有线数字电视机顶盒学习总结

1、机顶盒学习总结 1 1、机顶盒简介 2 2、机顶盒主要功能 3 3、机顶盒分类 4 4、机顶盒的工作原理 5 5、以数字电视为例说明 6 6、机顶盒的硬件结构 7 7、机顶盒的软件架构 一、机顶盒的概念 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。 从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外 ， 专指数字电视机顶盒。 有线数字电视机顶盒是CATV网络综合业务终 端设备之一。 机顶盒的其他描述 数字电视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)，

2、在模拟电视机上观看数字电 视节目和各种数据信息。 机顶盒是一种能提供模拟音频和视频接口，使现在的 模拟电视机能正常接收节目；同时，还能提供数字电视、 数字广播接口，提供交互式功能的接口装置。它一头接 有线电视 网的同轴电缆，一头接用户家里的电视机。专门为 不打算买电脑和用电脑的广大用户设计。 二、机顶盒的主要功能 机顶盒的基本功能是接收数字电视节目和广播节目，同时具有所有 广播和交互式多媒体应用功能，如： EPGEPG：电子节目指南，给用户提供一个容易使用、界面友好、可以 快速访问想看节目的一种方式，用户可以通过该功能看到一个或 多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目，目前软件一般 都支持

3、7天的节目预告信息显示，用户可以预约想看的节目，预约 时间到以后系统会自动提示用户确认收看已预约的节目； DB DB ：数据广播，给用户提供新闻资讯、政务时要、分类广告、票 务信息、电子报纸、天气预报等信息； StockStock：股票，提供实时的股市行情、实时行情数据、股票分时数 据、股票日线数据等信息； 机顶盒的主要功能 （二） VODVOD：准视频点播，是单向数字电视系统增值业务之一， 广电前端利用视频服务器将一个数字电视节目在几个数 字通道中延时播放，使用户在点播该节目时可以等待一 段时间后完整地观看该节目，用户可以预约想看的节目， 预约时间到以后系统会自动提示用户确认收看已预约的 节

4、目； CACA：条件接收，条件接收技术的核心是加扰和加密，是 广电保障有授权用户收看加密节目的一种机制； VODVOD：视频点播，双向机顶盒的特性功能。 机顶盒的分类 1、根据传输媒介的不同，数字电视机顶盒分为： 数字卫星机顶盒（DVB-S）； 地面数字电视机顶盒（DVB-T）； 有线电视数字机顶盒（DVB- C）。 2 2、根据图像清晰度的不同，机顶盒分为： 标清机顶盒； 高清机顶盒。 3、根据是否双向互动，机顶盒又可分为： 单向机顶盒； 双向互动机顶盒。 有线数字电视机顶盒为例 其工作原理如下：有线数字电视机顶盒接收有线 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。

5、信源在进入有线电视 网络前完成两级编码，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。 数字电视机顶盒结构图 数字电视示意图 数字电视机顶盒的工作过程 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、视频和其它 数据信息的传送流(TS)。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

6、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。 MPEG2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。 数字机顶盒的结构分层 硬件平台硬件层 实时操作系统和驱动程序 中间件层 底层 应用软件层 条件接收系统 电子节目指南股票系统设置 频道列表 中间件 机顶盒的层次 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、 OF

7、DM、VSB解调，卷积解码，去交织，里德索罗门解码，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MPEG2视频解码，MPEG/AC3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。 数字机顶盒包含几个重要模块 a. 调制解调模块 b. 编解码模块 c. MPEG II的解码模块 d. 数字视频编码器和音频DAC e. 图形控制模块 f. 媒体访问控制模块MAC h. 可擦写DVD i. 加解扰

8、模块和版权保护模块 a. 调制解调模块 数字机顶盒工作在有线电视网络状态下，有线电视网采用模拟传 输，因此必须对数字信号进行调制和解调才能在模拟信道传输， 调制解调器是系统关键的组成部分，在技术上类似现在的电话调 制解调器的原理，但采用了更高的调制方法，下行多采用64 QAM 或256QAM，在 DVB -C(Digital Video Broadcast by Cable) 和DAVIC中采用64QAM做为标准调制方法，以Motorola 的MC92305QAM 解调芯片为例，在7M模拟带宽上采用 64QAM调制的数字信号速率可达42Mbit/S，上行目前采用两种 方式，一种是采用电话线做为

