數字機頂盒

顧名思義，機頂盒指電視機頂上的盒子，是擴展電視機功能的一種家電。機頂盒根據接收的信號種類分為模擬機頂盒和數字機頂盒。模擬機頂盒接收模擬信號，數字機頂盒接收數位訊號。數字機頂盒是一種多媒體終端，有類似於家用電腦的硬體體系結構和專用的實時作業系統及套用軟體。

基本介紹

• 中文名：數字機頂盒
• 含義：機頂盒指電視機頂上的盒子
• 信號種類：模擬機頂盒和數字機頂盒
• 產品功能：電子節目指南等

產品簡介

用戶將有線饋線接駁於數字機頂盒，再用AV連線線接入電視機AV輸入端子，然後使用數字機頂盒遙控器，可以進行頻道、節目的選擇。

數字機頂盒

數位電視在電視的AV節目中播出，收看時把電視節目轉為平時播放影碟或錄象的頻道，所有數位電視節目都在AV頻道中，選擇時需使用機頂盒遙控器，根據選單操作，其操作過程與播放DVD相似。如果不收看數位電視節目，按電視遙控器AV轉換鍵，即回到原節目。

工作原理

機頂盒各個模組在Internet的高速接入中，協同工作。用戶首先通過傳送命令請求一個URL。在使用PPP點對點協定的一次交易過程中，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路，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路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路的能力 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里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，網路頻寬從窄帶向寬頻過渡，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，是網路服務發展的大方向，機頂盒(STB)顯然是這個大方向上的一個階段。

產品功能

數位電視機頂盒能夠接收MPEG-2數位電視傳輸流和各種數據信息，通過解調、解復用、解碼和視音頻編碼，在模擬彩色電視機上觀看數位電視節目和各種數據信息。數位電視機頂盒的基本功能是接收數位電視廣播節目，同時具有所有廣播和互動式多媒體套用功能，包括：

（1）電子節目指南：它為用戶提供一種容易使用，界面非常友好，可以快速訪問想看節目的方式，用戶可以通過該功能看到各個頻道上將播放的電視節目。

（2）支持互動式套用如準視頻點播、視頻點播、互動遊戲等。

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

（4）網際網路接入和電子郵件：數位電視機頂盒通過內置的電纜數據機便可實現網際網路接入功能。用戶可以通過機頂盒內置的瀏覽器上網，傳送電子郵件，也可以提供各種接口與PC相連，使用PC接入網際網路。

（5）軟體線上升級：可看成是數據廣播的套用之一。數據廣播伺服器將升級軟體傳送給機頂盒，機頂盒能識別該軟體的版本號，在版本不同時接收該軟體，並對保存在存儲器中的軟體進行更新。

（6）有條件接收：有條件接收的核心是加擾和加密，數位電視機頂盒應具有解擾和解密功能。

隨著數位電視和網路技術的發展，數位電視機頂盒的功能將更加完善，尤其是單片PC技術的發展，將促使數位電視機頂盒在物理結構上將各部分硬體高度集成，形成STB核心晶片，從而減小體積，降低成本，提高性能。外部接口將更加豐富，通過USB接口可以和數位相機連線，通過IDE接口可以掛接硬碟實現節目存儲等。互動式機頂盒將成為數位電視機頂盒的主流，用戶在模擬彩色電視機上不僅能收看數位電視，還能實現娛樂和上網。

硬體組成

重要模組

（1）網路接口模組（NIM）：網路接口模組完成信道解調和信道解碼功能，送出包含視音頻和其他數據信息的傳輸流（TS）。

（2）信源數據傳輸流解復用器：傳送流中一般包含多個音視頻流及一些數據信息，傳輸流解復用器用來區分不同的節目，提取相應的音視頻流和數據流，送入視音頻解碼器和相應的解析軟體。

（3）條件接收模組：對於付費電視，條件接收模組還對音視頻流實施解擾，並採用含有識別用戶和記憶功能的智慧卡，保證合法用戶正常收看。

（4）視音頻解碼器和後處理：MPEG-2解碼器完成對音視頻信號的解壓縮，經視頻編碼器和音頻D/A變換，還原出模擬音視頻信號，在模擬電視機上顯示高質量圖像，並提供多聲道立體聲節目。

