2.数字机顶盒技术.ppt

数字机顶盒技术 金塔电视台有线中心 2006.11.20• 根据国家广播电影电视总局制定的我国广 播电视数字化三步计划，2005年前，我国 将全面推进和启动数字电视，届时，卫星 传输全部实现数字化，有线电视网以及省 级以上台基本实现数字化，而已有的模拟 电视接收机采用机顶盒，兼容接收数字电 视信号，机顶盒已成为中国数字电视实施 中的过渡方式和过渡时期使用的最佳手段 • 机顶盒STB（Set-Top-Box）起源于二十世 纪九十年代初，当时在欧美作为保护版权 和收取收视费的重要手段，有线电视台在 每台用户电视机之前加一个密钥盒，只有 交了费的用户才能正常收看电视，这就是 最初的机顶盒对于机顶盒，目前没有标 准的定义，按文字释义是“置于电视机顶上 的盒子” • 在现分阶段它是指用于有线电视网络环境 下，接收模拟广播电视节目、数字广播电 视节目，以及高速数据等功能的用户终端 设备数字电视机顶盒是信息家电之一， 它是一种能够让用户在现有模拟电视上， 观看数字电视节目，进行交互式数字化娱 乐、教育和商业化活动的消费业电子产品 一、机顶盒的结构 • 根据接收数字电视广播和互联网信息 的要求，一个机顶盒的硬件结构由信 号处理（信道解码和信源解码）、控 制和接口几大部分组成。

机顶盒的结 构图如图一所示：图1 机顶盒的结构图• 机顶盒从功能上看是计算机和电视机的融 合产物，但结构却与两者不同，从信号处 理和应用操作上看，机顶盒包含以下层次 ： • (1)物理层和连接层：包括高频调谐器，QPSK、QAM、 OFDM、VSB解调，卷积解码，去交织，里德—索罗门解 码，解能量扩散 (2)传输层：包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数 据包 (3)节目层：包括MPEG—2视频解码，MPEG/AC—3音频 解码 (4)用户层：包括服务信息，电子节目表，图形用户界面（ GUI），浏览器，遥控，有条件接收，数据解码 (5)输出接口：包括模拟视音频接口，数字视音频接口，数 据接口，键盘，鼠标等二、机顶盒的功能• 机顶盒从功能上分为数字电视机顶盒、网络电视（ WebTV）机顶盒和多媒体（Multimedia）机顶盒三类 其中，数字电视机顶盒的主要功能就是将接收下来的数字 电视信号转换为模拟电视信号，使用户不用更换电视机就 能收看数字电视节目，图像质量接近500线水平，但无上 网功能根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒又分为卫 星数字电视（DVB-S）机顶盒、地面数字电视（DVB-T） 机顶盒和有线数字电视（DVB-C）机顶盒三种。

目前应用 较为广泛的是有线数字机顶盒• 数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具 有所有广播和交互式多媒体应用功能，如：（1）电子节 目指南（EPG）给用户提供一个容易使用、界面友好、 可以快速访问想看节目的一种方式，用户可以通过该功能 看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节 目；（2）高速数据广播能给用户提供股市行情、票务 信息、电子报纸、热门网站等各种消息；（3）软件 升级软件升级可看成是数据广播的应用之一数据 广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机 顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件， 并对保存在存储器中的软件进行更新； • （4）因特网接入和电子邮件数字机顶盒可通过内置的 电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能用户可以通 过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件同时机顶盒 也可以提供各种接口与PC相连，用PC与因特网连接；（ 5）有条件接收有条件接收的核心是加扰和加密，数字 机顶盒应具有解扰和解密功能 • 网络电视机顶盒的主要功能是使我国现有3.2亿台模拟电 视机用户通过PSTN（公众交换网）和双向CATV网 实现上因特网，收发电子邮件、游戏娱乐、网上学习等。

• 多媒体机顶盒是对前两种机顶盒功能的综 合下产生的，有也称综合业务机顶盒或全 功能数字机顶盒它可以支持几乎所有的 广播和交互式多媒体应用，包括收看普通 电视节目、数字加 密电视节目、点播多媒 体节目和信息、电子节目指南（EPG）、 收发电子邮件、因特网浏览、网上购物、 远程教育等，需要的条件是双向CATV网三、机顶盒的主要技术• 有线数字电视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、解扰算法、加解密算 法、通信技术和网络技术发展水平 目前数字机顶盒的关键技术主要有：1、实时操作系统（RTOS）• 实时操作系统负责本地资源和网络资源的管理，提供基本 的操作功能和设备的访问控制在启动机顶盒时，由引导 程序通过网络从中心控制系统下载，如深圳迪科网视通数 字机顶盒的 RTOS在设计上采用从FLASH ROM引导，其 引导程序功能包括：（1）系统自检对系统部分硬件进 行检测，如DRAM等；（2）系统设置用户可通过遥控 器对系统必要的参数进行设置，如基本频率、辅助频率、 符号率、DTV节目信息表等；（3）DTV功能用户在无 点播服务的情况下，可看数字电视节目；（4）系统升级 。

通过判别系统或台标的名称和版本号，下载升级FLASH ROM中的系统或台标数据2、中间件（Middle Ware）• 中间件是一种将应用程序与底层的操作系统、硬件隔离开 来的软件环境，它通常由各种虚拟机构成如HTML虚拟 机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等 一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可 以分为4层，从底层向上分别为：硬件、底层软件、中间 件、应用软件硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提 供操作系统以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存 储的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖硬件 的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平台3、加解扰技术• 加解扰技术用于对数字节目进行加密解密，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 传输相关的有两个数据流：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 中还包括节目来源、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 理中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个 人分配密钥（PDK）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Smard Card接口送给Smart CardSmart 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就可以将扰 的传输流进行解扰4、电缆调制解调器• 到目前为止，各种研究机构对电缆调制解 调器进行了广泛的研究，这些研究成果最 终形成了几个国际性组织定义的标准， IEEE定义的IEEE802.14协议、DAVIC定义 的DAVIC协议和MCNS定义的DOCSIS及 EuroDOCSIS协议• 据悉对于CA系统，我国已经确定采用同密 技术，盼望有线电视能早日应用有我国自 主知识产权的CA系统对于我国电缆调解 调器（CM）的标准的制定，倾向于 EuroDOCSIS，在此基础上加入我国自己的 东西EuroDOCSOS标准中下行码元速率 为6.9652Mb/s，上行频率范围为5-65MHz 。

5、信道解码 • 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解 调功能 6、嵌入式CPU • 嵌入式CPU是机顶盒的心脏，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 7、MPEG—2解码 • 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 音频解码器根据系统要求，应用MPEG-2音频或 杜比AC-3的解码功能8、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 结构紧湊，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 • 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 的组成成员这一随着数字技术、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谢谢大家!。