有線數(shù)字電視機(jī)頂盒原理與技術(shù)（多圖）

一、數(shù)字電視系統(tǒng)
1.1 數(shù)字電視數(shù)字電視（DTV，Digital Television）并不是指用戶家庭中使用的電視機(jī)。它是一個(gè)系統(tǒng)概念，具體的定義是：一個(gè)從節(jié)目攝制、制作、編輯、存儲(chǔ)、發(fā)射、傳輸、到信號(hào)的接收、處理、顯示等全過程完全數(shù)字化的電視系統(tǒng)。

數(shù)字電視的優(yōu)勢：與模擬電視相比，數(shù)字電視有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢：•清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強(qiáng)；•節(jié)目數(shù)量成倍增加；•可開展多功能業(yè)務(wù)。

數(shù)字電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)


數(shù)字電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖


1.2 MPEG-2(Moving Picture Experts Group)編碼

模擬信號(hào)數(shù)字化后，信息量激增，必須采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字電視廣播采用MPEG-2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，適用多種清晰度圖像質(zhì)量。音頻目前則有AC-3和MPEG-2兩種標(biāo)準(zhǔn)。信源***必須適應(yīng)不同編碼策略，正確還原原始音、視頻數(shù)據(jù)。

MPEG II的解碼模塊可以稱為CPU以外的核心模塊，MPEG II數(shù)字傳輸中采用交織編碼，首先需要對(duì)碼流進(jìn)行去交織，視頻、音頻和數(shù)據(jù)碼流的分離工作，以及視頻碼的解碼工作。經(jīng)以上各步驟MPEG－II碼流成為視頻和音頻數(shù)字信號(hào)。

1.3 機(jī)頂盒
機(jī)頂盒（英文名全稱是Set Top Box，簡稱STB）是指用來增強(qiáng)或擴(kuò)展電視機(jī)功能的一種信息設(shè)備，由于人們通常將它放在電視機(jī)的上面，所以被稱為機(jī)頂盒或頂置盒。目前機(jī)頂盒的主要功能就是，接收前端發(fā)送過來數(shù)字信號(hào)，并把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成為模擬電視機(jī)能夠識(shí)別處理的模擬信號(hào)。隨著數(shù)字電視業(yè)務(wù)的逐步增多，機(jī)頂盒的功能將會(huì)越來越豐富，在人們的日常生活中發(fā)揮越來越重要的作用。

機(jī)頂盒的分類：
數(shù)字電視機(jī)頂盒可以根據(jù)它的發(fā)展過程、軟硬件配置、功能及傳輸方式進(jìn)行分類。根據(jù)最常用的傳輸方式分類方法，機(jī)頂盒可以分為：a、有線數(shù)字電視機(jī)頂盒；b、衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒；c、地面數(shù)字電視機(jī)頂盒。

二、機(jī)頂盒硬件
機(jī)頂盒硬件就是一個(gè)稍微復(fù)雜的單片機(jī)硬件,有一個(gè)主芯片(CPU),有自己的存儲(chǔ)器,外圍電路,輸出端口等.
一個(gè)典型的單片機(jī)硬件:
*主芯片(CPU);
*存儲(chǔ)器(SDRAM,FLASH);
*輸出接口及顯示(LED);
*供電電源;

典型的機(jī)頂盒硬件包括：
•高頻頭
•主板
•智能卡插槽
•供電電源
•前面板


2.1 高頻頭（tuner）

主要功能---信道解碼：a、高頻濾波---將47MHz~862MHz之外的頻率信號(hào)過濾；b、信號(hào)放大---將傳輸過程中衰減的信號(hào)進(jìn)行放大處理；c、調(diào)諧---將射頻（RF）信號(hào)進(jìn)行選頻、降頻處理，輸出中頻（IF）信號(hào)；d、鎖定頻率；e、解調(diào)---處理中頻（IF）信號(hào)，輸出數(shù)據(jù)；f、環(huán)出射頻（RF）信號(hào)。

主要參數(shù)：a、接收頻率范圍：47~862MHz；b、輸入阻抗：75Ω；c、頻道帶寬：8MHz；d、輸入電平范圍：45~77ｄＢμV（64QAM）；f、支持符號(hào)率范圍：3.6~6.952MS/s；


2.2 主板
典型的機(jī)頂盒主板硬件包括：•主芯片 •內(nèi)存 •FLASH •E2PROM •外部接口

主芯片
主要功能：•解復(fù)用 •解擾 •信源解碼 •數(shù)模轉(zhuǎn)換
主要指標(biāo):•主頻MHz •指令處理速度MIPS


存儲(chǔ)器
態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）：只有在通電時(shí)才保持所存儲(chǔ)的信息；非易失存儲(chǔ)器（NVRAM）：用于存儲(chǔ)掉電后需要的數(shù)據(jù)，可在多種存儲(chǔ)器上實(shí)現(xiàn)，如FLASH和E2PROM.


