数字电视与机顶盒工作原理

1、数字电视与机顶盒工作原理数字电视与机顶盒工作原理机顶盒基本原理介绍一、数字电视系统介绍二、机顶盒的硬件组成介绍一、数字电视系统1.1、数字电视电视信号的获取、产生、传输、接收的过电视信号的获取、产生、传输、接收的过程都以数字形式进行的称为数字电视系统程都以数字形式进行的称为数字电视系统; ;数字信号的产生数字信号的产生: :直接产生直接产生( (数字摄象机数字摄象机); ); 模拟信号经数字化后产生的数字信号模拟信号经数字化后产生的数字信号; ;一、数字电视系统1.2、数字电视系统基本构成视频编码视频编码多多路路复复用用音频编码音频编码信源编码信源编码信信道道调调制制视频视频音频音频数据数据信

2、信道道传传输输解解复复用用解解调调信信道道接接收收视频解码视频解码音频解码音频解码视频视频音频音频信源解码信源解码前端前端后端后端打包打包打包打包ESESPESPES一、数字电视系统1.3、数字电视系统模型Internet视频服务器发射塔上传天线调制、发射机家用电视有线电视网摄像机广播卫星手持PDA设备计算机接收天线复用器MPEG编码器S解码器S解码器C解码器接收天线其他局端数字码流其他媒体接入家用电视接收电视机车载接收各种数字节目源DVBSReceiverDVBT ReceiverDVBCReceiver一、数字电视系统1.4、数字电视系统框图数字节目源采集节目数据处理编 码 器复 用 器Q

3、AM 调制器 COFDM调制器QPSK调制器卫星发射天线有线网络传输 微波天线发射 接入Inter net其它媒体接入 计算机 DVB-C接收机 连接电视机 DVB-S接收机 DVB-T接收机一、数字电视系统1.5 概念介绍1.5.1 信源编码：t信源编码首先将输入的图像和伴音信号进行A/D变换，成为数字信号；t然后将数字信号按照信息的统计特性进行变换，以减少信号的冗余度，提高传输效率。t信源编码是压缩信号带宽的编码，压缩后单位时间、单位频带内传输的信息量增大。一、数字电视系统1.5.1.1 模拟信号的数字化：取样取样编码编码量化量化模拟电模拟电视信号视信号 数字电数字电 视信号视信号抽样：时

4、间上连续的取值变为有限个离散取值。 量化：幅度上无限多种连续的样值变为有限个离散值 。编码：把量化后的信号按照一定的对应关系转变成一系列数字编码脉冲的过程。一、数字电视系统1.5.1.2 常见的视频压缩格式：MPEG-1： ISO/IEC 11172ISO/IEC 11172标准系列，典型应用如标准系列，典型应用如VCDVCD。MPEG-2： ISO/IEC 13818ISO/IEC 13818标准系列，标清数字电视主要标准系列，标清数字电视主要应用主类和主级（应用主类和主级（MPMLMPML）；）；高清晰度数字电视采用主高清晰度数字电视采用主类和高级类和高级( (MPHL)MPHL)。MPE

5、G-4： ISO/IEC 14496ISO/IEC 14496标准系列，目前主要用于流媒标准系列，目前主要用于流媒体，数字电视。体，数字电视。H.264： 也称也称AVCAVC（MPEG-4/10MPEG-4/10）, ,流媒体流媒体, ,数字电视。数字电视。VC-1: 微软所开发的视频编解码系统。微软所开发的视频编解码系统。AVS: 全称是中国数字音视频编解码技术标准工作组，全称是中国数字音视频编解码技术标准工作组，成立的初衷是为了研发国产的音视频标准。成立的初衷是为了研发国产的音视频标准。一、数字电视系统1.5.1.3 常见的音频压缩格式：MPEG-1：即即MUSICAMMUSICAM，I

6、SO/IECISO/IEC 11172-311172-3，有有3 3个不同层次个不同层次Layer-1 ：（MP1MP1）Layer-2 ：（MP2MP2）Layer-3 ：（MP3MP3）AAC： 即即ISO/IECISO/IEC 13818-7 13818-7 ，用于高清数字电视。用于高清数字电视。AC-3： Dolby Digital 5.1Dolby Digital 5.1，由于由于DVD,DVD,高清数字电视。高清数字电视。WMA: Windows Media AudioWindows Media Audio，微软开发的。微软开发的。RA: RealAudio RealAudio ，

7、RealReal公司开发的。公司开发的。一、数字电视系统1.5.1.4 编码设备编码器，以及ES流、PES流、TS流、PS流的形成：视频编码器视频编码器音频编码器音频编码器打包器打包器打包器打包器PS复复用用TS码流码流PS码流码流PESES视频视频音频音频数据编码器数据编码器数据数据TS复复用用时钟时钟节目复用节目复用ES: ES: 基本流基本流 ( (Elementary StreamElementary Stream） PES: PES: 打包的基本码流打包的基本码流 ( (Packetized Elementary Stream)Packetized Elementary Stream

