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[摘 要]本文主要研究了数字电视机顶盒的相关概念和原理，并对数字电视机顶盒的硬件结构和软件系统进行了系统的分析
[关键词]数字电视机顶盒；
中图分类号：U463.67+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0102-01
1.数字电视机顶盒的相关概念
机顶盒（Set Top Box， STB）的概念是比较广泛的。从广义上说，凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒。按传输网络和功能划分，机顶盒可以大致的划为一下几种：从基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟频道解扰器，到将电话线与电视机联系在一起的“上网机顶盒”、数字卫星的综合接收解码器（IRD， Integrated Receive Decoder）、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒。从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒，这些设备由于具有很好的网络功能，因此也成为信息家电的代表。数字机顶盒是数字电视结构体系中的终端部分，直接定义了用户与数字电视以及其他交互业务的界面。本地电缆、基于地面的或者卫星经营者通常为用户安装这些设备。
2.有线电视数字机顶盒的基本原理
机顶盒调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号，然后再送入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，从中抽出一个节目的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，其输出是己解扰的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送入音频解码模块，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经音频输出电路输出。
3.机顶盒设备硬件结构
数字电视机顶盒从其结构上讲大体上可以分成两部分：信道解码部分和信源解码部分。信道部分即前端，负责对数字电视信号进行解调接收和信道解码，针对不同的信道可以配以不同的信道解调解码器。信源解码部分主要完成从Ts流输入到解码后的音视频输出之间的所有功能，包括传输流解复用、音频解码和视频解码等，是机顶盒的核心部分。信源解码器的一般由以下几个部分组成：
1.作为解复用、解扰和控制器的CPU
2.CPU软件存储所需的ROM和FLASH
3.音、视频解码器
4.用于视频解码的RAM
5.视频后处理模块电路
6.部分外部接口模块
4.机顶盒的软件系统
从体系结构的角度讲，与终端PC相比，机顶盒是一个比较复杂的设备，但从用户使用的角度，它可以被看作类似电视机这样的简单易用的设备终端，所以有线数字电视机顶盒软件系统要同时兼顾软件的优化、模块化和实时性。由于在数字电视机顶盒系统中，资源的限制和实时性使得软件的设计要求比较高，因此可以说软件系统是数字电视机顶盒工作的关键部分。
4.1 数字电视机顶盒的软件层次
数字电视机顶盒是由软件控制的嵌入式数字接收系统。嵌入式系统和硬件密切相关，特别与硬件中微处理器密切相关，因此嵌入式系统的软件一般通过层次模型来描述。在本研究中，对数字电视机顶盒软件系统就采用了层次模型来实现的。
数字电视机顶盒的软件系统分为四层：硬件平台层（Firmware） ，底层及软件驱动层（OS）、中间层（Middleware）和应用层（Application）。系统构建遵循的原则：下一层向上一层提供服务和接口，对上一层隐藏了本层和本层以下各层的具体情况；而上一层向下一层提供用户命令，实施对下一层的管理和控制，这样便于用户开发顶层的应用软件，不用考虑底层驱动的具体情况。
4.2 数字电视机顶盒的软件模块
本文研究的机顶盒完成的整体功能可以划分为15个标准子功能的集合，这些独立的功能模块用任务进程的形式实现，以任务为单元进行调度，各个任务进程之间依靠消息和信号量进行通讯与同步，每一个任务进程从本质上对应一个独立的子软件系统。
1）用户图形界面模块这是一个人机交互接口，主要用于接收用户的各种按键命令，并把按键分发给相应的处理模块进行处理，此外还向用户显示一些机顶盒的状态和信息。用户通过图形界面可以使用机顶盒的各种功能。
