解析数字电视机顶盒的关键技术

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数字电视机顶盒由高频头、QAM解调器、TS流解复用器、MPEG一2解码器、PAUNTSC视频编码器、嵌人式CPU系统和外围接口、CA模块和上行数据调制器组成。工作原理如附图。

数字电视机顶盒的工作过程大致如下：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，从载波中分离出包含音、视频和其他数据信息的传送流门蜀。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，送人MPEG一2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。MPEG一2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，里德一索罗门解码，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MPEG－2视频解码。MPEG／AC－3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：包括分模拟视音频接口，数字视音频接口，数据接口，键盘，鼠标等。
2.数字电视机顶盒关键技术
数字机顶盒集中反映了多媒体、计算机、数据压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平，因此技术含量非常高，它所涉及的关键技术主要有：
（1）复用和解压缩技术：模拟信号数字化后。信息量剧增，数据压缩必不可少。MPEG－2视频压缩标准在数字电视中广泛采用，适用于多种清晰度图像质量：
MPEG－4则采用基于对象的压缩编码方法，它把图像和视频分割成不同的对象分别处理，不仅提高了数据压缩比，还能实现许多基于内容的交互功能，为多媒体数据压缩编码提供了更为广阔的平台。
随着大规模集成电路技术及嵌入式系统技术的广泛应用，数字机顶盒硬件实现多采用专用芯片或数字信号处理（DSP，DigitalSignalProcessing）芯片，将CPU内核与MPEG-2、MPEG4传输流解复用器、DVB通用解扰器、MPEG音频视频解码器和NTSC／PAL编码器集成，形成STB的核心芯片。以实现实时解复用和实时数据信息处理。
（2）下行数据解调与信道解码技术：压缩后的数据不能直接在信道上传输，还需进行信道编码和调制。通常在有线电视网络中传输的数字电视及增值业务，多采用QAM（QuadratureAmplitudeModulation）调制方式及RS（ReeDSOlomon）纠错编码。
（3）上行数据的调制编码：在交互式应用中，普遍采用3种方式，即采用电话线传送上行数据。采用以太网传送上行数据和通过有线网络传送上行数据。由于上行数据相对于下行数据要少很多，故多使用OP-SK（QuadraturePhaseShiftKeying）或160AM方式进行调制。
（4）网络浏览技术：为实现真正意义上的网络浏览，有线电视网与因特网连接除了考虑上行和下行数据之外，还必须考虑在其上运行IP（InternetProtocol）。
（5）实时操作系统：数字机顶盒中的操作系统采用实时操作系统（RTOS.Real-TimeOperatingSvstem），RTOS可在实时环境中工作，并占用较小的内存空间，它负责管理本地资源和网络资源，提供基本的操作功能以及设备的访问控制。
（6）中间件技术：中间件（Middleware）技术，即开放式业务平台，已成为交互式电视的核心技术。中间件通常由Java虚拟机、网络浏览器、图像与多媒体模块等组成，通过定义一组完整的标准应用程序接口，使应用程序独立于操作系统和硬件平台。使应用程序的开发变得更加简捷，产品的开放性和可移植性更强，以保证机顶盒的扩展性和投资的有效回收。
结束语
交互式电视是未来有线电视的发展方向，在多媒体宽带网建设和国家信息基础设施中占有举足轻重的地位。我们当前正处在数字电视与高清晰度电视发展的关键时期，交互式电视产业蓬勃发展，因此了解数字电视技术及数字机顶盒极有必要。