（5）嵌入式CPU與存儲器模組和接口電路：嵌入式CPU是數位電視機頂盒的心臟，它與存儲器模組用來存儲和運行軟體系統，並對各個硬體模組進行控制。接口電路提供豐富的外部接口，包括通用串列接口USB，乙太網接口及RS232，模擬、數字視音頻接口，數據接口等。

調製解調模組

數字機頂盒工作在有線電視網路狀態下，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模擬頻寬上採用64QAM調製的數位訊號速率可達42Mbit/S，上行採用兩種方式，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傳送出去。

編解碼模組

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制BCH碼。

MPEG II的解碼模組

數字機頂盒的核心是數字視頻技術，MPEGII的解碼模組可以稱為CPU以外的核心模組，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數據格式傳送到射頻調製器並提供電子節目單(EPG)。

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，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。

圖形控制模組

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。

媒體訪問控制模組MAC

數字機頂盒在網路通信上可以看成是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。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。

可擦寫DVD

現有數字機頂盒完全工作在網路環境，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，無論網路狀況還是今後，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糟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組。

加解擾模組和著作權保護模組

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，採用數位訊號在著作權保護上加大了難點，採用Macrovision generator 進行活動圖像的保護。

機晶片組

網路電視機頂盒的機晶片是一種叫意法半導體機芯，根據市場研究機構IMS預測，到2015年DOCSIS 3.0客戶端設備的出貨量將達到4900萬個。這樣的流通量可見網路電視機頂盒的趨勢是很可觀的，意法半導體（ST）推出了符合DOCSIS 3.0最新標準的纜線數據機系統單晶片。能夠將16個下行通道和4個上行通道分別整合成一個通道，使上下行數據傳輸速度分別達到108Mbps和800Mbps。這款產品的數據速率較市場上銷售的數據機明顯快很多，讓多個用戶能夠透過同一個家庭網路同時體驗高品質的全高畫質多媒體和互動網路服務。意法半導體的纜線數據機研發經驗是高數據速率的保障。

意法半導體DOCSIS 3.0纜線數據機技術採用一顆ARM Cortex- A9雙核處理器，針對路由器、交換機、電話、安全和媒體伺服器等套用。因為可支援多媒體功能和付費電視及網路媒體服務加密演算法，新產品將被意法半導體用於各種套用IC的核心，包括有線機上盒、有/無視訊輸出的媒體閘道和纜線數據機。

意法半導體數位融合事業群副總裁暨統一平台產品部總經理Laurent Remont表示：「DOCSIS 3.0的功能和性能標準讓有線電視營運業者能夠在未來提供創新服務，提升服務品質。我們的DOCSIS 3.0數據機技術優於市場上的同類技術，將協助客戶開發先進產品，提供高品質的內容和新型服務，例如家庭自動化、家庭安全和遠端健康監控。」

纜上資料服務介面規格 （Data Over Cable Service Interface Specifications，DOCSIS）是全球有線電視服務供應商及相關設備供應商所採用的主要有線電纜數據機標準之一。DOCSIS技術包括全歐洲使用的EuroDOCSIS標準，讓有線電視營運業者能夠提供視訊、語音和數據叄網融合服務。

最新的DOCSIS 3.0標準可支援網路電視協定，讓有線電視營運業者能夠提供視訊點播和視訊串流，並可支援下一代網路協定，為民眾提供更出色的服務內容。

而且，DOCSIS 3.0還將頻道整合技術導入有線電纜數據機，這項靈活的技術可使設備實現100Mbps以上的高性能。 DOCSIS 3.0是同時為多個用戶提供互動式多媒體服務和高速上網體驗的關鍵技術。