2）键盘处理模块接收红外遥控器的信号和前面板的按键信号，把键值发送给用户图形界面模块。
3）数码管显示模块控制机顶盒前面板的数码管显示，显示机顶盒的系统数据和状态信息。
4）节目搜索模块节目搜索功能是有线数字电视机顶盒最基本的功能，负责把Tuner模块、解复用模块、以及DVB等模块有机组织起来，获取接收机需要的各种数据，建立节目信息数据库，用于创建节目列表。
5）Tuner模块射频信号，经过调谐、数字解调，完成信道解码，输出传送流。
6）解复用模块对Ts进行解复用，得到音频PES（Packetized Eementary Stream包的基本码流）数据、视频PES数据、PCR（progam Clock Referenee，节目时钟基准）
数据以及各种PSI和SI数据。
7）视频解码模块把解复用后得到的视频压缩数据进行解压缩，得到原始的视频数据。
8）视频叠加模块把视频解码得到的视频数据流和用户界面需要显示的OSD数据（包括由位图、文字和图形等组成的用户界面等）叠加到一起，形成一个视频信号。
9）视频输出管理模块把叠加后的视频数据按照一定的制式，格式和长宽比（16：9或4：3）进行输出。
10）音频解码模块把解复用后得到的音频压缩数据进行解压缩，得到原始的音频数据。
11）音频输出管理模块对音频解码后得到的音频数据进行DAC转换，得到模拟音频信号，并控制音频信号的输出。
12）DVB段解析模块对PSI和SI的各种表（段）进行解析，把得到的各种表信息进行重构。
13）数据库管理模块对节口信息数据（包括解析各种表获得的数据）、私有数据等各种数据进行管理。
14）Flash管理模块对Flash中的数据进行读写、擦除、编程等操作进行管理。
15）Loade模块是一个升级模块，对应用程序进行更新，包括空中升级和串口升级两种软件升级方式.
5.结语：
二十一世纪电子信息技术发展迅速，对于观众来说，他们与电视机的关系正在发生变化，目前被动、线性的节目观看将很快成为历史，“点播一切”（Everythingon Demand）和个性化电视将被实现，未来的机顶盒可以称之为智能型家庭多媒体终端是必然结果。
参考文献
[l] 袁明.有线数字电视机顶盒.北京：中国广播电视出版社，2009年.
[2] 郑志航，全数字高清晰度电视和DVB，中国广播电视出版社，2011年.
[关键词]数字电视机顶盒；
中图分类号：U463.67+4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0102-01
1.数字电视机顶盒的相关概念
机顶盒（Set Top Box， STB）的概念是比较广泛的。从广义上说，凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒。按传输网络和功能划分，机顶盒可以大致的划为一下几种：从基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟频道解扰器，到将电话线与电视机联系在一起的“上网机顶盒”、数字卫星的综合接收解码器（IRD， Integrated Receive Decoder）、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒。从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒，这些设备由于具有很好的网络功能，因此也成为信息家电的代表。数字机顶盒是数字电视结构体系中的终端部分，直接定义了用户与数字电视以及其他交互业务的界面。本地电缆、基于地面的或者卫星经营者通常为用户安装这些设备。
2.有线电视数字机顶盒的基本原理
机顶盒调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号，然后再送入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，从中抽出一个节目的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，其输出是己解扰的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送入音频解码模块，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经音频输出电路输出。
3.机顶盒设备硬件结构
