有线数字电视机顶盒学习总结

机顶盒学习总结 1、机顶盒简介 2、机顶盒主要功能 3、机顶盒分类 4、机顶盒的工作原理 5、以数字电视为例说明 6、机顶盒的硬件结构 7、机顶盒的软件架构 一、机顶盒的概念 机顶盒（STB：Set Top Box）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。 从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外 ，专指数字电视机顶盒。 有线数字电视机顶盒是CATV网络综合业务终端设备之一。 机顶盒的其他描述 数字电视机顶盒接收各种传输介质来的数字电视和各种数据信息，通过解调、解复用、解码和音视频编码(或者通过相应的数据解析模块)，在模拟电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。 　机顶盒是一种能提供模拟音频和视频接口，使现在的模拟电视机能正常接收节目；同时，还能提供数字电视、数字广播接口，提供交互式功能的接口装置。它一头接 有线电视 网的同轴电缆，一头接用户家里的电视机。专门为不打算买电脑和用电脑的广大用户设计。 二、机顶盒的主要功能 机顶盒的基本功能是接收数字电视节目和广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，如： EPG：电子节目，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，目前软件一般都支持7天的节目预告信息显示，用户可以预约想看的节目，预约时间到以后系统会自动提示用户确认收看已预约的节目； DB ：数据广播，给用户提供新闻资讯、政务时要、分类广告、票务信息、电子报纸、天气预报等信息； Stock：股票，提供实时的股市行情、实时行情数据、股票分时数据、股票日线数据等信息； 机顶盒的主要功能 （二） VOD：准视频点播，是单向数字电视系统增值业务之一，广电前端利用视频服务器将一个数字电视节目在几个数字通道中延时播放，使用户在点播该节目时可以等待一段时间后完整地观看该节目，用户可以预约想看的节目，预约时间到以后系统会自动提示用户确认收看已预约的节目； CA：条件接收，条件接收技术的核心是加扰和加密，是广电保障有授权用户收看加密节目的一种机制； VOD：视频点播，双向机顶盒的特性功能。 机顶盒的分类 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。 有线数字电视机顶盒为例 其工作原理如下：有线数字电视机顶盒接收有线数字电视机顶盒接收数字电视节目、处理数据业务和完成多种应用的解析。信源在进入有线电视网络前完成两级编码，一是传输用的信道编码，另一级是音、视频信号的信源编码和所有信源封装成传输流。与前端相应，接收端机顶盒首先从传输层提取信道编码信号，完成信道解调；其次是还原压缩的信源编码信号，恢复原始音、视频流，同时完成数据业务和多种应用的接收、解析。  数字电视机顶盒结构图 数字电视示意图 数字电视机顶盒的工作过程 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、视频和其它数据信息的传送流(TS)。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，送入MPEG－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－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、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。 数字机顶盒的结构分层 机顶盒的层次 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：包括分模拟视音频接口，数字视音频接口，数据接口，键盘，鼠标等。  数字机顶盒包含几个重要模块 　a. 调制解调模块 　b. 编解码模块 　c. MPEG II的解码模块 　d. 数字视频编码器和音频DAC e. 图形控制模块 　f. 媒体访问控制模块MAC 　h. 可擦写DVD 　i. 加解扰模块和版权保护模块 　　a. 