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[摘要] 数字电视机顶盒通过解码等技术手段将各种传输介质来的数字电视和各种数据信息转换成模拟电视机可以接收的信号，使观众可以在现存模拟电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。它的技术含量很高，集中反映了计算机、数字压缩编码和网络技术的发展水平，其应用十分广泛，几乎支持所有的广播电视和交互式多媒体技术的应用，市场发展前景广阔。
[关键词] 数字电视机顶盒原理应用
有线广播电视网正在向数字化、网络化、产品化方向发展，最终建成为宽带综合信息网。依托有线广播电视网提供综合信息业务的关键设备是用户终端设备数字机顶盒，数字机顶盒可把数字电视信号转换成模拟电视机能够接收的PAL / NTSC信号，也可增添支持视频点播（VOD）、Internet浏览、播放DVD、可视电话等多媒体功能及加扰、解密、放大等功能，与普通的模拟电视机组合便构成完整的数字电视接收机，市场发展前景广阔。下面介绍数字电视机顶盒的基本原理及其应用。
一、数字电视机顶盒的基本原理
图数字电视广播接收解码示意图
数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，如图所示。调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号，然后进行A / D转换为数字信号，再送人QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG传输流的串行或并行数据。解复用模块接收MPEG传输流，从中分离出一个节目的PES数据，包括视频PES、音频PES以及数据PES。解复用模块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，其输出是已解扰的PES。视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MPEG视频数据进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送人音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。
数字电视机顶盒的技术含量很高，集中反映了计算机、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的发展水平，其核心技术包括硬件技术和软件技术两个部分。
1.机顶盒硬件技术
硬件技术包含有：信道解调、信源解码、大规模集成芯片、上行数据调制编码、嵌入式系统技术以及信号处理技术和有条件接收技术。分别概述如下：
(1)信道解调技术。国际、国内标准对各种数字电视标准的调制方式均有规定，如有线网络中传输数字电视及增值业务采用QAM调制方式，其中16QAM、32QAM、64QAM必选，128QAM和256QAM可选。由于有线网络信道质量好，只用RS编码作为纠错编码。
(2)信源解码技术。当模拟信号数字化后信息量倍增，必须采用相应的数据压缩标准加以处理，数字电视采用MPEG—2视频压缩标准以适应多种清晰度图像质量要求。音频则采用AC—3和MPEG—2两种标准。总而言之，信源解码器必须适应不同编码要求，能正确还原音频、视频数据。
(3)大规模集成芯片技术。为实现实时的解复用和数据信息处理，机顶盒必须将CPU内核与MPEG—2传输流解复用器、DVB通用解扰器、MPEG音视频解码器、PAL/NTSC编码器集成于一体，形成大規模专用集成芯片。
(4)上行数据调制编码技术。为开展交互式应用，需要考虑上行数据的调制编码间题。目前普遍采用三种方式，即采用电话线传送上行数据、以以太网卡传送上行数据和通过有线网络传送上行数据。
(5)嵌人式系统技术。机顶盒是嵌人式系统在信息家电方面的典型应用，所谓嵌人即镶嵌之意，指镶嵌在其他设备中的系统。实际上机顶盒是计算机技术、微电子技术以及语言图像数据传输处理技术与具体应用对象相结合的产物，具备嵌入式芯片、嵌入式软件、嵌入式操作系统和嵌入式系统开发工具四大部分的要素。
2.机顶盒软件技术
数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置，除音频视频解码由硬件实现外，其电视内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，直至机顶盒与计算机及Internet的互联，均需依靠软件来实现。机顶盒的软件应用技术通常分为以下几个方面：
(1)硬件驱动层软件。按驱动程序驱动硬件功能的有射频解调器、传输解复用器、A/V解码器、OSD、视频编码器等。
(2)实时操作系统。该系统的主要作用是控制各种资源，包括各种硬件的控制、系统资源的分配等。与PC机操作系统不同，机顶盒是采用实时操作系统，可在实时的环境中工作，并能在较小的内存空间中运行。
