数字电视机顶盒系统资料

理学院

School of Sciences

课程论文

课程名称电视原理与系统

课程编码011820 开课学期七论文题目数字电视机顶盒的原理与发展现状

学号姓名XXX

班级指导教师

数字电视机顶盒的原理与发展现状

摘要：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接收机，因此其市场发展前景可谓是及其广阔。

关键词：数字机顶盒；信号转换；电视接收机

1. 机顶盒的概念、分类和特点

1.1 机顶盒的概念

机顶盒，顾名思义，因人们常常将它放在电视机的上面而得名,机顶盒的全称叫做“数字电视机顶盒”，英文缩写“STB”(Set Top Box)。它是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它把经过数字化压缩的图像和声音信号解码还原成模拟信号送入普通的电视机[1]。其作用是为了增强或扩展电视机功能，可分为模拟机顶盒和数字机顶盒，现在，我们所说的机顶盒通常指数字电视机顶盒。它是一种能够让普通电视机呈现数字电视的高品质画面，并可通过网络进行教育和商业化活动、交互式数字化娱乐的消费类电子产品。目前的数字电视机顶盒已成为一种嵌入式计算设备，具有完善的实时操作系统，提供强大的CPU计算能力，用来协调控制机顶盒各部分硬件设施，并提供易操作的图形用户界面，如增强型电视的电子节目指南，给用户提供图文并茂的节目介绍和背景资料。同时，机顶盒具有“傻瓜计算机”能力，这样通过内部软件功能和对网络稍加进行双向改造，很容易实现如因特网浏览、视频点播、家庭电子商务、电话通信等多种服务，可谓一网打天下。

1.2数字电视机顶盒的分类及特点

1.2.1上网机顶盒

上网机顶盒是利用电话网或有线电视网作为传输介质，使用电视机作为显示器，，实现没有电脑确可以上网的功能，使电视机与互联网有机融合。换言之，可以把上网机顶盒看作是一种非PC类的交月租，另外每增加一用户，仅需增加一台机顶盒，多用户时成本低，缺点是只能收卫星电视节目，不能接收香港台、清溪新闻等，适宜宾馆安装。

1.2.2数字卫星机顶盒

数字卫星机顶盒是一种用来接收卫星数字电视信号并转化成高质量的音视频信号

输出的设备，优点是画质清晰，不用互联网络接入设备。因其使用需要一定带宽，有时可能出现因用户的数量增多而引起的收看不太顺畅的情况。

1.2.3数字地面机顶盒

其功能与数字卫星机顶盒类似，只是传输平台不同，其传输平台为地面广播信道。其优点是可以随时移动收看，但这种无线信道的情况相对有线电视网络复杂，并且存在的多径接收、邻频干扰等问题。

1.2.4数字有线电视机顶盒

其基本原理与数字地面机顶盒相同，只是传输平台不同，其传输平台是有线电视所

采用的全电缆网络或光纤/同轴混合网。但由于传输质量好、技术成熟、功能最多，接收的台也较多，所以被业界普遍看好。目前，该类机顶盒已得到广泛应用：视频点播、准视频点播（NVOD）、电子节目指南（EPG）、数据广播、数字电视接收、按次付费观看（PPV）、Internet接入等等。

2.数字电视机顶盒的工作原理

有线电视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。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咸传输流[2]。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。有线数字电视机顶盒由机顶盒出高频头、信道解调器、信源解复用器、MPEG-2解码器、视频编码器、音频D/A、嵌入式CPU系统和外围接口、条件接收模块等组成。具有交互功能的机顶盒则需回传通道。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(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-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。MPEG-2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。

调谐器由前置放大器、变频器、锁相环、带通滤波器、中频放大器、AGG电路和移相器等组成，用来接收射频输入，实现频道收索，并把收索出来的频道信号从高频信号转为中频信号。解调器是在完成字符到字节映射后，经过去交织器和RS解码，同步反转和去随机化，最后形成原始基带MPEG-2信号。

解复用器和从解调器输出的传输流TS同步[2]，并按照用户所选择的业务来选取适当的音频、视频或专用数据流。解复用器通常包括解扰器，能够按照条件接收智能卡中对加扰业务/节目内容的数据进行解扰。专用数据流由机顶盒控制单元管理。音频及视频数据流输出到视频/音频解码器，视频解码单元从输入基本分组数据流中恢复模拟视频信号。视频压缩数据流的获取有两个来源：一个是从TS流解复用出来的视频部分数据流；另一个是从一段固定存储区里获得的一段视频流。每个接收设备可能有多路视频

流输入和输出，视频的输出均显示于视频层。

音频解码时用来控制音频解码，并输出到不同的声道中，其输出有两种：模拟输出及数字输出，其中模拟输出包括5.1声道输出（通过六个RCA接到音响喇叭上）和2声道立体声输出。

图形处理器单元产生图形及文字，为用户提供图形操作和显示界面，并与活动视频或静止图片混合，产生模拟视频信号输出；数字视频编码器模块将数字分量视频信号转换成标准的模拟基带电视信号，它具有模拟调制色彩副载波分量。

CA（条件接收conditional Access）就是通过有效手段对各种服务业务实施不同的保护，对购买相应授权的用户进行控制。CA系统由用户授权系统、EMM插入器、ECM发生器、解码器数据发生器、智能卡等组成。

3.数字电视机顶盒的主要关键技术

数字电视机顶盒的技术含量非常，集中反映在计算机、多媒体、通信技术和网络技术等方面，其涵盖的关键技术也十分广泛，下面我将对其中部分关键技术进行论述[3]。

3.1信道解码技术

数字电视机项盒中的信道解码过程相当于模拟电视机中的高频头和中频放大器的作用。其目的是为了降低误码率，提高数字通信的可靠性。其调谐范围可以涵盖地面电视接收的频道、卫星信号接收的频道以及有线电视增补频道。

3.2调制编码技术

调制编码技术既是在保证系统的有效传输速率不降低前提条件下，所进行的调制与编码。在开展交互式应用中，我们需要考虑上行数据的调制编码问题。目前普遍通过三种方式传送上行数据，一是电话线，二是以太网卡，三是有线网络。

3.3嵌入式CPU技术

嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏，其工作稳定性高，功耗较小，对环境的适应能力强，且体积更小，集成的功能较多。嵌入式操作系统的运行平台是CPU，CPU要和操作系统一起实现数据解码、图文电视解码、网络管理、显示管理、有条件接收管理、视频信号的上下变换等功能。

3.4加解扰技术

该技术主要应用于对数字节目进行加密和解密。其基本原理是利用加扰控制字加密