數字電視機頂盒:将數字電視信号轉換成模拟信号的變換設備-中文百科頻道

基本概述

數字電視機頂盒是一種将數字電視信号轉換成模拟信号的變換設備，它對經過數字化壓縮的圖像和聲音信号進行解碼還原，産生模拟的視頻和聲音信号，通過電視顯示器和音響設備給觀衆提供高質量的電視節目。目前的數字電視機頂盒已成為一種嵌入式計算設備，具有完善的實時操作系統，提供強大的CPU計算能力，用來協調控制機頂盒各部分硬件設施，并提供易操作的圖形用戶界面，如增強型電視的電子節目指南，給用戶提供圖文并茂的節目介紹和背景資料。同時，機頂盒具有“傻瓜計算機”能力，這樣通過内部軟件功能和對網絡稍加進行雙向改造，很容易實現如因特網浏覽、視頻點播、家庭電子商務、電話通信等多種服務，可謂一網打天下。

電視從黑白電視向彩色電視過渡時，采用了兼容的辦法，PAL-D制在中國一直延續到現在。

從模拟電視向高清晰度數字電視過渡，是一個跨越式的過渡，可以說無法直接兼容，也就是說目前的所有的模拟電視是不能使用的，所以一步到位是不現實的，目前各國采用了一個過渡式的辦法--既數字機頂盒，使用了數字機頂盒後将數字信号轉變成模拟信号輸入給現在的模拟電視機顯示信息，這樣有效地避免了電視信号在傳輸過程中導緻的幹擾和損耗，電視接收的信号質量得到了很大程度的改善。這隻是一種過渡，由于模拟電視機的掃描線已定，所以它與高清晰度數字電視相比，還有相當大的距離。

高清晰度數字電視(HDTV)是未來的發展方向，到那時現在的模拟電視被全部淘汰，電視台的射、錄、編設備也相應更換，人們在電視屏幕上看到的将是高清晰度的電視畫面和更多的功能,HDTV會把電視帶入一個嶄新的時代。

有人問目前數字機頂盒接收的信号是高清晰度數字電視嗎？不是，使用了數字機頂盒後将數字信号轉變成模拟信号輸入給現在的模拟電視機顯示信息，這樣電視接收的信号質量雖然有了很大程度的改善，由于模拟電視機的掃描線已定，所以它與高清晰度數字電視相比，還有相當大的距離。這隻是一種過渡。

基本功能

數字電視機頂盒的基本功能是接收數字電視廣播節目，同時具有所有廣播和交互式多媒體應用功能，包括：

（1）電子節目指南（EPG）：它為用戶提供一種容易使用、界面友好、可以快速訪問想看節目的方式，用戶可以通過該功能看到一個或多個頻道甚至所有頻道上近期将播放的電視節目。

（2）高速數據廣播：它能為用戶提供股市行情、票務信息、電子報紙、熱門網站等各種信息。

（3）軟件在線升級：它可看成是數據廣播的應用之一。數據廣播服務器按DVB數據廣播标準将升級軟件廣播下來，機頂盒能識别該軟件的版本号，在版本不同時接收該軟件，并對保存在存儲器中的軟件進行更新。

（4）有條件接收：有條件接收的核心是加擾和加密，數字機頂盒都具有解擾和解密功能。

總之，有線電視數字機頂盒的技術含量非常高，它集中反映了多媒體、計算機、數字壓縮編碼、加解擾算法、加解密算法、通信技術和網絡技術發展水平，因此其成本和市場銷售價格也比模拟機頂盒高。

輸入接口

數字電視機頂盒輸入輸出接口

1、信号輸入

2、信号環路輸出

3、RCA

4、YPbPr

5、S-VIDEO

6、SPDIF

7、USB

8、網絡接口

硬件結構

1、主闆 mainboard

2、電源 Power board

3、遙控器和按鍵控制面闆 Front PCB

4、高頻頭 Tuner

5、射頻調制器 RF

6、升級串口RS-232

7、閃存Flash

8、音視頻輸出接口RCA、SPDIF、HDMI

9、條件接收系統CA 模塊

主要技術

信道解碼、信源解碼、上行數據的調制編碼、嵌入式CPU、MPEG－2解壓縮、機頂盒軟件、顯示控制和加解擾技術是數字電視機頂盒的主要技術。

(1)信道解碼

數字電視機頂盒中的信道解碼電路相當于模拟電視機中的高頻頭和中頻放大器。在數字電視機頂盒中，高頻頭是必須的，不過調諧範圍包含衛星頻道、地面電視接收頻道、有線電視增補頻道。根據DTV目前已有的調制方式，信道解碼應包括QPSK、QAM、OFDM、VSB解調功能。