外部接口

•RF輸入 •RF環(huán)出 •左右聲道輸出（RCA） •視頻基帶信號(hào)（CVBS）輸出 •S/P DIF數(shù)字音頻輸出 •S-Video端子輸出 •RS-232串口

2.3 智能卡插槽

主要功能：接收由主芯片解復(fù)用后的ECM信息和EMM信息，通過智能卡上的分配密鑰，逐步解密，得到CW（控制字），傳送給主芯片處理，得到解擾的音視頻數(shù)據(jù)。

件接收（CA）系統(tǒng)


2.4 供電電源
為機(jī)頂盒硬件的有源器件供電：•將220V的交流電壓轉(zhuǎn)為直流電壓；•向主板提供3V、5V、12V的直流電壓。


2.5 前面板
•面板按鍵輸入•紅外遙控輸入•LED顯示輸出



三、機(jī)頂盒軟件
機(jī)頂盒從硬件上來看可能只是一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)硬件，但是從整體上來看，它已經(jīng)不是一個(gè)單純的硬件設(shè)備了，它還包括了操作系統(tǒng)和大量的應(yīng)用軟件。[Page]
3.1 基本軟件功能
•搜索節(jié)目 •管理節(jié)目 •播放節(jié)目
搜索節(jié)目

管理節(jié)目

播放節(jié)目


3.2 軟件構(gòu)成
軟件系統(tǒng)是機(jī)頂盒的核心，通過軟件來驅(qū)動(dòng)硬件來完成各種功能。在機(jī)頂盒中，除了驅(qū)動(dòng)程序和主芯片自帶的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)外，我公司自己編寫的軟件主要包括以下幾種：•Booter；•Loader；•Application。

3.3 軟件更新
由于存在以下2種原因，機(jī)頂盒的軟件需要更新：•解決應(yīng)用中出現(xiàn)的問題；•滿足客戶的功能需求。軟件更新的方法有2種：•串口升級(jí)；•大網(wǎng)升級(jí)（OTA）。

四、機(jī)頂盒可實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)
4.1 視頻廣播業(yè)務(wù)
視頻廣播業(yè)務(wù)是數(shù)字電視的基本業(yè)務(wù)之一。終端機(jī)頂盒接收到數(shù)字信號(hào)后，播放service_type=0x01的電視節(jié)目，用戶可以收看運(yùn)營商前端播放的視頻節(jié)目。
4.2 音頻廣播業(yè)務(wù)
音頻廣播業(yè)務(wù)是數(shù)字電視的基本業(yè)務(wù)之一。終端機(jī)頂盒接收到數(shù)字信號(hào)后，播放service_type=0x02的電視節(jié)目，用戶可以收聽運(yùn)營商前端播放的音頻節(jié)目。
4.3 電子節(jié)目指南（EPG）業(yè)務(wù)
EPG的英文全稱是Electronic Program Guide，一般稱“電子節(jié)目指南”，它是傳輸流中所包含的亞信息。EPG的目的是為用戶收看電視節(jié)目和享受信息服務(wù)提供一個(gè)良好的導(dǎo)航機(jī)制，使用戶能夠方便快捷地找到自己關(guān)心的節(jié)目、查看節(jié)目的附加信息。終端機(jī)頂盒可支持EPG功能，詳細(xì)的EPG信息根據(jù)前端播放的表信息來顯示節(jié)目信息。
基本功能1、節(jié)目單：以“頻道_時(shí)間”方式提供一段時(shí)間內(nèi)的所有電視節(jié)目信息；2、當(dāng)前節(jié)目播放：從節(jié)目單中選擇當(dāng)前的節(jié)目進(jìn)行播放
擴(kuò)展功能1、節(jié)目附加信息：給出節(jié)目附加信息，如節(jié)目情節(jié)介紹；2、節(jié)目分類：按節(jié)目內(nèi)容進(jìn)行分類，如體育、影視等；3、節(jié)目預(yù)訂：在節(jié)目單上預(yù)約一段時(shí)間之后將要播放的節(jié)目，屆時(shí)自動(dòng)播放，4、家長分級(jí)控制：對(duì)節(jié)目內(nèi)容進(jìn)行分級(jí)控制。