9、上行信道，另一种是采用双向HFC 网的上行通道，采用HFC网时采用QPSK做为调制方案。QAM或 QPSK调制器将MPEG格式的数据流调制在一个标准的PAL信道内， 与其他视频调制信号一起合路发送出去。 b. 编解码模块 由于采用模拟通道，为保证数据 传输的可靠性和低误码率，前向 纠错编码是必不可少的，DVB 采用Reed Solomon编码，RS码 是一类纠错能力很强的多进制 BCH码。 c. MPEG II的解码模块 数字机顶盒的核心是数字视频技术，MPEGII 的解码模块可以称为CPU以外的核心模块， MPEG II数字传输中采用交织编码，首先需要 对码流进行去交织，视频、音频和数据码流

10、的 分离工作，以及视频码的解码工作。经以上各 步骤MPEGII码流成为视频 (CCIR656 格式)和 音频数字信号。MPEG多路复用器将各路节目 流、数据流复合在一起，以188字节为一帧的 MPEG2数据格式发送到射频调制器并提供电子 节目单 (EPG)。 d. 数字视频编码器和音频DAC 数字机顶盒的“外设”是电视机和音响系统，数字的音 视频信号必须转换为模拟音视频信号，以Motorola公 司的MC44724为例，MC44724可以将ITU601、656 标准4:2:2 并行视频数据转换为PAL或NTSC格式的视 频、S-Video、Y/Cb/Cr 或R/G/B，扩展的 VBI(Vert

11、ical Blanking Interval)信息输入口用于显示 图文信息。音频DAC非常普遍这里不再介绍。现代音 响系统都支持Dolby Pro Logic和Lucasfilm Home THX家庭影院系统，需在音频DAC之前用数字音频信 号处理芯片对数字音频信号进行处理，目前有专用处 理芯片和采用数字信号处理芯片DSP进行处理两种方 式。 e. 图形控制模块 和视频图形混合器数字机顶盒另 一方面需要提供类似计算机的复 杂图形甚至是三维图形，需要系 统具有强大的二维和三维图形加 速芯片，而且需要将图形和视频 信号能进行混合叠加显示，此类 功能类似现有的字幕机。 f. 媒体访问控制模块MAC

12、数字机顶盒在网络通信上可以看成是Cable Modem，IP路由器接收用户端通过PSTN( 公 用电话网)传来的点播信号并传送到Internet 服务器/ 路由器。目前主要参照DAVIC和 IEEE 802.14 标准，IEEE802.14倡导采用 ATM并在802.14 MAC访问层上定义了ATM层， DAVIC同时定义了以太网和ATM标准。 h. 可擦写DVD 现有数字机顶盒完全工作在网络环境，仅能利 用智能卡进行一些类似个人帐号、解码号等信 息的储存，不具备本地大数据存储功能，所有 信息需要从网上获得，无论现在网络状况还是 今后，像CD-ROM此类介质仍是大容量信息传 递的一种主要方式，

13、CD-ROM的缺点是信息无 法更新。采用可擦写DVD不仅可以使用光盘上 的巨大信息，更有效的是通过Internet网进行 数据更新，使DVD盘上数据保持最新状态， DVD应成为数字机顶盒的重要的备用模块。 i. 加解扰模块和版权保护模块 在 有线电视 运营中，付费电视是一种主要的 业务，要求 数字机顶盒 必须具备电视信号的 加解扰功能，由于采用数字信号，加解扰比模 拟信号加解扰容易和保密度高， DVB 对加解 扰功能有相关定义，另一方面，采用数字信号 在版权保护上加大了难点，目前采用 Macrovision generator 进行活动图像的保护。 机顶盒硬件结构图 机顶盒的硬件结构 主板 主

