机顶盒的数字技术与发展

1、机顶盒的机顶盒的数字技术与发展数字技术与发展电子科技大学电子科技大学杨忠孝杨忠孝2008.112008.11目录目录n概述概述n第一章第一章 机顶盒的起源、分类、定义机顶盒的起源、分类、定义n第二章第二章 数字电视机顶盒的工作原理数字电视机顶盒的工作原理n第三章第三章 数字电视机顶盒的主要技术数字电视机顶盒的主要技术n第四章第四章 数字电视机顶盒的发展状况数字电视机顶盒的发展状况n结束语结束语概述概述n当今社会正在进入新经济时代，信息和网络是当今社会正在进入新经济时代，信息和网络是时代的具体特征。目前信息传播的电子媒体主时代的具体特征。目前信息传播的电子媒体主要有要有通讯网、广播电视网和计算机

2、网通讯网、广播电视网和计算机网三种形式。三种形式。其中广播电视网以其频带宽，有线和无线覆盖其中广播电视网以其频带宽，有线和无线覆盖面广的优势，为信息的传播提供了良好的媒介。面广的优势，为信息的传播提供了良好的媒介。而数字广播电视的双向化和数字化，与电信网而数字广播电视的双向化和数字化，与电信网和计算机网的融合，预示着一个全新的信息化和计算机网的融合，预示着一个全新的信息化时代的到来。时代的到来。nDVBDVB组织（国际已经变成了一个世界性组织。数字视组织（国际已经变成了一个世界性组织。数字视频广播组织）这一个由欧洲人发起的组织目前频广播组织）这一个由欧洲人发起的组织目前DVBDVB组组织决定新

3、的技术必须是建立在织决定新的技术必须是建立在 MPEG-2MPEG-2压缩算法上的压缩算法上的数字技术，而且必须是以市场导向的。数字技术，而且必须是以市场导向的。q由于相对较低的基础设施费用投入和各国相对简单的标由于相对较低的基础设施费用投入和各国相对简单的标准协调问题准协调问题, ,数字卫星电视数字卫星电视(DVB-S)(DVB-S)网、数字有线电视网、数字有线电视(DVB-C)(DVB-C)网和数字地面电视网和数字地面电视(DVB-T)(DVB-T)网先走一步，发展网先走一步，发展更快。更快。 q19951995年年DVBDVB组织确立了数字卫星电视的标准组织确立了数字卫星电视的标准DVB

4、-SDVB-S，q 19961996年数字有线电视年数字有线电视DVB-CDVB-C数字共用天线电视、数字数字共用天线电视、数字微波电视等标准随之确立，数字地面电视微波电视等标准随之确立，数字地面电视 DVB-TDVB-T的采用的采用紧随其后，将给整个社会带来更深刻的变化。紧随其后，将给整个社会带来更深刻的变化。q I997I997年以年以 DVBDVB标准为基础的数字电视已经在全世界普标准为基础的数字电视已经在全世界普及，拥有了几百万用户。及，拥有了几百万用户。 19981998年末，微型计算机用户年末，微型计算机用户可以通过在他们使用的微机内插入数字卫星接收卡，用可以通过在他们使用的微机内

5、插入数字卫星接收卡，用来享受因特网服务。目前，数字地面电视来享受因特网服务。目前，数字地面电视(DVB-T)(DVB-T)标准标准正在逐渐被世界各国所采用，为今后的高清晰度电视开正在逐渐被世界各国所采用，为今后的高清晰度电视开辟了广泛的前景。辟了广泛的前景。第一章第一章 机顶盒的起源机顶盒的起源 1.1 1.1机顶盒的起源机顶盒的起源* *机顶盒机顶盒STBSTB（Set-Top-BoxSet-Top-Box）起源于二十世纪九十年代初，当）起源于二十世纪九十年代初，当时在欧美作为保护版权和收取收视费的重要手段，有线电视时在欧美作为保护版权和收取收视费的重要手段，有线电视台在每台用户电视机之前加

6、一个密钥盒，只有交了费的用户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。才能正常收看电视，这就是最初的机顶盒。 * * 二十世纪九十年代中期，国际互联网在全世界快速发展和普二十世纪九十年代中期，国际互联网在全世界快速发展和普及，人们萌发了用电视机上网的想法，于是具有及，人们萌发了用电视机上网的想法，于是具有InternetInternet功功能的机顶盒出现了。当时，计算机和网络厂商都期望因特网能的机顶盒出现了。当时，计算机和网络厂商都期望因特网机顶盒能成新的家用电器，市场炒作曾经几起几落，但始终机顶盒能成新的家用电器，市场炒作曾经几起几落，但始终未

7、成气候。未成气候。 * * 19981998年年1111月，美国和欧洲月，美国和欧洲DTVDTV（数字电视）及（数字电视）及HDTVHDTV（高清（高清晰度数字电视）试播后，又一次掀起了机顶盒的高潮，这次晰度数字电视）试播后，又一次掀起了机顶盒的高潮，这次机顶盒的主要作用是用普通模拟电视机收看数字电视或数字机顶盒的主要作用是用普通模拟电视机收看数字电视或数字高清晰度电视，当然也具备网络和有条件接收功能，这种机高清晰度电视，当然也具备网络和有条件接收功能，这种机顶盒被称为数字电视机顶盒。顶盒被称为数字电视机顶盒。1.2 1.2 数字机顶盒的分类数字机顶盒的分类 目前，已出现在市场上的机顶盒基本目

