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第8章有線數(shù)字電視的接收技術(shù)8.1模擬有線電視接收終端8.2有線數(shù)字電視接收終端設(shè)備8.3有線數(shù)字電視接收機(jī)頂盒技術(shù)8.4各公司有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的介紹
8.1模擬有線電視接收終端
8.1.1模擬有線電視終端的特殊性
從本質(zhì)上講,現(xiàn)行的模擬有線電視系統(tǒng)使用的終端接收機(jī)就是彩色電視機(jī),在系統(tǒng)中可稱為解調(diào)設(shè)備。這些彩色電視機(jī)基本上分為兩類:一類是不具有CATV功能的普通彩色電視機(jī);另一類是具有CATV功能的新型彩色電視機(jī),目前這類彩色電視機(jī)是主流。模擬有線電視終端的特殊性要回答的是:如何利用普通彩色電視接收有線電視信號,以及為了保證在接收有線電視信號時能得到滿意的圖像和伴音效果,應(yīng)該采取怎樣的對策。8.1.2采用普通彩電接收鄰頻CATV信號存在的問題和解決方法
有線電視的鄰頻傳輸與無線廣播電視的隔頻傳輸在整體上完全不同。無線電視隔頻傳輸方式對邊帶及帶外信號的抑制要求不很高,設(shè)備易制作,接收機(jī)也易于適應(yīng);有線電視信號是鄰頻傳輸,所以有線電視臺在接收到當(dāng)?shù)責(zé)o線電視臺的信號后,必須靠前端頻道處理器和調(diào)制器對信號進(jìn)行必要的處理,把射頻解調(diào)至中頻,再進(jìn)行信號的整形,利用聲表面波濾波器來提高邊帶及帶外信號抑制的能力,并通過調(diào)整圖像信號電平的大小來改變A/V比,消除伴音信號對鄰頻道信號的干擾,使無線信號達(dá)到能進(jìn)行鄰頻傳輸?shù)囊蟆H绻贿M(jìn)行上述的鄰頻處理,直接用無線電視信號進(jìn)行鄰頻廣播,那么串入用戶接收機(jī)的干擾信號會使用戶電視機(jī)上的畫面在觀看某個頻道節(jié)目時,背景有另一頻道的圖像在走動,以及伴音對圖像信號的干擾。因此,目前的無線電視不可能進(jìn)行鄰頻傳輸。
2.本振頻率的穩(wěn)定性要求高
要實(shí)現(xiàn)鄰頻接收,電視接收機(jī)的高頻調(diào)諧器本振頻率漂移必須小,否則,電視機(jī)的選擇通道不會正好落在系統(tǒng)的頻道上,而會跨在兩個頻道之間,造成相互干擾。彩色電視機(jī)一般都有自動頻率控制(AFC)功能,可使高頻調(diào)諧器準(zhǔn)確調(diào)諧于接收頻道上,自然頻移一般在?±100kHz以內(nèi),基本上可以滿足有線電視鄰頻的要求。對一些不具有AFC功能的老式彩色電視機(jī)就難以滿足要求,經(jīng)常會出現(xiàn)跑臺等現(xiàn)象,不能適應(yīng)鄰頻接收。
3.圖像質(zhì)量
雖然無線電視的頻率配置有很多可用的頻道,即在VHF頻段有12個頻道,在UHF頻段有56個頻道,但對某一個地區(qū)而言,實(shí)際傳送時為避免鏡像干擾、本振干擾和鄰頻干擾等,而選用隔頻傳輸方式,即在VHF頻段要間隔一個頻道,在UHF頻段至少要間隔6個頻道。這樣,對電視機(jī)因非線性所產(chǎn)生的交調(diào)成分也較少,因此對接收機(jī)的技術(shù)要求不很高。但有線電視系統(tǒng)頻道容量大,一個450MHz系統(tǒng)可實(shí)實(shí)在在地送進(jìn)47套電視節(jié)目,
550MHz系統(tǒng)可送進(jìn)59套電視節(jié)目。當(dāng)這么多的頻道同時進(jìn)入電視接收機(jī)的輸入端時,由接收機(jī)本身帶來的交互調(diào)產(chǎn)物就會增大,使圖像質(zhì)量下降。
4.頻道配置
有線電視的頻道配置與無線電視的頻道配置不同。普通彩色電視機(jī)只能接收VHF頻段,即頻譜圖中的Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ波段的信號,而對A1、A2和B波段的增補(bǔ)頻道信號,大部分彩色電視機(jī)不能全部正常接收。
5.付費(fèi)收視
有線電視因其容量大、傳輸信號質(zhì)量高及具有雙向傳輸?shù)墓δ?,勢必要對專業(yè)頻道采用加解擾技術(shù),因此,普通彩色電視機(jī)就無法收看,難以實(shí)現(xiàn)付費(fèi)收視的要求。
既然存在上述問題,那么是不是就要廢棄普通電視機(jī)而采用有線電視專用的彩色電視機(jī)呢?顯然,這對一般家庭用戶來說是不可取的方案。普通彩色電視機(jī)不是按鄰頻接收設(shè)計(jì)的,嚴(yán)格地講,將其直接用于鄰頻接收是不適用的。但如果把A/V比由?-10dB調(diào)至?-17dB,降低伴音信號的幅度,且在電視機(jī)內(nèi)將整個頻帶內(nèi)幅頻特性嚴(yán)格控制在一定限度內(nèi),使其滿足有線電視系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),即相領(lǐng)頻道載波電平差小于3dB,這樣人眼基本上分辨不出來領(lǐng)頻產(chǎn)生的串像干擾。一般電視機(jī)的輸入電路帶寬為8MHz,上、下鄰頻道圖像與聲音載波相對于本頻道圖像載波處衰減為40dB,其中,下鄰頻道圖像載頻和上鄰頻道伴音載頻與本振頻道圖像載波相距較遠(yuǎn),人眼對40dB衰減后產(chǎn)生的串像以及對圖像的干擾基本上難以分辨。經(jīng)過實(shí)踐證明,只要有線電視系統(tǒng)前端、干線和分配設(shè)備的指標(biāo)能滿足鄰頻傳輸?shù)募夹g(shù)條件要求,無論是VHF頻段,還是UHF頻段,大多數(shù)用戶使用的具有AFC功能的普通電調(diào)諧高頻頭、中頻放大采用高指標(biāo)選擇性的聲表面波濾波器(對鄰頻抑制度大于40dB)和同步檢波器的彩色電視機(jī),直觀收看效果基本上可達(dá)4級以上。8.1.3采用普通彩電接收CATV增補(bǔ)頻道存在的問題和解決方法
CATV增補(bǔ)頻道Z7~Z1是從VHF波段的DS6頻道開始向低頻率方向排列的,Z8~Z16是從VHFⅢ波段的DS12頻道向高頻率方向排列的,Z35~Z17則是從UHF頻段的DS13頻道向低頻率方向排列的,它們都與標(biāo)準(zhǔn)頻道連續(xù)。普通彩色電視機(jī)上使用的高頻調(diào)諧器都是分段連續(xù)可調(diào)的電調(diào)諧方式,通過對輸入回路和調(diào)諧電路的分析得出:如用普通彩色電視機(jī)直接接收有線電視臺的節(jié)目,可以滿意地收到至少7~8個增補(bǔ)頻道;如能對高頻調(diào)諧器做簡單的改動,如調(diào)整濾波器的截止頻率和擴(kuò)展調(diào)諧電壓范圍等,就可以擴(kuò)展電視機(jī)調(diào)諧器的接收頻段范圍,使其能直接接收大部分的增補(bǔ)頻道。機(jī)上變換器是針對普通彩色電視機(jī)對相當(dāng)一部分增補(bǔ)頻道不能接收的問題而設(shè)計(jì)的,它能把增補(bǔ)頻道的節(jié)目轉(zhuǎn)換到普通彩色電視機(jī)可以收看的標(biāo)準(zhǔn)頻道上,而用戶的電視機(jī)無需做任何改動,只需將電視機(jī)固定調(diào)諧在某個標(biāo)準(zhǔn)頻道上,通過機(jī)上變換器完成節(jié)目的接收。機(jī)上變換器能覆蓋有線電視網(wǎng)包括增補(bǔ)頻道在內(nèi)的47個或59個頻道(450MHz或550MHz的CATV系統(tǒng))。機(jī)上變換器通常串接在有線電視系統(tǒng)輸出口和電視機(jī)輸入端之間,如圖8-1所示。
機(jī)上變換器輸入端用高頻電纜與有線電視網(wǎng)用戶端口相連接,輸出端接到電視機(jī)的天線輸入端。利用機(jī)上變換器的調(diào)諧可準(zhǔn)確地調(diào)諧到任一有線電視頻道,并經(jīng)機(jī)上變換器內(nèi)的調(diào)制器變換到任一固定的標(biāo)準(zhǔn)頻道上輸出。圖8-1機(jī)上變換器的連接8.1.4采用具有接收CATV功能的新型接收終端
正確的有線電視終端接收方法中,最便捷的方法之一是采用具有接收CATV功能的新型彩色電視機(jī)。數(shù)碼彩電正是這一要求的體現(xiàn)。
隨著CATV系統(tǒng)的日益發(fā)展,對電視機(jī)提出了應(yīng)具有與有線電視系統(tǒng)兼容功能的要求,即要求電視機(jī)內(nèi)的高頻調(diào)諧器除能正常選擇標(biāo)準(zhǔn)廣播頻道的電視信號外,還能選擇接收每隔8MHz間隔設(shè)置的增補(bǔ)頻道信號。因此,要求調(diào)諧器與圖像中頻電路和天線端匹配;中頻抑制、交擾調(diào)制干擾和鏡像頻率干擾抑制能力要強(qiáng);本振對外輻射要小及選臺要方便等。自1997年以后生產(chǎn)的大、中屏幕彩色電視機(jī)大都具有與CATV兼容的功能。近些年推出的高清晰度數(shù)字/模擬兼容電視機(jī)也是其中的一種,這種機(jī)器充分考慮用戶今后的利益,可接收目前的模擬電視信號。該機(jī)型的地面廣播接收器、CATV接收器、模擬衛(wèi)星電視接收器等由于采用了數(shù)字處理技術(shù),使電視信號更加細(xì)膩逼真;而且該類電視機(jī)保留了數(shù)字高清晰度電機(jī)(數(shù)字HDTV)的信號接口,當(dāng)發(fā)射數(shù)字電視信號后,可通過外接裝置接收高清晰度電視節(jié)目。這樣可使用戶的電視機(jī)在模擬至數(shù)字的過渡期中得到合理應(yīng)用。圖8-2典型的數(shù)模兼容電視接收系統(tǒng)方框圖在圖8-4中,這種彩電前端為各種信源接收器,它可以是模擬的,也可以是數(shù)字的(如DVB-T、DVB-C、DVB-S、DVD等),數(shù)字的各種接收器可稱為機(jī)頂盒。各種接收器輸出的是視音頻信號,經(jīng)過AV轉(zhuǎn)接插座箱,輸出全電視信號FBAS,也可輸出Y/C信號或RGB信號。除前端外,整機(jī)電路主要分為四部分:一是視頻數(shù)字處理;二是音頻數(shù)字處理;三是同步及偏轉(zhuǎn)信號數(shù)字處理;四是中央控制器控制信號輸出,這里采用I2C總線控制方式。這種數(shù)碼彩電本質(zhì)上只能接收模擬信號,只是在中頻以后采用了數(shù)字化處理技術(shù),這樣做大大提高了電視機(jī)的各種指標(biāo)和質(zhì)量,但它不是真正意義上的數(shù)字電視。
8.2有線數(shù)字電視接收終端設(shè)備
8.2.1采用多媒體計(jì)算機(jī)接收有線數(shù)字電視信號的方式