14、板上的主要器件及作用： CPUCPU：CPU是数字电视机顶盒的心脏，它与存储器模块用来存储和 运行软件系统，音视频硬件解码并对各个硬件模块进行控制。接 口电路提供丰富的外部接口，包括通用串行接口USB，以太网接口 及RS232，模拟、数字视音频接口，数据接口等； FLASHFLASH：非易失存储器，主要存储软件程序、保存节目信息等； SDRAM/DDRSDRAM/DDR：随机存储器，主要运行机顶盒的程序等； EEPROMEEPROM：电可擦写可编程存储器，读写速度比较快，用于存储经 常读写的节目相关信息或系统参数等； TUNERTUNER：将射频信号降为中频信号； DEMODULATERDEM

15、ODULATER：信道解码，给CPU提供解调后TS流。 机顶盒硬件示意图 机顶盒硬件实物图 机顶盒的硬件结构 电源板/ /适配器 给机顶盒提供工作的电压电流。 前面板 前面板主要提供给用户一些常用的功能按键、电源指 示灯、信号锁定指示灯等。 后端子板 后端子板包括各种输出的接口，射频信号输入、射频 信号环出、IR连接线接口、视音频输出接口、电源适 配器接口。 智能卡板 智能卡的读卡器。 数字电视机顶盒结构图 机顶盒硬件组成 （1）网络接口模块（NIM）：网络接口模块完成信道解调和信道解码功能，送出 包含视音频和其他数据信息的传输流（TS）。 （2）信源数据传输流解复用器：传送流中一般包含多个音

16、视频流及一些数据信息， 传输流解复用器用来区分不同的节目，提取相应的音视频流和数据流，送入视音 频解码器和相应的解析软件。 （3）条件接收模块：对于付费电视，条件接收模块还对音视频流实施解扰，并采 用含有识别用户和记忆功能的智能卡，保证合法用户正常收看。 （4）视音频解码器和后处理：MPEG-2解码器完成对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，在模拟电视机上显示高质量 图像，并提供多声道立体声节目。 （5）嵌入式CPU与存储器模块和接口电路：嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏， 它与存储器模块用来存储和运行软件系统，并对各个硬件模块进行控制。接口电 路提供丰

17、富的外部接口，包括通用串行接口USB，以太网接口及RS232，模拟、 数字视音频接口，数据接口等。 数字电视机顶盒软件系统 操作系统功能 操作系统一般采用实时操 作系统。在这个操作系统 中主要完成进程调度、中 断管理、内存分配、进程 间通信、异常处理、时钟 提取等工作。 硬件驱动功能 硬件驱动部分提供外围硬 件设备的驱动，包括I2C总 线、异步串行通信口、并 行通信口、非易失内存、 键盘、遥控器、调谐器、 信道解码模块等。 图形接口功能 图形接口主要用于完成图形 显示功能，以便于为用户提 供友好的图形用户界面。 音频解码和视频解码驱动功能 音频解码和视频解码驱 动用于控制音频解码和 视频解码硬

18、件的工作。 解复用和数据表提取模块功能 解复用和数据表提取模块 主要是对码流解复用和数 据表提取操作的控制。 应用程序编程接口功能 应用程序编程接口将所有与硬件 相关的底层函数映射到一个统一 的接口上，并且提供一些与硬件 无关的公用处理函数，比如网络 协议、图形格式分析、业务信息 数据表分析等 条件接收驱动功能 条件接收驱动用于完成条件接收 处理的工作和软件接口。应用程 序编程接口为应用程序提供了一 个公共的编程接口，把应用程序 与硬件屏蔽开，使得应用程序与 硬件无关。这样，就便于实现应 用程序的可移植性。 软件部分的主要组成以及功能 （1）中间件 （2）SI/EPG （3）节目业务搜索 中间