8、)TS: TS: 传送流传送流 ( (Transport Stream) Transport Stream) PS: PS: 节目流节目流 （Program StreamProgram Stream） 一、数字电视系统1.5.2 多路复用： 采用MPEG2 TS流句法（ ISO/IEC 13818-1 ）对数字广播的视频、音频和辅助数据进行组合、打包；并插入PSI信息和SI信息用于接收端的解复用和电子节目指南（EPG）。一、数字电视系统1.5.2.1 多路复用： 辅助数据：辅助数据：可能包含可能包含PMTPMT表，图文数据，增值业务数据等。表，图文数据，增值业务数据等。PSIPSI（节目信息）

9、：节目信息）：PAT PAT 、PMTPMT、CATCAT、NITNIT等表格。等表格。SISI（业务信息）：业务信息）：BATBAT、SDTSDT、EITEIT、TDTTDT、多节目多节目TSTS流：流：即一个传送频点的所有即一个传送频点的所有TSTS包的集合。包含多个节目的音视、包的集合。包含多个节目的音视、视频、视频、PCRPCR的的TSTS包；包；PSIPSI、SISI的各种表格的的各种表格的TSTS包。包。节目节目1 TS节目复用节目复用节目节目2 TS节目复用节目复用节目节目n TS节目复用节目复用PSI数据SI数据多节目多节目TS流流传送复用传送复用视频PES音频PES辅助数据视

10、频PES音频PES辅助数据视频PES音频PES辅助数据加扰加扰加扰的多节目加扰的多节目TS流流一、数字电视系统1.5.2.2 PSI表格： PSI即节目信息，包含PAT 、PMT、CAT等表格。 PAT：节目关联表，PAT表的PID为0 x00；它给出了构成传送流中各 个节目的PMT表PID、NIT表的PID。 PMT：节目映射表 ，PMT表指出了组成节目的各个码流的PID号，以 及ECM数据的PID。 CAT：条件存取表， PID为0 x01；给出EMM（Entitlement Management Message）数据的PID 一、数字电视系统1.5.2.3 SI表格： SI即业务信息（

11、Service Information），包含以下表格：BAT：（Bouquet Association Table，节目业务群关联表）NIT：（Network Information Table,网络信息表）SDT：（Service Description Table，节目业务描述表）EIT：（Event Information Table，节目段信息表）RST：（Running Status Table，运行状态表）TDT：（Time and Date Table，时间及日期表）TOT：（Time Offset Table，时间偏移表）ST：（Stuffing Table ，填充表） 一、

12、数字电视系统1.5.3 信道编码和信道调制： 为了将节目展示给终端用户，必须对TS流进行传输。为了适应远距离传输，增强信号的纠错能力，而进行的对TS流的再编码就是信道编码。 经过信道编码后的信号是一个低频基带信号，无法进行远程传输，为此将基带信号搬移到信道损耗较小的高频处就是信道调制。 不同国家，不同传输方式（信道），为此制定了不同的标准，DVB(欧标)、ATSC（美标）、ISDB（日标）组织都制定自己相应信道标准。常见的有： DVB-C(DVB-C(欧标欧标 有线有线) ) DVB-S/DVB-S2(DVB-S/DVB-S2(欧标欧标 卫星卫星) ) DVB-T/T2 DVB-T/T2（欧标

13、（欧标 地面波）地面波）VSB(VSB(残留边带调制残留边带调制 美标美标 地面波地面波) ) DMB-T/H DMB-T/H（国标国标 地面波地面波） ABS-S( ABS-S(国标国标 直播卫星直播卫星) )一、数字电视系统1.5.3.1 DVB-C信道编码和调制：1.5.3.2 DVB-S信道编码和调制：1.5.3.3. DVB-T信道编码和调制：Q能量扩散能量扩散 RS编码编码交织交织B/S转换转换QAM调制调制上变频上变频TS流流混合器混合器I基带成形基带成形IFRF 有线电视传输网有线电视传输网差分编码和映射差分编码和映射n B/S转换转换绝对映射绝对映射基带成形基带成形QPSK调

14、制调制发射机发射机卫星卫星传输IQ内编码（卷积收缩码）内编码（卷积收缩码）能量扩散能量扩散 RS编码编码交织交织TS流流IF内交织内交织幅度相位映射幅度相位映射OFDM调制调制D/A变换变换保护间隔插入保护间隔插入内编码（卷积收缩码）内编码（卷积收缩码）能量扩散能量扩散 RS外编码外编码外交织外交织TS流流帧适配帧适配发射机发射机地面波传输地面波传输一、数字电视系统1.5.3.4能量扩散：能量扩散：使用伪随机二进制序列（使用伪随机二进制序列（PRBSPRBS），），来打乱数据的规律性。来打乱数据的规律性。减少连减少连“0 0”或连或连“1 1”的长度，保证接收机能提取到位定的长度，保证接收机能

