数字电视机顶盒的基本原理及构成探讨

唐佣生，许建明

邵阳学院信息工程系，湖南 邵阳 422000

0 引言

随着我国经济的发展和科技的进步，广播电视网也正在向产品化、网络化、数字化的方向发展。其中，数字机顶盒作为系统中的用户终端设备是一项关键的设备。由于数字机顶盒能够将数字电视信号进行转换，成为模拟电视机可以接收到的PAL/NTSC信号，同时也能够支持因特网浏览、视频（VOD）点播、可视电话、DVD播放等多媒体的功能以及放大、解密、加扰的功能，和普通模拟电视机进行组合便能够构成完整独立的数字电视的接收机，因此其市场发展前景可谓是极其广阔。本文主要介绍了数字电视当中机顶盒的原理及其构成。

1 数字电视机顶盒的基本原理

该系统广泛应用于广播电视领域等方面的各种信号转换，机顶盒由于其用途和功能的不同，在早期可分为付费图文电视的机顶盒、电视的机顶盒、增补频道的机顶盒等。在数字电视技术快速发展的今天，对于进行数字电视接收的机顶盒在我国很受重视。其中，根据传输媒体工具的分类，数字电视的机顶盒还可以分为以下3种：1）有线数字电视的机顶盒；2）数字卫星的机顶盒；3）地面数字电视的机顶盒。在这3种类别当中有线数字电视的机顶盒在我国应用最为广泛。

数字电视的机顶盒通常用来进行处理数据业务、接收数字电视节目或者解析多种应用方面。它们的信源必须要完成二级编码之后进入到有线电视网络，其中一级是可以进行传输的信道编码，另一级是音视频信号信源的编码和所有信源所封装而成的传输流。而至于接收端的机顶盒则应与前端相一致，首先要提取传输层的信道编码信号来完成信道的解调；再还原已经压缩信源编码信号，并恢复原始的音视频流，另外再处理好多种应用方面的接收以及解析数据业务。一般人们所使用的有线数字电视的机顶盒是由出高频头、信源解复用器、信道解调器、视频编码器、MPEG-2解码器、嵌入式CPU系统、音频D/A以及条件接收模块、外围接口等所构成。此外，机顶盒要有交互功能这方面的特性则需要有数据的回传通道。其中，高频头接收有线网的高频信号，而QAM解调器则只需进行信道的解码，还要分离载波中所包含的各种数据信息传送流以及音视频。传送流过程中，通常包含有几个音视频流以及一些其它的数据信息。而对于解复用器，主要是用来对不同的节目进行区分，并提取相应的音视频流和数据流，将数据送入到MPEG-2解码器和相应解析软件中去，来对数字信息进行最终还原处理。但是，对于收费的电视来说，使用条件接收模块来对音视频流进行解扰，并通过含有识别用户功能和进行记账的智能卡来确保合法用户的正常收看电视。MPEG-2解码器则对音视频信号进行解压缩后通过视频编码器和音频D/A进行变换，从而还原出模拟音视频的信号，最后使得高质量的图像可以在常规的彩色电视机上面显示出来。

2 数字电视机顶盒的技术

2.1 信号源解码

进行数字化后的模拟信号的信息量激增，所以必须采用一定量的数据压缩。我国数字电视广播现在一般使用MPEG-2视频压缩的标准，因为该标准适用于多种清晰度的图像质量。其中音频则有MPEG-2和AC-3这两种主要的标准。因此，信源解码器应当能适应不同的编码策略，从而能够使原始音视频的数据正确地还原出来。

2.2 信道解码

其信道解码电路与模拟电视机中的高频头和中频放大器原理相同。况且，高频头在数字电视的机顶盒当中是必不可少的，其中的调谐范围可以涵盖地面电视的接收频道、有线电视的增补频道以及卫星频道。

2.3 上行数据中的调制与编码

对于交互式应用的开展，编码与上行数据中的调制的间题我们必须考虑在内。在我国当前主要有3种方式，通过因特网卡来完成上行数据的传送、通过有线网络来完成上行数据的传送以及采用电话线来进行上行数据的传送。

2.4 MPEG-2解码

当前我国视频数字实用的处理技术都基本上是在MPEG-2技术的基础上建立起来的。其在视频的处理上必须要完成主画面和子画面的解码，要是有分层解码的功能更好不过。此外，通过APHA的迭显功能图文电视能够在主画面上进行选加，这就要求其解码器能够同时解调主画面图像和图文电视数据，这样就必须要高的速度和处理能力。

2.5 嵌入式CPU

作为数字电视机顶盒心脏，在数据进行了信道解码之后，嵌入式CPU最先要进行解复用，从而将传输流分为视频、音频，将视频、音频和数据分开，而作为嵌入式操作系统运行的平台，CPU要和操作系统共同完成网络管理、显示管理、数据解码、有条件的接收管理、图文电视解码、上下变换视频信号等功能。

3 数字电视机顶盒的构成

伴随着数字电视市场逐渐的成熟，机顶盒作为其接收的终端也得到了迅速的发展，并实现了通过机顶盒进行增强型和交互型的服务，例如视频类资料的点播、网页的浏览、电子目录等方面的业务，是机顶盒软件在开发过程中的必须考虑到的首要任务，从而使得中间件产品也应时而生。

对于每一套完整的数字电视机顶盒是由3层所构成：应用软件、中间件和底层的软硬件资源。其中，应用软件包括本机原来早已存储有的及可以通过网络下载到的各类应用软件；而中间件是通过应用程序接口的形式使机顶盒通用和给其中的基本功能显示提供机顶盒的生产厂家，并使之在机顶盒的闪存当中保存，从而使应用程序和底层的硬件操作系统、细节隔离开来；底层的软硬件资源则主要包括底层硬件和软件，其中软件则提供了各种硬件的驱动程序及操作系统的内核，而硬件提供了机顶盒中的硬件平台。

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