19、件 中间件是数字电视接收系统的软件平台，为数字电视 应用提供运行环境和软件接口。中间件作为 数字机顶 盒 中的一个独立的软件层，将应用软件与底层硬件和 操作系统隔离开，对操作系统和驱动程序定义了统一 接口，同时对应用程序也定义了统一接口，另外对常 规数字广播电视业务和增值业务也提供统一接口。中 间件定义了一组较为完整而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。 它通常由Java 虚拟机、网络浏览器、图像与多媒体模 块等组成，中间件将应用软件与依赖于硬件的驱动层 软件分隔开来，使应用软件不依赖于具体的硬件平台。 SI/

20、EPG 业务信息（SI）包括：节目业务群关联表（BAT）、 节目业务描述表（SDT）、节目段信息表（EIT）、 运行状态表（RST）、时间及日期表（TDT）、时间 偏移表（TOT）等。通过这些数据表，机顶盒可以向 用户提供节目的内容描述、节目的类型、节目的播放 时间、节目的分级等信息。机顶盒在解复用的处理中 提取这些数据表，通过分析和处理，然后通过用户界 面提供给用户，形成了电子节目指南（EPG）。用户 浏览这些信息，并做出选择，通过遥控器、键盘或按 键等输入设备告知机顶盒根据用户的选择提取相应的 节目码流或数据码流。 节目业务搜索 在模拟电视系统中，电视频道的搜索只需要按 照频点逐一进行即可

21、。而在数字电视系统中， 频道与节目业务不再是一一对应的关系，信道 传输系统的参数也有多种配置方式。因此，机 顶盒对节目业务的搜索要对应前端广播系统进 行设计。一般是由运营商指定一个固定频道， 作为频道配置信息的发布频道。在机顶盒中预 先内置该频道参数。 业务信息表 PSI /SI TS 流产生方框图 视频 信源 信源 分解 视频信 源编码 打包 音频 信源 音频信 源编码 打包 数据 广播 格式化 复 用 器 系统时钟 Data (CA, EPG,PSI/SI,IP etc.) ES ES PES PES PES TS1 PCR 再 复 用 器 TS3 TS2 TS (MPTS) 业务信息表

22、PSI /SI MPEG-2 TS 流结构 包头 4 byte 有效载荷 184 byte 包头 4 byte 有效载荷 184 byte 包头 4 byte 有效载荷 184 byte 优先级别 1bit 误码指示 1bit 净数据单元起始指示 1bit 同步 8bit 加扰控制 2bit 13bit 自适应区控制 2bit 连续计数 4bit 业务信息（SI）总体结构图表 MPEG-2定义的信息 PSI DVB定义的信息 强制性可选择 ST PID=14 TOT PID=14 RST PID=13 EIT PID=12 SDT PID=11 BAT PID=11 NIT PID=10 PA

23、T PID=00 CAT PID=01 PMT PID=P TSDT PID=02 TDT PID=14 EIT PID=12 SDT PID=11 NIT PID=10 节目关联表 条件接收表 节目映射表 传输流描述表 网络信息表 现行传输流 业务描述表 现行传输流 事件信息表 现行传输流 时间日期表 网络信息表 其他传输流 业务群关联表 业务描述表 其他传输流 事件信息表 其他传输流 运行状态表 时间偏移表 填充表 PAT 节目关联表举例 表格内容注解 Table id = 00按MPEG-2标准，PAT的表号为0 Transport stream id复合传输流号 Program num

24、ber 0存在NIT表 PID of NIT用于NIT的表号 Program number 1第一套节目号 PID for PMT of Program #1第一套节目的PMT表号 Program number 2第二套节目号 PID for PMT of Program #2第二套节目的PMT表号 Program number N第 N 套节目号，N= 16 bit PID for PMT of Program #N第 N 套节目的PMT表号 CRC 3232 bit PAT 表校验码 PMT 节目映射表举例 Table id = 02按MPEG-2标准，PMT的表号为02 Program

25、numberPMT表中的节目号 PCR PID本节目码流的参考时钟包的PID号 Stream type 1ES流类型，例如视频、音频、数据 Elementary PID 1ES包的PID号 ES info. Length 1ES包的长度描述 Descriptors 1关于ES 包的附加数据，例如ECM的PID Stream type 2ES流类型，例如视频、音频、数据 Elementary PID 2ES包的PID号 ES info. Length 2ES包的长度描述 Descriptors 2关于ES 包的附加数据，例如ECM的PID CRC 3232 bit PMT 表校验码 CAT 条件