數(shù)字電視接收卡(PC-DTV)是基于MPEG-2和DVB標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)PCI插卡,將其安裝到PC上之后,通過I2C總線的控制進(jìn)行解調(diào)、解復(fù)用,如接收到數(shù)據(jù)廣播文件,就將數(shù)據(jù)文件存儲在硬盤上;如接收到數(shù)字視頻信號,經(jīng)處理后將視頻信號送至顯示卡,將音頻信號送至聲卡。這樣,人們就可以通過計(jì)算機(jī)接收衛(wèi)星和有線電視網(wǎng)(CATV)發(fā)送的數(shù)字信息,欣賞到精彩的數(shù)字電視節(jié)目和Internet信息。PC-DTV卡為接收數(shù)字電視節(jié)目、數(shù)據(jù)廣播和VOD點(diǎn)播提供了基于PC的軟解碼形式。其組成框圖如圖8-3所示。圖8-3電視接收卡組成框圖深圳同洲電子股份有限公司研制的數(shù)字電視接收卡(有線多媒體接收卡又稱有線新視通)采用硬件邏輯電路設(shè)計(jì),既能解復(fù)用IP數(shù)據(jù),又能接收TS流數(shù)據(jù),并通過軟件解碼還原出音頻信號。它以計(jì)算機(jī)為終端,將互聯(lián)網(wǎng)、有線數(shù)字電視和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和功能集于一體,實(shí)現(xiàn)了IP電視、電子報刊、遠(yuǎn)程教育、新聞總匯、視頻點(diǎn)播等多媒體數(shù)據(jù)廣播功能。8.2.2采用有線數(shù)字電視接收機(jī)接收有線數(shù)字信號的方式
目前采用單芯片處理器的數(shù)字有線電視接收機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入消費(fèi)市場,如CDVBC3000VS數(shù)字CATV接收機(jī),它完全符合DVB-C標(biāo)準(zhǔn),采用富士通強(qiáng)大的單芯片處理器MB87L2250,可以處理非加密和以“ViaccessConditionalAccess”方式加密的數(shù)字節(jié)目,帶兩個SCART接口。該數(shù)字CATV接收機(jī)產(chǎn)品的特點(diǎn)是:
支持Viaccess條件接收;
完全符合DVB-C/MPEG-2標(biāo)準(zhǔn);
QAM調(diào)解,符號速率為2~7Mb/s;
全兼容通用高頻頭,48.5~860MHz;
高保真立體聲輸出;
800個可編輯的電視節(jié)目和200個可編輯的廣播節(jié)目;
1個RS-232C通信接口,1個用于條件接收的智能讀卡器,2個SCART接口(TV-SCART和VCR-SCART);
支持S-VHS視頻輸出;
SCPC、MCPC波段兼容;
NTSC/PAL自動識別;
支持RS-32接口升級以及遠(yuǎn)程升級軟件;
多語言O(shè)SD;
全功能紅外遙控。有線數(shù)字電視接收機(jī)與普通彩電或數(shù)碼彩電等接收機(jī)終端是完全不同的。有線數(shù)字電視機(jī)是在一定的硬件基礎(chǔ)上更多的側(cè)重于系統(tǒng)的軟件控制,由強(qiáng)大的嵌入式CPU、嵌入式操作系統(tǒng)和一些應(yīng)用軟件組成。有線數(shù)字電視接收機(jī)內(nèi)置智能化平臺,其功能可以不斷地擴(kuò)展和更新。有線數(shù)字電視接收機(jī)不僅可以觀看下行節(jié)目,而且可以在不中斷電視節(jié)目的同時發(fā)送上行信息,提供即時服務(wù)。有線數(shù)字電視接收機(jī)可以與互聯(lián)網(wǎng)對接,供人們?yōu)g覽互聯(lián)網(wǎng)信息。它即插即用、設(shè)置簡單、操作容易,不如使用機(jī)頂盒復(fù)雜,是真正的數(shù)字電視接收機(jī),它是未來發(fā)展的方向。而數(shù)碼接收機(jī)本質(zhì)上只能處理模擬信號,只是在信號處理中使用了一些數(shù)字處理技術(shù)而已。8.2.3采用模擬電視接收機(jī)和外接數(shù)字機(jī)頂盒接收有線數(shù)字電視信號的方式
模擬電視機(jī)+機(jī)頂盒是各國目前普遍采用的有線數(shù)字電視的接收方式。數(shù)字CATV機(jī)頂盒是利用有線廣播電視網(wǎng)向用戶提供綜合信息業(yè)務(wù)的終端設(shè)備。從廣義上說,凡是與電視機(jī)連接的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備都可稱為機(jī)頂盒(STB)。所以,通常把與電視機(jī)連接的模擬頻道增補(bǔ)器、模擬頻道解擾器,將電話線與電視機(jī)聯(lián)系在一起的網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒,數(shù)字衛(wèi)星的綜合接收解碼器(IRD),數(shù)字地面機(jī)頂盒以及數(shù)字CATV機(jī)頂盒都統(tǒng)稱為機(jī)頂盒。目前有線廣播電視網(wǎng)正在向數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和多媒體化方向發(fā)展,最終將建成寬帶綜合信息網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒利用電視網(wǎng)絡(luò)做為傳輸平臺,利用電視機(jī)做為顯示平臺,實(shí)現(xiàn)Internet接入功能,因此,可以將其看成是一種非PC類的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備。數(shù)字衛(wèi)星機(jī)頂盒、數(shù)字地面機(jī)頂盒與數(shù)字CATV機(jī)頂盒的基本原理相同,只是信號傳輸平臺不同,數(shù)字CATV機(jī)頂盒用于全電纜網(wǎng)絡(luò)或光纖/同軸混合網(wǎng)。有線電視運(yùn)營商成功地以豐富的數(shù)字CATV節(jié)目吸引了數(shù)百萬計(jì)的訂戶,從而刺激了市場對數(shù)字CATV機(jī)頂盒的需求。除了接收數(shù)字電視節(jié)目以外,有線電視運(yùn)營商和有線電視用戶還不斷地給機(jī)頂盒制造廠商施加壓力,促使他們增強(qiáng)對交互性和增值服務(wù)功能的開發(fā)。視頻點(diǎn)播(VOD)、個人視頻錄制(PVR)和時移(TimeShift)將成為標(biāo)準(zhǔn)的功能配置,而結(jié)合了DVD播放和三維游戲功能的高端機(jī)頂盒也將遂步進(jìn)入家庭娛樂的應(yīng)用。 8.3有線數(shù)字電視接收機(jī)頂盒技術(shù)
8.3.1有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的功能及分類
數(shù)字電視機(jī)頂盒的概念是比較廣泛的。從廣義上說,凡是與顯示器連接的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備都可以稱為機(jī)頂盒或稱為綜合解碼接收機(jī)(IRD),它是數(shù)字電視的接收設(shè)備。機(jī)頂盒包含數(shù)字解調(diào)、信道解碼、解復(fù)用、條件接收控制和信源解碼等數(shù)字電視的核心技術(shù),它可以把來自數(shù)字電視衛(wèi)星廣播、數(shù)字有線電視廣播、數(shù)字電視地面廣播和網(wǎng)絡(luò)的信號接收下來,通過解調(diào)、信道解碼、解復(fù)用和信源解碼轉(zhuǎn)換成三基色信號RGB送給顯示器,也可以轉(zhuǎn)換成PAL制信號送給電視機(jī)顯示,還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播信號的接收和處理。有了機(jī)頂盒,還可以通過網(wǎng)絡(luò)非常方便地根據(jù)需要(即使顯示設(shè)備電視機(jī)是模擬的)選擇特定時間播放特定的內(nèi)容,在播放過程中,還可以像操作本地VCD、DVD一樣方便地實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退、暫停、重放等功能。也正是由于STB(機(jī)頂盒)具有轉(zhuǎn)換衛(wèi)星數(shù)字電視信號、地面數(shù)字電視信號和有線電視網(wǎng)數(shù)字電視信號的功能,用戶無需更換電視就可以輕松享受數(shù)字化科技帶來的高清晰度電視,可以進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播信號的接收和處理,能把互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電視機(jī)可以接收的信號,實(shí)現(xiàn)沒有電腦的上網(wǎng)。因此,STB引發(fā)的電視革命將再一次改變?nèi)藗兊纳?。機(jī)頂盒發(fā)展至今,經(jīng)歷了從模擬式到數(shù)字式,從廣播式到交互式的變遷。與以往相比,它的應(yīng)用已不再局限于簡單的收費(fèi)控制了。新一代數(shù)字機(jī)頂盒的功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
1.機(jī)頂盒是模擬電視向數(shù)字電視過渡的橋梁
數(shù)字電視經(jīng)過多年的開發(fā)與實(shí)驗(yàn),現(xiàn)已制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。與模擬電視相比,數(shù)字電視在性能上的優(yōu)點(diǎn)之一是:實(shí)現(xiàn)了信道資源的有效利用。例如,采用模擬衛(wèi)星方式傳送一路節(jié)目需要占用一個寬帶為36?MHz的轉(zhuǎn)發(fā)器,同樣的轉(zhuǎn)發(fā)器如果用來傳送數(shù)字節(jié)目,則可以傳送4~6路電視節(jié)目,極大提高了信道的利用率。數(shù)字電視節(jié)目能實(shí)現(xiàn)真正意義上的高清晰度,基本上可以達(dá)到演播室水平,即實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的高保真?zhèn)鬏敽徒邮?。由于是?shù)字傳送,因此通過糾錯等措施,接收端不會出現(xiàn)誤差,杜絕了模擬電視在傳送過程中的各種干擾。盡管數(shù)字電視節(jié)目有上述優(yōu)點(diǎn),但目前絕大多數(shù)用戶使用的是模擬電視接收機(jī),是無法直接收看數(shù)字電視節(jié)目的。因此,這時需要數(shù)字機(jī)頂盒作為中介,將接收的數(shù)字音視頻信號解碼為模擬信號,再輸送到模擬電視機(jī),達(dá)到模擬電視收看數(shù)字電視節(jié)目的目的。所以,機(jī)頂盒是模擬電視向數(shù)字電視過渡的橋梁。
2.機(jī)頂盒是實(shí)現(xiàn)交互功能的關(guān)鍵設(shè)備
對于利用CATV網(wǎng)接收數(shù)字電視廣播的機(jī)頂盒而言,充分利用CATV網(wǎng)絡(luò)的帶寬來實(shí)現(xiàn)交互功能是其發(fā)展的重要方向。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展所形成的概念不僅僅使CATV增加了更多的頻道,更重要的是數(shù)字技術(shù)使電視機(jī)具有了與計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)一樣的交互性,這是模擬技術(shù)無法做到的。通過上行通道和數(shù)字機(jī)頂盒,用戶坐在家中就能享受到視頻點(diǎn)播(VOD)、網(wǎng)上瀏覽、遠(yuǎn)程教學(xué)和購物、家庭銀行、互動教室和交互游戲等服務(wù)。機(jī)頂盒的交互性將改變?nèi)藗兪湛措娨暤膫鹘y(tǒng)習(xí)慣。
