黄江春 郭健 王莹 灯塔电视台

数字电视机顶盒的组成及原理

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数字电视机顶盒是模拟电视向数字电视转换过程出现的一种新型的电视附加设备，这种电视附加设备可以接收并处理数字电视信号，并将其转换成模拟视/音频信号，利用这种附加设备还原出高质量的视听节目，使用户不用更换普通模拟电视机就能收看到数字电视节目。这种附加设备就是所谓的数字电视“机顶盒”，也称为“数字电视综合解码器”或“数字电视综合机顶盒”。

1 数字电视机顶盒的组成

在日常的接触中，一旦提到数字电视机顶盒，可能都会问该机顶盒采用哪个公司的芯片、中央处理单元(CPU)的速度是多少、闪存（Flash）容量有多大、存储器容量有多大、操作系统是什么，采用哪个公司的条件接收（CA）系统、是否有中间件、采用哪个公司的中间件等问题。的确，这些都是机顶盒的基本组成部分。一个完整的数字电视机顶盒由硬件平台和软件系统两大部分组成。其硬件功能主要是对接收的射频信号进行解调、信道解码、解复用、MPEG－2码流解码及模拟视/音频信号的输出。软件系统用来实现包括电视节目内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，直至机顶盒和个人计算机的互联以及和Internet的互联等都需要由软件实现。

数字电视机顶盒是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它既支持现有的模拟电视业务，又适应目前及未来的数字视频业务，它必然是一种集计算机、电视和电信技术相结合的高科技产品。数字化、交互式是数字机顶盒的生命力所在。但就数字电视机顶盒的基本功能，从信号的处理和应用操作上看，其组成可以包含以下几个层次，如图1所示。

1.1 物理层和连接层（链路层）

物理层和连接层包括高频调谐器，QPSK/QAM/OFDM/VSB解调部分，完成各种系统传输信号的接收和信道解码，包括卷积码解码、支交织、RS（里德－索罗门）码解码、解能量扩散等。

1.2 传输层（网络层）

传输层包括解复用，它把MPEG—2传输流（TS）分成视频流、音频流和数据包。

1.3 节目层

节目层包括各种解码器，主要任务是信源解码，即MPEG—2视频解码、MPEG/AC—3音频解等，同时完成需要的D/A转换。

1.4 用户层(应用层)

用户层主要为用户服务，用户通过这个层面对机顶盒进行操作，浏览及遥控操作;同时获得需要的信息，如各种服务信息电子节目指南(EPG)，图形用户界面(GUE)，条件接收及数据解码信息等。

1.5 接口层（输出接口）

机顶盒一般均具有丰富的输出接口，通过输出接口与电视机、扬声器或音箱及其它外部设备相连接，并完成低速的数据通信。通常有模拟视/音频接口，数据接口等．有时也把键盘、鼠标归到这里。

实际上，一个完整的数字电视机顶盒由硬件平台和软件系统组成，如图2所示。可以将其为四层，从底向上分别为：硬件层、底层软件层、中间层（Middleware）层、应用软件层，其中硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用程序和下载的应用程序，通过这些应用程序实现了机顶盒的各种功能（如：EPG、VOD、数据广播、IP电话和可视电话等）；中间件将应用软件与依赖于硬件平台的底层分隔开来，使应用程序不依赖于具体的硬件平台。

这里的中间件是一个纯软件技术，也是一个比较笼统的概念。一般来说，中间件是指位于数字机顶盒内部实时操作系统与应用程序之间的软件部分，就相当于电脑中的Windows操作系统。中间件产品一般由非节目提供商和数字电视机顶盒制造商的第三方提供，它非常方便于网络运营商对新业务的开发和应用推广，特别是决定数字电视交互式业务成败的关键。

2 数字电视机顶盒的原理

在图2中，数字电视机顶盒由高频头（调谐器）、QPSK/QAM/OFDM/VSB解 调 器、TS流 解 复 用 器、MPEG—2解 码器、PAL/NTSC视频编码器、音频D/A、嵌入式CPU系统和外围口、CA模块等组成。其工作过程大致如下：高频头（调谐器）接收来自卫星或有线网络等的射频信号并下变频为中频信号，经QPSK或QAM等解调器进行解调，完成信道解码，输出包含视/音频和其它数据信息的TS流，TS流中一般包含多个视/音频流及一些数据信息。TS流解复用器则用来区分不同的节目，提取相应的视/音频PES流和数据PES流。其中视频PES流送入MPEG—2视频解码器进行解码，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流送入音频解码模块进行解码，输出PCM音频数据到D/A变换器，变换成立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。同时还能完成数据PES流多种应用的接收、解析。对于付费电视，条件接收模块对视/音频流实施解扰，并采用含有用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看数字电视节目。

3 结束语

庞大的市场空间、数百亿的产值吸引了众多的商家从事STB的生产制造。虽然目前运营商在大规模推广数字电视，搞全网的整体平移，但这一切并没有带来STB行业的繁荣，也没有促进STB技术的大力发展，反而给数字电视行业造成了很多的困惑。如何顺应技术的发展，把握技术发展的方向，不仅仅是制造商需要关注的问题，更应引起运营商们的关注，需要各方面共同努力，尽快为数字电视创造一个良好的可持续发展的空间。

[1]吴顺学，左大方，潘福，李安，王翀，吴新昊。数字电视实用技术。北京：教育科学出版社，2009.

[2]王明臣，姜秀华，张永辉。数字电视与高清晰度电视。北京：中国广播电视出版社，2003.