8、前，已出现在市场上的机顶盒基本上可划分为三类上可划分为三类n网络电视（网络电视（WebTVWebTV）机顶盒）机顶盒n多媒体（多媒体（MultimediaMultimedia）机顶盒）机顶盒n数字电视机顶盒。数字电视机顶盒。1.2.1 1.2.1 网络电视机顶盒网络电视机顶盒n网络电视机顶盒是在微软公司网络电视机顶盒是在微软公司“维纳斯计划维纳斯计划”和凯思公司的和凯思公司的“女娲计划女娲计划”的催化下产生的，的催化下产生的，主要功能是使我国现有主要功能是使我国现有3.23.2亿台模拟电视机亿台模拟电视机用户通过用户通过PSTNPSTN（公众电话交换网）和双向（公众电话交换网）和双向CATVC

9、ATV网实现上因特网，收发电子邮件、游网实现上因特网，收发电子邮件、游戏娱乐、网上学习等。戏娱乐、网上学习等。1.2.2 1.2.2 数字电视机顶盒数字电视机顶盒n数字电视机顶盒的主要功能：将接收下来的数字电视数字电视机顶盒的主要功能：将接收下来的数字电视信号转换为模拟电视信号，使用户不用更换家中普通信号转换为模拟电视信号，使用户不用更换家中普通的模拟电视机就能收看数字电视节目，图像质量接近的模拟电视机就能收看数字电视节目，图像质量接近500500线水平，但无上网功能。线水平，但无上网功能。n根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒又分为数字卫根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒又分为数字卫星电视机顶

10、盒（星电视机顶盒（DVB-SDVB-S）、地面数字电视机顶盒）、地面数字电视机顶盒（DVB-TDVB-T）和有线电视数字机顶盒（）和有线电视数字机顶盒（DVB-CDVB-C）三种。）三种。三种机顶盒的硬件结构主要区别在解调部分。目前应三种机顶盒的硬件结构主要区别在解调部分。目前应用较为广泛的是数字卫星电视机顶盒及有线电视数字用较为广泛的是数字卫星电视机顶盒及有线电视数字机顶盒。机顶盒。 1.2.3 1.2.3 多媒体机顶盒多媒体机顶盒n多媒体机顶盒是对前两种机顶盒功能的综合下多媒体机顶盒是对前两种机顶盒功能的综合下产生的，有时候也称综合业务机顶盒或全功能产生的，有时候也称综合业务机顶盒或全功能

11、数字机顶盒。数字机顶盒。n它可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应它可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，包括收看普通电视节目、数字加用，包括收看普通电视节目、数字加 密电视节密电视节目、点播多媒体节目和信息、电子节目指南目、点播多媒体节目和信息、电子节目指南（EPGEPG）、收发电子邮件、因特网浏览、网上购）、收发电子邮件、因特网浏览、网上购物、远程教育等，需要的条件是双向物、远程教育等，需要的条件是双向CATVCATV网。网。1.3 1.3 机顶盒的定义机顶盒的定义n对于机顶盒，目前没有标准的定义，传统对于机顶盒，目前没有标准的定义，传统的说法是：的说法是：“置于电视机顶上的盒子置于电

12、视机顶上的盒子”。它是利用有线电视网络作为传输平台，电它是利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，以提高现有电视机的视机作为用户终端，以提高现有电视机的性能或增加其功能。由于功能和用途不同，性能或增加其功能。由于功能和用途不同，使得使得“机顶盒机顶盒”这个概念有些模糊不清，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。盒、付费电视机顶盒等。STBSTB实物图实物图n数字电视机顶盒是信数字电视机顶盒是信息家电之一，它是一息家电之一，它是一种能够让用户在现有种能够让用户在现有模拟电视机上观看数模拟电视机上观看数字电视节

13、目，并进行字电视节目，并进行交互式数字化娱乐、交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的教育和商业化活动的消费类电子产品。消费类电子产品。n下图是加上数字电视下图是加上数字电视机顶盒的电视机。机顶盒的电视机。1.4 1.4 数字电视机顶盒的功能数字电视机顶盒的功能n数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括（1 1）电子节目指南（）电子节目指南（EPGEPG）：它为用户提供一种容易）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用使用、界面

14、友好、可以快速访问想看节目的方式，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。上近期将播放的电视节目。（2 2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。信息、电子报纸、热门网站等各种信息。 （3 3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器按数据广播服务器按DVBDVB数据广播标准将升级软件广播数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时下来，机顶盒

15、能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。1.4 1.4 数字电视机顶盒的功能数字电视机顶盒的功能 （4 4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与种接口与PCPC相连相连, ,使用使用PCPC接入因特网。接入因特网。（5 5）支持