调制解调模块 数字机顶盒工作在有线电视网络状态下，有线电视网采用模拟传输，因此必须对数字信号进行调制和解调才能在模拟信道传输，调制解调器是系统关键的组成部分，在技术上类似现在的电话调制解调器的原理，但采用了更高的调制方法，下行多采用64 QAM 或256QAM，在 DVB -C(Digital Video Broadcast by Cable) 和DAVIC中采用64QAM做为调制方法，以Motorola 的MC92305QAM 解调芯片为例，在7M模拟带宽上采用64QAM调制的数字信号速率可达42Mbit/S，上行目前采用两种方式，一种是采用电话线做为上行信道，另一种是采用双向HFC网的上行通道，采用HFC网时采用QPSK做为调制。QAM或QPSK调制器将MPEG格式的数据流调制在一个标准的PAL信道内，与其他视频调制信号一起合路发送出去。 　b. 编解码模块 由于采用模拟通道，为保证数据传输的可靠性和低误码率，前向纠错编码是必不可少的，DVB 采用Reed Solomon编码，RS码是一类纠错能力很强的多进制BCH码。 　　c. MPEG II的解码模块 数字机顶盒的核心是数字视频技术，MPEGII的解码模块可以称为CPU以外的核心模块，MPEG II数字传输中采用交织编码，首先需要对码流进行去交织，视频、音频和数据码流的分离工作，以及视频码的解码工作。经以上各步骤MPEGII码流成为视频 (CCIR656 格式)和音频数字信号。MPEG多路复用器将各路节目流、数据流复合在一起，以188字节为一帧的MPEG2数据格式发送到射频调制器并提供电子节目单 (EPG)。 d. 数字视频编码器和音频DAC 数字机顶盒的“外设”是电视机和音响系统，数字的音视频信号必须转换为模拟音视频信号，以Motorola公司的MC44724为例，MC44724可以将ITU601、656标准4:2:2 并行视频数据转换为PAL或NTSC格式的视频、S-Video、Y/Cb/Cr 或R/G/B，扩展的VBI(Vertical Blanking Interval)信息输入口用于显示图文信息。音频DAC非常普遍这里不再介绍。现代音响系统都支持Dolby Pro Logic和Lucasfilm Home THX家庭影院系统，需在音频DAC之前用数字音频信号处理芯片对数字音频信号进行处理，目前有专用处理芯片和采用数字信号处理芯片DSP进行处理两种方式。 　e. 图形控制模块 和视频图形混合器数字机顶盒另一方面需要提供类似计算机的复杂图形甚至是三维图形，需要系统具有强大的二维和三维图形加速芯片，而且需要将图形和视频信号能进行混合叠加显示，此类功能类似现有的字幕机。 f. 媒体访问控制模块MAC 数字机顶盒在网络通信上可以看成是Cable Modem，IP路由器接收用户端通过PSTN( 公用电话网)传来的点播信号并传送到Internet服务器/ 路由器。目前主要参照DAVIC和IEEE 802.14 标准，IEEE802.14倡导采用ATM并在802.14 MAC访问层上定义了ATM层，DAVIC同时定义了以太网和ATM标准。 　　h. 可擦写DVD 现有数字机顶盒完全工作在网络环境，仅能利用智能卡进行一些类似个人帐号、解码号等信息的储存，不具备本地大数据存储功能，所有信息需要从网上获得，无论现在网络状况还是今后，像CD-ROM此类介质仍是大容量信息传递的一种主要方式，CD-ROM的缺点是信息无法更新。采用可擦写DVD不仅可以使用光盘上的巨大信息，更有效的是通过Internet网进行数据更新，使DVD盘上数据保持最新状态，DVD应成为数字机顶盒的重要的备用模块。 i. 加解扰模块和版权保护模块 在 有线电视 运营中，付费电视是一种主要的业务，要求 数字机顶盒 必须具备电视信号的加解扰功能，由于采用数字信号，加解扰比模拟信号加解扰容易和保密度高， DVB 对加解扰功能有相关定义，另一方面，采用数字信号在版权保护上加大了难点，目前采用Macrovision generator 进行活动图像的保护。 机顶盒硬件结构图 机顶盒的硬件结构 主板 主板上的主要器件及作用： CPU：CPU是数字电视机顶盒的心脏，它与存储器模块用来存储和运行软件系统，音视频硬件解码并对各个硬件模块进行控制。接口电路提供丰富的外部接口，包括通用串行接口USB，以太网接口及RS232，模拟、数字视音频接口，数据接口等； FLASH：非易失存储器，主要存储软件程序、保存节目信息等； SDRAM/DDR：随机存储器，主要运行机顶盒的程序等； EEPROM：电可擦写可编程存储器，读写速度比较快，用于存储经常读写的节目相关信息或系统参数等； TUNER：将射频信号降为中频信号； DEMODULATER：信道解码，给CPU提供解调后TS流。 