3.機(jī)頂盒是電視接入互聯(lián)網(wǎng)的重要工具
隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展,家庭信息化是大勢所趨,如能利用十分普及的電子產(chǎn)品(如電視機(jī))上網(wǎng),勢必拉近用戶和互聯(lián)網(wǎng)之間的距離,電視機(jī)因具有深入家庭的高普及度和現(xiàn)實(shí)功能,成為除PC之外接入互聯(lián)網(wǎng)的最佳候選。例如WebTV網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒,用戶只需將該機(jī)頂盒接到電視機(jī)和電話線上并在WebTV網(wǎng)絡(luò)公司登記注冊,就可以漫游因特網(wǎng),收發(fā)電子郵件。到目前為止,它是最好的電視機(jī)顯示W(wǎng)eb的方式。按照不同的劃分方法,數(shù)字機(jī)頂盒的類別也不盡相同。
1)按照應(yīng)用范圍來劃分STB
按照應(yīng)用范圍來劃分,目前市場上的機(jī)頂盒可分為接收數(shù)字電視的數(shù)字電視頂盒,接入通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和廣播電視的網(wǎng)絡(luò)視頻(WebTV)機(jī)頂盒,以及多媒體(Multimedia)機(jī)頂盒三類。
(1)數(shù)字電視機(jī)頂盒。數(shù)字電視機(jī)頂盒接收從各種傳輸介質(zhì)送來的數(shù)字電視和各種數(shù)據(jù)信息,通過解調(diào)、解復(fù)用、解碼和音視頻編碼(或者通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)解析模塊)將其轉(zhuǎn)換為模擬電視信號,使用戶不用更換電視機(jī)就能收看數(shù)字電視節(jié)目和各種數(shù)據(jù)信息,圖像質(zhì)量接近500線水平,但無上網(wǎng)功能。根據(jù)信號傳輸介質(zhì)的不同,數(shù)字電視機(jī)頂盒分為有線、衛(wèi)星和地面三種。其中,地面數(shù)字機(jī)頂盒(DVB-T)用來接收數(shù)字地面廣播節(jié)目;有線數(shù)字機(jī)頂盒(DVB-C)用來接收數(shù)字有線廣播節(jié)目;衛(wèi)星數(shù)字機(jī)頂盒(DVB-S)用來接收數(shù)字衛(wèi)星廣播節(jié)目。三種機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在解調(diào)部分。①衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒又稱數(shù)字綜合接收解碼器(數(shù)字IRD),簡稱數(shù)字解碼器,用來接收數(shù)字衛(wèi)星廣播電視節(jié)目。該類機(jī)頂盒在幾年前就已商業(yè)化,有專業(yè)的IRD,也有家用的IRD?,F(xiàn)在所看到的許多衛(wèi)視節(jié)目都是有線電視臺通過專業(yè)的IRD從衛(wèi)星接收下來,再通過有線電視送入用戶家中。家用的IRD在我國并不普及,但在國外具有較好的市場。該類機(jī)頂盒的主要功能是接收數(shù)字電視廣播,同時也支持?jǐn)?shù)據(jù)廣播、圖文電視等應(yīng)用。但由于它采用衛(wèi)星信道傳輸,因此支持交互式應(yīng)用比較困難。數(shù)字衛(wèi)星機(jī)頂盒基本采用DVB-S標(biāo)準(zhǔn)。②地面數(shù)字電視機(jī)頂盒的功能與衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒類似,所不同的是傳輸介質(zhì)由衛(wèi)星信道變成了地面廣播信道。該類機(jī)頂盒所使用頻率與有線電視頻率相同,但由于這種無線信道的情況比有線電視網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜得多,因此它的信號傳輸與數(shù)字有線電視機(jī)頂盒也有較大差別。③有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的基本原理與衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒、地面數(shù)字電視機(jī)頂盒相同,只是信號傳輸?shù)慕橘|(zhì)是有線電視廣播所采用的全電纜網(wǎng)絡(luò)和光纖/同軸電纜混合網(wǎng)。但由于有線電視網(wǎng)絡(luò)有較好的傳輸質(zhì)量以及成熟電纜調(diào)制解調(diào)器技術(shù),使得這類機(jī)頂盒可以支持幾乎所有的廣播和交互式多媒體應(yīng)用,如數(shù)字電視廣播接收、電子節(jié)目指南(EPG)、準(zhǔn)視頻點(diǎn)播(NVOD)、按次會費(fèi)觀看(PPV)、軟件在線升及、數(shù)據(jù)廣播、因特網(wǎng)接入、電子郵件、IP電話和視頻點(diǎn)播等,被業(yè)界廣泛看好。
(2)網(wǎng)絡(luò)視頻機(jī)頂盒。網(wǎng)絡(luò)視頻機(jī)頂盒包括網(wǎng)絡(luò)電視(WebTV)機(jī)頂盒與視頻點(diǎn)播(VOD)數(shù)字機(jī)頂盒。
網(wǎng)絡(luò)電視機(jī)頂盒是在微軟公司“維納斯計(jì)劃”和凱思公司“女媧計(jì)劃”的催化下產(chǎn)生的,其主要功能是使現(xiàn)有模擬電視機(jī)用戶通過PSTN(公眾電視交換網(wǎng))或雙向CATV實(shí)現(xiàn)上因特網(wǎng)、收發(fā)電子郵件、游戲娛樂、網(wǎng)上學(xué)習(xí)等。
視頻點(diǎn)播數(shù)字機(jī)頂盒是一種基于寬帶網(wǎng)的可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)和雙向視頻點(diǎn)播功能的機(jī)頂盒,也是目前國內(nèi)需求量最大,被業(yè)界認(rèn)為發(fā)展前景最好的新產(chǎn)品。
(3)多媒體機(jī)頂盒。多媒體機(jī)頂盒是對前兩種機(jī)頂盒功能的綜合,有時也稱為綜合業(yè)務(wù)機(jī)頂盒或全功能數(shù)字機(jī)頂盒。它可以支持幾乎所有的廣播和交互式多媒體應(yīng)用,包括收看普通電視節(jié)目及數(shù)字加密電視節(jié)目,點(diǎn)播多媒體節(jié)目和信息、電子節(jié)目指南(EPG)、收發(fā)電子郵件、瀏覽因特網(wǎng)、網(wǎng)上購物、遠(yuǎn)程教育等,其應(yīng)用的條件是雙向CATV網(wǎng)。
目前,機(jī)頂盒技術(shù)的發(fā)展方向已不僅僅是提供基本音視頻業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用,而是充分利用通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交互功能,最終發(fā)展成為集解壓縮、Web瀏覽、解密收費(fèi)和交互控制為一體的數(shù)字化終端設(shè)備??梢哉f,機(jī)頂盒是模擬電視轉(zhuǎn)向數(shù)字電視的過渡階段的橋梁。
2)按照技術(shù)性能來劃分STB
按照技術(shù)性能來劃分,數(shù)字機(jī)頂盒通常分為普及型數(shù)字機(jī)頂盒、增強(qiáng)型數(shù)字機(jī)頂盒和交互式數(shù)字機(jī)頂盒三種。
(1)普及型數(shù)字機(jī)頂盒。普及型數(shù)字機(jī)頂盒可以有加密或沒有加密,主要以接收基本的付費(fèi)數(shù)字電視節(jié)目為主,有非常簡單的中間件(內(nèi)置式中間件)。普及型數(shù)字機(jī)頂盒可滿足大多數(shù)用戶的需求,并且具有良好的性能價格比。其主要功能如下:
支持基本的數(shù)字音視頻和數(shù)字音頻廣播接收。
集成有條件接收系統(tǒng)。
具有中文電子節(jié)目指南(EPG)和二級以上字庫。
支持軟件在線更新功能。
支持復(fù)合視頻(CVBS)輸出,具有音頻輸出處理功能(單聲道、立體聲和雙聲道)。
(2)增強(qiáng)型數(shù)字機(jī)頂盒。增強(qiáng)型數(shù)字機(jī)頂盒是在普及型機(jī)頂盒的基礎(chǔ)上增加基本中間件軟件系統(tǒng),基本中間件可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息瀏覽、準(zhǔn)視頻點(diǎn)播、實(shí)時股票信息接收等多種應(yīng)用。增強(qiáng)型數(shù)字機(jī)頂盒已超越了以觀看數(shù)字電視為主的需求,增加了多種增值業(yè)務(wù),且具有可升級性,價格易被接受,對今后的應(yīng)用發(fā)展、業(yè)務(wù)開發(fā)也沒有限制。其主要新增功能如下:
集成基本中間件系統(tǒng)。
支持?jǐn)?shù)據(jù)廣播、實(shí)時股票等數(shù)據(jù)信息接收功能。
支持NVOD點(diǎn)播功能。
具有多種游戲。
具有音頻輸出處理功能(單聲道、立體聲和雙聲道)。
具有T/C、復(fù)合視頻(CVBS)、Y/Cb/Cr輸出(可選)功能。
具有逐行掃描輸出(可選)功能。
支持Modem電話撥號回傳方式。
(3)交互式數(shù)字機(jī)頂盒。交互式數(shù)字機(jī)頂盒是在增強(qiáng)型數(shù)字機(jī)頂盒的基礎(chǔ)上,增加了CM、硬盤和支持MPEG-2的媒體流處理器功能,于是它通過周圍的網(wǎng)關(guān)可以和各用戶聯(lián)網(wǎng)。交互式數(shù)字機(jī)頂盒集成了符合MHP標(biāo)準(zhǔn)的中間件軟件系統(tǒng),除提供增強(qiáng)型機(jī)頂盒的主要功能外,還可以基于MHP提供交互式應(yīng)用、網(wǎng)頁信息瀏覽等多種增值業(yè)務(wù)。
交互式數(shù)字機(jī)頂盒的價格比較高,同時在前端也需要更多的開發(fā)和投入。比方說,如果使用CM,則對雙向網(wǎng)絡(luò)的改造投入相當(dāng)大;網(wǎng)上購物時,若要用信用卡在機(jī)頂盒上馬上結(jié)算,則前端就要和銀行連接起來;若要在機(jī)頂盒上打電話,則前端系統(tǒng)就要和電信的交換機(jī)連接起來。不僅如此,還要建立復(fù)雜完善的計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)及用戶的數(shù)據(jù)庫等。交互式數(shù)字機(jī)頂盒的新增功能如下:
集成MHP中間件系統(tǒng)。
支持交互式應(yīng)用,如視頻點(diǎn)播、互動游戲、網(wǎng)上沖浪等。8.3.2有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)
機(jī)頂盒的功能取決于其結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)。為適應(yīng)日新月異的數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,機(jī)頂盒也從最初的模擬式機(jī)頂盒演變成新一代的數(shù)字機(jī)頂盒。隨著廣播電視節(jié)目的數(shù)字化以及互聯(lián)網(wǎng)的普及,機(jī)頂盒的功能越來越強(qiáng),其作用從單一的解密收費(fèi)功能發(fā)展成集解壓縮、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、解密收費(fèi)、交互控制為一體的數(shù)字化裝置。由于這一領(lǐng)域可能成為未來10年甚至更長時間內(nèi)計(jì)算機(jī)與消費(fèi)類電子產(chǎn)品的主流,因此,包括IBM、Intel、Philips、ST、Sony、Microsoft等在內(nèi)的很多大公司都開始進(jìn)入這一領(lǐng)域,一些國際和地區(qū)性組織也紛紛制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和建議。盡管機(jī)頂盒的形式非常多,但有一點(diǎn)是共同的,就是機(jī)頂盒的使用受網(wǎng)絡(luò)帶寬制約較大。就目前而言,鑒于寬帶局域網(wǎng)技術(shù)比較成熟,基于IP寬帶的數(shù)字機(jī)頂盒可以普及。因此,機(jī)頂盒設(shè)計(jì)的一個重要原則是:開放式結(jié)構(gòu),不排斥現(xiàn)有技術(shù),做到既能與網(wǎng)絡(luò)有效連接,又具有靈活的可擴(kuò)充性。它的基本硬件組成必須有數(shù)字調(diào)諧器、ATM單元、ADSL接口、圖像和聲音解碼器、NTSC/PAL/SecAM編碼器、內(nèi)存接口及擴(kuò)展接口。可見,機(jī)頂盒是一個模塊化的結(jié)構(gòu)。一個典型的機(jī)頂盒硬件結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。圖8-4一般機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)及工作流程8.3.3有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的工作原理
如圖8-4所示,機(jī)頂盒的工作流程或原理可簡單描述如下:
從網(wǎng)絡(luò)(同軸電纜)傳來的射頻信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、QAM解調(diào)及前向糾錯后,由ATM處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)包的解復(fù)用,并將數(shù)據(jù)分為視頻流、音頻流和數(shù)據(jù)流。視頻流由MPEG-2視頻解碼器解碼后,交給PAL/NTSC/SecAM編碼器以得到相應(yīng)格式的模擬視頻信號;在此過程中,可以疊加圖形發(fā)生器產(chǎn)生的諸如選單之類的圖形信號。音頻流由MPEG-2解碼后,由音頻D/A轉(zhuǎn)化為模擬音頻信號。數(shù)據(jù)流傳遞給CPU,由CPU做相應(yīng)的處理。例如,CPU可根據(jù)數(shù)據(jù)流中的圖形數(shù)據(jù)來控制圖形發(fā)生器產(chǎn)生圖形;CPU還可以根據(jù)用戶的選擇產(chǎn)生相應(yīng)的消息數(shù)據(jù),經(jīng)QPSK或QAM調(diào)制由上行通道反饋給視頻服務(wù)器。圖8-4所示的機(jī)頂盒擁有模擬視頻通道、數(shù)字視頻通道和雙向控制通道,使其能夠支持模擬式廣播傳輸、數(shù)字式廣播傳輸和交互功能。按照信號傳播介質(zhì)的不同,機(jī)頂盒可分為衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒、有線數(shù)字電視機(jī)頂盒和接入互聯(lián)網(wǎng)的WebTV機(jī)頂盒。下面我們只對有線數(shù)字電視機(jī)頂盒進(jìn)行描述。8.3.4從不同角度認(rèn)識有線數(shù)字電視機(jī)頂盒
1.有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
目前,有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的應(yīng)用最多也最為重要。它主要由模擬視音頻信號接收、數(shù)字視音頻信號接收、有線電視用戶接入因特網(wǎng)和雙向控制信道等部分組成。從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā),有線電視機(jī)頂盒的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-5所示。圖8-5有線電視機(jī)頂盒的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
(1)圖8-5的中部用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號的接收。①調(diào)諧器完成射頻選擇轉(zhuǎn)換,QAM解調(diào)器從射頻信號中解調(diào)出MPEG-2傳送流。②MPEG-2傳送流通過解復(fù)用器、解擾器和解壓縮器輸出MPEG-2視音頻基本流以及數(shù)據(jù)。③視、音頻處理器完成視、音頻信號的模擬編碼和圖形處理功能,視、音頻接口分別輸出滿足不同需要的視、音頻信號。
(2)圖8-5的上部用來實(shí)現(xiàn)模擬視、音頻信號的接收。調(diào)諧器完成射頻選擇轉(zhuǎn)換,模擬解調(diào)器解出視、音頻信號。
(3)圖8-5的下部為電纜調(diào)制解調(diào)器,可完成數(shù)據(jù)通信。有線電視用戶接入因特網(wǎng)時,必須采用線纜調(diào)制解調(diào)器,因?yàn)橛芯€電視HFC網(wǎng)傳輸?shù)氖悄MRF信號,如果用它來傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),則需使用CableModem。它是一種可以通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入的裝置,其作用是將數(shù)據(jù)調(diào)制在一定的頻率范圍內(nèi),通過有線電視網(wǎng)將信號傳輸出去,接收方再對這一信號進(jìn)行解調(diào),還原出數(shù)據(jù)。一個典型的CableModem通常分別在兩個不同的方向上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。在下行方向,數(shù)據(jù)信號調(diào)制在42~750MHz中的某個6MHz(或8MHz)帶寬電視載波頻道上。調(diào)制方式有兩種——QPSK和QAM,這個信號可放在規(guī)劃的6MHz(或8MHz)寬的頻道上。在一個雙向有線電視網(wǎng)中,上行通道通常設(shè)在5~42MHz,這意味著上行通道處在漏斗狀噪聲干擾較多的環(huán)境中。因?yàn)镼PSK抗干擾能力較強(qiáng),所以上行方向大多采用QPSK調(diào)制方式。
(4)?CPU和交互接口。CPU是完成各種指令和控制的硬件基礎(chǔ),也包括ROM和RAM等。ROM和RAM主要用于信息和應(yīng)用軟件的儲存。交互式接口包括通用串行接口USB、高速串行接口1394、以太網(wǎng)接口和視頻音頻接口等。
2.有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的邏輯結(jié)構(gòu)圖
數(shù)字電視是一個大系統(tǒng),從橫向來說,它是節(jié)目制作和信號處理、傳輸、接收、顯示的端到端的系統(tǒng)。數(shù)字CATV機(jī)頂盒的邏輯結(jié)構(gòu)如圖8-6所示。圖8-6數(shù)字CATV機(jī)頂盒邏輯結(jié)構(gòu)框圖調(diào)諧模塊接收射頻信號并將其下變頻為中頻信號,接著轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,再送入QAM解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào),輸出MPEG傳輸流串行或并行數(shù)據(jù)。解復(fù)用模塊接收MPEG傳輸流,從中抽出一個節(jié)目的PES數(shù)據(jù),包括視頻PES和音頻PES。視頻PES送入視頻解碼模塊,取出MPEG視頻數(shù)據(jù),并對MEPG視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼,然后輸入到PAL/NTSC編碼器,編碼成模擬電視信號,再經(jīng)視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊,取出MPEG音頻數(shù)據(jù),并對MPEG音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼,輸出PCM音頻數(shù)據(jù)到PCM解碼器,PCM解碼器輸出立體聲模擬音頻信號,經(jīng)音頻輸出電路輸出。
3.有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
當(dāng)前,國內(nèi)外數(shù)字CATV機(jī)頂盒的類型十分廣泛,各具特色。從電路角度分析,數(shù)字CATV機(jī)頂盒通常包括以下幾部分:數(shù)字電視廣播接收前端,MPEG解碼,視音頻和圖形處理,電纜調(diào)制解調(diào)器,CPU及存儲器,以及各種接口電路。接口電路提供了豐富的外部接口,包括通用串行接口USB、高速串行接口IEEE1394、以太網(wǎng)接口、RS232、視音頻接口等,還可以通過HFC網(wǎng)與因特網(wǎng)聯(lián)系。為了進(jìn)一步認(rèn)識機(jī)頂盒,還可從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度將數(shù)字CATV機(jī)頂盒系統(tǒng)概括為如下四個主要單元(見圖8-7)。圖8-7數(shù)字CATV機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
1)網(wǎng)絡(luò)接口單元