16、交互式应用如）支持交互式应用如: VOD: VOD视频点播、互动视频点播、互动游戏等。游戏等。（6 6）有条件接收：有条件接收的核心是加扰和）有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。第二章第二章 数字电视机顶盒的工作原理数字电视机顶盒的工作原理 n数字电视机顶盒接收各种传输介质来的数字信号和各种数字电视机顶盒接收各种传输介质来的数字信号和各种数据信息，通过解调、解复用、解码和音视频编码数据信息，通过解调、解复用、解码和音视频编码( (或者或者通过相应的数据解析模块通过相应的数据解析模块) )，在模拟电视机上观看数字电，在模

17、拟电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。视节目和各种数据信息。n以有线数字电视机顶盒为例，其工作原理如下：有线数以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数字电视节目、处理数据业务和完成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。信源在进入有线电视网络前完成两级多种应用的解析。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，完成信道收端机

18、顶盒首先从传输层提取信道编码信号，完成信道解调解调; ; 其次是还原压缩的信源编码信号，恢复原始音、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。视频流，同时完成数据业务和多种应用的接收、解析。信道的编码与解码信道的编码与解码n基本概念基本概念2.1 2.1 数字电视机顶盒的结构数字电视机顶盒的结构 n一个数字电视机顶盒的硬件结构由信号处理（信道解码和信一个数字电视机顶盒的硬件结构由信号处理（信道解码和信源解码）、控制和接口几大部分组成。源解码）、控制和接口几大部分组成。2.2 2.2 机顶盒的实物外观图机顶盒的实物外观图2.3 2.3 机顶盒的内部

19、结构图片机顶盒的内部结构图片2.4 2.4 机顶盒结构层次机顶盒结构层次n机顶盒从功能上看是计算机和电视机的融合产物，但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：顶盒包含以下层次： (1) (1)物理层和连接层物理层和连接层 包括高频调谐器，包括高频调谐器，QPSKQPSK、QAMQAM、OFDMOFDM、VSBVSB解调，解调，卷积解码，去交织，里德卷积解码，去交织，里德索罗门解码，去能量扩散。索罗门解码，去能量扩散。 (2) (2)传输层传输层 包括解复用，它把传输流分成视频、

20、音频和数据包。包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数据包。 (3) (3)节目层节目层 包括包括MPEG2MPEG2视频解码，视频解码，MPEG/AC3MPEG/AC3音频解音频解码。码。 (4)(4)用户层用户层 包括服务信息，电子节目表，图形用户界面包括服务信息，电子节目表，图形用户界面（GUIGUI），浏览器，遥控，有条件接收，数据解），浏览器，遥控，有条件接收，数据解码。码。 (5)(5)输出接口输出接口 包括模拟音视频接口，数字音视频接口，数据接包括模拟音视频接口，数字音视频接口，数据接口，键盘，鼠标等。口，键盘，鼠标等。 第三章第三章 数字电视机顶盒的主要技术数字电视机顶盒的主要

21、技术 n有线数字电视机顶盒的工作过程大致如下：高频头有线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，通过接收来自有线网的高频信号，通过QAMQAM解调器完成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据信息的传送流(TS)(TS)。传送流中一般包含多个音、。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，送入的节目，提取相应的音、视频流和数据流，送入MPEGMPEG2 2解码器和相应的解析软件，完成数字信

22、息解码器和相应的解析软件，完成数字信息的还原。的还原。n对于付费电视，条件接收模块对音、视频流实施解对于付费电视，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，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。保证合法用户正常收看。MPEGMPEG2 2解码器完成音、解码器完成音、视频信号的解压缩，经视频编码器和音频视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/AD/A变换，变换，还原出模拟音、视频信号，在普通模拟彩色电视机还原出模拟音、视频信号，在普通模拟彩色电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。

23、n从上可以看出：信道解码、信源解码、上行数据的从上可以看出：信道解码、信源解码、上行数据的调制编码、嵌入式调制编码、嵌入式CPUCPU、MPEG2MPEG2解压缩、机顶解压缩、机顶盒软件、显示控制和加解扰技术是数字电视机顶盒盒软件、显示控制和加解扰技术是数字电视机顶盒的主要技术。的主要技术。 3.1 3.1 信道解码信道解码 n数字电视机顶盒中的信道解码电路相当于模拟数字电视机顶盒中的信道解码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

24、道、有线电视增补频道。星频道、地面电视接收频道、有线电视增补频道。根据根据DTVDTV目前已有的调制方式，信道解码应包括目前已有的调制方式，信道解码应包括QPSKQPSK（四相相移键控）（四相相移键控） 、QAMQAM、OFDM(OFDM(正交频正交频分复用分复用) )、VSBVSB解调功能。解调功能。3.2 3.2 信源解码信源解码n模拟信号数字化后，信息量激增，必须采用模拟信号数字化后，信息量激增，必须采用相应的数据压缩标准。数字电视广播采用相应的数据压缩标准。数字电视广播采用MPEG-2MPEG-2视频压缩标准，适用多种清晰度图视频压缩标准，适用多种清晰度图像质量。音频目前则有像质量。音

25、频目前则有AC-3AC-3和和MPEG-2MPEG-2两种两种标准。信源解码器必须适应不同编码策略，标准。信源解码器必须适应不同编码策略，正确还原原始音、视频数据。正确还原原始音、视频数据。 3.3 3.3 上行数据的调制编码上行数据的调制编码 n开展交互式应用，需要考虑上行数据的调制开展交互式应用，需要考虑上行数据的调制编码问题。目前普遍采用的有编码问题。目前普遍采用的有3 3种方式：种方式：n1 1、采用电话线传送上行数据；、采用电话线传送上行数据；n2 2、采用以太网卡传送上行数据；、采用以太网卡传送上行数据；n3 3、通过有线网络传送上行数据。、通过有线网络传送上行数据。 3.4 3.

