交互式数字机顶盒的设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑交互式数字机顶盒的设计-设计应用机顶盒的功能要求机顶盒是一个十分笼统的名称。各种机顶盒的功能和结构相差甚多。早期并且得到较广应用的机顶盒可能要数WebTV了。WebTV的初目的是利用电视机来访问Internet的网站。典型的WebTV内部包含一个33.6K或56Kbps的Modem，通过电话线路上网，电视机被用作显示设备。这类WebTV配备有与PC机上类似的浏览器软件，用户可操纵遥控鼠标、红外键盘等装置浏览网页，或收发e-mail。这类WebTV虽然也可收看Web上的影视内容，但电视和Internet的通路是分开的。这类WebTV在访问Internet方面是数字的，但是数据传输速率低，而在电视方面，则仍是模拟、单向的（广播方式）。随着宽带网络、多媒体技术和数字电视的发展，电视和计算机在数字化和网络的概念上找到了结合点。数字电视和交互电视成了电视发展的趋势，交互电视成了宽带网络或信息高速公路的一个重要组成部分。新一代的机顶盒作为数字式交互电视的关键设备之一。成了研究的热点。新一代机顶盒的功用应包括：①接收广播方式的模拟电视和数字电视节目，②高速访问Internet，收发e-mail，③视频点播（VOD）和音乐点播功能，④电话、可视电话、会议电视，⑤连接VCR、VCD等消费电子产品的功能，⑥电子购物，⑦电子游戏等。对数字机顶盒的技术要求有：①高速双向通信网络的宽带接入，有效地利用频带资源，②数字电视节目和多媒体视频在解码、视频音频处理、以及D/A变换、电视编码、显示等方面的统一考虑，③对运河扰、加密、计费等考虑，④友好的用户界面，尽可能高的性能价格比，⑤在功能和性能方面的可扩充性。

硬件和软件结构1.硬件机顶盒的硬件结构随功能和工作方式的不同有着很大的区别。但其基本的组成一般是高性能的处理器内核、存储器、通信接口、数据***、视频音频图形处理器、电视编码及接口、外围I/O接口等。图1为一个机顶盒的组成框图。整个硬件系统分若干个子系统：·网络通信接口子系统本部分可有一个或多个宽带接入的接口（前端）。因为各种传输介质采用不同的调制方式，所以不同的前端有自己的调谐器、解调码器、通道***、转换器、反向通道发送器等。可以采用的前端有电缆前端、卫星前端、地面微波前端、ADSL前端等。各种前端可选用相应的器件组合，也可选用功能完整的模块。·处理及控制子系统这是机顶盒的心脏部分，它由处理器、存储器等组成，提供信号存取和控制的处理功能，并提供一个可编程的平台。它要实现对整个系统的控制并具体完成信号的去扰，进行多路分离，获取MPEG-2数据流和其它一些打包的数据。·音频/视频/图形处理子系统这里完成音频/视频/图型数据的解码、处理，并将之编码成SVB、S-Video、RGB信号输出，它主要由MPEG-2和AC3等***、视频和音频信号的D/A转换器，视频信号编码器等组成。·外围接口了系统这部分包括串行和并行I/O接口、智能卡接口、红外接口、IEEE1394接口等，用来连接无线的键盘、鼠标，以及VCR、VCD、数字摄像机等设备。2.软件机顶盒的软件系统也随功能和结构的不同有着很大的区别。的数字机顶盒由于功能复杂，性能要求高，一般以一个实时操作系统为，根据硬件和系统功能加以扩充。适合这方面应用的，有通用的操作系统，如WindowsCE，OS-9，pSOS等，也有专为机顶盒研制的操作系统，如Power-TV等。整个软件一般可分为图2所示的几个层次，的一层为各类硬件部件的驱动程序，这些硬件部件包括MPEG系统及处理部件、音频视频图形处理部件、FLASHMemory（快闪存储器）、串行口、并行口不、智能卡接口、网络通信部件等。这些部件通常是一些专用的芯片，它们的驱动程序也是直接与硬件有关的。为了便于上层软件对设备的使用，在驱动器层之上有一个驱动器管理层，它从外围接口、MPEG系统处理、音频/视频/图像、通信几个方面，管理下层的物理驱动器接口，从而方便高层功能的实现，也减法律了CPU的负担。再上面一层即是实时操作系统内核。这是整个软件系统的，它负责任务调度、实时监控、资源分配。实时操作系统层上面是系统控制层和库程序，系统控制层提供对视频音频数据控制、用户存取接口、通信、通道选择等功能，也支持多个应用程序对这些功能的共享和重复使用。系统的交互性也是在这里得到控制和实现的。库程序则提供系统视频、音频图形处理等的函数和程序。的一层为应用层，这里处理各种应用的功能，从系统控制层选择必要的功能模块。一般来余，每个应用模块都是在用户的控制下获取、处理和显示的。典型的应用有电视频道浏览选择、收费电视控制、e-mail、Internet浏览、软件。的应用包括视频点播、音乐点播、电话、可视电话、会议电视等。由于多媒体的应用包括技术和处理方式等都有很大区别，并在不断发展。所以采用面向对象和虚拟机的概念是十分有吸引力的。因此Java在机顶盒中得到了广泛的应用。为了支持Java，在应用层的应用模块中需包括Java引擎。当然对CPU和系统的性能也有较高的要求。由于要求操作系统平台、Java执行、视频音频信号实时的处理、交互服务、机顶盒需32位单片处理器所具有的处理能力和存储器地址空间。

