MAC层的帧格式和MAC协议。
IEEE802.14对ATM信元有很好地支持，并能通过ATM信元很好地支持OoS。
在传输ATM 信元方面，该协议与MCNS相比有较小的延迟和延迟抖动。
但在支持IP方面，由于必须通过AAL5来支持，因而在传输IP分组的吞吐量方面比MCNS标准低，这一点对DAVIC标准同样适用。
在MAC层，MCNS标准的上行信道访问方式和碰撞解析算法比IEEE802.14和DAVIC 都简单，使得用户端设备比较简单，再加上对IP有最好的支持，使MCNS标准在目前的市场上最为看好。
但也正是因为其简单，在采用MCNS的CableModem进行话音和视频业务时还有一些缺陷，具体地说，在使用MCNS标准的CableModem支持IP电话和可视电话方面，还需要增加支持QoS的机制。
但随着DOCSIS1.1的发布，该标准已逐步完善起来。
在对数字视频业务的支持上，DAVIC由于对数字电视广播的兼容和具有带外信道的优势，在数字机顶盒的标准中有重要影响。
事实上，北美的OpenCable标准就是将MCNS与DAVIC有机地结合的产物，而欧洲的EuroBox和EuroModem实际上就是采用DAVIC标准。
而最早开始制定的IEEE802.14协议，已渐渐地被市场抛弃。