26、4 嵌入式嵌入式CPU CPU n嵌入式嵌入式CPUCPU是数字电视机顶盒的心脏，当数据完是数字电视机顶盒的心脏，当数据完成信道解码以后，首先要解复用，把传输流分成成信道解码以后，首先要解复用，把传输流分成视频、音频，使视频、音频和数据分离开，在数视频、音频，使视频、音频和数据分离开，在数字电视机顶盒专用的字电视机顶盒专用的CPUCPU中集成了中集成了3232个以上可编个以上可编程程PIDPID滤波器，其中两个用于视频和音频滤波。滤波器，其中两个用于视频和音频滤波。nCPUCPU是嵌入式操作系统的运行平台，它要和操作是嵌入式操作系统的运行平台，它要和操作系统一起完成网络管理，显示管理、有条件接

27、收系统一起完成网络管理，显示管理、有条件接收管理（管理（ICIC卡和卡和SmartSmart卡）、图文电视解码、数据解卡）、图文电视解码、数据解码、码、OSDOSD、视频信号的上下变换等功能。为了达、视频信号的上下变换等功能。为了达到这些功能，必须在普通到这些功能，必须在普通32326464位位CPUCPU上扩展许上扩展许多新的功能，并不断提高速度，以适应高速网络多新的功能，并不断提高速度，以适应高速网络和三维游戏的要求。和三维游戏的要求。 3.5 MPEG23.5 MPEG2解码解码 nMPEG2MPEG2是数字电视中的关键技术之一，目是数字电视中的关键技术之一，目前实用的视频数字处理技术基

28、本上是建立在前实用的视频数字处理技术基本上是建立在MPEG2MPEG2技术基础上，技术基础上，MPEG2MPEG2是包括从网是包括从网络传输到高清晰度电视的全部规范。络传输到高清晰度电视的全部规范。MPLLMPLL用于用于VCDVCD，MPMLMPML用于用于DVDDVD、SDTVSDTV，MPMHMPMH用于用于HDTVHDTV。 nMPEG2MPEG2图像信号处理方法分运动预测、图像信号处理方法分运动预测、DCTDCT、量化、可变长编码、量化、可变长编码4 4步完成，电路是由步完成，电路是由RISCRISC处理器为核心的处理器为核心的ASICASIC电路组成。电路组成。3.5 MPEG23

29、.5 MPEG2解码解码 nMPEG2MPEG2解压缩电路包含视频、音频解压缩和其它解压缩电路包含视频、音频解压缩和其它功能。在视频处理上要完成主画面、子画面解码，功能。在视频处理上要完成主画面、子画面解码，最好具有分层解码功能。图文电视可用最好具有分层解码功能。图文电视可用APHAAPHA迭显迭显功能选加在主画面上，这就要求解码器能同时解调功能选加在主画面上，这就要求解码器能同时解调主画面图像和图文电视数据，要有很高的速度和处主画面图像和图文电视数据，要有很高的速度和处理能力。理能力。OSDOSD是一层单色或伪彩色字幕，主要用于是一层单色或伪彩色字幕，主要用于用户操作提示。用户操作提示。n在

30、音频方面，由于欧洲在音频方面，由于欧洲DVBDVB采用采用MPEG2MPEG2伴音，美伴音，美国的国的ATSCATSC采用杜比采用杜比AC3AC3，因而音频解码要具有以，因而音频解码要具有以上两种功能。上两种功能。3.6 3.6 数字电视机顶盒软件数字电视机顶盒软件 电视数字化后，数字电视技术中软件技术占有更电视数字化后，数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置。除了音视频的解码由硬件实现外，为重要的位置。除了音视频的解码由硬件实现外，包括电视内容的重现、操作界面的实现、数据广包括电视内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，直至机顶盒和个人计算机的互联播业务的实现，直至机顶盒和个人计算

31、机的互联以及和以及和InternetInternet的互联都需要由软件来实现，具体的互联都需要由软件来实现，具体包括以下几个方面：包括以下几个方面： 1 1、硬件驱动层软件、硬件驱动层软件 2 2、嵌入式实时多任务操作系统、嵌入式实时多任务操作系统 3 3、中间件、中间件 4 4、上层应用软件、上层应用软件 3.6.1 3.6.1 硬件驱动层软件硬件驱动层软件n硬件驱动层软件：硬件驱动层软件： 驱动程序驱动硬件功能，驱动程序驱动硬件功能，如射频解调器、传输解复用器、如射频解调器、传输解复用器、A/VA/V解码器、解码器、OSDOSD、视频编码器等。、视频编码器等。3.6.2 3.6.2 嵌入式