軟體系統

在機頂盒中，軟體系統是一個重要的組成部分。主控制器的工作通過軟體的執行來完成。
機頂盒的軟體基本結構如圖二所示。作業系統一般採用實時作業系統。在這個作業系統中主要完成進程調度、中斷管理、記憶體分配、進程間通信、異常處理、時鐘提取等工作。硬體驅動部分提供外圍硬體設備的驅動，包括I2C匯流排、異步串列通信口、並行通信口、非易失記憶體、鍵盤、遙控器、調諧器、信道解碼模組等。圖形接口主要用於完成圖形顯示功能，以便於為用戶提供友好的圖形用戶界面。音頻解碼和視頻解碼驅動用於控制音頻解碼和視頻解碼硬體的工作。解復用和數據表提取模組主要是對碼流解復用和數據表提取操作的控制。應用程式編程接口將所有與硬體相關的底層函式映射到一個統一的接口上，並且提供一些與硬體無關的公用處理函式，比如網路協定、圖形格式分析、業務信息數據表分析等。條件接收驅動用於完成條件接收處理的工作和軟體接口。應用程式編程接口為應用程式提供了一個公共的編程接口，把應用程式與硬體禁止開，使得應用程式與硬體無關。這樣，就便於實現應用程式的可移植性。

中間件

中間件是數位電視接收系統的軟體平台，為數位電視套用提供運行環境和軟體接口。中間件作為數字機頂盒中的一個獨立的軟體層，將套用軟體與底層硬體和作業系統隔離開，對作業系統和驅動程式定義了統一接口，同時對應用程式也定義了統一接口，另外對常規數字廣播電視業務和增值業務也提供統一接口。中間件定義了一組較為完整而標準的應用程式接口，使應用程式獨立於作業系統和硬體平台，從而將套用的開發變得更加簡捷，使產品的開放性和可移植性更強。它通常由Java虛擬機、網路瀏覽器、圖像與多媒體模組等組成，中間件將套用軟體與依賴於硬體的驅動層軟體分隔開來，使套用軟體不依賴於具體的硬體平台。

SI/EPG

業務信息（SI）包括：節目業務群關聯表（BAT）、節目業務描述表（SDT）、節目段信息表（EIT）、運行狀態表（RST）、時間及日期表（TDT）、時間偏移表（TOT）等。通過這些數據表，機頂盒可以向用戶提供節目的內容描述、節目的類型、節目的播放時間、節目的分級等信息。機頂盒在解復用的處理中提取這些數據表，通過分析和處理，然後通過用戶界面提供給用戶，形成了電子節目指南（EPG）。用戶瀏覽這些信息，並做出選擇，通過遙控器、鍵盤或按鍵等輸入設備告知機頂盒根據用戶的選擇提取相應的節目碼流或數據碼流。

節目搜尋

在模擬電視系統中，電視頻道的搜尋只需要按照頻點逐一進行即可。而在數位電視系統中，頻道與節目業務不再是一一對應的關係，信道傳輸系統的參數也有多種配置方式。因此，機頂盒對節目業務的搜尋要對應前端廣播系統進行設計。一般是由運營商指定一個固定頻道，作為頻道配置信息的發布頻道。在機頂盒中預先內置該頻道參數。

疊印字幕

由於數位電視系統本身就具有多業務功能，疊印顯示也是機頂盒的基本功能，因此在數位電視機頂盒中可以較好的實現疊印字幕功能。疊印字幕可以根據用戶的選擇開啟和關閉。

由於機頂盒中的軟體非常複雜，因此難免存在一些錯誤。另外隨著業務的不斷變化，軟體的功能也需要不斷的完善。因此軟體更新就成為一項重要的需求。軟體更新的實現方法包括線上廣播下載更新和單機本地更新。單機本地更新通過機頂盒上專用數據口將程式燒寫到FLASH記憶體中，或通過更換程式RON實現。線上廣播下載更新是在系統前端通過特定的協定將更新軟體插入到碼流中，傳送給機頂盒。

中國發展

中國機頂盒發展迅速。數字機頂盒也叫電視盒等簡稱，目前數字機頂盒可分三大類，一類是以購物為重的數字機頂盒，一類是以年輕人為目標數字機頂盒子，還有是一類只為父母設計的數字機頂盒桔豆盒子。由於機頂盒產業的資源供給或產品需求正在發生一系列的變化，導致這一產業正逐漸從其他國家或地區梯度轉移到中國生產和製造。中國已經成為全球最大的機頂盒生產製造中心。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%。其中國內機頂盒出貨量超過3000萬台，相比2006年增長49.32%，國內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年中國數位電視進入了蓬勃發展期，除有線數位電視仍舊錶現出強勁增長勢頭外，地面數位電視隨著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於景氣周期。