数字电视机顶盒

有人问目前数字机顶盒接收的信号是高清晰度数字电视吗？不是，使用了数字机顶盒后将数字信号转变成模拟信号输入给现在的模拟电视机显示信息，这样电视接收的信号质量虽然有了很大程度的改善，由于模拟电视机的扫描线已定，所以它与高清晰度数字电视相比，还有相当大的距离。

这只是一种过渡。

分类
狭义上只包括数字设备的机顶盒，按标准分可分为数字卫星机顶盒（DVB-S）、欧标数字地面机顶盒（DVB-T）、国标数字地面机顶盒（DMB-TH）、有线电视数字机顶盒（DVB-C）。

按功能可分为单向机顶盒、双向机顶盒、IPTV机顶盒。

选用的芯片不同，构成的硬件平台就不同，配备的其他设备和接口也不同，这就组成了多种多样的STB。

例如，在STB中加上调制解调器或网卡，就构成了一个具有双向功能的机顶盒；加上硬盘就构成了个人视频录制器(PVR：Personal Video Recorder)，当然这些都需要软件的配合。

在同一个硬件平台上通过驻留不同的软件也可以构成不同应用的机顶盒，而多样化的STB满足了不同层次的需求。

数字电视一体机
目前国内使用的机顶盒大多都属于基本型的范畴，它们可以接收数字电视节目，也可以提供一些诸如电子政务服务类的应用。

随着数字电视机技术的发展，带数字解码功能的新型电视机已经面世。

对运营商而言，一体机的出现也使运营发生了改变。

过去运营商不仅要为节目传输操心，也要为用户的STB投入大量的精力，甚至为此背上沉重的包袱，特别是在整体平移的过程中，由于发送STB而背负了庞大的债务，而这一切都可能因为一体机的出现而得到很好的解决。

机卡分离
机卡分离和一体机几乎是天生的一对。

电视机的大规模制造不仅提高了产品的可靠性，也降低生产的成本，而大规模制造的基础就是所生产的产品具有一致性，这不仅表现在硬件上也表现在软件上。

由于软件的差异性使得制造商无法像生产电视机一样大规模地生产机顶盒。

所以实现规模制造，CA是首先要解决的问题。

机卡分离技术的含义在于让数字电视的接收设备（机）和CA智能卡及其软件（卡）无关，两者通过一个接口产品（大卡或CAM卡）来连接，电视机和STB预留这个通用的接口。

在插入CA智能卡之前，所有的电视机和STB的软硬件都是相同的，而智能卡首先要插到一个与之适应的CAM卡中才能插到电视机或机顶盒上，解出相应的节目。

虽然从表面上看由于使用了CAM卡增加了用户的接入成本，但由于脱离了CA的束缚给运营商和制造商都带来了使用和制造成本的降低，最终也带来了用户接入成本的降低。

交互式STB
虽然一体机可能代替普及型STB，但在数字电视发展中，由于业务的不断扩展，STB的软件也将不断完善，特别是在交互式领域，随着中间件的完
善和应用，STB就成为一个价格低廉的硬件平台，可以通过更换不同的软件来实现多种应用。

对运营商而言，交互式应用有着庞大的商业利益，是未来最重要的利润来源，而交互式STB的使用可以帮助实现这一目标。

交互式STB也代表着机顶盒技术发展的最高水平，有着十分巨大的发展空间。

PVR STB
在STB中加上存储设备就可以将自己喜欢的节目存储起来，这种STB 就是PVR。

虽然目前PVR STB在国内还没有形成一定的市场，但国外每年几百万台销量的强劲增长就预示着国内未来市场的庞大，随着时间的推移，这种需求将会越来越大。

双解码或多解码STB
双解码STB是在一个STB中采用双解码芯片或在一个芯片中嵌入两个以上的解码电路，并配以两个解调器，进而使一个STB输出两路不同的节目，而STB的成本仅仅增加了30%～50%。

这种新产品的出现，无疑对那些拥有两台以上电视机的用户是一个福音，当然对那些寄希望于用户购买两台以上的STB以及交纳两份以上的节目费的运营商而言，这并不是一个好消息。

