數字機頂盒的結構和原理

機頂盒(STB)簡介：

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/165379.htm

機頂盒是一種能提供模擬音頻和視頻接口，使現在的模擬電視機能正常接收節目;同時，還能提供數位電視、數字廣播接口，提供交互式功能的接口裝置。它一頭接有線電視網的同軸電纜，一頭接用戶家裡的電視機。專門為不打算買電腦和用電腦的廣大用戶設計。S-A(Scientific-Atlanta) 在94年為Time Warner Cable 在奧蘭多的Full Service Network(FSN)設計了第一個數字機頂盒(Digital Set-Top Box) ，採用SGI的MIPS晶片和軟體技術的數字機頂盒將計算機技術帶入家電領域。機頂盒除了能提供數位電視、數字廣播接口，提供交互式功能，包括電話接口、計算機數據接口，甚至提供攝像機與遊戲機接口等。能接收和存儲用戶發出的某些指令，並擁有一個中央處理單元，控制機上變換器各部分的工作，能夠進行繁重的數值計算，並對數字視頻/音頻信號進行解壓縮輸出和壓縮輸入。機頂盒實際上就是多功能的計算機。這裡對數字機頂盒的硬體結構進行介紹，可以讓大家對數字機頂盒硬體結構有總體的了解和認識。

一、數字機頂盒包含幾個重要模塊：

a. 調製解調模塊

數字機頂盒工作在有線電視網絡狀態下，有線電視網採用模擬傳輸，因此必須對數位訊號進行調製和解調才能在模擬信道傳輸，數據機是系統關鍵的組成部分，在技術上類似現在的電話數據機的原理，但採用了更高的調製方法，下行多採用64QAM或256QAM，在DVB-C(Digital Video Broadcast by Cable) 和DAVIC中採用64QAM做為標準調製方法，以Motorola 的MC92305QAM 解調晶片為例，在7M模擬帶寬上採用64QAM調製的數位訊號速率可達42Mbit/S，上行目前採用兩種方式，一種是採用電話線做為上行信道，另一種是採用雙向HFC網的上行通道，採用HFC網時採用QPSK做為調製方案。QAM或QPSK調製器將MPEG格式的數據流調製在一個標準的PAL信道內，與其他視頻調製信號一起合路發送出去。

b. 編解碼模塊

由於採用模擬通道，為保證數據傳輸的可靠性和低誤碼率，前向糾錯編碼是必不可少的，DVB 採用Reed Solomon編碼，RS碼是一類糾錯能力很強的多進位BCH碼。

c. MPEG II的解碼模塊

數字機頂盒的核心是數字視頻技術，MPEGII的解碼模塊可以稱為CPU以外的核心模塊，MPEG II數字傳輸中採用交織編碼，首先需要對碼流進行去交織，視頻、音頻和數據碼流的分離工作，以及視頻碼的解碼工作。經以上各步驟MPEGII碼流成為視頻(CCIR656 格式)和音頻數位訊號。MPEG多路復用器將各路節目流、數據流複合在一起，以188位元組為一幀的MPEG2數據格式發送到射頻調製器並提供電子節目單(EPG)。

d. 數字視頻編碼器和音頻DAC

數字機頂盒的「外設」是電視機和音響系統，數字的音視頻信號必須轉換為模擬音視頻信號，以Motorola公司的MC44724為例，MC44724可以將ITU601、656標準4:2:2 並行視頻數據轉換為PAL或NTSC格式的視頻、S-Video、Y/Cb/Cr 或R/G/B，擴展的VBI(Vertical Blanking Interval)信息輸入口用於顯示圖文信息。音頻DAC非常普遍這裡不再介紹。現代音響系統都支持Dolby Pro Logic和Lucasfilm Home THX家庭影院系統，需在音頻DAC之前用數字音頻信號處理晶片對數字音頻信號進行處理，目前有專用處理晶片和採用數位訊號處理晶片DSP進行處理兩種方式。

e. 圖形控制模塊

和視頻圖形混合器數字機頂盒另一方面需要提供類似計算機的複雜圖形甚至是三維圖形，需要系統具有強大的二維和三維圖形加速晶片，而且需要將圖形和視頻信號能進行混合疊加顯示，此類功能類似現有的字幕機。

f. 媒體訪問控制模塊MAC

數字機頂盒在網絡通信上可以看成是Cable Modem，IP路由器接收用戶端通過PSTN( 公用電話網)傳來的點播信號並傳送到Internet伺服器/ 路由器。目前主要參照DAVIC和IEEE 802.14 標準，IEEE802.14倡導採用ATM並在802.14 MAC訪問層上定義了ATM層，DAVIC同時定義了乙太網和ATM標準。

g. 可擦寫DVD

現有數字機頂盒完全工作在網絡環境，僅能利用智慧卡進行一些類似個人帳號、解碼號等信息的儲存，不具備本地大數據存儲功能，所有信息需要從網上獲得，無論現在網絡狀況還是今後，像CD-ROM此類介質仍是大容量信息傳遞的一種主要方式，CD-ROM的缺點是信息無法更新。採用可擦寫DVD不僅可以使用光碟上的巨大信息，更有效的是通過Internet網進行數據更新，使DVD盤上數據保持最新狀態，DVD應成為數字機頂盒的重要的備用模塊。

h. 加解擾模塊和版權保護模塊

在有線電視運營中，付費電視是一種主要的業務，要求數字機頂盒必須具備電視信號的加解擾功能，由於採用數位訊號，加解擾比模擬信號加解擾容易和保密度高，DVB對加解擾功能有相關定義，另一方面，採用數位訊號在版權保護上加大了難點，目前採用Macrovision generator 進行活動圖像的保護。

二、機頂盒的工作原理：

機頂盒各個模塊在Internet的高速接入中，協同工作。用戶首先通過發送命令請求一個URL。在使用PPP點對點協議的一次交易過程中，該命令最終到達Internet業務提供者的數據機共用機架上。然後通過動態分配法，該用戶獲得本次交易中使用的IP位址，並把請求送往Internet。當Internet的內容被找到之後，接著把它送到Internet業務提供者(ISP)那裡，再由ISP的路由器負責把它送到電纜電視網絡，最後回到用戶的機頂盒。在有線電視的機頂盒，信息內容被截獲。機頂盒在電視機與電纜網絡之間完成一個網關的任務。它的任務是管理IP的通信流量，具有控制用戶進出網絡的能力一旦IP包到達機 頂盒，把視頻信號從該包中分離下來，對其中的數據進行解碼，然後把它送到瀏覽器裡準備在電視機上顯示。

由於Cable Modem要求用戶要配置一部電腦才能上網，影響了用戶層的擴展，而使用機頂盒則不需電腦，一部電視機足矣，因而機頂盒的市場前景可能看好。信息使用者從企業向家庭過渡，網絡帶寬從窄帶向寬帶過渡，用戶入網設備從PC機向帶機頂盒(STB)的電視過渡，使用界面從Windows向電視遙控鍵界面過渡，信息內容從為企業服務向為人民生活服務過渡，是網絡服務發展的大方向，機頂盒(STB)顯然是這個大方向上的一個階段。