跟上数字大时代 实现机顶盒看数字电视

　　这是一个信息飞扬的时代，这是一个充满了数字味的世界。就是我们素来已经司空见惯的电视机，也已经打了“数字”的标签。这不，连你收看的电视节目，也会有人告诉你现在有一种叫数字电视节目的：“高清晰度的画面可与 DVD媲美、优质的音响效果直逼CD、双向互动的节目让你不再只是旁观者……”怎样，这几句广告语是不是已经让你有点心动啦？但同时他们也会告诉你，你得弄一个机顶盒才能看数字电视，可能他们会给你免费提供的哟。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631393.jpg[/img][/td][/tr][tr][td][url=http://corp.it168.com/corp/73_index.shtml]清华同方[/url]DVB-C +IP 交互式机顶盒[/td][/tr][/table]
　　那么机顶盒是个什么东西？它又是怎么工作的呢？想知道吗？请跟我来！
　　[b]数字、数字信号与数字电视[/b]
　　在我们正式介绍数字电视机顶盒前，先简单了解一下数字信号与数字电视的概念。
数字，这是一个古老而又年轻的词语。说它古老，是因为早在茹毛饮血的原始时代，人们就已经开始懂得记数了。结绳也好，石子也罢，反正数字这个概念就是伴随着人类历史的发展而发展了几千年。说它年轻，是因为人类社会从来就没有过像今天这样，对数字如此的依赖；也从来就没有过像今天这样，对数字赋予了如此丰富的内涵；现在的数字，早已经不再仅仅是人们对计算过程和结果的记录——今天的数字，是信息的基本载体，是自动化的代名词。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631298.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]电影《黑客帝国》中的数字雨[/td][/tr][/table]
　　0、1、2……9，这是我们生活中接触得最多也是用得最多的十个阿拉伯数字。然而，我要告诉你的是，其实我们现在眼里嘴里所接触到的“数字”，什么数字家庭、数字影院、数字办公等等，包括我们今天的主角——数字电视机顶盒中的“数字”，都远没有那几个阿拉伯数字那么复杂，因为它们其实总共也只有两个数：0和1。
　　没错，就是0和1这两个数字，构成了我们今天数字化的一切，而由这两个数字组成的数，就是我们平素所听到的二进制数。二进制是现在计算机计算技术中广泛采用的一种数制，它与我们常用的十进制数的根本区别在于：十进制的基数为10，进位规则是“逢十进一”，借位规则是“借一当十”；二进制的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”，二进制数中不会出现“二”这个字符。
　　十进制数与二进制可以互相转换，比如：十进制数235 = 11101011二进制数。
　　二进制数的好处是能够器件化，很容易用器件的物理状态表示二进制数：比如电灯的亮和灭、磁铁的南北极、电荷的正负等等； 而仅有2个数码，使得运算规则简单、具有高的可靠性，可以让计算机很方便快速准确地进行运行操作。也正因为[url=http://corp.it168.com/corp/911_index.shtml]现代[/url]计算机采用了二进制数，才使得它威名远扬，所以我们常说的数字化，准确地说应该是二进制数字化。其实这个了不起的二进制，推究起来，发明者的灵感还来源于我们中国呢，你看看下面的八卦图，这就是二进制的老祖宗，找到感觉了吗？
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631292.gif[/img][/td][/tr][tr][td]用“阴”和“阳”两种状态表示信号的八卦图[/td][/tr][/table]

　　明白了我们所谓的“数字”与传统意义上数字的不同，我们再来了解几个常用的名词解释。
　　[b]模拟信号：[/b]在我们打电话时，电话线上传送的电信号是随着我们通话声音大小的变化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，我们把这种信号称为模拟信号。平常我们所能看见的电视、听见的声音、电话、传真信号等都属这类信号。模拟信号在传输过程中容易衰减和失真。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631303.GIF[/img][/td][/tr][tr][td]模拟信号波形图[/td][/tr][/table]
　　[b]数字信号：[/b]对模拟信号进行抽样、量化和编码，把连续的信号取值截取为一串间断的脉冲信号，可以用二进制数进行表示和记录，我们称之为数字信号。计算机内部所能处理的信号都是数字信号。数字信号在传输过程中不容易失真，可再生（还原）性强。采用此方式对电视（[url=http://movie.it168.com/]视频[/url]）信号进行处理，所获得的信号就被称之为数字电视（视频）信号。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631304.GIF[/img][/td][/tr][tr][td]数字信号波形图[/td][/tr][/table]