DVB和IP合二为一
IP技术的飞速发展给数字电视带来了巨大威胁，但在短期内由于网络成本的原因使两者只能共存而无法替代。

虽然目前国内市场上有所谓的带IP功能的STB，但这些机顶盒只是集成了网卡或带回传通道，由于它们无法满足流媒体等服务，因此还不完全是一个将DVB和IP合二为一的STB。

随着具有MPEG-II和MPEG-IV双解码功能芯片的推出和完善，一个集DVB 和IP于一体的终端产品将会成为家庭的一员，它连接着家庭的显示设备、计算机甚至其他的智能化设备，满足家庭信息化的需求。

构成
机顶盒的硬件结构
从数字电视机顶盒的构成上看，主要包括硬件和软件两大部分。

从结构上看，机顶盒一般由主芯片、内存、调谐解调器、回传通道、CA（Conditional Access）接口、外部存储控制器以及视音频输出等几大部分构成。

调谐解调器
调谐解调器部分的作用是将传输过来的调制数字信号解调还原成传输流，调谐解调器的不同就构成了不同的数字机顶盒，例如用于QPSK解调的卫星机顶盒（DVB-S），用于QAM解调的有线数字机顶盒（DVB-C）以及用于OFDM解调的地面传输数字机顶盒（DVB-T）。

目前市场上比较流行的调谐解调器的生产厂商有Thomson、Sharp等，国内虽然也有一些厂商生产调谐解调器，但市场份额很小。

主芯片
随着芯片技术的发展，越来越多的厂家将机顶盒的功能更多地集成在一个主芯片里，例如现在大部分厂商都将CPU、解码器、解复用器、图形处理器与视音频处理器集成在芯片中，甚至一些以Philips为代表的芯片厂商将调谐解调器也集成在芯片中，形成一体化的芯片解决方案，有效地降低了器件成本并提高了可靠性。

在主芯片中，首先根据传输流所传递的标志信息对接收到的传输流进行解复用，然后根据CA智能卡所传递的解扰信息对节目流进行解扰，解扰后的TS流送到视音频解码器中分别对其进行解码，还原成AV信号进行输出，同时，也分离出复用在TS流中的各类系统数据表，送给机顶盒处理器分别输出。

另外，由于在主芯片中集成了CPU和图形管理器，使机顶盒可以完成更多的功能，它可以运行各种软件完成诸多任务，例如股票接收、网页浏览等，也可以通过图形管理器实现2D甚至3D的图形处理，为用户提供更美观的界面，实现交互式游戏等各种高画质应用。

由于CPU是主芯片的核心，因此通常情况下CPU的性能就决定了主芯片的性能。

CPU的性能一般是由主频决定的，主频越高则CPU的性能也越高。

目前最快的CPU主频已经超过了400 MIPS，即使是目前市场上流行、最基本的机顶盒中CPU的主频也超过了50 MIPS。

CPU速度同运行其上的业务系统有着必然的联系，如果需要在一个STB中运行一个HTML浏览器，100 MIPS 可能就是对CPU的最低要求，当然这还需要内存的配合。

内存
在某些方面，机顶盒同PC机有很多相似之处，甚至可以说是一台简化了的PC机，两者最相似之处就是内存。

对机顶盒而言，内存主要分为Flash 内存和SDRAM内存。

Flash用来存贮机顶盒的系统软件、驱动软件、应用程序以及一些用户信息，在系统断电时内容还可保留，同时Flash可以通过在线的方式对其上所载的软件进行更新，达到机顶盒软件升级的目的。

SDRAM主要是用来存储应用数据。

机顶盒的许多功能都需要内存来实现，例
如图形处理、视音频解码和解复用等，不同的应用需求，内存的大小配置也各不相同。

容量大的Flash和SDRAM的配置虽然可以为将来的业务系统预留足够的内存空间，但内存并不是决定软件能否运行的因素，它需要配合CPU来工作，不切合实际的高配置只会造成资源浪费，而无助于STB性能的提高。