26、接收表举例 Table id = 01按MPEG-2标准，CAT的表号为01 CAS #1第一套节目CA系统 Vendor id 1第一套节目CA系统经销商识别号 EMM PID 1第一套节目CA系统EMM信息包的PID号 CAS #2第二套节目CA系统 Vendor id 2第二套节目CA系统经销商识别号 EMM PID 2第二套节目CA系统EMM信息包的PID号 CAS #3第三套节目CA系统 Vendor id 3第三套节目CA系统经销商识别号 EMM PID 3第三套节目CA系统EMM信息包的PID号 机顶盒解码工作流程 PID=56节目# k PID=33节目# 2 PID=22节目

27、# 1 PID=16节目# 0 复合传输流TS VAPATAVPMT PATAPATVPMT 流向 PAT PID=0 PAT PID=0 PAT PID=0 PMTPMT VVV AAA 码流# 1视频块# 1PID=54 码流# 2音频块# 1PID=48 码流# 3音频块# 2PID=49 码流# k数据块# 1PID=55 机顶盒特有功能原理简介 1、EPG 2、NVOD 3、数据广播 4、PPV/IPPV 5、Loader在线升级 6、双向交互 7、Dolby AC-3 1、EPG电子节目指南 EPG的作用： 为用户收看电视节目和享受信息服务提供 良好的导航机制，服务门户。 使用户方

28、便快捷地搜索到自己关心的节目 和信息 。 1、EPG电子节目指南 EPG的基本功能： 节目预告 当前节目浏览 节目附加信息 节目分类 节目预定 家长分级控制 EPGEPG在前端系统中的位置 CATV EPG 服务器CASSMS 2、NVOD准视频点播 原理：多通道时间错开滚动播出，实质：单向 广播，人机交互 机顶盒查找SDT、EIT等获得NVOD信息，建立 NVOD业务。 2、NVOD准视频点播 缺点： 播出时间用户不宜掌握 需要建立随机收费系统 播出内容又十分有限： Mon. Tues.Wed.Thurs. Fri.Sat.Sun. 地道战地雷战南征 北战 黑山 阻击战 塔山 阻击战 甲午

29、海战 休息 3、数据广播 数字化后，多种媒体数据已无本质区别。 数据广播的六种业务类型: 数据管道 数据流 多协议封装 数据轮播 对象轮播 特定业务 3、数据广播 数据管道 用于数据广播业务，数据直接封装在 MPEG-2的TS包载荷中传输。 典型应用：实时证券广播。 3、数据广播 数据流 异步或同步的数据广播业务，数据封装在节目 基本流(PES)的包中传输。 异步数据流定义为只有数据、没有任何时序要求的 流。 同步数据流定义为带时序要求的流。这种情况下， 接收端能够再生数据和时钟，并将其放入同步数据 流中，例如E1，T1。 典型应用：会议电视。 3、数据广播 多协议封装 支持需要通信协议来传输

30、数据报的数据广播业 务，即交互式数据广播业务。 典型应用：IP Over DVB（CM上网） 3、数据广播 数据轮播 支持周期性地广播数据业务，循环轮播中随时 更新、添加、删除数据。 典型应用：新闻、教育、天气、电子政务 3、数据广播 对象轮播 针对特定对象进行周期性地广播数据业务。 典型应用：数据信息点播业务、 用户交费信息等。 3、数据广播 数据广播应用实例 阳光政务 股票 音频 4、PPV按次付费/IPPV即时按次付费 都是付费电视 都需要收费机制 都需要机顶盒显示事件和订购信息 5、Loader在线升级 在线升级是机顶盒的必备功能。 机顶盒自动下载（Download Code）最新版本 应用程序，完成应用软件升级。 前端发布的升级程序以特定业务格式数据广播， BAT节目群关联表中包含描述信息和下载指导 信息。 Flash中存放的应用程序更新换代。 6、双向互动 机顶盒