網(wǎng)絡(luò)接口單元主要完成信號的接收、變頻和解調(diào)。它主要包括CATV、TUNER(調(diào)諧器)、QAM解調(diào)芯片、一級A/D轉(zhuǎn)換及聲表面濾波器等相關(guān)組件。
調(diào)諧器可選的種類很多,如ALPS公司的TDBE1、TDBE2,MITSUMI公司的CATV19。調(diào)諧器由高放、MOPLL(鎖相環(huán)混頻器)、QAM解調(diào)和信道解碼器三部分組成。它可將射頻信號下變頻到一個固定的中頻上,從而使配套器件能夠準(zhǔn)確采樣。
A/D轉(zhuǎn)換器件是通用的,在市場上很多,但是其采樣率必須滿足具體的要求,例如ST公司的STV0197就推薦采用10bit、40MGz采樣率的HI5746或ADC9050。也有些器件將A/D部分集成在QAM器件中(例如LSILOGIC的L94768、L9A5004QAM解調(diào)芯片),這種方式是比較好的,因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換部分往往是指標(biāo)很難調(diào)的部分,放在電路板上遠(yuǎn)不如集成在芯片中穩(wěn)定,且成本也降低了很多。
對于QAM解調(diào)芯片,許多大公司都有各自成型的產(chǎn)品,國內(nèi)推廣較多的主要就是上述兩家公司的芯片,這兩家公司都有一整套DVB-C機(jī)頂盒的參考設(shè)計(jì),其中包括QAM解調(diào)的芯片。
2)系統(tǒng)控制單元
系統(tǒng)控制單元即系統(tǒng)模塊,它含有CPU、存儲器接口、解擾模塊、同步/異步總線控制、智能卡接口、圖文接口等,可同時實(shí)現(xiàn)解復(fù)用功能。
該單元主要完成以下功能:
CPU:用于系統(tǒng)控制及機(jī)頂盒與外界的通信控制。
解復(fù)用:其功能的實(shí)現(xiàn),有些系統(tǒng)是用軟件來完成的,這種方式對CPU的資源占用較大,系統(tǒng)靈活性不好;有些使用固定的硬件解復(fù)用,占用CPU的資源較少,僅僅用CPU來識別MPEG的各種表(如PAT、PMT、NIT、CAT、CDT等)并設(shè)置寄存器而已,這種方式系統(tǒng)靈活性較大,解復(fù)用后,生成MPEG的PES流傳給專用的解碼芯片。
解擾:這部分電路的數(shù)字處理運(yùn)算量較大,幾乎所有DVB專用的解復(fù)用芯片都將解擾的硬件模塊集成進(jìn)去。此模塊控制相應(yīng)的一塊內(nèi)存,一旦解復(fù)用時發(fā)現(xiàn)了加擾的MPEG數(shù)據(jù)包,則使用DMA方式將數(shù)據(jù)包傳入解擾模塊對應(yīng)的內(nèi)存中去,解擾后再傳回來,繼續(xù)以后的解碼過程。這個過程所要占用的系統(tǒng)資源較多,而且時間上也很緊張,所以,針對有加密系統(tǒng)的機(jī)頂盒,其軟件往往要經(jīng)過優(yōu)化。不同的CA系統(tǒng)有不同的加擾方式,一般的DVB專用的解復(fù)用芯片中的解擾模塊都是針對DVB的通用解擾算法的,也有的將一些專用CA系統(tǒng)的解擾算法集成進(jìn)去。
MPEG解碼:對MPEG-2碼流進(jìn)行音視頻解碼,需要有自己相應(yīng)的外部存儲器(如SDRAM)來完成運(yùn)算。它的重要性不言而喻,其算法決定了整個系統(tǒng)的運(yùn)行速度。有代表性的MPEG解碼芯片有ST公司的STI3520,LSI公司的L64005,IBM公司的MPEGCD1和MEC公司的HPD61020等。
3)模擬編碼單元
模擬編碼單元包括一級D/A轉(zhuǎn)換器、音視頻放大器等相關(guān)電路,用于音視頻的輸出。它可將解碼芯片輸出的數(shù)字音頻信號進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換,輸出模擬聲;同時將解碼芯片輸出的視頻信號進(jìn)行PAL或NTSC編碼,輸出基頻或射頻的PAL/NTSC信號,也可同時輸出Y/C、YUV和RGB格式的視頻信號。
4)外圍數(shù)據(jù)接口單元
外圍數(shù)據(jù)接口單元包括SmartCard讀寫器、高速數(shù)據(jù)傳輸口和低速數(shù)據(jù)傳輸口等外圍接口。SmartCard讀寫器主要用來協(xié)助完成解密工作,它是為各種加密數(shù)據(jù)廣播等業(yè)務(wù)服務(wù)的,其CA軟件必須和發(fā)端設(shè)備相匹配。解密系統(tǒng)使接收機(jī)獲得已加密的密鑰,它是解擾模塊工作所必須的,解擾器則讓收到的圖像和聲音恢復(fù)正常。
高速數(shù)據(jù)接口指IEEE1284或IEEE1394等接口,主要完成MPEG碼流的輸入或輸出;低速數(shù)據(jù)接口指RS232和USB等接口,主要完成機(jī)頂盒與外界的低速數(shù)據(jù)通信。
4.有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的層次結(jié)構(gòu)圖
從縱向看,數(shù)字電視涉及物理層傳輸協(xié)議、中間件標(biāo)準(zhǔn)、信息表示、信息使用及內(nèi)容保護(hù)等一系列問題,因此作為模擬電視向數(shù)字電視過渡期的解決方案,數(shù)字機(jī)頂盒是一種集電腦、電視和電信技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品,支持現(xiàn)有模擬電視業(yè)務(wù)和未來數(shù)字視頻業(yè)務(wù)。從使用上講,它是以電視機(jī)為顯示設(shè)備,接收來自各種數(shù)字廣播系統(tǒng)數(shù)字信號的用戶端數(shù)字設(shè)備。因此,還可從層次角度上來加深對STB的理解,這樣的數(shù)字機(jī)頂盒結(jié)構(gòu)框圖如圖8-8所示。圖8-8數(shù)字機(jī)頂盒層次結(jié)構(gòu)框圖從信號處理和應(yīng)用操作來看,數(shù)字機(jī)頂盒包含以下層次:
(1)物理層和連接層:包括高頻調(diào)諧器、QPSK、QAM、OPDM、VSB解調(diào)、卷積解碼、去交織、RS解碼、去能量擴(kuò)散(解擾與去同步反轉(zhuǎn))。
(2)傳輸層:包括解復(fù)用,把TS傳輸流分成視頻、音頻和數(shù)據(jù)包。
(3)節(jié)目層:包括MPEG-2視頻解碼和MPEG-3音頻解碼。
(4)用戶層:包括服務(wù)信息、電子節(jié)目表(EPG)、圖形用戶界面(GUI)、瀏覽器、遙控、條件接收和數(shù)據(jù)解碼。
(5)輸出接口:包括模擬音視頻接口、數(shù)字視音頻接口、數(shù)據(jù)接口、鍵盤和鼠標(biāo)等。8.3.5有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)
1.嵌入式系統(tǒng)技術(shù)
確切地說,應(yīng)是實(shí)時嵌入式系統(tǒng)技術(shù),因?yàn)樗星度胧较到y(tǒng)都是實(shí)時的,所以實(shí)時嵌入式系統(tǒng)一般就稱為嵌入式系統(tǒng)。顧名思義,嵌入式系統(tǒng)就是鑲嵌在其他設(shè)備中的系統(tǒng),它是計(jì)算機(jī)、通信、半導(dǎo)體、微波技術(shù)、語音圖像數(shù)據(jù)傳輸處理技術(shù)、傳感器技術(shù)與具體應(yīng)用對象相結(jié)合的產(chǎn)物,是技術(shù)密集、投資強(qiáng)度大、高度分散,不斷創(chuàng)新的知識密集型系統(tǒng),反映了當(dāng)代最高科技水平。一般來說,嵌入式系統(tǒng)由嵌入式芯片、嵌入式軟件、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具四個部分組成。嵌入式芯片包含嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式數(shù)字信號處理器以及嵌入式片上系統(tǒng)等。隨著RISC計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,嵌入式芯片的功能越來越強(qiáng),體積越來越小。總之,機(jī)頂盒是一個實(shí)時嵌入式系統(tǒng),是嵌入式系統(tǒng)在信息家電方面的典型應(yīng)用。
2.信號處理技術(shù)
DVB定義了4種數(shù)據(jù)廣播方式:數(shù)據(jù)管道、數(shù)據(jù)流、多協(xié)議封裝和數(shù)據(jù)/對象輪流傳送。這些廣播規(guī)范具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持能力,機(jī)頂盒實(shí)現(xiàn)了對上述數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)的支持。機(jī)頂盒的作用類似一個家庭用戶中的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)。
若要從網(wǎng)絡(luò)提取所選擇的數(shù)字視頻信號并在模擬電視機(jī)上播放,則機(jī)頂盒必然要進(jìn)行數(shù)字信號處理。首先要對來自有線、地面、衛(wèi)星傳輸通道的高頻信號進(jìn)行調(diào)諧,得到一個帶寬8MHz,調(diào)制于中頻正交調(diào)幅調(diào)制信號,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將中頻信號數(shù)字化,再經(jīng)QAM(QPSK或COFMD)解調(diào)后供給信道解碼部分,完成信道的前向糾錯解碼。然后,信道解碼部分對送來的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行符號映射、差分解碼、去交織、RS解碼和去能量擴(kuò)散后,再經(jīng)過解擾解密得到MPEG-2傳輸流(TS)。解復(fù)用器按照一定的規(guī)則或根據(jù)用戶的要求,從包含多路節(jié)目的TS流中選取一路節(jié)目進(jìn)行MPEG-2解碼,就可以得到原始的視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)。最后,再經(jīng)過NTSC/PAL/SECAM視頻信號編碼及D/A轉(zhuǎn)換就可以送入模擬電視機(jī)的電路了。大多數(shù)機(jī)頂盒還會加上圖文屏幕顯示(OSD)功能??刂谱酉到y(tǒng)負(fù)責(zé)對各部分進(jìn)行初始化、配置或事件處理,控制各部分實(shí)際工作。目前已經(jīng)有了完成上述功能的器件或芯片組,也有把多種功能集成到一個芯片上的,例如科勝訊公司的CX22490芯片組,它包括了CableModem、硅調(diào)諧器、解調(diào)器、電視編碼芯片和模擬調(diào)制解調(diào)等。
3.條件接收技術(shù)
