机顶盒必备基础知识

1、有线电视数字机顶盒的关键技术1、根据传输媒介的不同，数字电视机顶盒分为：数字卫星机顶盒DVB-S）；地面数字电视 机顶盒（DVB-T）；有线电视数字机顶盒（DVB-C）。2、根据图像清晰度的不同，机顶盒分为：标清机顶盒；高清机顶盒。3、根据是否双向互动，机顶盒又可分为：单向机顶盒；双向互动机顶盒。第一、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

2、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

3、，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CP

4、U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

5、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。第二、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

6、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

7、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

8、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

9、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。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

10、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-descr

11、iptor，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 Cardo 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就可以将扰的传输流进行解扰。加解扰技术分为同密和多密技术。同密技术 是将两家或两家以上的条件接收（CA）系统应用于同一网络平台之中，从有线电视台角度是实现技术的选择和竞争的环境。多密技术要求机顶盒采用CI技术，实现同一机顶盒可接 收不同CA系统加密节目。从用

12、户角度来讲，不会因购买是一家CA的机顶盒而受到限制， 用户还有选择其CA服务的可能性。优化机顶盒音视频接口设计视频链路设计的优化-传统的主芯片的模拟输出信号有CVBS（复合视频）或YPbPr（分 量视频）。传统设计中，通常在主芯片的DAC输出端会加入电感电容组成的型滤波器。滤 波器的主要目的有两种：第一是消除在视频编码器采样过程中，引入的大于Nyquist频率的 噪声；第二是提供负载驱动能力。通常，负载驱动能力可以用一级NPN管实现（传统的分立元件滤波方案只能驱动1路视频负 载）。由于通道数达到6个通道（1个CVBS、1组S-Video和1组YPbPr），分立元器件的数目 会非常庞大，从而导致

13、PCB板面积变得非常地大。当然，成本也会增加。同时，焊点的增 加以及电感和电容的生产良品率，也导致生产成本的增加。再者，电感的一致性问题，将在 返修时给维修人员增加故障发现的难度，从而增加了维修成本。随着视频信号从480i进入720p/1080i，高清视频信号的带宽增加，传统的滤波电路越来越 难以保证3路视频通道之间信号的一致性。这时，基于CMOS工艺的集成视频滤波器的优 势就非常明显，其主要体现在四个方面：第一，相比于传统的分立元件滤波方案，集成方案能够提供6阶滤波。比如对于CVBS复 合视频信号，基于CMOS工艺的集成滤波芯片DIO2543,可以确保在27MHz采样频率达到 50dB的衰减

14、。第二，ESD保护功能。帝奥微电子公司的DIO2543（三通道标清滤波器）、DIO2563（三通道 720p高清滤波器）、DIO2531 （单通道CVBS滤波器）和DIO2564A（集成三通道高清YPbPr和 单通道CVBS滤波及驱动功能），均提供了高达8kV的HBM（人体模式）的防静电保护，同时， CDM（器件充电模式）达到2kV，可以有效保护量产的质量。特别是在寒冷干燥的冬天，ESD 性能越来越成为厂家选择音频和视频产品的首选指标。第三，带宽可选的灵活性。比如DIO2583可以在480i、480p、1080i和1080p不同的视频模 式之间切换，提供不同的带宽，达到重建视频的效果。最后，当

15、然是成本了。集成视频滤波器带有8kV的ESD保护功能，同时可以驱动双负载（75 Q ），带有SYNC电平嵌位功能的视频集成滤波器，有效降低PCB板的大小超过50%以上。 同时，用户无需担心生产线上元件的一致性及焊点数目。如果选用DIO2583,则无需担心输 出视频从480i升级到720p或者1080p（设计无需改动）音频链路的优化设计-基于单电源供电（9V）的语音运放音频驱动方案，是目前大多数 机顶盒的解决方案。通过外围的上下电降噪回路来消除破音。由于高压运放本身工艺的限制， 往往ESD性能只有1000V以下，在600Q的负载条件下，总谐波失真（THD）严重。采用基 于CMOS设计的运放，可以