32、实时多任务操作系统嵌入式实时多任务操作系统n嵌入式实时多任务操作系统：嵌入式实时操作系嵌入式实时多任务操作系统：嵌入式实时操作系统是相对于桌面计算机操作系统而言的，它不装统是相对于桌面计算机操作系统而言的，它不装在硬盘中，系统结构紧凑，功能相对简单，资源在硬盘中，系统结构紧凑，功能相对简单，资源开资较小，便于固化在存储器中。嵌入式操作系开资较小，便于固化在存储器中。嵌入式操作系统的作用与统的作用与PCPC机上的机上的DOSDOS和和WindowsWindows相似，用户相似，用户通过它进行人机对话，完成用户下达的指定。指通过它进行人机对话，完成用户下达的指定。指定接收采用多种方式如：键盘、鼠标

33、、语音、触定接收采用多种方式如：键盘、鼠标、语音、触摸屏、红外遥控器等。摸屏、红外遥控器等。3.6.3 3.6.3 中间件中间件n一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可以分为可以分为4 4层，从底层向上分别为：硬件、底层软层，从底层向上分别为：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以及各种硬件驱动程序；台；底层软件提供操作系统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

34、硬件的底层软件分隔开来，间件将应用软件与依赖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。使应用不依赖于具体的硬件平台。n中间件：中间件： 在开发机顶盒上层应用中常常会面对如下在开发机顶盒上层应用中常常会面对如下问题问题: : 实时多任务操作系统，硬件平台原理细节，实时多任务操作系统，硬件平台原理细节，复杂的行业标准，繁杂的用户界面以及实用功能等复杂的行业标准，繁杂的用户界面以及实用功能等各项跨行业的难题。为了解决上述问题，中间件技各项跨行业的难题。为了解决上述问题，中间件技术应运而生，并成为数字电视核心技术，也就是我术应运而生，并成为数字电视核心技术，也就是我们前面提到的开放式业务平

35、台。们前面提到的开放式业务平台。n中间件是在数字电视接收机的应用程序和操作系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，定义一组统、硬件平台之间嵌入的一个中间层，定义一组较为完整的、标准的应用程序接口，使应用程序较为完整的、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。变得更加简捷，使产品的开放性和可移植性更强。n开放的业务平台上的特点在于产品的开发和生产开放的业务平台上的特点在于产品的开发和生产以一个业务平台为基础，开放的业务平台为每个以一个业务平台

36、为基础，开放的业务平台为每个环节提供独立的运行模式，每个环节拥有自身的环节提供独立的运行模式，每个环节拥有自身的利润，能产生多个供应商。只有采用开放式业务利润，能产生多个供应商。只有采用开放式业务平台才能保证机顶盒的扩展性，保证投资的有效平台才能保证机顶盒的扩展性，保证投资的有效回收。回收。n中间件是一种将应用程序与底层的操作系统、硬中间件是一种将应用程序与底层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机构成。如机构成。如HTMLHTML虚拟机、虚拟机、JavaScriptJavaScript虚拟机、虚拟机、JavaJava虚拟机、虚拟机

37、、MHEG-5MHEG-5虚拟机等。虚拟机等。3.6.4 3.6.4 上层应用软件上层应用软件n上层应用软件：上层应用软件： 执行服务商提供的各种服务功能，执行服务商提供的各种服务功能，如：电子节目指南、准视频点播、视频点播、数如：电子节目指南、准视频点播、视频点播、数据广播、据广播、IPIP电话和可视电话等。上层应用软件独电话和可视电话等。上层应用软件独立于立于STBSTB的硬件，它可以用于各种的硬件，它可以用于各种STBSTB硬件平台，硬件平台，消除应用软件对硬件的依赖。消除应用软件对硬件的依赖。3.7 3.7 显示技术显示技术 n就电视和计算机显示器而言，就电视和计算机显示器而言，CRT

38、CRT显示是一种成熟显示是一种成熟的技术，但是用低分辨率的电视机显示文字，尤其的技术，但是用低分辨率的电视机显示文字，尤其是小于是小于24242424的小字，问题就变得复杂了。电视机的小字，问题就变得复杂了。电视机的显像管是大节距的低分辨率管，只适合显示的显像管是大节距的低分辨率管，只适合显示720720576576或或640640480480的图像，它的偏转系统是固的图像，它的偏转系统是固定不变的，是为定不变的，是为525525行行60HZ60HZ或或625625行行50HZ50HZ设计的，设计的，而数字电视的显示格式有而数字电视的显示格式有1818种以上。上网则要符合种以上。上网则要符合V

39、ESAVESA格式，显然，电视机的显示系统无法适应这么格式，显然，电视机的显示系统无法适应这么多格式。另外，电视采用低帧频的隔行扫描方式，多格式。另外，电视采用低帧频的隔行扫描方式，当显示图形和文字时，亮度信号存在背景闪烁，水当显示图形和文字时，亮度信号存在背景闪烁，水平直线存在行间闪烁。如果把逐行扫描的计算机图平直线存在行间闪烁。如果把逐行扫描的计算机图文转换到电视机上，水平边沿就会仅出现在奇场或文转换到电视机上，水平边沿就会仅出现在奇场或偶场，屏显时间接近人眼的视觉暂留，会产生厉害偶场，屏显时间接近人眼的视觉暂留，会产生厉害的边缘闪烁现象，因而要用电视机上网，必须要补的边缘闪烁现象，因而要

