数字电视机顶盒论文

数字电视机顶盒是在我国得到很大的发展，集电脑、电视和电信技术于一体，具有很大的发展前景。本文对数字电视机顶盒进行分类，分析其工作原理，阐述了其核心关键技术，并对其与发展趋势进行了探讨。

关键词：数字电视；机顶盒；核心技术；发展

当前，人们对信息与资讯需求不断增加，促进了电子与信息技术的进步。由于无线电视和有线电视网的迅速发展,多功能增值业务的开发和应用,必然要有一种接入设备支持, 这就是机顶盒(Set Top Box ,STB)。20世纪90年代初，一向重视版权和收视费的西方国家有线电视台，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。随后的互联网与数字技术的发展，进一步促进了机顶盒技术水平的提高。

1、机顶盒的简述

对于机顶盒，目前没有标准的定义，由于功能和用途不同，使得“机顶盒”这个概念有些模糊不清，如早期的增补频道机顶盒、图文电视机顶盒、付费电视机顶盒等。一般形象地把它说成是置于电视机顶上的盒子。它可以把卫星直播数字电视信号、地面数字电视信号、有线电视网数字信号甚至互联网的数字信号转换成模拟电视机可以接收的信号。

一般把数字电视机顶盒分为以下三种类型：卫星数字电视机顶盒、地面数字电视机顶盒、有线数字电视机顶盒。

（1）卫星直播数字电视机顶盒。卫星数字广播节目就是通过这一类来接收。当然，同时也支持数据广播、图文电视等应用。这一类主要是通过处理数字信号，然后送出模拟音频信号和视频信号到模拟电视机AV输入端。它的不足之处在于，由于它的传输平台是卫星信道，支持交互式应用比较困难。

（2）地面数字机顶盒。地面数字机顶盒的传输介质是地面广播信道。编码正交频分复用(CODFM)是地面数字电视机顶盒的关键技术，该技术首先将串行数据流进行划分，划分后变成多个比特的码元，而由于每个码元可有数千比特，这些比特可以调制被置于一个频段内间隔很小的数千个相互正交的载波。这样一来，通过设置这些载波的保护间隔和边带能量的位置，可使某一特定载波在邻近

频道上的能量为零，从而提供较好的邻频抑制能力，有效地解决地面数字电视广播中所存在的多径接收、邻频干扰等问题。

（3）有线数字电视机顶盒。有线数字电视机顶盒的信号传输介质是有线电视广播所采用的全电缆网络或光纤/同轴混合网。随着电缆调制解调器技术发展和有线电视网络较好的传输质量，使各种交互式应用可通该类机顶盒来实现，因而成为了我国应用趋势最好的一种。该类机顶盒的应用广泛，如可以支持数字电视广播接收、电子节目指南、准视频点播、按次付费观看、软件在线升级、数据广播电子邮件等几乎所有的广播和交互式多媒体应用。

2、数字电视机顶盒原理分析

数字电视机顶盒的主要工作原理是通过天线或其他介质接收各种数据信息，然后通过解调、解复用、解码和音视频编码，在模拟电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。机顶盒由调谐器、QAM解调器、解复用器、MPEG - 2解码器、PAL视频编码器等组成。

调谐器接收来自有线电视网的射频信号并变频为中频信号,然后进行Ａ／Ｄ转换为数字信号，经QAM解调器解调,输出包含音、视频和其他数据信息的传送流,传送流中一般包含多个音、视频流及一些数据信息。解复用模块接收M P E G 传输流，从中分离出一个节目的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P E S 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MPE G 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，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，P C M 解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。这样还原出来的模拟音、视频信号就可以在常规彩色电视机上显示高质量图像和伴音。其工作原理如下图：

天线

3、数字电视机顶盒关键技术

数字电视机顶盒运了很多的技术，其关键技术包括硬件技术和软件技术两个部分:

（1）硬件技术

硬件技术包含有：信道解调、信源解码、大规模集成芯片、上行数据调制编码、嵌入式系统技术分别概述如下:

①信道解调。数字电视机顶盒中的信道解调电路相当于模拟电视机中的高频头和中频放大器。在数字电视机顶盒中，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目前已有的调制方式，信道解码应包括QPSK,QAM, OFDM, VSB解调功能。

②信源解码。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令用芯片将CPU内核与MPEG—2传送流解复用器,DVB通用解扰器,MPEG—2视频解码器、MPEG—2AA音频解码器,NTSC/PAL编码器集成，形成数字电视机顶盒的核心芯片，另外有-些高档的可编程数字信号处理器(DSP)也能实现这一功能。

③大规模集成芯片。为实现实时的解复用和数据信息处理，机顶盒必须将C PU内核与MPEG—2传输流解复用器、DVB通用解扰器、MPEG音视频解码器、PAL /NTSC编码器集成于一体，形成大规模专用集成芯片。

④上行数据调制编码。开展交互式应用，需要考虑上行数据的调制编码问题。目前普遍采用的有三种力式，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。

⑤嵌入式系统技术。所谓嵌入即镶嵌之意，指镶嵌在其他设备中的系统。嵌入式CPU是数字机顶盒的心脏，它和操作系统一起完成网络管理、有条件接

收图文电视解码、数据解码、视频信号的上下变换等功能。为了实现这些功能，必须在吾通32—64位CPU上扩展许多新的功能，并不断提高速度，以适应高速网络和三维游戏的要求。

（2）软件技术

实际上,一个完整的数字电视机顶盒由硬件平台和软件系统组成,可以将其分为4层,如下所示,从底向上分别为硬件驱动层软件、低层软件、中间件、应用软件。

网络

电视机

①硬件驱动层软件。针对各硬件模块，提供相应的驱动程序，实现对硬件设备和接口模块的控制和管理，用驱动程序驱动硬件功能的有射频解调器、传输解复用器、A/V解码器、OSD,视频编码器等。

②底层软件提供实时多任务操作系统以及各种硬件驱动程序。机顶盒的操作不是很庞大，但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，这种操作系统称实时多任务操作系统，它比桌面计算机操作系统结构紧凑，功能简单，也便于固化。硬件驱动程序是驱动相应硬件功能的驱动程序，如高频调谐器、MPEG解复用器等。

③中间件。中间件是在数字电视接收机的应用程序和操作系统、硬件平台之间嵌入的一个中间层，是指建立于实时操作系统之上的操作系统。中间件技术作为开放式的软件业务平台，已成为数字电视的核心技术。它定义一组较为完整的、标准的应用程序接口，使应用程序独立于操作系统和硬件平台，从而将应用的开发变得更加简捷，使产品的开放性和可移植性更强。通常由Java虚拟机(用来解