由于用戶使用專用頻道資源接受視頻服務(wù)器的服務(wù)是需要付費(fèi)的,因此要實(shí)行有條件接收。條件接收是指允許用戶端接收機(jī)在滿足一定接收要求的條件下,接收特定的視頻節(jié)目的技術(shù),這是付費(fèi)電視業(yè)務(wù)的關(guān)鍵?,F(xiàn)在,數(shù)字電視中采用的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)包括了識別和傳送條件以及接收信息的方法,但沒有定義條件接收信息的格式和對信號進(jìn)行解碼的方法。實(shí)現(xiàn)條件接收時,不但要有技術(shù)保障,還要最大限度地滿足商業(yè)可行性。而商業(yè)上主要考慮的問題是條件接收要具有開放式編碼和傳輸?shù)膰H標(biāo)準(zhǔn),以實(shí)現(xiàn)有償電視業(yè)務(wù),進(jìn)而順利地實(shí)現(xiàn)VOD業(yè)務(wù)(詳細(xì)內(nèi)容可參考第5章有關(guān)內(nèi)容)。
4.機(jī)頂盒上行信道的實(shí)現(xiàn)
衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒由于采用衛(wèi)星傳輸信道,因而支持交互式應(yīng)用比較困難,特別是家庭用戶。地面數(shù)字電視機(jī)頂盒與衛(wèi)星數(shù)字電視機(jī)頂盒類似,所不同的是傳輸介質(zhì)由衛(wèi)星通道變成了地面廣播信道,該機(jī)頂盒所使用的頻率與有線電視的頻率相同。但由于這種無線地面信道情況特別復(fù)雜,因此目前電視用戶也難以支持交互式應(yīng)用。當(dāng)前只有有線數(shù)字電視機(jī)頂盒能支持交互式應(yīng)用,家庭買得起、用得起,而且質(zhì)量很好。在CATV網(wǎng)絡(luò)中,5~65MHz是分配給上行信道的,用于上行傳送用戶端的信息。為了提高傳輸效率,上行通道采用了抗干擾能力強(qiáng)的QPSK進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。CATV網(wǎng)的雙向傳輸分為頻分、時分和空分復(fù)用三種形式。我國現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)基本上采用單向廣播樹型結(jié)構(gòu),采用同軸電纜作為傳輸介質(zhì),用單向放大器來延長傳輸距離,而HFC雙向網(wǎng)絡(luò)要求使用雙向放大器,雙向光節(jié)信道點(diǎn),同時在前端增加話音和數(shù)據(jù)通信設(shè)備,在用戶端增加相應(yīng)的接收設(shè)備,才能實(shí)現(xiàn)廣播式信道和交互式信道。
5.實(shí)時操作系統(tǒng)(RTOS)
實(shí)時操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)本地資源和網(wǎng)絡(luò)資源的管理,提供基本操作功能和設(shè)備的訪問控制。在啟動機(jī)頂盒時,由引導(dǎo)程序通過網(wǎng)絡(luò)從中心控制系統(tǒng)下載實(shí)時操作系統(tǒng)。
深圳迪科網(wǎng)視通數(shù)字機(jī)頂盒的RTOS設(shè)計(jì)上采用了FLASHROM引導(dǎo),其引導(dǎo)程序功能包括:
(1)系統(tǒng)自檢:對系統(tǒng)硬件進(jìn)行檢測,如DRAM等。
(2)系統(tǒng)設(shè)置:用戶可以通過遙控器對系統(tǒng)必要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,如基本頻率、輔助頻率、符號率、DTV節(jié)目信息表等。
(3)?DTV功能:用戶在無點(diǎn)播服務(wù)的情況下,可觀看數(shù)字電視節(jié)目。
(4)系統(tǒng)升級:通過判別系統(tǒng)或坐標(biāo)的名稱及版本號下載FLASHROM中的系統(tǒng)或臺標(biāo)數(shù)據(jù)。
6.中間件
中間件是一種將應(yīng)用程序與底層的操作系統(tǒng)和硬件隔離開來的軟件環(huán)境,它通常由各種虛擬機(jī)構(gòu)成,如HTML虛擬機(jī)、Java虛擬機(jī)和MHEG-5虛擬機(jī)等。一個完整的數(shù)字機(jī)頂盒由硬件平臺和軟件系統(tǒng)組成,可分為四層,從底層向上分別為硬件、底層軟件、中間件、應(yīng)用軟件。硬件提供機(jī)頂盒硬件平臺;底層軟件提供操作系統(tǒng)和各種硬件的驅(qū)動程序;應(yīng)用軟件包括本機(jī)儲存的應(yīng)用程序和可下載的應(yīng)用程序;中間件將應(yīng)用軟件與依賴硬件的底層軟件分離開來,使應(yīng)用不依賴于具體的平臺。8.3.6軟件機(jī)頂盒技術(shù)
1.軟件無線電技術(shù)
軟件無線電技術(shù)是最近幾年提出的一種實(shí)現(xiàn)無線通信的新體系結(jié)構(gòu)。軟件無線電技術(shù)主要針對現(xiàn)在的無線通信領(lǐng)域存在的多種通信體系并存,各種標(biāo)準(zhǔn)競爭激烈,特別是新的體系層出不窮,產(chǎn)品生產(chǎn)周期越來越短,原有的以硬件為主的無線通信體系難以適應(yīng)這種局面,加之?dāng)?shù)字信號處理技術(shù)不斷成熟,A/D、DSP器件性能越來越好,正是在這樣的背景下軟件無線電的概念應(yīng)運(yùn)而生。自1995年IEEE發(fā)表一期軟件無線電專輯后,人們開始嘗試將軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于無線通信各領(lǐng)域,包括第三代移動通信系統(tǒng)。軟件無線電的基本思想是以硬件作為通用的基本平臺,硬件的基礎(chǔ)是可編程高速數(shù)字信號處理器(DSP),其余部分則是基本的射頻處理單元和輸入/輸出接口。在高速數(shù)字信號處理芯片上進(jìn)行物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的軟件開發(fā),將盡可能多的應(yīng)用功能利用軟件來實(shí)現(xiàn),從而將新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)轉(zhuǎn)換到軟件上來。通過軟件實(shí)現(xiàn)各種功能,可使系統(tǒng)的改進(jìn)和升級都非常方便,同時不同系統(tǒng)之間很容易互聯(lián)與兼容。軟件無線電的基本結(jié)構(gòu)如圖8-9所示。圖8-9軟件無線電的結(jié)構(gòu)框圖
2.軟件數(shù)字機(jī)頂盒
與通信領(lǐng)域相同,近幾年來由于數(shù)字電視技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字電視廣播運(yùn)營商所面臨最大的困難之一,就是決定采用什么樣的系統(tǒng)才能使之在未來十年里保持繼續(xù)發(fā)展而不必頻繁更換系統(tǒng)。從圖像格式到傳輸標(biāo)準(zhǔn),從業(yè)務(wù)范圍到接入系統(tǒng),每一個決策都有導(dǎo)致重大損失的風(fēng)險??梢哉f,減少風(fēng)險的最佳選擇是采用軟件無線電技術(shù)。目前,國內(nèi)外的技術(shù)專家已把軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電視廣播多媒體技術(shù)的許多領(lǐng)域,如軟電視平臺、軟數(shù)字電視機(jī)頂盒、軟CA平臺等。
一個簡單的數(shù)字有線電視機(jī)頂盒如圖8-10,其軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖8-11所示。圖8-10簡單數(shù)字有線電視機(jī)頂盒圖8-11軟件數(shù)字機(jī)頂盒的結(jié)構(gòu)圖軟件機(jī)頂盒的最大特點(diǎn)是具有完全可編程性。圖8-10虛線內(nèi)各部分的功能可由軟件實(shí)現(xiàn),調(diào)制解調(diào)、信道編解碼、數(shù)字濾波、信息處理、視音頻編解碼、加解密及實(shí)時控制等也可以由軟件編程方式來實(shí)現(xiàn),并且可以通過軟件下載來更新,從而改變這些功能。
可以說軟件機(jī)頂盒就是一個具有強(qiáng)大運(yùn)算功能的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī),可以為各種應(yīng)用提供靈活、開放的系統(tǒng)平臺。
為了適應(yīng)當(dāng)今數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展、業(yè)務(wù)需求的不斷變化和標(biāo)準(zhǔn)的快速融合與更新,數(shù)字通信和數(shù)字廣播電視的發(fā)展方向應(yīng)是采用具有開放性的軟件接入系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)設(shè)備多標(biāo)準(zhǔn)性、多業(yè)務(wù)適應(yīng)性、功能升級適應(yīng)性提供了最佳解決方案,有著廣泛的前景。8.4各公司有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的介紹
8.4.1ST公司的DVB-C機(jī)頂盒
ST公司的DVB-C機(jī)頂盒的結(jié)構(gòu)如圖8-12所示。圖8-12ST公司的DVB-C機(jī)頂盒結(jié)構(gòu)圖
1.系統(tǒng)和解復(fù)用芯片
系統(tǒng)和解復(fù)用芯片為ST20-TP2。它的性能包括:
(1)集成了32位可變長精簡指令集的CPU,主頻速度0~50Hz,有8KB的SRAM,支持最大200Mb/s的數(shù)據(jù)寬度。
(2)具有可編程的存儲器接口,支持SRAM和DRAM混用形式,數(shù)據(jù)寬度可為8、16、32比特,支持PCMCIA模式。
(3)支持異步和同步兩種串行通信方式。
(4)有內(nèi)部集成的解擾模塊,支持DVB的通用解擾方式的解擾。本模塊具有多種接口,包括兩個MPEG解碼的DMA接口,兩個SmartCard的接口,碼流輸入的DMA接口,塊移動的DMA接口,圖文接口和IEEE1284接口。
(5)其開發(fā)工具中包括標(biāo)準(zhǔn)C的編譯器和庫,可利用軟件實(shí)現(xiàn)MPEG系統(tǒng)層的解復(fù)用,對其他設(shè)備(模塊)的驅(qū)動和同步,電子節(jié)目表的過濾和顯示,以及條件接收的實(shí)現(xiàn)等。
ST20-TP2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8-13所示。圖8-13ST20-TP2內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖解復(fù)用的過程是一個軟件和硬件混合的方式,ST20-TP2用DMA方式將接口芯片輸入的碼流直接存放在儲存器中,用軟件來判斷碼流的類型并解復(fù)用。若判斷出碼流是DVB標(biāo)準(zhǔn)加擾的碼流,則通過存儲器到存儲器DMA的傳輸方式傳到解擾模塊中去,進(jìn)行解擾后,再利用軟件解復(fù)用。