数字电视机顶盒从其结构上讲大体上可以分成两部分：信道解码部分和信源解码部分。信道部分即前端，负责对数字电视信号进行解调接收和信道解码，针对不同的信道可以配以不同的信道解调解码器。信源解码部分主要完成从Ts流输入到解码后的音视频输出之间的所有功能，包括传输流解复用、音频解码和视频解码等，是机顶盒的核心部分。信源解码器的一般由以下几个部分组成：
1.作为解复用、解扰和控制器的CPU
2.CPU软件存储所需的ROM和FLASH
3.音、视频解码器
4.用于视频解码的RAM
5.视频后处理模块电路
6.部分外部接口模块
4.机顶盒的软件系统
从体系结构的角度讲，与终端PC相比，机顶盒是一个比较复杂的设备，但从用户使用的角度，它可以被看作类似电视机这样的简单易用的设备终端，所以有线数字电视机顶盒软件系统要同时兼顾软件的优化、模块化和实时性。由于在数字电视机顶盒系统中，资源的限制和实时性使得软件的设计要求比较高，因此可以说软件系统是数字电视机顶盒工作的关键部分。
4.1 数字电视机顶盒的软件层次
数字电视机顶盒是由软件控制的嵌入式数字接收系统。嵌入式系统和硬件密切相关，特别与硬件中微处理器密切相关，因此嵌入式系统的软件一般通过层次模型来描述。在本研究中，对数字电视机顶盒软件系统就采用了层次模型来实现的。
数字电视机顶盒的软件系统分为四层：硬件平台层（Firmware） ，底层及软件驱动层（OS）、中间层（Middleware）和应用层（Application）。系统构建遵循的原则：下一层向上一层提供服务和接口，对上一层隐藏了本层和本层以下各层的具体情况；而上一层向下一层提供用户命令，实施对下一层的管理和控制，这样便于用户开发顶层的应用软件，不用考虑底层驱动的具体情况。
4.2 数字电视机顶盒的软件模块
本文研究的机顶盒完成的整体功能可以划分为15个标准子功能的集合，这些独立的功能模块用任务进程的形式实现，以任务为单元进行调度，各个任务进程之间依靠消息和信号量进行通讯与同步，每一个任务进程从本质上对应一个独立的子软件系统。
1）用户图形界面模块这是一个人机交互接口，主要用于接收用户的各种按键命令，并把按键分发给相应的处理模块进行处理，此外还向用户显示一些机顶盒的状态和信息。用户通过图形界面可以使用机顶盒的各种功能。
2）键盘处理模块接收红外遥控器的信号和前面板的按键信号，把键值发送给用户图形界面模块。
3）数码管显示模块控制机顶盒前面板的数码管显示，显示机顶盒的系统数据和状态信息。
4）节目搜索模块节目搜索功能是有线数字电视机顶盒最基本的功能，负责把Tuner模块、解复用模块、以及DVB等模块有机组织起来，获取接收机需要的各种数据，建立节目信息数据库，用于创建节目列表。
5）Tuner模块射频信号，经过调谐、数字解调，完成信道解码，输出传送流。
6）解复用模块对Ts进行解复用，得到音频PES（Packetized Eementary Stream包的基本码流）数据、视频PES数据、PCR（progam Clock Referenee，节目时钟基准）
数据以及各种PSI和SI数据。
7）视频解码模块把解复用后得到的视频压缩数据进行解压缩，得到原始的视频数据。
8）视频叠加模块把视频解码得到的视频数据流和用户界面需要显示的OSD数据（包括由位图、文字和图形等组成的用户界面等）叠加到一起，形成一个视频信号。
9）视频输出管理模块把叠加后的视频数据按照一定的制式，格式和长宽比（16：9或4：3）进行输出。
10）音频解码模块把解复用后得到的音频压缩数据进行解压缩，得到原始的音频数据。
11）音频输出管理模块对音频解码后得到的音频数据进行DAC转换，得到模拟音频信号，并控制音频信号的输出。
12）DVB段解析模块对PSI和SI的各种表（段）进行解析，把得到的各种表信息进行重构。
13）数据库管理模块对节口信息数据（包括解析各种表获得的数据）、私有数据等各种数据进行管理。
14）Flash管理模块对Flash中的数据进行读写、擦除、编程等操作进行管理。
15）Loade模块是一个升级模块，对应用程序进行更新，包括空中升级和串口升级两种软件升级方式.
5.结语：
二十一世纪电子信息技术发展迅速，对于观众来说，他们与电视机的关系正在发生变化，目前被动、线性的节目观看将很快成为历史，“点播一切”（Everythingon Demand）和个性化电视将被实现，未来的机顶盒可以称之为智能型家庭多媒体终端是必然结果。
参考文献
[l] 袁明.有线数字电视机顶盒.北京：中国广播电视出版社，2009年.
[2] 郑志航，全数字高清晰度电视和DVB，中国广播电视出版社，2011年.