15、提取到位定时信时信 号号, ,使加扰后的信号频谱更能适合基带传使加扰后的信号频谱更能适合基带传输。输。RSRS编码：编码： 一种前向误码校正（一种前向误码校正（FECFEC）的纠错编码方法。的纠错编码方法。188+16=204188+16=204。 交织：交织： 通过改变数据码字传输顺序的方法来分散连续错误。通过改变数据码字传输顺序的方法来分散连续错误。卷积收缩码：卷积收缩码：也是一种前向误码校正（也是一种前向误码校正（FECFEC）的编码方法，看到的卫星的编码方法，看到的卫星 节目参数里的节目参数里的1/2,2/3,3/4,5/6,7/8. 1/2,2/3,3/4,5/6,7/8. B/SB

16、/S转换：转换： 位到符号的转换。位到符号的转换。QPSK: QPSK: 四相相移键控调制四相相移键控调制 QAM: QAM: 正交幅度调制正交幅度调制OFDM: OFDM: 正交频分复用调制，多载波调制，每个载波再采用正交频分复用调制，多载波调制，每个载波再采用QPSKQPSK或或 者者QAMQAM调制。调制。二、机顶盒基本原理介绍一、数字电视系统二、机顶盒基本组成和原理二、机顶盒基本组成和原理2.1 机顶盒的数据流图 RF 输入信道解调信道解调调谐调谐A/D解调解调解复用解复用视频编码视频编码解扰解扰视频解码视频解码IF解复用解复用TSPES音频输出视频输出信源解码信源解码PCM解码解码音

17、频解码音频解码 根据信道的不同将机顶盒分为卫星机顶盒、有根据信道的不同将机顶盒分为卫星机顶盒、有线机顶盒、地面波机顶盒，以及线机顶盒、地面波机顶盒，以及IPIP机顶盒。这几类机机顶盒。这几类机顶盒的主要区别在于解调部分，后端部分原理都基本顶盒的主要区别在于解调部分，后端部分原理都基本一样。一样。二、机顶盒基本组成和原理2.2 机顶盒的硬件模块 RF 输入调谐器调谐器解调器解调器SPDIFOSD环通输出按键按键电电源源显示显示遥控遥控filterfilterfilterfilter音视频音视频解码器解码器CPUFLASHSDRAM解扰器解扰器filter卡座卡座EEP混合混合USB音频音频D/A

18、串口视频视频编码编码视频视频D/AHDMIA/VHDMIA/V分量S端子I2C总线TUNER主芯片前面板二、机顶盒基本组成和原理2.3 卫星信号接收装置 作用：1）、接收下行信号: C波段: 3.7GHZ 4.2GHZ KU波段：10.75GHZ 12.75GHZ2）、放大信号3）、下变频：变到 9502150MHZ,给机顶盒。本振：C波段：5150GHZ；KU波段：9750GHZ,10600GHZ、10750GHZ、11300GHZ。进入机顶盒的频率：（卫星下行频率 本振频率）的绝对值卫星下行信号LNB天线同轴电缆机顶盒二、机顶盒基本组成和原理2.4 信道解调 调谐器的作用：1）、选频道2）

19、、放大信号3）、射频信号转换成中频信号。4）、动态信号强度调整。解调器的作用：1）、模数转换2）、信号放大3）、信道解调，TS流的形成。解调的过程及调制的过程刚好 相反。4）、反映RF信号的强度（电平高低），质量（信噪比）等。RF 输入调谐器调谐器解调器解调器IFTS二、机顶盒基本组成和原理2.5 解复用 以解复用得到节目0的音视频PES流为例：首先给过滤器设置过滤条件为PID=0,得到PAT表，分析PAT表得到节目0的PMT表的PID是16；再给过滤器设置过滤条件为PID=16，得到PMT表，分析PMT表得到节目0的视频、音频、 PCR PID分别是54、48、90；分别将这3个PID设置到

20、音频、视频、PCR过滤器，分别得到视频、音频PES流，以及用于恢复解码时钟的PCR数据。 如果带CA,则还需给过滤器设置过滤条件为PID=1,得到CAT表，分析CAT表得到节目0的EMM数据的PID是58；同时，如果是加密节目，PMT表里可以分析出ECM数据的PID是75；将EMM、ECM PID分别设置给过滤器，得到EMM和ECM数据，将这两个数据送进CA卡，将得到CW(控制字)，将CW送给解扰器，解扰器便可对相应的音视频数据进行解扰。33节目节目322节目节目116节目节目0PMT-PID节目节目90PCRECM音频音频视频视频类型类型754854PID音频PESPMT表表PID=16PC

21、R数据60节目节目359节目节目158节目节目0EMM-PID节目节目解扰器解扰器PID=54EMM解扰器解扰器解扰器解扰器PAT表表CAT表表PID=1PID=58PID=75CA卡卡ECMCW视频PESPID=48PID=90TS流PID=0二、机顶盒基本组成和原理2.6 视频编码 由于不同国家采用不同的彩色电视制式，视频编码就是根据电视的制式，来进由于不同国家采用不同的彩色电视制式，视频编码就是根据电视的制式，来进行相应制式的编码，使得能在相应制式的电视上显示。行相应制式的编码，使得能在相应制式的电视上显示。常见的标清制式有：常见的标清制式有：NTSC:NTSC: 模拟：每秒模拟：每秒29.9729.