　　[b]数字电视：[/b]顾名思义，数字电视就是能够接收并解码数字信号的电视。其实这种说法并不可科学，准确地说，数字电视是一个系统工程。它从数字电视节目源到信号处理手段，以及相应的接收、显示设备，都采用数字化，由计算机进行处理和传输。它是利用MPEG或者H264标准中的各种图像格式，把现行模拟电视制式下的图像、伴音信号的平均码率压缩到大约4．69－21Mbit／s，其图像质量可以达到电视演播室的质量水平甚至[url=http://product.it168.com/list/b/0666_1.shtml]胶片[/url]质量水平，图像水平清晰度可达到500－1200线甚至更高，并采用AC－3声音信号压缩技术，传输5．1声道的环绕声信号。用户用上数字电视可以提高电视清晰度，看到更高质量的画面，听到更优美的声音，提高视频点播效果。数字电视是电视业发展的必然[url=http://corp.it168.com/corp/429_index.shtml]趋势[/url]。美国将在2009年取消模拟电视，全部更换成数字电视，我国的数字电视推进工作也正在紧锣密鼓地进行之中。
　　历史的巨大惯性，使我们的应用始终跟不上技术的创新,虽然数字电视的好处已经很明显.

[b]　　解剖数字电视机顶盒[/b]
[b]　　[/b]由于我们现在的电视机几乎都不具备数字调谐器，所以不能直接接收和解码收卫星或[url=http://tele.it168.com/]通信[/url]线路传输的数字电视信号，自然也不能直接收看数字电视节目了。而数字电视机顶盒，则是正是专门为解决这个问题而设计的装置。目前对机顶盒还没有一个准确权威的定义，传统的说法是“置于电视机顶上的盒子”，显然这种说法也是不科学的，因为按照这个定义，随便把一个装鞋子的纸盒放在电视上岂不也成机顶盒啦！
　　一般来说，我们把与电视机相连，并为电视提供辅助和扩展功能的装置或设备都统称为机顶盒，比如以前基于有线电视[url=http://net.it168.com/]网络[/url]的模拟频道增补器、模拟频道解扰器，近年来出现的帮助电视机接收数字电视和接入因特网的设备，我们都可称之为机顶盒。数字电视机顶盒的功能，是把来自卫星、地面、有线电视网络的数字电视信号、互联网中的电视信号转换成模拟电视机能够接收的PAL/NTSC信号，同时可支持[url=http://movie.it168.com/]视频[/url]点播、互联网浏览等功能。分为数字卫星接收（DVB-S）机顶盒、数字有线电视（DVB-C）机顶盒和数字网络电视（WebTV）机顶盒三种，由于现阶段国内仍在实行卫视节目落地管制，互联网上的电视节目分辨率太低不适合大[url=http://product.it168.com/list/b/0107_1.shtml]屏幕[/url]电视收看等原因，我们将之略过，只介绍数字电视机顶盒（以下直接简称机顶盒）。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631311.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]九州牌数字电视机顶盒[/td][/tr][/table]
　　机顶盒一般是由高性能的处理器内核、[url=http://storage.it168.com/]存储[/url]器、通讯接口、数据解码器、视频音频图像处理器、电视编码及接口、外围IPO接口等几部分组成。
　　下面，我们来解剖一台数字电视机顶盒，看看它到底都有些什么东西。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631315.gif[/img][/td][/tr][tr][td][url=http://corp.it168.com/corp/479_index.shtml]长虹[/url]DY6000C数字电视机顶盒及用户卡[/td][/tr][/table]
　　这是一台长虹电器厂生产的DY6000C数字电视机顶盒，目前国内许多广播电视网络公司免费赠送给用户的机顶盒都是这个型号的产品或类似产品。当然不是这种机顶盒也没有关系，它们的内部结果都是大同小异的。现在我们就来动手把这台机器开肠剖肚。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631316.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]机顶盒内部情况[/td][/tr][/table]

　　打开DY6000C数字电视机顶盒，我们可以看见里面并不复杂，总共有四个部分，各自成体、泾渭分明。
　　首先看红色的椭圆标注的部分，它是这个机顶盒的能量提供者——[url=http://product.it168.com/list/b/0222_1.shtml]电源[/url]部分，负责把220V的交流电整流滤波成机器可以使用的干净直流电源。
　　蓝色椭圆标注的部分，是这台机器的核心——数据处理部分，它含有数字调谐器（俗称数字高频头）和解码芯片及电路，负责把网络中传输的模拟信号D/A转换回数字电视信号并进行调谐解码，最后通过A/D转换“翻译”成普通电视能够识别的模拟信号输出。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631318.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]数字调谐器特写图[/td][/tr][/table]
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631320.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]解码芯片及电路特写图[/td][/tr][/table]