(3)中间件。中间件是指建立于实时操作系统之上的操作系统，如OPENTV、POWERTV和JAVATVOS等。它既是数字电视的核心技术之一，又是开放式业务平台，具体而言是数字电视机的应用程序和操作系统、硬件平台之间嵌人的一个中间层，定义一组较为完整的、标准的应用程序接口，使应用程序于操作系统和操作平台，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。
(4)上层应用软件。它的功能是执行服务商提供的各种服务，如电子节目指南、准视频点播、数据广播、IP电话等。它可以用于各种STB硬件平台，消除应用软件对硬件的依赖。
二、数字电视机顶盒的应用
数字电视机顶盒不仅实现数字电视模拟电视的转换而适用于传统的电视机，而且应用十分广泛，几乎支持所有的广播电视和交互式多媒体应用。目前，在数字机顶盒的数字视频、数字信息与交互式应用的功能上，已开发出多种增值业务，具体如表所示。
1.数据广播
数据广播有四种方式，即数据管道(data pipe)、数据流(data stream)、多协议封装(Multiple protocol Encapsulation)和数据或对象轮流传递(date object carousel)。它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种种信息。
表数字机顶盒开发的增值业务
2.IP电话
通过电缆调制解调器，还可以实现IP电话功能。用户在使用该功能时，只需将普通电话与机项盒的接口相连即可。电缆调制解调器可以保证传输语音时的服务质量(Qos ) 。
3.视频点播
为每个用户提供视频点播功能，用户能在他所希望的时间和地点收看他想看的节目，是服务提供商的首要目标。有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信道和广播信道，为实现该功能提供理想的技术支持基础。
4.Internet接入及多媒体技术应用
机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现Internet接入功能，用户可以通过其内置的浏览器上网，即通过机顶盒提供的各种接口与PC机连接，再与网络连接。利用计算机对文字、声音、数据、图像等各种信息进行综合处理、存储与传输。通过机顶盒与计算机有机结合，可以开展交互式多媒体业务，例如发送电子邮件、网上购物、远程教育等等。
三、结束语
随着数字电视的飞速发展，用户对信息需求的不断增强，有线数字电视机顶盒做为以电视机为显示终端的信息接收和处理终端设备正在进人千家万户。有线数字电视机顶盒基于全同轴电缆网络或光纤或同轴混合网，具有良好的传输介质和成熟的电缆调制解调技术，可实现各种交互式应用，具有良好的发展前景。
参考文献
[1]刘文开刘元航:有线广播数字电视技术[M].北京:人民邮电出版社，2003.10
[2]郑志航惠新标叶楠:数字电视原理与应用[M].北京:中国广播电视出版社，2001.1
[3]覃焕昌:数字电视机顶盒及其发展动向[J].北京:商场现代化杂志社，2006.5
[关键词] 数字电视机顶盒原理应用
有线广播电视网正在向数字化、网络化、产品化方向发展，最终建成为宽带综合信息网。依托有线广播电视网提供综合信息业务的关键设备是用户终端设备数字机顶盒，数字机顶盒可把数字电视信号转换成模拟电视机能够接收的PAL / NTSC信号，也可增添支持视频点播（VOD）、Internet浏览、播放DVD、可视电话等多媒体功能及加扰、解密、放大等功能，与普通的模拟电视机组合便构成完整的数字电视接收机，市场发展前景广阔。下面介绍数字电视机顶盒的基本原理及其应用。
一、数字电视机顶盒的基本原理
图数字电视广播接收解码示意图
数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，如图所示。调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号，然后进行A / D转换为数字信号，再送人QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG传输流的串行或并行数据。解复用模块接收MPEG传输流，从中分离出一个节目的PES数据，包括视频PES、音频PES以及数据PES。解复用模块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，其输出是已解扰的PES。视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MPEG视频数据进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送人音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。
数字电视机顶盒的技术含量很高，集中反映了计算机、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的发展水平，其核心技术包括硬件技术和软件技术两个部分。
1.机顶盒硬件技术
硬件技术包含有：信道解调、信源解码、大规模集成芯片、上行数据调制编码、嵌入式系统技术以及信号处理技术和有条件接收技术。分别概述如下：