解復(fù)用后的碼流經(jīng)DMA方式傳到外儲存器的緩沖段中,或作為一個消息傳給另一個進(jìn)程。字解碼模塊發(fā)出DMA申請時,TS20從內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入解存模塊,輸入碼流中提取的視頻和音頻壓縮數(shù)據(jù)通過兩個獨(dú)立的DMA控制器來傳給解碼模塊。ST20-TP2有獨(dú)特的結(jié)構(gòu),在典型應(yīng)用中解復(fù)用操作只占用不到一半的CPU運(yùn)行周期。
ST20系列的CPU有兩個異步串行接口(ASC2),用于與調(diào)制解調(diào)器或其他外用設(shè)備相連,使機(jī)頂盒可以和收費(fèi)電視系統(tǒng)相連。這兩個異步串行接口可支持多種比特率或數(shù)據(jù)格式的傳輸,也可將碼流中的圖文或數(shù)據(jù)通過串行口傳給計(jì)算機(jī)等設(shè)備。ST20同時提供兩個同步串行接口,一般使用I2C總線協(xié)議進(jìn)行通信,可用于外圍芯片控制,例如前端的調(diào)諧器STV0197(QAM解調(diào))和STV0199(QPSK解調(diào)),后端的PAL/NTSC編碼芯片STV0118。
ST20系列還提供高速數(shù)據(jù)接口,TP2提供一個IEEE1284接口,這是一個8比特寬度的并行接口,支持高速數(shù)據(jù)輸入/輸出操作,數(shù)據(jù)的輸入/輸出通過一個專用的DMA控制器在接口和儲存器中進(jìn)行。
ST20系列還提供智能卡接口,以使機(jī)頂盒適應(yīng)CA系列的需要。智能卡接口符合ISO7816-3規(guī)范,使用異步協(xié)議。
在ST公司的新一代ST20-TP3中,傳送流解復(fù)用改為硬件實(shí)現(xiàn),通過可編程控制的復(fù)用接口進(jìn)行控制,CPU被占用的資源更少,同時解擾模塊也進(jìn)行了改進(jìn),可以很方便地應(yīng)用到更多的CA系統(tǒng)中。
2.解碼芯片
ST方案的解碼芯片使用STI3520,它包括視頻解碼部分、音頻解碼部分和鎖相環(huán)。視頻解碼部分可實(shí)時解碼,符合MPEG-1和MPEG-2標(biāo)準(zhǔn),視頻分辨率為720×480、圖像幀頻為60Hz或720×576、圖像幀頻為50Hz,通過水平和垂直方向上的濾波器來實(shí)現(xiàn)顯示圖像格式的轉(zhuǎn)換。音頻解碼部分符合MPEG標(biāo)準(zhǔn)的音頻碼流,采樣率分別為32、44.1、48kHz。音頻數(shù)據(jù)通過8比特的數(shù)據(jù)接口輸入,STI3520能自動抽出PCR時碼,進(jìn)行音視頻同步,有在屏顯示功能,用戶定義的位圖可疊加在顯示圖像上,要顯示的位圖由ST20直接寫入內(nèi)存中。STI3520的結(jié)構(gòu)如圖8-14所示。圖8-14STI3520內(nèi)部結(jié)構(gòu)由圖8-18可以看出,TI3520有四個主要接口:微控器接口、存儲器(DRAM或DSRAM)接口、視頻接口和音頻接口。微控制器接口用來傳送數(shù)據(jù),音視頻的中斷請求以及其他一些控制信息;存儲器接口用來傳送動態(tài)地址和數(shù)據(jù)信息;視頻接口用來輸出復(fù)合(A,V)、分量(R,G,B)、SVideo等格式的信號,信號中可包含在屏顯示信息;音頻接口用來輸出音頻的時鐘PCM數(shù)據(jù)。在存儲器音量大于2MB的時候,PAL解碼和在屏顯示可同時執(zhí)行,在屏顯示顏色為16色。
STI3520可以接收多種格式的壓縮碼流數(shù)據(jù):①由ISO/IEC13818-1標(biāo)準(zhǔn)定義的MPEG的PES流;②由ISIO/IEC13818-2標(biāo)準(zhǔn)定義的MPEG視頻ES流;③由ISOI/IEC11172-3標(biāo)準(zhǔn)定義的音頻ES流;④由ISO/IEC11172-1標(biāo)準(zhǔn)定義的MPEG視頻ES流;⑤由ISO/IEC11172-2標(biāo)準(zhǔn)定義的MPEG的PES流。解碼前,STI3520先從PES碼流中抽出時間標(biāo)志,同時將碼流其他有用的信息抽出,將它們放入STI3520存儲器中。STI3520的存儲器接口控制DRAM的讀寫和刷新,DRAM提供顯示緩存、數(shù)據(jù)緩存、已解碼數(shù)據(jù)緩存和在屏顯示緩存。在視頻解碼過程中,四個進(jìn)程同時進(jìn)行,即輸入碼流到緩存,尋找輸入碼流的起始碼,對一幅圖像進(jìn)行解碼,顯示一幅圖像。對每一個進(jìn)程ST20都要設(shè)置參數(shù)并通過中斷監(jiān)視其事件的通信。
STI3520輸入數(shù)據(jù)緩存的大小由軟件定義,輸入數(shù)據(jù)寫入DRAM的進(jìn)程獨(dú)立于其他解碼進(jìn)程。寫入DRAM前,數(shù)據(jù)先通過1?kb的內(nèi)部FIFO(先入先出寄存器),在對MPEG-2(MP@ML)進(jìn)行解碼時,最大持續(xù)輸入碼率為15Mb/s,最大猝發(fā)輸入碼率為280Mb/s,猝發(fā)輸入度為1kb。啟始碼探測器搜尋緩存中碼流的圖像層的啟始碼,找到后,啟始碼探測器啟動一個中斷,微控器此時就可讀出啟始后的數(shù)據(jù)。當(dāng)一個新圖像開始圖像解碼時,或當(dāng)軟件對其進(jìn)行調(diào)用時,啟始碼探測器啟動。
圖像解碼進(jìn)行整幅圖像的解碼,當(dāng)整幅圖像解碼完成時此進(jìn)程停止,等待解下一幅圖像的指令。在一幅圖像的解碼進(jìn)程開始后,碼流從壓縮數(shù)據(jù)緩存中讀出,進(jìn)入變長解碼器,圖像重建過程開始。重建后的圖像寫入DRAM中的已解碼緩存段中,當(dāng)一幅圖像解碼進(jìn)行時,下一幅圖像的啟始碼探測也已開始。圖像數(shù)據(jù)格式符合ITU-R656規(guī)范,為使圖像解碼的水平尺寸與顯示圖像相適應(yīng),STI3520可對亮度和色度信號進(jìn)行采樣率的轉(zhuǎn)換。
在屏顯示功能允許軟件將位圖疊加到任何區(qū)域的解碼圖像上,ST20可在任何時候?qū)⑽粓D數(shù)據(jù)寫入或讀出。音頻解碼部分主要包括以下四大塊:
(1)主機(jī)接口和控制寄存器塊:用于主機(jī)和音頻部分的通信以及音頻控制器的設(shè)置。
(2)輸入處理塊:用于包的解復(fù)用響應(yīng),有一段256字節(jié)的內(nèi)部FIFO,在將音頻數(shù)據(jù)輸入DRAM之前,先解出時間標(biāo)志,將音頻數(shù)據(jù)段與時間標(biāo)志捆綁起來。
(3)信號處理塊:利用MPEG的Layer1和Layer2算法進(jìn)行音頻解碼。
(4)?PCM輸出塊:將PCM的音頻輸出組織為所需要的串行輸出格式,并產(chǎn)生音頻D/A轉(zhuǎn)換器的所有控制信號。片內(nèi)鎖相環(huán)進(jìn)行頻率合成及分割,從單一的輸入時鐘中得到所有解碼過程所需要的時鐘。輸入時鐘可以是PCM時鐘、系統(tǒng)時鐘或視頻像素時鐘中的一種。鎖相環(huán)可進(jìn)行編程控制,產(chǎn)生內(nèi)部的MPEG視頻解碼時鐘、音頻解碼時鐘、PCM時鐘以及外存儲器時鐘。8.4.2菲利浦芯片Cable的數(shù)字機(jī)頂盒
基于Cable的DVB-C的機(jī)頂盒結(jié)構(gòu)如圖8-15所示。由圖可以看到,整個機(jī)頂盒可以分成四部分:前端、主板、前面板和電源。圖8-15DVB-C機(jī)頂盒結(jié)構(gòu)圖數(shù)字機(jī)頂盒通過前端板接收來自電纜的電視信號,并對它進(jìn)行QAM解調(diào)和糾錯處理,形成TS流送主板。主板在整個機(jī)頂盒中是一個核心部件,其結(jié)構(gòu)框圖如圖8-16所示,它主要完成MPEG-2傳輸流的接收、解碼、解擾和解復(fù)用,輸出A/V信號。圖8-16主板結(jié)構(gòu)框圖主板的主要芯片選用了Philips公司的SAA7214和SAA7215,其封裝形成為QFP208,工作電壓為3.3V。
SAA7214是一個MPEG-2傳輸流的綜合源解碼器,它包含必備的硬件和軟件,從而能夠完成MPEG-2傳輸流的接收、解碼、解擾和解復(fù)用,其內(nèi)含一個32位的MIPSPR3001RISCCPU核(頻率為40.5MHz)和幾個周邊接口——UARTs、I2C單元及IEEE1284接口。因此,數(shù)據(jù)流SAA7214在所有的數(shù)字電視應(yīng)用中能執(zhí)行所有的控制任務(wù),它能處理并行字節(jié)和串行位的傳輸流,在不同的形式下,數(shù)據(jù)流速可達(dá)13.5MB/s(即未壓縮的108Mb/s)。數(shù)據(jù)流通過解復(fù)用單元,可獨(dú)立出32個數(shù)據(jù)流,該解復(fù)用單元包括時鐘恢復(fù)和時間基管理。特定節(jié)目信息(PSI)、服務(wù)信息(SI)、條件訪問(CA)信息和保密數(shù)據(jù)都存儲在一個外部存儲器里,以便于PR3001CPU核的脫線處理。SAA7214通過一個16位的微控制器擴(kuò)展總線支持DRAM、FLASH、(E)PROM等。采用了一片32MB的FLASH,用于存放程序和漢字庫,采用一片DRAM用于存放動態(tài)數(shù)據(jù)和一些中間結(jié)果。SAA7214還可通過串口外接Modem,實(shí)現(xiàn)反向信道功能。同時,它也提供一個同步接口與MPEGAVGD解碼器(7215)以40.5MB/s的速率通信:從7214里出來的AV數(shù)據(jù)流進(jìn)入集成的MPEGAVG解碼器SAA7215。SAA7215的功能主要是完成聲音、視頻和圖像的解碼和數(shù)字視頻的編碼。與SAA7215相連的有兩片16MB的SDRAM,用于聲音、視頻解碼和圖像數(shù)據(jù)的存儲。從SAA7215出來的信號經(jīng)過D/A芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換,形成模擬電視機(jī)可以接收的電視信號再送到電視機(jī)里。
與前端和主板相比較,前面板的結(jié)構(gòu)和原理比較簡單。前面板上有一個CPU(87C524),它是從處理器,與SAA7214上的主CPU之間通過串口傳輸數(shù)據(jù)。有9個按鍵和1個紅外接收芯片,用戶通過遙控器或按鍵發(fā)出中斷請求,系統(tǒng)響應(yīng)并作出相應(yīng)的處理,以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。8.4.3基于SC2000芯片的機(jī)頂盒
LSILogic公司具有20多年的生產(chǎn)音頻/視頻解碼器芯片的經(jīng)驗(yàn)。該公司的SC2000芯片是機(jī)頂盒的專用芯片,集成了多個機(jī)頂盒必須的硬件設(shè)備,包括嵌入式MIPSCPU、MPEG-2A/V解碼器及NTSC/PAL編碼器。它具有強(qiáng)大的音、視頻處理能力,而且便于上層應(yīng)用軟件的開發(fā)。