外部存储设备
外部存储设备一般指外挂式硬盘，大容量的硬盘可以用于存储节目流以满足用户的个性化需求。

一个STB中能否外挂硬盘一般都是由主芯片所决定的，只有CPU的处理能力达到一定程度时才有可能支持硬盘的读写，而硬盘的读写也需要更多的内存空间。

智能卡接口
通过读卡器读取CA智能卡中的数据用于数字电视节目的解扰，特别是在付费电视发展的今天，这是大多数STB必不可少的部件。

除了标准的读卡器外，在有些STB中也采用通用接口CI（Common Interface）来完成对CA智能卡的读取。

CI是一个由DVB组织为机顶盒和分离的硬件模块之间定义的标准接口。

这种起源于PCMCIA的技术应用，使机顶盒可以批量生产，也为机顶盒带来了变化，有着广泛的应用前景。

回传通信接口
随着机顶盒应用的扩展，使用户对机顶盒的需求已经不单单停留在简单地收看视音频节目上了，交互式的需求使机顶盒中内嵌了回传设备，这些设备可以包括网络适配器、调制解调器等通信接口，用于满足用户将信息回传到前端。

其他设备接口
新技术的发展使机顶盒的物理接口也不断地增加，如RS232接口、红外遥控器接口、无线键盘接口、Wi-Fi接口等等，使STB可以同摄像机、DVD、PDA等众多设备进行连接。

机顶盒的软件系统
机顶盒作为一个客户端系统，除了要具有良好的硬件平台外还需要配备不同的软件系统才能使其完成各种任务。

机顶盒中的软件可以分成三个主要的层：应用层、中间解释层和驱动层，每一层都包含了诸多的程序或接口等。

驱动层
驱动层包括机顶盒硬件的驱动程序和API接口，它主要用于完成对硬件设备的操作。

中间解释层
中间解释层将STB的应用程序指令翻译成CPU能识别的指令，从而通过驱动层去调动硬件设备完成相应的操作。

该层包括嵌入式操作系统、中
间件、CA驻留软件等。

虽然中间件的使用可以给STB软件的设计和应用带来极大好处，但高昂的使用费用，对硬件需求的增加以及技术上的不成熟使中间件在国内鲜有应用。

目前许多软件设计者采用直接调用驱动层的软件来编写应用程序，这虽然可以满足一时的需求，但随着应用需求的增加，在STB中使用中间件才是一个很好的解决方案。

应用层
应用层可以分成驻留应用程序和可下载应用程序两部分，不同的STB
软件设计理念使这两个部分包含的应用程序也不尽相同，合理规划这两部分的组成将有助于提高STB的可靠性和相应时间。

目前国内机顶盒中的应用较少，主要以EPG、数据广播、股票、简单的下载游戏等为主，而数字电视的魅力并不在于看电视，而在于这种基于数字电视平台的业务应用，这些应用将会改善人们的一些日常生活习俗。

随着双向网络的建设，交互式应用的普及，基于交互式的应用软件也将越来越多，这也会给运营商带来难以预料的增值收入。

有线电视数字机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平。

意义
数字机顶盒不仅是用户终端，还是网络终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视（如视频点播等），并能接入因特网，使用户享受电视、数据、语言等全方位的信息服务。

目前，有些人认为机顶盒就是用来使电视机上网，这是一种认识上的误区。

实际上，数字机顶盒是在走普及数字电视机之前宽带综合信息网的组成成员之一。

随着数字技术、多媒体技术和网络技术的发展，将促使数字机顶盒内置和整个成本下降，让大多数用户在普通模拟电视机上实现既能娱乐，又能上网等多种服务。

总之，机顶盒作为数字电视标志性的产品，有着广阔的发展空间。

随着数字电视应用、芯片技术和软件技术的发展，STB的功能也必将越来越强大，可以为运营商和用户开展更多的服务，满足不同层次的需求
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、地面电视接收频道、有线电视增补频道。

根据DTV目前已有的调制方式，信道解码应包括QPSK、QAM、OFDM、VSB解调功能。

（2）信源解码
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MPEG－2视频压缩标准，适用多种清晰度图像质量。

音频目前则有AC－3和MPEG－2两种标准。

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。

（3）上行数据的调制编码
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3种方式，采用电话线传送上行数据，采用以太网卡传送上行数据和通过有线网络传送上行数据。

（4）嵌入式CPU
嵌入式CPU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CPU中集成了32个以上可编程PID滤波器，其中两个用于视频和音频滤波，其余的用于PSI、SI和Private数据滤波。