(1)信道解调技术。国际、国内标准对各种数字电视标准的调制方式均有规定，如有线网络中传输数字电视及增值业务采用QAM调制方式，其中16QAM、32QAM、64QAM必选，128QAM和256QAM可选。由于有线网络信道质量好，只用RS编码作为纠错编码。
(2)信源解码技术。当模拟信号数字化后信息量倍增，必须采用相应的数据压缩标准加以处理，数字电视采用MPEG—2视频压缩标准以适应多种清晰度图像质量要求。音频则采用AC—3和MPEG—2两种标准。总而言之，信源解码器必须适应不同编码要求，能正确还原音频、视频数据。
(3)大规模集成芯片技术。为实现实时的解复用和数据信息处理，机顶盒必须将CPU内核与MPEG—2传输流解复用器、DVB通用解扰器、MPEG音视频解码器、PAL/NTSC编码器集成于一体，形成大規模专用集成芯片。
(4)上行数据调制编码技术。为开展交互式应用，需要考虑上行数据的调制编码间题。目前普遍采用三种方式，即采用电话线传送上行数据、以以太网卡传送上行数据和通过有线网络传送上行数据。
(5)嵌人式系统技术。机顶盒是嵌人式系统在信息家电方面的典型应用，所谓嵌人即镶嵌之意，指镶嵌在其他设备中的系统。实际上机顶盒是计算机技术、微电子技术以及语言图像数据传输处理技术与具体应用对象相结合的产物，具备嵌入式芯片、嵌入式软件、嵌入式操作系统和嵌入式系统开发工具四大部分的要素。
2.机顶盒软件技术
数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置，除音频视频解码由硬件实现外，其电视内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，直至机顶盒与计算机及Internet的互联，均需依靠软件来实现。机顶盒的软件应用技术通常分为以下几个方面：
(1)硬件驱动层软件。按驱动程序驱动硬件功能的有射频解调器、传输解复用器、A/V解码器、OSD、视频编码器等。
(2)实时操作系统。该系统的主要作用是控制各种资源，包括各种硬件的控制、系统资源的分配等。与PC机操作系统不同，机顶盒是采用实时操作系统，可在实时的环境中工作，并能在较小的内存空间中运行。
(3)中间件。中间件是指建立于实时操作系统之上的操作系统，如OPENTV、POWERTV和JAVATVOS等。它既是数字电视的核心技术之一，又是开放式业务平台，具体而言是数字电视机的应用程序和操作系统、硬件平台之间嵌人的一个中间层，定义一组较为完整的、标准的应用程序接口，使应用程序于操作系统和操作平台，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。
(4)上层应用软件。它的功能是执行服务商提供的各种服务，如电子节目指南、准视频点播、数据广播、IP电话等。它可以用于各种STB硬件平台，消除应用软件对硬件的依赖。
二、数字电视机顶盒的应用
数字电视机顶盒不仅实现数字电视模拟电视的转换而适用于传统的电视机，而且应用十分广泛，几乎支持所有的广播电视和交互式多媒体应用。目前，在数字机顶盒的数字视频、数字信息与交互式应用的功能上，已开发出多种增值业务，具体如表所示。
1.数据广播
数据广播有四种方式，即数据管道(data pipe)、数据流(data stream)、多协议封装(Multiple protocol Encapsulation)和数据或对象轮流传递(date object carousel)。它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种种信息。
表数字机顶盒开发的增值业务
2.IP电话
通过电缆调制解调器，还可以实现IP电话功能。用户在使用该功能时，只需将普通电话与机项盒的接口相连即可。电缆调制解调器可以保证传输语音时的服务质量(Qos ) 。
3.视频点播
为每个用户提供视频点播功能，用户能在他所希望的时间和地点收看他想看的节目，是服务提供商的首要目标。有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信道和广播信道，为实现该功能提供理想的技术支持基础。
4.Internet接入及多媒体技术应用
机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现Internet接入功能，用户可以通过其内置的浏览器上网，即通过机顶盒提供的各种接口与PC机连接，再与网络连接。利用计算机对文字、声音、数据、图像等各种信息进行综合处理、存储与传输。通过机顶盒与计算机有机结合，可以开展交互式多媒体业务，例如发送电子邮件、网上购物、远程教育等等。
三、结束语
随着数字电视的飞速发展，用户对信息需求的不断增强，有线数字电视机顶盒做为以电视机为显示终端的信息接收和处理终端设备正在进人千家万户。有线数字电视机顶盒基于全同轴电缆网络或光纤或同轴混合网，具有良好的传输介质和成熟的电缆调制解调技术，可实现各种交互式应用，具有良好的发展前景。
参考文献
[1]刘文开刘元航:有线广播数字电视技术[M].北京:人民邮电出版社，2003.10
[2]郑志航惠新标叶楠:数字电视原理与应用[M].北京:中国广播电视出版社，2001.1
[3]覃焕昌:数字电视机顶盒及其发展动向[J].北京:商场现代化杂志社，2006.5