40、用电视机上网，必须要补救电视机显示的缺陷。救电视机显示的缺陷。n考虑技术难度和成本，目前用两种方法进行改进，考虑技术难度和成本，目前用两种方法进行改进，一种是抗闪烁滤波器，把相邻三行的图像按比例相一种是抗闪烁滤波器，把相邻三行的图像按比例相加成一行，使仅出现在单场的图像重现在每场中，加成一行，使仅出现在单场的图像重现在每场中，这种方式叫三行滤波法。三行滤波法简单易实现。这种方式叫三行滤波法。三行滤波法简单易实现。但降低了图像的清晰度，适用于隔行扫描方式的电但降低了图像的清晰度，适用于隔行扫描方式的电视机。另一种方法是把隔行扫描变成逐行扫描，并视机。另一种方法是把隔行扫描变成逐行扫描，并适当提高

41、帧频，这种方式要成倍地增加扫描的行数适当提高帧频，这种方式要成倍地增加扫描的行数和场数，为了使增加的像数不是无中生有，保证活和场数，为了使增加的像数不是无中生有，保证活动画面的连续性，必须要作行、场内插运算和运动动画面的连续性，必须要作行、场内插运算和运动补偿，必须用专用的芯片和复杂的技术才能实现，补偿，必须用专用的芯片和复杂的技术才能实现，这种方式在电视机上显示计算机图文的质量非常好，这种方式在电视机上显示计算机图文的质量非常好，但必须在有逐行和倍扫描功能的电视机上才能实现。但必须在有逐行和倍扫描功能的电视机上才能实现。另外把分辨率高于模拟电视机的另外把分辨率高于模拟电视机的HDTVHDTV

42、和和VESAVESA信号信号在电视机上播放，只能显示部分画面，必须进行缩在电视机上播放，只能显示部分画面，必须进行缩小这就象小这就象PIPPIP方式，要丢行和丢场。同样为保证图方式，要丢行和丢场。同样为保证图像的连续性，也要进行内插运算。像的连续性，也要进行内插运算。 3.8 3.8 加解扰技术加解扰技术n加加/ /解扰技术：用于对数字节目进行加解扰技术：用于对数字节目进行加/ /解密，其基解密，其基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端利用利用ICIC卡解密。在卡解密。在MPEGMPEG传输流中，与控制字传输传输流中，与控制字传输相关的有两个

43、数据流：授权控制信息（相关的有两个数据流：授权控制信息（ECMsECMs）和）和授权管理信息（授权管理信息（EMMsEMMs），由业务密钥（），由业务密钥（SKSK）加密）加密处理后的控制字在处理后的控制字在ECMsECMs中传送，其中还包括节目中传送，其中还包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管理中传送，并且业控制字加密的业务密钥在授权管理中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（PDKPDK）的加密处理，的加密处理，EMMsEMMs中还包括地址、用户授权信息

44、，中还包括地址、用户授权信息，如用户可以看的节目或时间段，用户付的收视费等。如用户可以看的节目或时间段，用户付的收视费等。用户个人分配密钥（用户个人分配密钥（PDKPDK）存放在用户的智能卡）存放在用户的智能卡（Smart CardSmart Card）中。）中。 在用户端，机顶盒根据在用户端，机顶盒根据PMTPMT和和CATCAT表中的表中的CA-CA-descriptordescriptor，获得，获得EMMEMM和和ECMECM的的PIDPID值，然后从值，然后从TSTS流流中过滤出中过滤出ECMsECMs和和EMMsEMMs，并通过，并通过Smard CardSmard Card接口送

45、接口送给给Smart CardSmart Card。Smart CardSmart Card首先读取用户个人分配密首先读取用户个人分配密钥（钥（PDKPDK），用），用PDKPDK对对EMMEMM解密，取出解密，取出SKSK，然后利，然后利用用SKSK对对ECMECM进行解密，取出进行解密，取出CWCW，并将，并将CWCW通过通过Smart CardSmart Card接口送给解扰引擎，解扰引擎利用接口送给解扰引擎，解扰引擎利用CWCW就就可以将加扰的传输流进行解扰。可以将加扰的传输流进行解扰。n加解扰技术分为同密和多密技术。加解扰技术分为同密和多密技术。nA A）同密技术是将两家或两家以上的

46、条件接收（）同密技术是将两家或两家以上的条件接收（CACA）系统应用于同一网络平台之中，从有线电视台角度系统应用于同一网络平台之中，从有线电视台角度是实现技术的选择和竞争的环境。是实现技术的选择和竞争的环境。nB B）多密技术要求机顶盒采用）多密技术要求机顶盒采用CICI技术，实现同一机顶技术，实现同一机顶盒可接收不同盒可接收不同CACA系统加密节目。从用户角度来讲，系统加密节目。从用户角度来讲，不会因购买是一家不会因购买是一家CACA的机顶盒而受到限制，用户还的机顶盒而受到限制，用户还有选择其他有选择其他CACA服务的可能性。服务的可能性。 3.9 3.9 实时操作系统（实时操作系统（RTO