1.機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)
SC2000芯片機(jī)頂盒的硬件結(jié)構(gòu)如圖8-17所示。從HFC網(wǎng)上傳輸來的有線電視信號和數(shù)據(jù)廣播信號經(jīng)調(diào)諧器進(jìn)行下變頻后,通過QAM解調(diào)器,輸出TS流,在嵌入式MIPSCPU的控制下,碼流再經(jīng)過解復(fù)用、解碼、緩存處理,最后實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其中,QAM解調(diào)器可以自適應(yīng)地支持6、32、64、128、256QAM解調(diào),一般情況下使用64QAM解調(diào),當(dāng)線路質(zhì)量不好時,采用16QAM解調(diào)。圖8-17SC-2000芯片機(jī)頂盒硬件結(jié)構(gòu)圖
PAL/NTSC編碼器將解碼出的數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)制式的模擬電視信號。
以太網(wǎng)卡通過E-Bus和嵌入式MIPSCPU連接,實(shí)現(xiàn)雙向通信和上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁的功能。
此外,還有豐富的外部設(shè)備接口,其中,智能卡接口提供有條件接收的IC卡認(rèn)證功能,紅外線接口提供遙控器功能,RS232接口提供外部通信。
2.?SC2000芯片介紹
SC2000主要包括如下子系統(tǒng):
CPU子系統(tǒng):SC2000集成了LSILogic公司高性能的108MHz、32MIPS微處理器核心,支持32位和16位指令,MIPS精簡指令集除了保留與已經(jīng)存在的32位二進(jìn)制代碼的完全兼容外,還提供高達(dá)40%代碼大小的精簡比率。頻繁出現(xiàn)的指令被編碼進(jìn)入16位指令域,以減少機(jī)頂盒中所需要的Flash容量的大小。SC2000總線系統(tǒng)包括I-Bus、S-Bus和E-Bus。I-Bus用來訪問其他子系統(tǒng)的寄存器;S-Bus用來訪問SDRAM;E-Bus用來訪問外部FlashROM。外部FlashROM存儲整個軟件系統(tǒng)的可執(zhí)行代碼。
傳輸解復(fù)用子系統(tǒng):集成了MPEG-2傳輸層支持音頻、視頻和數(shù)據(jù)服務(wù)的所有解復(fù)用功能,通過信道解碼接口接收傳輸層格式的打包數(shù)據(jù)流(每包188B)。通過PID處理器解析所收的數(shù)據(jù),提取所選擇的節(jié)目流、音視頻PES數(shù)據(jù)、PSI、SI和私有數(shù)據(jù),再通過高頻解碼接口輸出音頻、視頻流。PSI、SI和私有數(shù)據(jù)被存進(jìn)外圍SDEAM中,從而能直接被內(nèi)嵌CPU讀取。
音頻/視頻解碼子系統(tǒng):接收從傳輸子系統(tǒng)發(fā)過來的信道數(shù)據(jù),通過硬件進(jìn)行MPEG-2的音視頻解碼,輸出解碼后的視頻給混合/編碼子系統(tǒng),輸出解碼后的數(shù)字音頻給DAC模塊。音視頻解碼子系統(tǒng)通過內(nèi)部存儲接口訪問一個專有的SDRAM,用來存儲音視頻數(shù)據(jù)和PES頭信息。
混合/編碼子系統(tǒng):混合來自O(shè)SG子系統(tǒng)的圖像和來自解碼子系統(tǒng)的視頻,輸出RGB格式和NTSC/PAL/SECAM制式編碼的模擬視頻。解碼子系統(tǒng)輸出視頻給混合器,OSG子系統(tǒng)輸出OSD(在屏顯示)、靜止圖像層和鼠標(biāo)層數(shù)據(jù)給混合器,經(jīng)處理后形成單一的顯示層,將YCbCr格式數(shù)據(jù)送給編碼器,形成RGB格式視頻和混合模擬視頻。
外圍接口子系統(tǒng):提供CPU訪問外圍設(shè)備的接口,包括并口、串口、紅外接口、智能卡接口和通用輸入/輸出接口等。并口用來讀取前面板鍵盤的數(shù)據(jù);串口用于調(diào)試和將用戶點(diǎn)播信息通過調(diào)制解調(diào)器送上PSTN網(wǎng);紅外接口用于接收用戶遙控器的命令;智能卡接口用于用戶身份認(rèn)證和資格審查;通用輸入/輸出接口用于進(jìn)行一般的輸入/輸出處理。
3.終端軟件系統(tǒng)
機(jī)頂盒終端軟件SDP2000采用pSOS操作系統(tǒng),依據(jù)軟件工程的原則,按層次進(jìn)行模塊設(shè)計(jì),具有很強(qiáng)的可移植性。下面分別介紹pSOS操作系統(tǒng)SDP2000和各層模塊之間的關(guān)系,其層次關(guān)系如圖8-18所示。圖8-18SDP2000軟件層次關(guān)系
pSOS是一個模塊化、高性能的實(shí)時操作系統(tǒng),專門用來設(shè)計(jì)嵌入式微處理器。它提供了一個基于開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的、徹底的多任務(wù)環(huán)境。pSOS系統(tǒng)采用的是模塊化的結(jié)構(gòu),圍繞著pSOS實(shí)時多任務(wù)內(nèi)核,集成了基于標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的、絕對編碼獨(dú)立的各種功能軟件模塊。標(biāo)準(zhǔn)的模塊結(jié)構(gòu)使它們一方面可以不用進(jìn)行絲毫改變就可被不同的程序所調(diào)用;另一方面也減少了用戶的維護(hù)工作,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
SDP2000軟件模塊主要包括以下幾層:
應(yīng)用層:是SDP2000的最高層代碼,用來控制整個機(jī)頂盒的操作,包括用戶輸入/輸出、音視頻功能和通用任務(wù),能直接調(diào)用驅(qū)動層函數(shù),也可訪問RTOS的功能。
驅(qū)動層:通過硬件抽象層控制特定的硬件組件,向應(yīng)用層提供應(yīng)用編程接口,所有的驅(qū)動組件都可以訪問RTOS的功能。
驅(qū)動適應(yīng)層:對第三方提供的應(yīng)用軟件,包括瀏覽器、股票分析系統(tǒng)等,通過驅(qū)動適應(yīng)層調(diào)用驅(qū)動層的API,這樣,當(dāng)?shù)谌杰浖薷臅r,只需要修改相應(yīng)的驅(qū)動適應(yīng)層即可。
硬件抽象層:是驅(qū)動層的子集,它直接訪問硬件,通過設(shè)定片內(nèi)寄存器實(shí)現(xiàn)特定的功能。這樣,若將SDP2000移植到新的硬件平臺,則僅需改動硬件抽象層即可。
4.終端軟件應(yīng)用層的具體實(shí)現(xiàn)
SDP2000應(yīng)用層根據(jù)機(jī)頂盒所提供的功能進(jìn)行設(shè)計(jì),實(shí)時接收用戶的請求,然后進(jìn)行分析,將相應(yīng)的服務(wù)提供給用戶。應(yīng)用層軟件是SDP2000的最高層,也是按照模塊化的思想讓各個部分獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)專門的功能。各模塊的關(guān)系如圖8-19所示。圖8-19應(yīng)用層模塊關(guān)系
SDP2000應(yīng)用層主要包括如下模塊:
用戶輸入模塊:負(fù)責(zé)處理用戶輸入,包括前面板鍵盤、紅外控制以及串行輸入設(shè)備,接收發(fā)自這三種設(shè)備驅(qū)動的請求,再將請求傳遞給用戶輸出模塊,產(chǎn)生與輸出相對應(yīng)的輸出信息。
用戶輸出模塊:響應(yīng)來自用戶輸入模塊和主控制模塊的請求,負(fù)責(zé)控制音頻、視頻和圖形輸出;調(diào)用LED和LCD驅(qū)動在機(jī)頂盒前面板上顯示系統(tǒng)信息,調(diào)用字庫和圖形庫產(chǎn)生OSC及混合器所需要的各種圖形元素;當(dāng)從用戶輸入模塊接收到音視頻服務(wù)的請求時,將請求發(fā)給主控制模塊和音視頻解碼模塊。
主控制模塊:實(shí)時讀取智能卡中的用戶信息,對用戶的資格進(jìn)行審查。當(dāng)接收到用戶輸出模塊發(fā)送的請求時,對解調(diào)部分進(jìn)行鎖頻,得到相應(yīng)的碼流,然后將請求發(fā)給音視頻解碼模塊進(jìn)行處理。
音視頻解碼模塊:主要用來對節(jié)目進(jìn)行解碼,包括設(shè)置音頻、視頻的傳輸通道和PID等。
在DVB-C機(jī)頂盒中,采用SC2000芯片的單片式機(jī)頂盒具有更友好的界面和更方便的交互性,增強(qiáng)了功能,降低了成本,代表數(shù)字機(jī)頂盒的發(fā)展方向。8.4.4同洲公司生產(chǎn)的CDVBC2200型機(jī)頂盒
我國同洲公司生產(chǎn)的CDVBC2200型有線電視數(shù)字機(jī)頂盒采用FUJITSU單片解決方案,該機(jī)型以MB87L2250芯片為核心,由電纜調(diào)諧器(Tuner)、QAM解調(diào)器、FLASHROM、SDRAM、視頻編碼器及輸出電路、音頻D/A轉(zhuǎn)換器及音頻放大電路、操作顯示單元、智能卡電路、電源單元等部分組成。其組成框圖如圖8-20所示。圖8-20同洲公司CDVBC2200型有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的組成框圖
1.工作原理
MB87L2250芯片包含了嵌入式CPU、傳輸流解復(fù)用器、MPEG解碼器和各種接口電路。嵌入式CPU和FLASH、SDRAM、E2PROM、總線收發(fā)器和地址譯碼器等電路組成系統(tǒng)控制電路。CPU通過芯片的內(nèi)部總線與解復(fù)用器和解碼器相連,將控制命令和數(shù)據(jù)直接傳輸給解復(fù)用器和解碼器。CPU通過外部總線與FLASH、SDRAM相連,它直接從FLASH中讀取程序命令,并按程序規(guī)定的步驟執(zhí)行相應(yīng)的操作。在操作過程中,CPU從SDRAM中讀取操作所需要的數(shù)據(jù),完成機(jī)器的各種功能。CPU通過I2C總線與E2PROM、視頻編碼器和Tuner(調(diào)制器)相連,CPU在I2C總線上讀取存放在E2PROM中的頻道參數(shù),并通過I2C總線將頻道參數(shù)發(fā)送給Tuner,控制Tuner按參數(shù)選擇相應(yīng)的頻道。CPU還通過I2C總線設(shè)置視頻編碼器,監(jiān)視視頻編碼器的狀態(tài),使視頻編碼器按照設(shè)置的工作方式完成視頻信號的轉(zhuǎn)換工作。CPU通過接口分別與鍵盤、數(shù)碼顯示器、讀卡電路等相連,控制這些電路來分別完成人機(jī)對話、頻道現(xiàn)實(shí)、從智能卡讀取密鑰等功能。工作過程如下:RF
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