CPU的选择机顶盒的实现可以采用基于PC或嵌入式PC的结构，也要采用基于高性能单片机的结构。而采用单片机的优点是芯片集成度高、体积小、功耗小、价格低。由于机顶盒昌一种消费电子产品，所以价格是一个重要因素。此外低功耗也意味着节省每月的电费开支。而且低功耗也避免了过高的温升，提高了设备的可靠性和寿命。目前高端单片机为32位或64位RISC结构，速度达到数十乃至二、三百MIPS，而且具有功能很强的外围模块，十分适合用来开发机顶盒。为了提高实时处理能力，外围的功能还应尽可能采用专用的芯片来实现。目前，Philips,SONY，ST微电子，GI，LSIlogic等公司都有专用的MPEG-2解码，视频/音频/图形处理，电视编码，及用于电缆。卫星等方面的专用芯片。如采用电缆前端，还可选用其它专用CableModem芯片。选用这些专用芯片时，除了要考虑性能、价格、接口等因素外，还须考虑是否符合有关标准。目前交互电视和机顶盒仍处于研制开发阶段，机顶盒的功能、结构尚需调整改动，采用高性能的单片机为基础来开发，既可缩短开发周期，又能符合产品化的要求。成熟的设计完成后，应为机顶盒定制ROM和ASIC，以简化线路降低成本。必要时甚至可以购取单片机的，将单片机内核集成到自行设计的芯片中。

数字式机顶盒的发展趋势随着数字式机顶盒性能的提高和价格的降低、宽带网络的建设、以及网络多媒体应用的开展，机顶盒正逐步进入实用阶段。由于许多大型电子、计算机、通信、家电公司的参与，机顶盒的发展除了表现在采用更高性能的CPU和集成更高、功能更完整的专用VLSI模块外，更表现在它功能的扩展延伸。机顶盒的宽带通信、视频音频处理、Internet访问等能力可为多种应用共享。所以机顶盒不仅可用于影视点播、一般网上浏览，而且可用于电话/可视电话、远程教育、娱乐、电子商务等多种应用。这就使机顶盒的设计有了相应的变化。首先不少机顶盒等接口，以方便摄像头、数字相机、摄像机、游戏机，以及找印机、磁盘机、PC机的接入。有的机顶盒已集成了DVD的控制和驱动器电路。其次，既然机顶盒将适于多种用途，那么同时实现一种以上应用的要求也就提出来了，比如要求在进行VOD（视频点播）的同时打IP电话。所以一些机顶盒考虑了在机顶盒这的多通道和多路复服务部量。例如GI公司的DCT5000+就个有三个重通道的结构。另一个影响机顶盒的因素是住宅的智能化。机顶盒的通信、处理以及可扩充的存储能力，可用于住宅的安保、家电设备的控制等。借助机顶盒，通过Internet进行远