16、在提高ESD性能到8kV的同时，大幅降低总谐波失真。帝奥微 电子提供了多种解决方案：DIO2062/DIO2072（5V的高性能运放）、DIO2102和 DIO2112H/DIO2113。DIO2062/DIO2072是高性能输入和输出轨对轨运放。这两种器件没有 集成上下电去噪电路，但可以免除9V供电电源。这样便能大副降低系统的设计成本，允许 系统设计人员无需9V输出的电源模块。DIO2102是5V供电的语音驱动芯片。其内置了上 电和下电的去噪电路，输出幅度可达到3V RMS。DIO2112H和DIO2113允许3.3V供电输 出幅值达到2V RMS。这二者采用3.3V单电源供电，具有去噪功能

17、。特别是DIO2113的封 装大小仅为1.8x1.8mm或3.24mm2，能够极大减小PCB面积一一该封装大小是常规运放采 用的SOIC-8封装(29.4mm2)的大小的11%。在大幅降低PCB面积的同时，它提供了卓越的 THD和ESD性能。优化音频和视频接口的解决方案，不但能够帮助降低系统的设计成本， 提高系统的可靠性，同时还可降低生产风险和成本，为系统设计早日投入市场极大降低设计 周期。未来随着高清机顶盒、IPTV设计以及三网合一的市场发展，越来越多的设计需要一 致性、可靠性以及高品质的高清画面。工作原理机顶盒的高频头接收来自广电有线网络的射频信号，然后通过QAM解调器来完成信道的解码，送

18、出包含多路视频、音频信号和其他数据信息的传送流给 CPU的解复用器；CPU内的解复用器则用来区分不同的数字电视节目，提取相应的视频、 音频和数据流，送入MPEG-2解码器和对应的解析软件完成解码操作；对于付费电视，条 件接收模块对加扰的视频、音频实施解扰，解扰后的清流进入MPEG-2解码器完成解码操 作；PEG-2解码器完成视频、音频信号的解码后，经过视频编码器和音频D/A转换，还原出模拟的视频、音频信号，在常规彩色电视机上显示高质量的图像，并提供多声道立体声 节目供用户收看。数字电视机顶盒的工作原理数字电视机顶盒由高频头、QAM解调器、TS流解复用器、MPEG 2解码器、PAUNTSC视频编

19、码器、嵌人式CPU系统和外围接口、 CA模块和上行数据调制器组成。数字电视机顶盒的工作过程大致如下：高频头接收来自有 线网的高频信号，通过QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其他数 据信息的传送流门蜀。传送流中一般包含多个音、视频流及一些数据信息。解复用器则用来 区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，送人MPEG 一 2解码器和相应的解析 软件，完成数字信息的还原。对于付费电视，条件接收模块对音、视频流实施解扰，并采用 含有识别用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看。MPEG 一 2解码器完成音、 视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音

20、、视频信号，在常规彩 色电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。数字电视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：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，里德一索罗门解码，解能量扩散。传输层：包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数据包。节目层：包括MPEG2视频解码。MPEG/AC-3音频解码。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。输出接口：包括分模拟视音频接口，数字视音频接口，数据接口，键盘，鼠标等。2

21、.数字电视机顶盒关键技术数字机顶盒集中反映了多媒体、计算机、数据压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技 术和网络技术发展水平，因此技术含量非常高，它所涉及的关键技术主要有：(1)复用和解压缩技术：模拟信号数字化后。信息量剧增，数据压缩必不可少MPEG2 视频压缩标准在数字电视中广泛采用，适用于多种清晰度图像质量：MPEG4则采用基于对象的压缩编码方法，它把图像和视频分割成不同的对象分别处理， 不仅提高了数据压缩比，还能实现许多基于内容的交互功能，为多媒体数据压缩编码提供了更为广阔的平台。随着大规模集成电路技术及嵌入式系统技术的广泛应用，数字机顶盒硬件实现多采用专用芯 片或数字信号处理(DSP，DigitalSignalProcessing)芯片，将CPU 内核与 MPEG-2、MPEG4 传输流解复用器、DVB通用解扰器、MPEG音频视频解码器和NTSC/PAL编码器集成，形 成STB的核心芯片。以实现实时解复用和实时数据信息处理。下行数据解调与信道解码技术：压缩后的数据