(2)信源解碼

模拟信号數字化後，信息量激增，必須采用相應的數據壓縮标準。數字電視廣播采用MPEG－2視頻壓縮标準，适用多種清晰度圖像質量。音頻目前則有AC－3和MPEG－2兩種标準。信源解碼器必須适應不同編碼策略，正确還原原始音、視頻數據。

(3)上行數據的調制編碼

開展交互式應用，需要考慮上行數據的調制編碼問題。目前普遍采用的有3種方式，采用電話線傳送上行數據，采用以太網卡傳送上行數據和通過有線網絡傳送上行數據。

(4)嵌入式CPU

嵌入式CPU是數字電視機頂盒的心髒，當數據完成信道解碼以後，首先要解複用，把傳輸流分成視頻、音頻，使視頻、音頻和數據分離開，在數字電視機頂盒專用的CPU中集成了32個以上可編程PID濾波器，其中兩個用于視頻和音頻濾波，其餘的用于PSI、SI和Private數據濾波。CPU是嵌入式操作系統的運行平台，它要和操作系統一起完成網絡管理，顯示管理、有條件接收管理（IC卡和Smart卡）、圖文電視解碼、數據解碼、OSD、視頻信号的上下變換等功能。為了達到這些功能，必須在普通32～64位CPU上擴展許多新的功能，并不斷提高速度，以适應高速網絡和三維遊戲的要求。

(5)MPEG－2解碼

MPEG－2是數字電視中的關鍵技術之一，目前實用的視頻數字處理技術基本上是建立在MPEG－2技術基礎上，MPEG－2是包括從網絡傳輸到高清晰度電視的全部規範。MP@LL用于VCD，可視電話會議和可視電話用的H.263和H.261是它的子集。MP@ML用于DVD、SDTV，MP@MH用于HDTV。

MPEG－2圖像信号處理方法分運動預測、DCT、量化、可變長編碼4步完成，電路是由RISC處理器為核心的ASIC電路組成。

MPEG－2解壓縮電路包含視頻、音頻解壓縮和其它功能。在視頻處理上要完成主畫面、子畫面解碼，最好具有分層解碼功能。圖文電視可用APHA叠顯功能選加在主畫面上，這就要求解碼器能同時解調主畫面圖像和圖文電視數據，要有很高的速度和處理能力。OSD是一層單色或僞彩色字幕，主要用于用戶操作提示。

在音頻方面，由于歐洲DVB采用MPEG－2伴音，美國的ATSC采用杜比AC－3，因而音頻解碼要具有以上兩種功能。

(6)數字電視機頂盒軟件

電視數字化後，數字電視技術中軟件技術占有更為重要的位置。除了音視頻的解碼由硬件實現外，包括電視内容的重現、操作界面的實現、數據廣播業務的實現，直至機頂盒和個人計算機的互聯以及和Internet的互聯都需要由軟件來實現，具體如下：

1 硬件驅動層軟件：驅動程序驅動硬件功能，如射頻解調器、傳輸解複用器、A/V解碼器、OSD、視頻編碼器等。

2 嵌入式實時多任務操作系統：嵌入式實時操作系統是相對于桌面計算機操作系統而言的，它不裝在硬盤中，系統結構緊湊，功能相對簡單，資源開資較小，便于固化在存儲器中。嵌入式操作系統的作用與PC機上的DOS和Windows相似，用戶通過它進行人機對話，完成用戶下達的指定。指定接收采用多種方式如：鍵盤、鼠标、語音、觸摸屏、紅外遙控器等。