　　黄色和紫色椭圆圈注的部分，则分别是这个机顶盒的用户识别及授权管理和面板显示[url=http://driver.it168.com/]驱动[/url]部分了。其中用户识别及授权管理的功能主要是解扰，信号传输前会对电视信号进行加密（加扰），以确保授权的合法用户才能收看；面板显示驱动部分是为用户及维修人员提供必要的工作状态指示，以方便其操作或工作。这两部分的功用很明显也很简单，不必特别介绍。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631323.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]用户识别及授权管理部份特写[/td][/tr][/table]
　　再来看看DY6000C数字电视机顶盒的输出接口部分。从图上可以看出，这款机顶盒有两路复合音视频输出，一路S-VIDEO视频输出和一路 SPDIF数字音频输出。没有带分量视频信号输出，更没有HDMI或DVI输出接口，这也是这台数字机顶盒比较令人遗憾的地方。最右边标有RF的两个接口，是接射频同轴电缆（俗称闭路电视天线或光纤）的端口，一个端口插接墙上的插座，另一个用来连接电视机的RF端口，这样就可以使电视机在不使用机顶盒时直接收看模拟节目。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631330.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]DY6000C数字电视机顶盒的输出接口部分[/td][/tr][/table]
　　通过上面的解剖观察，结合理论基础，我们来系统整理一下数字电视机顶盒的结构。根据接收数字电视广播和互联网信息的要求，一个数字电视机顶盒的硬件结构由信号处理（信道解码和信源解码）、控制和接口几大部分组成。机顶盒从功能上看是计算机和电视机的融合产物，但结构却与两者不同，从信号处理和应用操作上看，机顶盒包含以下层次：
　　（1）物理层和连接层：包括高频调谐器，QPSK、QAM、OFDM、VSB解调，卷积解码，去交织，里德—索罗门解码，解能量扩散。
　　（2）传输层：包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数据包。
　　（3）节目层：包括MPEG—2视频解码，MPEG/AC—3音频解码。
　　（4）用户层：包括服务信息，电子节目表，图形用户界面（GUI），浏览器，遥控，有条件接收，数据解码。
　　（5）输出接口：包括分模拟视音频接口，数字视音频接口，数据接口，控制接口等。

　　[b]机顶盒的工作原理简介[/b]
　　一、了解数字电视的编解码两个流程。
　　数字电视机顶盒负责接收数字电视节目信号、处理数据业务和完成多种应用的解析。为了让大家对数字电视的传输有一个整体的概念，我们分为数字电视信号的编码流程和解码流程两个部分来介绍。
　　虽然我们的电视节目是数字信号，但是由于有线电视网采用模拟传输，因此必须对数字信号进行调制和解调才能在其信道中传输。所以在编码流程，信源（电视的视音频原始信号）在进入有线电视[url=http://net.it168.com/]网络[/url]前要完成两级编码，一级是传输用的信道编码，另一级是音、[url=http://movie.it168.com/]视频[/url]信号的信源编码和所有信源封装成传输流，这个流程是在电视传输中心的前端完成的。
　　而在解码流程中，接收端首先从传输层提取信道编码信号，完成信道解调; 其次是还原压缩的信源编码信号，恢复原始音、视频流，同时完成数据业务和多种应用的接收、解析，这个流程在机顶盒中完成。
　　无论是编码流程还是解码流程，对用户来说都是透明，用户只要连接好线路，打开机顶盒[url=http://product.it168.com/list/b/0222_1.shtml]电源[/url]并用遥控器收视节目就可以了，数字电视系统会自动完成两个流程。
　　二、数字电视机顶盒的基本原理
　　现在的数字电视机顶盒应具备了接收数字广播信号（包括CATV上的音频、视频和资料信号）以及视频点播功能，从RF端口接入的    数字数据流经过机顶盒各芯片完成解调、解复用、译码功能。其原理框图如下图。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631351.gif[/img][/td][/tr][tr][td]数字电视机顶盒原理框图[/td][/tr][/table]
　　机顶盒是由数字调谐器、信道解调器、信源解[url=http://product.it168.com/list/b/0446_1.shtml]复用器[/url]、MPEG-2\H264解码器、视频编码器、音频D/A、嵌入式CPU系统和外围接口、条件接收模块等组成。
　　我们从原理框图中可以看出，数字调谐器接收来自有线电视网中的高频信号，下变频为中频信号，并通过模/数（A/D）转换再生出传输端的数字信号，然后利用QAM解调器完成信道解码并纠错，在进行用户身份识别确认受权许可后，从载波中分离出包含音、视频和其它数据信息的传送流(TS流)。传送流中一般包含多个音、视频流及一些数据信息。解复用器则用来区分不同的节目，提取用户指定节目的PES数据，包括音、视频流和数据流，送入MPEG-2或者H264解码器及其相应的解析[url=http://software.it168.com/]软件[/url]，完成视音频信息的解压与还原。再把解码后的视频数据输出到PAL/NTSC视频编码器，重新编码成模拟电视信号提供给电视机；而解码后的音频数据，则输出到音频D/A控制设备进行处理，比如输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器再输出立体声模拟音频信号，经音频输出接口送至[url=http://product.it168.com/list/b/0221_1.shtml]音箱[/url]系统。
　　三、数字电视机顶盒功能的实现
　　前面已经提到了，虽然我们的节目是数字电视节目，但由于有线电视网采用模拟传输，因此在传输过程中对数字信号进行了调制以使其可以在模拟信道中传输。那么在我们的机顶盒中，就必须对其解调。才能恢复成调制前的数字信号。调制解调器是数字电视系统的关键组成部分，在技术上类似现在的电话调制解调器的原理，但采用了更高的调制方法，下行多采用64QAM或256QAM，在DVB-C(Digital Video Broadcast by Cable) 和DAVIC中采用64QAM做为标准调制方法，以Motorola 的MC92305QAM 解调芯片为例，在7M模拟带宽上采用64QAM调制的数字信号速率可达42Mbit/S，上行目前采用两种方式，一种是采用电话线做为上行信道，另一种是采用双向HFC网的上行通道，采用HFC网时采用QPSK做为调制方案。QAM或QPSK调制器将MPEG格式的数据流调制在一个标准的PAL信道内，与其他视频调制信号一起合路发送出去。
　　数字机顶盒的核心是数字视音频解码技术。目前的数字电视广泛采用了MPEG-2的压缩编码格式，但同时也在积极向另一种效果更好的编码格式H264靠拢。我们以MPEG-2为例，MPEG-2数字传输中采用交织编码，发送端利用MPEG多路复用器将各路节目流、数据流复合在一起，并以188字节为一帧的MPEG-2数据格式经射频调制器调制后发送到传输设备，同时提供电子节目单(EPG)。机顶盒的MPEG-2解码单元在接收到这个信号后，需要对码流进行去交织，视频、音频和数据码流的分离工作，再进行视频解码处理，才能得到原始的视音频信号。
　　数字机顶盒面向的对像是电视机和音响系统，数字视音频信号必须转换为模拟视音频信号，才能被识别和处理。所以数模（D/A）转换是数字机顶盒另一个重要的组成部份。以Motorola公司的MC44724为例，MC44724可以将ITU601、656标准4:2:2 并行视频数据转换为PAL或NTSC格式的视频、S-Video、Y/Cb/Cr 或R/G/B，扩展的VBI(Vertical Blanking Interval)信息输入口用于显示[url=http://corp.it168.com/corp/1005_index.shtml]图文[/url]信息。再采用专用处理芯片或数字信号处理芯片DSP对音频进行处理，输出高保真的音响效果。