机顶盒硬件示意图 机顶盒硬件实物图 机顶盒的硬件结构 电源板/适配器 给机顶盒提供工作的电压电流。 前面板 前面板主要提供给用户一些常用的功能按键、电源指示灯、信号锁定指示灯等。 后端子板 后端子板包括各种输出的接口，射频信号输入、射频信号环出、IR连接线接口、视音频输出接口、电源适配器接口。 智能卡板 智能卡的读卡器。 数字电视机顶盒结构图 机顶盒硬件组成 （1）网络接口模块（NIM）：网络接口模块完成信道解调和信道解码功能，送出包含视音频和其他数据信息的传输流（TS）。 （2）信源数据传输流解复用器：传送流中一般包含多个音视频流及一些数据信息，传输流解复用器用来区分不同的节目，提取相应的音视频流和数据流，送入视音频解码器和相应的解析软件。 （3）条件接收模块：对于付费电视，条件接收模块还对音视频流实施解扰，并采用含有识别用户和记忆功能的智能卡，保证合法用户正常收看。 （4）视音频解码器和后处理：MPEG-2解码器完成对音视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音视频信号，在模拟电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。 （5）嵌入式CPU与存储器模块和接口电路：嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏，它与存储器模块用来存储和运行软件系统，并对各个硬件模块进行控制。接口电路提供丰富的外部接口，包括通用串行接口USB，以太网接口及RS232，模拟、数字视音频接口，数据接口等。 数字电视机顶盒软件系统 操作系统功能 操作系统一般采用实时操作系统。在这个操作系统中主要完成进程调度、中断管理、内存分配、进程间通信、异常处理、时钟提取等工作。 硬件驱动功能 硬件驱动部分提供外围硬件设备的驱动，包括I2C总线、异步串行通信口、并行通信口、非易失内存、键盘、遥控器、调谐器、信道解码模块等。 图形接口功能 图形接口主要用于完成图形显示功能，以便于为用户提供友好的图形用户界面。 音频解码和视频解码驱动功能 音频解码和视频解码驱动用于控制音频解码和视频解码硬件的工作。 解复用和数据表提取模块功能 解复用和数据表提取模块主要是对码流解复用和数据表提取操作的控制。 应用程序编程接口功能 应用程序编程接口将所有与硬件相关的底层函数映射到一个统一的接口上，并且提供一些与硬件无关的公用处理函数，比如网络、图形格式分析、业务信息数据表分析等 条件接收驱动功能 条件接收驱动用于完成条件接收处理的工作和软件接口。应用程序编程接口为应用程序提供了一个公共的编程接口，把应用程序与硬件屏蔽开，使得应用程序与硬件无关。这样，就便于实现应用程序的可移植性。 软件部分的主要组成以及功能 （1）中间件 （2）SI/EPG （3）节目业务搜索 中间件 中间件是数字电视接收系统的软件平台，为数字电视应用提供运行环境和软件接口。中间件作为 数字机顶盒 中的一个独立的软件层，将应用软件与底层硬件和操作系统隔离开，对操作系统和驱动程序定义了统一接口，同时对应用程序也定义了统一接口，另外对常规数字广播电视业务和增值业务也提供统一接口。中间件定义了一组较为完整而标准的应用程序接口，使应用程序独立于操作系统和硬件平台，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。它通常由Java 虚拟机、网络浏览器、图像与多媒体模块等组成，中间件将应用软件与依赖于硬件的驱动层软件分隔开来，使应用软件不依赖于具体的硬件平台。 SI/EPG 业务信息（SI）包括：节目业务群关联表（BAT）、节目业务描述表（SDT）、节目段（EIT）、运行状态表（RST）、时间及日期表（TDT）、时间偏移表（TOT）等。通过这些数据表，机顶盒可以向用户提供节目的内容描述、节目的类型、节目的播放时间、节目的分级等信息。机顶盒在解复用的处理中提取这些数据表，通过分析和处理，然后通过用户界面提供给用户，形成了电子节目指南（EPG）。用户浏览这些信息，并做出选择，通过遥控器、键盘或按键等输入设备告知机顶盒根据用户的选择提取相应的节目码流或数据码流。 节目业务搜索 在模拟电视系统中，电视频道的搜索只需要按照频点逐一进行即可。而在数字电视系统中，频道与节目业务不再是一一对应的关系，信道传输系统的参数也有多种配置方式。