4.4 準(zhǔn)視頻點(diǎn)播（NVOD）業(yè)務(wù)
準(zhǔn)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)通常由采編工作站、視頻服務(wù)器構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

準(zhǔn)視頻點(diǎn)播的實(shí)現(xiàn)，通常的做法是在一定的可用帶寬內(nèi)，把這個(gè)帶寬根據(jù)播放不同碼率節(jié)目流的需要預(yù)先分成幾個(gè)小的邏輯通道，然后這幾個(gè)邏輯通道按照一定的時(shí)間間隔來播放該節(jié)目。在終端機(jī)頂盒上，用戶就可以根據(jù)各通道節(jié)目的起止時(shí)間，選擇或預(yù)定任意一個(gè)通道的節(jié)目收看。例如，一個(gè)90分鐘的影片，我們?yōu)樗才?個(gè)通道進(jìn)行共享點(diǎn)播，每個(gè)通道的開演時(shí)間間隔是15分鐘，每15分鐘，就有一個(gè)通道從頭開演，只要用戶切換到開演的通道上收看就可以了。用戶的平均等待時(shí)間只有7.5分鐘。同時(shí)也可根據(jù)概率計(jì)算，在收看高峰期，播放影片開頭的通道可相應(yīng)的增加。

從上圖中，我們可以看出把一個(gè)節(jié)目（片長為1小時(shí)30分）編排在以這6個(gè)邏輯通道為一組的NVOD信道組上，那么0:00，0:15，0:30，0:45，1:00，1:15，1:30，1:45，2:00等都是本節(jié)目開始播出的時(shí)刻，只要在相應(yīng)時(shí)間到相應(yīng)的通道上去看，就可以從頭開始看一部影片。在機(jī)頂盒主頁菜單上，用戶可以看到上述的節(jié)目播出開始時(shí)刻表，用戶可以選擇自己方便的時(shí)間去收看。



4.5 數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)
數(shù)據(jù)廣播是***部門貼近群眾的民心工程。由中心控制播放所有的內(nèi)容到終端用戶，用戶信息安全，能夠很好地為文化宣傳服務(wù)，為家庭提供健康的資訊內(nèi)容服務(wù)。


4.6 證券業(yè)務(wù)

股票證券業(yè)務(wù)可實(shí)現(xiàn)功能
*股票實(shí)時(shí)行情：股票數(shù)據(jù)接收工作站接收實(shí)時(shí)的DBF庫文件，DBF庫文件經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后，通過數(shù)據(jù)廣播服務(wù)器打包后播發(fā)到HFC網(wǎng)上。
*公告資訊：把深、滬交易所的公告信息、金融證券資料整理，放在指定的播出目錄下，打包播出，可以在機(jī)頂盒股票分析軟件的相關(guān)目錄下收看到公告資訊。


4.7 廣告業(yè)務(wù)
目前國內(nèi)數(shù)字電視整體平移工作已逐步啟動(dòng)，數(shù)字電視平移項(xiàng)目投入成本相當(dāng)高，尤其終端機(jī)頂盒投入成本巨大，如何盡快地收回投資成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值利潤，向來是廣電運(yùn)營商所關(guān)心的問題。根據(jù)近幾年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)來看，單向機(jī)頂盒除了傳統(tǒng)的視音頻廣播收入是經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)來源外，NVOD、數(shù)據(jù)廣播也是新的利潤增長點(diǎn)。但是單憑這幾點(diǎn)，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。[Page]

實(shí)現(xiàn)的廣告插播業(yè)務(wù)主要有如下形式：
•機(jī)頂盒開機(jī)后正式進(jìn)入視音頻業(yè)務(wù)或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)容之前，自動(dòng)插播數(shù)秒的廣告信息。廣告內(nèi)容可以是動(dòng)、靜態(tài)廣告圖片或一小段廣告視頻流；
•在機(jī)頂盒主菜單界面上嵌入廣告信息。廣告內(nèi)容可以是動(dòng)、靜態(tài)廣告圖片或一小段廣告視頻流；
•在機(jī)頂盒音頻廣播背景畫面上顯示廣告信息。