3 中間件：開放的業務平台上的特點在于産品的開發和生産以一個業務平台為基礎，開放的業務平台為每個環節提供獨立的運行模式，每個環節擁有自身的利潤，能産生多個供應商。隻有采用開放式業務平台才能保證機頂盒的擴展性，保證投資的有效回收。

4 上層應用軟件：執行服務商提供的各種服務功能，如：電子節目指南、準視頻點播、視頻點播、數據廣播、IP電話和可視電話等。上層應用軟件獨立于STB的硬件，它可以用于各種STB硬件平台，消除應用軟件對硬件的依賴。

(7)顯示技術

就電視和計算機顯示器而言，CRT顯示是一種成熟的技術，但是用低分辨率的電視機顯示文字，尤其是小于24×24的小字，問題就變得複雜了。電視機的顯像管是大節距的低分辨率管，隻适合顯示720×576或640×480的圖像，它的偏轉系統是固定不變的，是為525行60Hz或625行50Hz設計的，而數字電視的顯示格式有18種以上。上網則要符合VESA格式，顯然，電視機的顯示系統無法适應這麼多格式。另外，電視采用低幀頻的隔行掃描方式，當顯示圖形和文字時，亮度信号存在背景閃爍，水平直線存在行間閃爍。如果把逐行掃描的計算機圖文轉換到電視機上，水平邊沿就會僅出現在奇場或偶場，屏顯時間接近人眼的視覺暫留，會産生厲害的邊緣閃爍現象，因而要用電視機上網，必須要補救電視機顯示的缺陷。

根據技術難度和成本，目前用兩種方法進行改進，一種是抗閃爍濾波器，把相鄰三行的圖像按比例相加成一行，使僅出現在單場的圖像重現在每場中，這種方式叫三行濾波法。三行濾波法簡單易實現。但降低了圖像的清晰度，适用于隔行掃描方式的電視機。另一種方法是把隔行掃描變成逐行掃描，并适當提高幀頻，這種方式要成倍地增加掃描的行數和場數，為了使增加的像數不是無中生有，保證活動畫面的連續性，必須要作行、場内插運算和運動補償，必須用專用的芯片和複雜的技術才能實現，這種方式在電視機上顯示計算機圖文的質量非常好，但必須在有逐行和倍掃描功能的電視機上才能實現。另外把分辨率高于模拟電視機的HDTV和VESA信号在電視機上播放，隻能顯示部分畫面，必須進行縮小這就像PIP方式，要丢行和丢場。

(8)加解擾技術

加解擾技術用于對數字節目進行加密和解密。其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸的方法，用戶端利用IC卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關的有2個數據流：授權控制信息(ECMS)和授權管理信息(EMMs)。由業務密鑰(SK)加密處理後的控制字在ECMs中傳送，其中包括節目來源、時間、内容分類和節目價格等節目信息。對控制字加密的業務密鑰在授權管理信息中傳送，并且業務密鑰在傳送前要經過用戶個人分配密鑰(PDE)的加密處理。EMMs中還包括地址、用戶授權信息，如用戶可以看的節目或時間段，用戶付的收視費等。

用戶個人分配密鑰(PDK)存放在用戶的智能卡(Smart Card)中，在用戶端，機頂盒根據PMT和CAT表中的CA－descriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然後從TS流中過濾出ECMs和EMMs，并通過Smart Card接口送給Smart Card。Smart Card首先讀取用戶個人分配密鑰(PDK)，用PDK對EMM解密，取出SK，然後利用SK對ECM進行解密，取出CW，并将CW通過Smart Card接口送給解擾引擎，解擾引擎利用CW就可以将已加擾的傳輸流進行解擾。

(9)條件接收系統（CAs:Conditional Access System）

有條件接收系統（CAS）是開展付費電視的核心技術，了解它的運行機制，掌握好它的使用和維護對付費電視業務的成功開展非常關鍵。CAS的組成包括有：用戶管理系統SMS、業務信息生成系統SIG、節目管理PMS/SI編輯系統、節目調度處理EIS、用戶授權管理系統SAS、條件接收CA等。主要有兩大塊：一塊是管理用戶的SMS，一塊是管理節目的CA。