因此，机顶盒对节目业务的搜索要对应前端广播系统进行设计。一般是由运营商指定一个固定频道，作为频道配置信息的发布频道。在机顶盒中预先内置该频道参数。 业务信息表 PSI /SI TS 流产生方框图 业务信息表 PSI /SI MPEG-2 TS 流结构 业务信息（SI）总体结构图表 MPEG-2定义的信息 PSI DVB定义的信息 强制性 可选择 PAT 节目关联表举例 表格内容 注解 Table id = 00 按MPEG-2标准，PAT的表号为0 Transport stream id 复合传输流号 Program number 0 存在NIT表 PID of NIT 用于NIT的表号 Program number 1 第一套节目号 PID for PMT of Program #1 第一套节目的PMT表号 Program number 2 第二套节目号 PID for PMT of Program #2 第二套节目的PMT表号 …… Program number N 第 N 套节目号，N= 16 bit PID for PMT of Program #N 第 N 套节目的PMT表号 CRC 32 32 bit PAT 表校验码 PMT 节目映射表举例 Table id = 02 按MPEG-2标准，PMT的表号为02 Program number PMT表中的节目号 PCR PID 本节目码流的参考时钟包的PID号 Stream type 1 ES流类型，例如视频、音频、数据 Elementary PID 1 ES包的PID号 ES info. Length 1 ES包的长度描述 Descriptors 1 关于ES 包的附加数据，例如ECM的PID Stream type 2 ES流类型，例如视频、音频、数据 Elementary PID 2 ES包的PID号 ES info. Length 2 ES包的长度描述 Descriptors 2 关于ES 包的附加数据，例如ECM的PID …… …… CRC 32 32 bit PMT 表校验码 CAT 条件接收表举例 Table id = 01 按MPEG-2标准，CAT的表号为01 CAS #1 第一套节目CA系统 Vendor id 1 第一套节目CA系统经销商识别号 EMM PID 1 第一套节目CA系统EMM信息包的PID号 CAS #2 第二套节目CA系统 Vendor id 2 第二套节目CA系统经销商识别号 EMM PID 2 第二套节目CA系统EMM信息包的PID号 CAS #3 第三套节目CA系统 Vendor id 3 第三套节目CA系统经销商识别号 EMM PID 3 第三套节目CA系统EMM信息包的PID号 …… …… * Vendor卖主。 机顶盒解码工作流程 …… …… PID=56 节目# k …… …… PID=33 节目# 2 PID=22 节目# 1 PID=16 节目# 0 复合传输流TS …… V A PAT A V PMT PAT A PAT V PMT …… 流向 PAT PID=0 PAT PID=0 PAT PID=0 PMT PMT V V V A A A ① ③ ② 码流# 1 视频块# 1 PID=54 码流# 2 音频块# 1 PID=48 码流# 3 音频块# 2 PID=49 …… …… …… 码流# k 数据块# 1 PID=55 …… …… …… * 三步走的战略： ①找到PID=0的包组,重建PAT ②根据所选节目号,找到PMT,重建PMT表 ③根据PMT重建ES流 ④如果节目来自多个TS流,先在PAT表里的NIT找到节目所在的频道或TS流,再重复以上工作. 机顶盒特有功能原理简介 1、EPG 2、NVOD 3、数据广播 4、PPV/IPPV 5、Loader在线升级 6、双向交互 7、Dolby AC-3 1、EPG电子节目指南 EPG的作用： 为用户收看电视节目和享受信息服务提供良好的导航机制，服务门户。 使用户方便快捷地搜索到自己关心的节目和信息 。 1、EPG电子节目指南 EPG的基本功能： ①节目预告 ②当前节目浏览 ③节目附加信息 ④节目分类 ⑤节目预定 ⑥家长分级控制 EPG在前端系统中的位置 2、NVOD准视频点播 原理：多通道时间错开滚动播出，实质：单向广播，人机交互 机顶盒查找SDT、EIT等获得NVOD信息，建立NVOD业务。 