廣告業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圖

廣告業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)方法
對(duì)于已經(jīng)投入使用的DVB系統(tǒng)平臺(tái)，一般EPG與前端復(fù)用器的集成已經(jīng)完成，因此，我們要做的工作只是找到一個(gè)尚有6M~10MHz左右?guī)捰嗔康念l道，并且相對(duì)應(yīng)的復(fù)用器能提供一個(gè)空余的ASI接口，然后在這臺(tái)復(fù)用器上做好設(shè)置將廣告碼流復(fù)用到該頻道就可以。

4.8 視頻點(diǎn)播（VOD）業(yè)務(wù)
視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)即VOD（Video On Demand）業(yè)務(wù)，用戶可以根據(jù)自己的喜好，從運(yùn)營商提供的節(jié)目庫中，選擇觀看節(jié)目，由原來被動(dòng)收看方式變?yōu)橹鲃?dòng)收看方式。根據(jù)不同的收看方式，互動(dòng)點(diǎn)播可以分為：1、按次點(diǎn)播：用戶點(diǎn)播每部節(jié)目，都及時(shí)扣除一次費(fèi)用，用戶可以在一定的時(shí)間段內(nèi)任意觀看該部節(jié)目；2、訂閱式點(diǎn)播：即包月點(diǎn)播，用戶一次性繳納所有費(fèi)用，便可以不受時(shí)間限制，隨時(shí)觀看點(diǎn)播節(jié)目。實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商快速盈利；
3、免費(fèi)點(diǎn)播：運(yùn)營商可以將部分節(jié)目設(shè)定為免費(fèi)提供，并在點(diǎn)播頁面上單獨(dú)列出，雖然這項(xiàng)服務(wù)不能為運(yùn)營商帶來直接的收入，但此服務(wù)可以為觀眾帶來VOD的真切體驗(yàn)，可以稱為數(shù)字交互電視的活廣告，來吸引沒有購買此類服務(wù)的用戶去購買并使用數(shù)字電視或VOD服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商也可以通過此方式來促進(jìn)、加快數(shù)字電視的整體轉(zhuǎn)換；視頻點(diǎn)播與視頻廣播業(yè)務(wù)最大的區(qū)別在于操作方式，觀看互動(dòng)點(diǎn)播節(jié)目時(shí)，用戶可以使用遙控器實(shí)現(xiàn)節(jié)目的快進(jìn)、快退、暫停、停止和快速拖動(dòng)。

4.9 時(shí)移電視業(yè)務(wù)
時(shí)移電視業(yè)務(wù)是雙向業(yè)務(wù)平臺(tái)的主要內(nèi)容之一，它在不增加雙向機(jī)頂盒硬件成本的條件下，通過有線電視網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“時(shí)移電視”功能。用戶在觀看電視的過程中，可象觀看DVD一樣“暫停”、“快退”和“快進(jìn)”，讓觀看過程更加輕松、隨意。相對(duì)于PVR（Personnel Video Recorder）機(jī)頂盒，時(shí)移電視業(yè)務(wù)的特點(diǎn)在于：前端視頻服務(wù)器對(duì)某些收視率高的頻道進(jìn)行實(shí)時(shí)錄制（前后有時(shí)間段限制）。而PVR則是使用機(jī)頂盒上的硬盤錄制。

4.10 互動(dòng)游戲業(yè)務(wù)
互動(dòng)電視游戲業(yè)務(wù)提供了多類互動(dòng)休閑游戲，如：棋類、牌類、麻將類、益智類等游戲，可同時(shí)應(yīng)用于雙向機(jī)頂盒終端及PC。與單向機(jī)頂盒集成的簡單游戲相比，互動(dòng)游戲具有覆蓋用戶廣、整體功能強(qiáng)、操作簡便和更改靈活等特點(diǎn)。必將成為未來用戶休閑娛樂的選擇之一，從而成為運(yùn)營商新的增值點(diǎn)。

五、機(jī)頂盒軟件升級(jí)
軟件更新用于對(duì)用戶進(jìn)行軟件升級(jí),解決以往問題常用的一種方法,也是技術(shù)支持工作中要用到的方法之一.
*串口更新軟件;
*空中升級(jí)新軟件;（OTA）

軟件更新原理
•FLASH規(guī)劃好各自軟件模塊的地址空間，軟件更新即是將FLASH的某個(gè)區(qū)間重新寫入新的程序；
•如軟件升級(jí)指的是對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行更新，當(dāng)然也可以對(duì)Boot、Loader及Font等其他資源進(jìn)行升級(jí)更新；


串口更新軟件


完結(jié)...