CA主要分為兩大部分：一是信号加擾部分，它是通過一個随機碼發生器所産生的随機碼（稱為控制字CW）來控制加擾器對信号的加擾；二是加密部分，要使加擾的信号在接收端成功地解擾，接收端也必須要有和加擾端一模一樣的控制字來控制解擾器，所以，要将前端的CW傳送到接收端，如果直接傳送會很容易被黑客截獲而使CAS失去作用，為此，要對CW進行加密傳送，這種加密是一種多層加密機制，從而增加CW傳送的安全性，直接對CW加密的第一層所産生的密文稱為授權控制信息ECM，通過複用器與加擾的碼流一起傳送，ECM還含有時間、節目價格、節目授權控制等信息，因此ECM是面向節目的管理信息。

對CW加密的密鑰稱為工作密鑰SK，SK通常又叫月密鑰，每月換一次，每換一次SK，系統都要從新對所有用戶進行授權。第二層加密是用稱為節目密鑰PDK對SK進行加密，所産生的密文和從SMS獲取的授權指令通過SAS生成的授權信息組成授權管理信息EMM，EMM還含有智能卡号、授權時間、授權等級等用戶授權信息。這些信息主要是完成對用戶的授權，因此EMM是面向用戶的管理信息，EMM對用戶在什麼時間看、看什麼頻道進行授權，它也通過複用器與加擾碼流一起傳送，以上這些組成了CA最基本的加密系統。

發展現狀

數字電視機頂盒将改變我們現有的電視的概念，也将為互聯網提供一個嶄新的消費終端，而且這個消費終端将比其他任何終端如PC、手機、PDA都普及、方便、吸引人。随着各地有線數字電視的試播，數字電視機頂盒的推廣與幾年前相比已有長足的進步，但是數字機頂盒在國内還沒有得到廣泛的應用，這主要有幾個原因：

（1）數字機頂盒的技術含量較高，真正的産品并不是很多，許多廠商的VOD（視頻點播）事實上大多處于概念階段。

（2）網絡雙向改造與質量問題。由于數字電視機頂盒受網絡帶寬制約較大，尤其是目前國内網絡發展基礎薄弱，而且各種網絡資源各自為陣，因此它的大範圍普及推廣還需時日。

（3）服務不力、缺乏專業的ICP，即信息和節目資源貧乏。如VOD業務推廣應用的一大難點就是節目源的開放以及片源、版權。國家有線電視主幹網的建立、專業供片商的出現可在一定程度上緩解這一難題。許多廠家紛紛開發基于賓館、酒店、小區的VOD系統，也是為了避開這一難題。

（4）資費偏高，對多數用戶而言也是不小的開支。中國人的消費心理是可以承受一次性較大的購置成本，卻不大願意接受長期持續不斷的、沒有明顯回報的消費支付。

盡管當前數字機頂盒的推廣受到了很大的限制，但是數字電視機頂盒不僅是用戶終端，也是網絡終端，它能使模拟電視機從被動接收模拟電視轉向交互式數字電視(如視頻點播等)，并能接入因特網，使用戶享受電視、數據、語言等全方位的信息服務。随着數字技術、多媒體技術和網絡技術的發展，數字電視機頂盒功能将逐步完善，尤其是單片PC技術的發展，将促使數字電視機頂盒内置和整個成本下降，讓大多數用戶在普通模拟電視機上實現既能娛樂，又能上網等多種服務。

産業發展現狀

中國機頂盒發展迅速。由于機頂盒産業的資源供給或産品需求正在發生一系列的變化，導緻這一産業正逐漸從其他國家或地區梯度轉移到中國生産和制造。中國已經成為全球最大的機頂盒生産制造中心。

2007年，中國機頂盒市場中以有線機頂盒為主。機頂盒市場出貨量達到了6500萬台以上，相比2006年增長41.3%。其中國内機頂盒出貨量超過3000萬台，相比2006年增長49.32%，國内市場機頂盒出貨量首次超出國外市場；有線機頂盒市場保有量在2007年底突破了2500萬台，相比2006年增長了近60%。2008年中國數字電視進入了蓬勃發展期，除有線數字電視仍舊表現出強勁增長勢頭外，地面數字電視随着2008年奧運會的契機也有了突破性的發展。2008年，雖然受到雪災、地震以及全球金融危機等客觀因素的影響，但中國機頂盒市場依然處于景氣周期。