　　[b]机顶盒的辅助设备[/b]
[b]　　[/b]一台机顶盒只能给一[url=http://corp.it168.com/corp/883_index.shtml]台电[/url]视机提供信号，这是比较令人心烦的事情。因为现在一般家庭都不会只有一台电视机，至少是客厅和卧室各一台。如果给每台电视机都配一个数字机顶盒的话，则费用开销会多出一倍以上，利用率却并不见得会成比例提高——在客厅看电视时卧室的机顶盒是闲着的，反之亦然；但如果只配一个机顶盒，如果从客厅转移到卧室继续收看节目时，就得把机顶盒也拆下并带到卧室里安装——几次折腾，是足以让人火冒三丈的了。
　　幸好人的创意空间是无穷大的，就有人想到了给机顶盒再添加“机顶盒”的方法，给数字机顶盒增加一个“伴侣”，使得不论在客厅还是在卧室，都可以在不用挪动机顶盒的情况下自由使用机顶盒，让人们在极少的投入下，使机顶盒的效用发挥到最大。

[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631372.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]机顶盒附加装置[/td][/tr][/table]
　　数字电视机顶盒附加装置，也叫做机顶盒伴侣，或数字电视伴侣，也有称为机顶盒音[url=http://movie.it168.com/]视频[/url][url=http://product.it168.com/list/b/0624_1.shtml]分配器[/url]的。其作用是扩展数字电视机顶盒功能，使其可以供多台电视机观看，并能够异地遥控。让人使用起来就像给每个房间的每台电视机都配了一台机顶盒一样。
　　数字电视机顶盒附加装置主要原理是：通过有线或无线的方式将机顶盒输出的音视频信号传输到各个房间的电视机或监视器上，同时利用无线、有线设备或装置，实现机顶盒的异地遥控。
　　目前实现这个功能的方法很多，也已经产业化，可以在市场上购得成品。比较典型的方法就是把机顶盒输出的音视频信号转换成射频信号，通过小功率的无线设备转发，一般采用2.4GHz高频段，接收解调出音视频信号供各个房间的电视机在AV状态下观看。而异地遥控功能则是通过专用的无线收发转换模块来实现。
[table][tr][td][img]http://publish.it168.com/2007/0911/images/631380.jpg[/img][/td][/tr][tr][td]市售某品牌机顶盒附加装置的连接示意图[/td][/tr][/table]