2、NVOD准视频点播 缺点： 播出时间用户不宜掌握 需要建立随机收费系统 播出内容又十分有限： Mon. Tues. Wed. Thurs. Fri. Sat. Sun. 地道战 地雷战 南征 北战 黑山 阻击战 塔山 阻击战 甲午 海战 休息 * 星期天,不打了. 3、数据广播 数字化后，多种媒体数据已无本质区别。 数据广播的六种业务类型: 数据管道 数据流 多协议封装 数据轮播 对象轮播 特定业务 3、数据广播 数据管道 用于数据广播业务，数据直接封装在 MPEG-2的TS包载荷中传输。 典型应用：实时证券广播。 3、数据广播 数据流 异步或同步的数据广播业务，数据封装在节目基本流(PES)的包中传输。 异步数据流定义为只有数据、没有任何时序要求的流。 同步数据流定义为带时序要求的流。这种情况下，接收端能够再生数据和时钟，并将其放入同步数据流中，例如E1，T1。 典型应用：会议电视。 3、数据广播 多协议封装 支持需要通信协议来传输数据报的数据广播业务，即交互式数据广播业务。 典型应用：IP Over DVB（CM上网） 3、数据广播 数据轮播 支持周期性地广播数据业务，循环轮播中随时更新、添加、删除数据。 典型应用：新闻、教育、天气、电子政务… 3、数据广播 对象轮播 针对特定对象进行周期性地广播数据业务。 典型应用：数据信息点播业务、 用户交费信息等。 3、数据广播 数据广播应用实例 阳光政务 股票 音频 …… 4、PPV按次付费/IPPV即时按次付费 都是付费电视 都需要收费机制 都需要机顶盒显示事件和订购信息 5、Loader在线升级 在线升级是机顶盒的必备功能。 机顶盒自动下载（Download Code）最新版本应用程序，完成应用软件升级。 前端发布的升级程序以特定业务格式数据广播，BAT节目群关联表中包含描述信息和下载指导信息。 Flash中存放的应用程序更新换代。 6、双向互动 机顶盒内置Cable Modem 采用DOCSIS标准 CMTS与CM双向通信 网络及终端具有双向功能之后的飞跃 -----可开展交互式电视服务。 ITV交互式电视简介 定义及其分类 交互电视是一种受用户控制的视频分配业务，可让观众自由决定在何时观看何种节目。 以ITV为标志数字电视进入了第二代： 第一代是传输体制变革，模拟向数字过渡； 第二代是收看方式的变革，广播式向交互式过渡。 ITV交互式电视简介 交互电视服务的主要应用有以下几个方面： ☉电影点播（Movies On Demand） ☉交互电视新闻（Interactive TV News ） ☉商品目录浏览（Catalog Browsing） ☉远程学习(Distance Learning) ☉交互视频游戏(Interactive Video Games) ☉交互广告(Interactive Advertising) 、ITV交互式电视简介 交互电视服务根据交互程度分为五个等级 交互等级 操作方式 典型应用 极低（0） 观众可转换频道和节目 NVOD、Pay-TV 低（1） 观众可与前端交谈， 像控制VCR一样操纵节目播放 TVOD 中（2） 观众可与前端交谈， 像控制LD一样操纵某段节目播放 互动电视剧 电视商场 高（3） 观众可自由选择服务器， 和其他服务节目 即时交易 电视游戏、远程教育 完全交互（4） 观众可自由选择服务器， 且和其他用户交谈 提供即时语音 和图像通信 ITV交互式电视简介 ITV系统的组成框图 ITV节目源 宽带网 用户终端 业务管理系统 视频 服务器 ITV交互式电视简介 视频服务器是交互电视系统的关键设备，它实际上是一个存储和检索视频节目的信息系统。 ITV交互式电视简介 事物处理系统处理的是服务器与机顶盒之间的控制指令，数据库中存有节目目录、存放位置、服务器资源使用情况，它向码流输出系统发出操作指令，并向业务管理系统提供计费信息。 码流输出根据输出调度命令输出节目，并汇报情况，修改事物数据库中的数据。 ITV交互式电视简介 视频服务器功能： ①大容量视频存储器 ②实时、连续、快速地传输节目流 ③交互控制能力 ④具有用户访问机制（安全） ⑤有自愈能力（可靠） ITV交互式电视简介 ITV系统付费方式： ①按次付费（PPV） ②准交互式计费 ③交互式计费 ITV交互式电视简介 ITV用户及收费系统组成 * Vendor卖主。 * 三步走的战略： ①找到PID=0的包组,重建PAT ②根据所选节目号,找到PMT,重建PMT表 ③根据PMT重建ES流 ④如果节目来自多个TS流,先在PAT表里的NIT找到节目所在的频道或TS流,再重复以上工作. * 星期天,不打了.