CPU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、有条件接收管理（IC卡和Smart卡）、图文电视解码、数据解码、OSD、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32~64位CPU 上扩展许多新的功能，并不断提高速度，以适应高速网络和三维游戏的要求。

（5）MPEG-2解码
MPEG-2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本上是建立在MPEG-2技术基础上，MPEG-2是包括从网络传输到高清晰度电视的全部规范。

MP@LL用于VCD，可视电话会议和可视电话用的H.263和H.261是它的子集。

MP@ML用于DVD、SDTV，MP@HL用于HDTV。

MPEG-2图像信号处理方法分运动预测、DCT、量化、可变长编码4步完成，电路是由RISC处理器为核心的ASIC电路组成。

MPEG-2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，最好具有分层解码功能。

图文电视可用APHA
迭显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理能力。

OSD是一层单色或伪彩色字幕，主要用于用户操作提示。

在音频方面，由于欧洲DVB采用MPEG－2伴音，美国的ATSC采用杜比AC－3，因而音频解码要具有以上两种功能。

（6）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、数据广播业务的实现，直至机顶盒和个人计算机的互联以及和Internet的互联都需要由软件来实现，具体如下：
1、硬件驱动层软件：驱动程序驱动硬件功能，如射频解调器、传输解复用器、A/V解码器、OSD、视频编码器等。

2、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。

嵌入式操作系统的作用与PC机上的DOS和Windows相似，用户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、语音、触摸屏、红外遥控器等。

3、中间件：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平台才能保证机顶盒的扩展性，保证投资的有效回收。

4、上层应用软件：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、数据广播、IP电话和可视电话等。

上层应用软件独立于STB的硬件，它可以用于各种STB硬件平台，消除应用软件对硬件的依赖。

（7）显示技术
就电视和计算机显示器而言，CRT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，尤其是小于24×24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720×576或640×480的图像，它的偏转系统是固定不变的，是为525行60Hz或625行50Hz设计的，而数字电视的显示格式有18种以上。

上网则要符合VESA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，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，会产生厉害的边缘闪烁现象，因而要用电视机上网，必须要补救电视机显示的缺陷。

根据技术难度和成本，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。

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，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。

另外把分辨率高于模拟电视机的HDTV和VESA
信号在电视机上播放，只能显示部分画面，必须进行缩小这就像PIP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。

（8）加解扰技术
加解扰技术用于对数字节目进行加密和解密。

其基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端利用IC卡解密。

在MPEG传输流中，与控制字传输相关的有2个数据流：授权控制信息（ECMs）和授权管理信息（EMMs）。

由业务密钥（SK）加密处理后的控制字在ECMs中传送，其中包括节目来源、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信息中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（PDE）的加密处理。

EMMs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。

用户个人分配密钥（PDK）存放在用户的智能卡（Smart Card）中，在用户端，机顶盒根据PMT和CAT表中的CA－descriptor，获得EMM和ECM 的PID值，然后从TS流中过滤出ECMs和EMMs，并通过Smart Card接口送给Smart Card。

Smart Card首先读取用户个人分配密钥（PDK），用PDK
对EMM解密，取出SK，然后利用SK对ECM进行解密，取出CW，并将CW通过Smart Card接口送给解扰引擎，解扰引擎利用CW就可以将已加扰的传输流进行解扰。

（9）条件接收系统
（CAs:Conditional Access System）
有条件接收系统（CAS）是开展付费电视的核心技术，了解它的运行机制，掌握好它的使用和维护对付费电视业务的成功开展非常关键。

CAS的组成包括有：用户管理系统SMS、业务信息生成系统SIG、节目管理PMS/SI
编辑系统、节目调度处理EIS、用户授权管理系统SAS、条件接收CA等。

主要有两大块：一块是管理用户的SMS，一块是管理节目的CA。

CA主要分为两大部分：一是信号加扰部分，它是通过一个随机码发生器所产生的随机码（称为控制字CW）来控制加扰器对信号的加扰；二是加密部分，要使加扰的信号在接收端成功地解扰，接收端也必须要有和加扰端一模一样的控制字来控制解扰器，所以，要将前端的CW传送到接收端，如果直接传送会很容易被黑客截获而使CAS失去作用，为此，要对CW进行加密传送，这种加密是一种多层加密机制，从而增加CW传送的安全性，直接对CW加密的第一层所产生的密文称为授权控制信息ECM，通过复用器与加扰的码流一起传送，ECM还含有时间、节目价格、节目授权控制等信息，因此ECM是面向节目的管理信息。