47、SRTOS）n实时操作系统（实时操作系统（RTOSRTOS）实时操作系统负责本地资源和网络资源的管理，提供实时操作系统负责本地资源和网络资源的管理，提供基本的操作功能和设备的访问控制。在启动机顶盒时，基本的操作功能和设备的访问控制。在启动机顶盒时，由引导程序通过网络从中心控制系统下载，其引导程由引导程序通过网络从中心控制系统下载，其引导程序功能包括：序功能包括：na a、系统自检。对系统部分硬件进行检测，如、系统自检。对系统部分硬件进行检测，如DRAMDRAM等；等；nb b、系统设置。用户可通过遥控器对系统必要的参数进、系统设置。用户可通过遥控器对系统必要的参数进行设置，如基本频率、辅助频率

48、、符号率、行设置，如基本频率、辅助频率、符号率、DTVDTV节目节目信息表等；信息表等；nc c、DTVDTV功能。用户在无点播服务的情况下，可看数字功能。用户在无点播服务的情况下，可看数字电视节目；电视节目；nd d、系统升级。通过判别系统或台标的名称和版本号，、系统升级。通过判别系统或台标的名称和版本号，下载升级下载升级FLASH ROMFLASH ROM中的系统或台标数据。中的系统或台标数据。3.10 3.10 电缆调制解调器电缆调制解调器n到目前为止，各种研究机构对电缆调制解调器进到目前为止，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行了广泛的研究，这些研

49、究成果最终形成了几个国际性组织定义的标准，国际性组织定义的标准，IEEEIEEE定义的定义的IEEE802.14IEEE802.14协协议、议、DAVICDAVIC定义的定义的DAVICDAVIC协议和协议和MCNSMCNS定义的定义的DOCSISDOCSIS及及EuroDOCSISEuroDOCSIS协议。协议。n对于对于CACA系统，我国已经确定采用同密技术。系统，我国已经确定采用同密技术。n对于我国电缆调解调器（对于我国电缆调解调器（CMCM）的标准的制定，倾）的标准的制定，倾向于向于EuroDOCSISEuroDOCSIS，在此基础上加入我国自己的东，在此基础上加入我国自己的东西。西。

50、EuroDOCSOSEuroDOCSOS标准中下行码元速率为标准中下行码元速率为6.9652mb/s6.9652mb/s，上行频率范围为，上行频率范围为5-65MHz5-65MHz。第四章第四章 数字电视机顶盒的发展状况数字电视机顶盒的发展状况n数字电视是在还没有察觉的情况下就已经进入了我们的数字电视是在还没有察觉的情况下就已经进入了我们的生活。而我们能够开始感觉到数字技术的冲击只是一个生活。而我们能够开始感觉到数字技术的冲击只是一个时间问题，今天数字技术已经在我们生活的方方面面有时间问题，今天数字技术已经在我们生活的方方面面有所体现，从电话、传真机到微型电脑，再到目前风靡世所体现，从电话、传

51、真机到微型电脑，再到目前风靡世界的因特网。界的因特网。今天，今天， 尽管我们在家里仍然收看的还是模拟电视节尽管我们在家里仍然收看的还是模拟电视节目，但是节目制作棚里的设备已经是数字化了，从节目目，但是节目制作棚里的设备已经是数字化了，从节目制作棚到发射塔的信号传输也已是数字化了，没有这些制作棚到发射塔的信号传输也已是数字化了，没有这些节目制作与传输的数字技术，我们的节目质量是无法满节目制作与传输的数字技术，我们的节目质量是无法满足的。当你通过卫星电视网、有线电视网或开路电视网足的。当你通过卫星电视网、有线电视网或开路电视网观看电视节目时，你已经是位于数字电视传输的最后一观看电视节目时，你已经是

52、位于数字电视传输的最后一个环节，这一个环节正在经历一场数字化革命个环节，这一个环节正在经历一场数字化革命, ,以达到电以达到电视节目的全数字化传输。视节目的全数字化传输。n在电视数字化的进程中在电视数字化的进程中, ,国际国际DVBDVB组织组织(Digital Video Broadcasting)(Digital Video Broadcasting)提出了全套的提出了全套的解决方案，这一方案涉及我们常用的传输媒解决方案，这一方案涉及我们常用的传输媒介：数字卫星电视介：数字卫星电视(DVB-S)(DVB-S)、数字有线电视、数字有线电视(DVB-C) (DVB-C) 、数字开路电视、数字开

53、路电视(DVB-T) (DVB-T) 。电视数字化的时代已经到来电视数字化的时代已经到来! ! 4.1 4.1 国外机顶盒的发展状况国外机顶盒的发展状况n目前在全球数字电视广播领域有三个相对成熟的目前在全球数字电视广播领域有三个相对成熟的标准制式正在参与全球制式竞争。他们是欧洲的标准制式正在参与全球制式竞争。他们是欧洲的DVBDVB、美国的、美国的ATSCATSC和日本的和日本的ISDBISDB。三者之间相。三者之间相互独立，在各自特定的应用领域里具有自己的优互独立，在各自特定的应用领域里具有自己的优势。势。nISDBISDB已经在已经在20022002年内启动，其特点是为多媒体应年内启动，其