根據《廣播影視科技“十五”計劃和2010年遠景規劃》，2010年中國将全面實現數字廣播電視，2015年将停止模拟廣播電視的播出。毋庸置疑，數字電視節目的普及已成為必然趨勢，而中國現行的“模拟電視機頂盒”的轉換形式使機頂盒市場蘊藏了巨大商機。

發展動向

據悉，聯邦規章管理者于美國東部已經采納了新的設備标準以加快向更高音視頻質量的數碼電視的轉變。

聯邦通信委員會（FCC）以5比0的投票結果通過了可将數字電視信号直接接入電視機而不需要機頂盒和額外電纜的設備标準。為了觀看收費電視，用戶要向電視機中插入一個由他們的有線電視服務商提供的安全卡。

制造商希望能于明年底發售具有這種即插即用技術的高清晰度電視機。他們稱，聯邦通信委員會的決定将提高消費者的需求和刺激公司提高産量，進一步普及這種新型電視機。

與傳統的模拟電視不同，數字電視信号使用的是計算機語言，其圖象更加清晰，同時還具有其它潛在性能，如互聯網接入、視頻遊戲以及同一頻道中的多套節目等。數字信号可通過衛星、有線或無線廣播傳送。

數字電視系統基本上可以分為前端硬件系統（包括圖中的複用器、加擾器、調制器、數字電視機頂盒）、軟件系統（CAS、SMS、EPG、數據廣播和一系列的服務器）和數字電視機頂盒3個部分。

數字電視整體轉換的成本中，機頂盒的投資占據了絕對的份額，達到整個投資的90%以上。由于牽涉龐大的資金，所以數字電視機頂盒市場的每一點動靜，都能對全國的數字電視整體轉換造成劇烈的振動。

機頂盒的原理結構圖可以看到機頂盒的結構還是比較簡單的。從結構上看，機頂盒一般由主芯片、内存、調諧解調器、回傳通道、CA（ConditionalAccess）接口、外部存儲控制器以及視音頻輸出等幾大部分構成。其中最主要的部分是主芯片和調諧解調器，這兩個部分的差異，很大程度上決定了機頂盒的性能與價格。

目前中國市場上存在着多種CA、下載器、EPG、數據廣播和中間件系統，各種增值應用更是多種多樣。大大提高了機頂盒廠商的研發、生産、市場推廣和技術支持的門檻，機頂盒難以量産和降低成本、提高可靠性。今年4月3日，信産部公布了數字電視機卡分離标準(技術規範SJ/T 11336-2006和測試規範SJ/T 11337-2006)。

這個标準的實施，一是可以減少機頂盒功能，降低機頂盒的成本；二是靠這個擴展接口增加功能，開展增值業務增加收入；三是在不太需要再投入的情況下，靠百姓自願購買的擴展業務，靠百姓自己已有的或購買的擴展産品，減少重複投資；四是有力地支持了數字電視一體機(将機頂盒内置于電視機)的生産和研發；五是為數字電視機頂盒的“家電化”，銷售網點從網絡公司走向家電商場，讓用戶自主選擇機頂盒品牌提供了可能，這樣能夠有效地減小網絡公司的銷售資金和售後服務方面的壓力。

發展空間

數字機頂盒不僅是用戶終端，還是網絡終端，它能使模拟電視機從被動接收模拟電視轉向交互式數字電視（如視頻點播等），并能接入因特網，使用戶享受電視、數據、語言等全方位的信息服務。目前，有些人認為機頂盒就是用來使電視機上網，這是一種認識上的誤區。實際上，數字機頂盒是在走普及數字電視機之前寬帶綜合信息網的組成成員之一。随着數字技術、多媒體技術和網絡技術的發展，将促使數字機頂盒内置和整個成本下降，讓大多數用戶在普通模拟電視機上實現既能娛樂，又能上網等多種服務。

總之，機頂盒作為數字電視标志性的産品，有着廣闊的發展空間。随着數字電視應用、芯片技術和軟件技術的發展，STB的功能也必将越來越強大，可以為運營商和用戶開展更多的服務，滿足不同層次的需求。