对CW加密的密钥称为工作密钥SK，SK通常又叫月密钥，每月换一次，每换一次SK，系统都要从新对所有用户进行授权。

第二层加密是用称为节目密钥PDK对SK进行加密，所产生的密文和从SMS获取的授权指令通过SAS生成的授权信息组成授权管理信息EMM，EMM还含有智能卡号、授权时间、授权等级等用户授权信息。

这些信息主要是完成对用户的授权，因此EMM是面向用户的管理信息，EMM对用户在什么时间看、看什么频道进行授权，它也通过复用器与加扰码流一起传送，以上这些组成了CA最基本的加密系统。

发展现状
数字电视机顶盒将改变我们现有的电视的概念，也将为互联网提供一个崭新的消费终端，而且这个消费终端将比其他任何终端如PC、手机、PDA 都普及、方便、吸引人。

随着各地有线数字电视的试播，数字电视机顶盒的推广与几年前相比已有长足的进步，但是数字机顶盒在国内还没有得到广泛的应用，这主要有几个原因：
（1）数字机顶盒的技术含量较高
真正的产品并不是很多，许多厂商的VOD（视频点播）事实上大多处于概念阶段。

（2）网络双向改造与质量问题
由于数字电视机顶盒受网络带宽制约较大，尤其是目前国内网络发展基础薄弱，而且各种网络资源各自为阵，因此它的大范围普及推广还需时日。

（3）服务不力、缺乏专业的ICP
即信息和节目资源贫乏。

如VOD业务推广应用的一大难点就是节目源的开放以及片源、版权。

国家有线电视主干网的建立、专业供片商的出现可在一定程度上缓解这一难题。

许多厂家纷纷开发基于宾馆、酒店、小区的VOD系统，也是为了避开这一难题。

（4）资费偏高
对多数用户而言也是不小的开支。

中国人的消费心理是可以承受一次性较大的购置成本，却不大愿意接受长期持续不断的、没有明显回报的消费支付。

尽管当前数字机顶盒的推广受到了很大的限制，但是数字电视机顶盒不仅是用户终端，也是网络终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视（如视频点播等），并能接入因特网，使用户享受电视、数据、语言等全方位的信息服务。

随着数字技术、多媒体技术和网络技术的发展，数字电视机顶盒功能将逐步完善，尤其是单片PC技术的发展，将促使数字电视机顶盒内置和整个成本下降，让大多数用户在普通模拟电视机上实现既能娱乐，又能上网等多种服务。

产业发展现状
近年来，中国机顶盒发展迅速。

由于机顶盒产业的资源供给或产品需求正在发生一系列的变化，导致这一产业正逐渐从其他国家或地区梯度转移到中国生产和制造。

中国已经成为全球最大的机顶盒生产制造中心。

2007年，中国机顶盒市场中以有线机顶盒为主。

机顶盒市场出货量达到了6500万台以上，相比2006年增长41.3%。

其中国内机顶盒出货量超过3000万台，相比2006年增长49.32%，国内市场机顶盒出货量首次超出国外市场；有线机顶盒市场保有量在2007年底突破了2500万台，相比2006年增长了近60%。

2008年中国数字电视进入了蓬勃发展期，除有线数字电视仍旧表现出强劲增长势头外，地面数字电视随着2008年奥运会的契机也有了突破性的发展。

2008年，虽然受到雪灾、地震以及全球金融危机等客观因素的影响，但中国机顶盒市场依然处于景气周期。

根据《广播影视科技“十五”计划和2010年远景规划》，2010年中国将全面实现数字广播电视，2015年将停止模拟广播电视的播出。

毋庸置疑，数字电视节目的普及已成为必然趋势，而中国现行的“模拟电视+机顶盒”的转换形式使机顶盒市场蕴藏了巨大商机。

发展动向
据悉，联邦规章管理者于美国东部已经采纳了新的设备标准以加快向更高音视频质量的数码电视的转变。