54、特点是为多媒体应用提供了最好的支持。用提供了最好的支持。nDVB-TDVB-T是三者中应用最为广泛和灵活的标准，并是三者中应用最为广泛和灵活的标准，并已在欧洲启动实施。澳大利亚：地面数字电视广已在欧洲启动实施。澳大利亚：地面数字电视广播基本上彩了播基本上彩了DVB-TDVB-T的方式。新加坡：的方式。新加坡：19981998年年2 2月新加坡开始了用单频网和月新加坡开始了用单频网和ATMATM技术进行技术进行DVB-TDVB-T的数字电视实验。的数字电视实验。n ATSCATSC电视制式简介电视制式简介ATSCATSC的英文全称是的英文全称是Advanced Television System

55、s CommitteeAdvanced Television Systems Committee（美国高级电视业务顾问委员会）。该委员（美国高级电视业务顾问委员会）。该委员会于会于19951995年年9 9月月1515日正式通过日正式通过ATSCATSC数字电视数字电视国家标准。国家标准。ATSCATSC制信源编码采用制信源编码采用MPEG-2MPEG-2视视频压缩和频压缩和ACAC3 3音频压缩；信道编码采用音频压缩；信道编码采用VSBVSB调制，提供了两种模式：地面广播模式调制，提供了两种模式：地面广播模式（8VSB8VSB）和高数据率模式（）和高数据率模式（16VSB16VSB）。随着）

56、。随着多媒体传输业务的不断发展，为了适应移动多媒体传输业务的不断发展，为了适应移动接收的需要，近来又计划增加接收的需要，近来又计划增加2VSB2VSB的移动接的移动接收模式。收模式。 ATSCATSC的节目已在美国多个试点台的节目已在美国多个试点台进行了试播。进行了试播。 4.2 4.2 国内机顶盒的发展状况国内机顶盒的发展状况n香港：已经宣布了数字电视广播的确定的日程。香港：已经宣布了数字电视广播的确定的日程。n中国：由原国家科委、原电子部、原广电部等中国：由原国家科委、原电子部、原广电部等11 11个部个部委组成的委组成的HDTVHDTV研究开发直辖市小组扶持的国家重点研究开发直辖市小组扶

57、持的国家重点产业工程项目产业工程项目数字高清晰度电视（数字高清晰度电视（HDTVHDTV）功能样）功能样机系统自机系统自19961996年年7 7月立项以来，投资月立项以来，投资15001500万元经费，万元经费，至至20052005年年9 9月月8 8日研制成功，并于当日起在中央电视台日研制成功，并于当日起在中央电视台3030频道向北京地区进行广播实验。这标志着我国成为频道向北京地区进行广播实验。这标志着我国成为继美国和欧洲之后的第三个制成该系统的国家。中国继美国和欧洲之后的第三个制成该系统的国家。中国计划在计划在20152015年全面开始普及数字电视，年全面开始普及数字电视，2000200

58、0年年8 8月月1414日，中国数字有线电视节目在深圳首播成功，日，中国数字有线电视节目在深圳首播成功，20002000年年全国全国2424个省、自治区、直辖市有线电视联网，个省、自治区、直辖市有线电视联网，20012001年年实现全国联网。全国有实现全国联网。全国有300300多个有线电视网络公司在多个有线电视网络公司在双向双向HFCHFC分配网上进行综合业务试点，为数字有线电分配网上进行综合业务试点，为数字有线电视多功能开发架起了桥梁。视多功能开发架起了桥梁。n在在HFCHFC网改造成双向网改造成双向HFCHFC网中，许多有线电视网络公网中，许多有线电视网络公司在开展广播电视、数据传输、因

59、特网接入、视频点司在开展广播电视、数据传输、因特网接入、视频点播等综合业务试点上取得了成功经验。由于数字播等综合业务试点上取得了成功经验。由于数字CATVCATV（有线电视）系统的数字电视机顶盒能将模拟电视节（有线电视）系统的数字电视机顶盒能将模拟电视节目、目、DTVDTV（数字电视节目）和高速数据等多媒体交互（数字电视节目）和高速数据等多媒体交互业务一起转换（显示）在用户的电视机和个人电脑上，业务一起转换（显示）在用户的电视机和个人电脑上，向用户提供了更为宽松的交互环境，用适合于用户的向用户提供了更为宽松的交互环境，用适合于用户的高速数据多媒体交互业务，把电视节目和广告连接到高速数据多媒体交互业务，把电视节目和广告连接到网页，在数字电视机顶盒的遥控器上实现网页，在数字电视机顶盒的遥控器上实现VODVOD（视频（视频点播）和简单的点播）和简单的EmailEmail（电子邮件）收发；访问（电子邮件）收发；访问InternetInternet（国际互联网）的娱乐、信息和授权的电子商（国际互联网）的娱乐、信息和授权的电子商务等。大大改变了传统电视广播的特性，提供着信息务等。大大改变了传统电视广播的特性，提供着信息的交互应用。的交互应用。n随着数字电视广播业务的发展，数字电视机顶盒技术随着数字电视广播业务的发展，数字电视机顶盒技术和市场都