有线数字电视机顶盒技术及其应用

2011-07-12山东省招远市蚕庄镇广播电视站孙晓磊

电子世界 2011年10期

山东省招远市蚕庄镇广播电视站孙晓磊

1.引言

数字有线电视系统的机顶盒能将模拟电视节目、数字电视节目和高速数据等多媒体交互业务转换显示在用户的电视机和个人电脑上，向用户提供了更为宽松的交互环境，用适合于用户的高速数据多媒体交互业务，把电视节目和广告连接到网页，在数字机顶盒的遥控器上实现VOD（视频点播）和简单的E-mail（电子邮件）收发；访问Internet的娱乐、信息和授权的电子商务等，大大改变了传统的电视广播特性，提供着信息的交互应用，为未来数字电视业务和通信、网络技术的发展开辟了道路。

2.有线数字电视机顶盒的构成及技术原理

2.1 有线数字电视机顶盒的构成

有线电视数字机顶盒由以下几部分组成：高频头、信道解调器、信源解复用器、MPEG-2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，有线数字电视机顶盒组成原理框图如图1所示。

2.2 有线数字电视机顶盒技术原理

高频头接收来自有线网的射频信号并下变频为中频信号，经QAM解调器进行解调，输出包含音、视频和其他数据信息的传送流（TS）。传送流中一般包含多个音、视频流及一些数据信息。TS流解复用器则用来区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，送入MPEG-2解码器和相应的解析软件，完成数字信息的还原。对于付费电视，CA模块对音、视频流实施解扰，并采用含有识别用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看。

视频PES送入MPEG-2视频解码模块进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块进行解码，输出PCM音频数据到D/A变换器，变换成立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。在常规彩色电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。

3.有线数字电视机顶盒的应用

有线数字电视机顶盒不仅实现了数字电视与模拟电视的转换而适用于传统的电视机，而且应用十分广泛。诸如：数字广播电视接收、电子节目指南（EPG）、准视频点播（NVOD）、按次付费观看（PPV）、软件升级、数据广播、Internet接入、电子邮件、IP电话、视频点播（VOD）等等。

3.1 视频点播

3.1.1 系统构成

有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信道和广播信道，为实现该功能提供理想的技术基础，并能实现快进、快退、暂停、恢复等操作。图2为视频点播系统结构框图，整个系统由以下几个部分组成。

（1）视频服务器

系统中视频服务器可采用Windows NT集群系统，可以很方便地进行容量扩充。视频服务器的主要功能是存储MPEG-2节目文件，并接收ITV系统的命令，在指定的路径上播放用户点播的节目。

（2）ITV系统

ITV系统由节目管理服务器、连接管理服务器、传播服务器、流管理服务器、目录管理服务器组成。其主要功能是节目的添加、系统资源包括服务器资源和网络资源的管理、提供流控操作。

（3）VOD应用服务器

VOD应用服务器的主要功能包括：

节目导航：为机顶盒提供了视频点播服务的节目列表，当用户选择其中的节目时，给机顶盒发送该节目的标识。

用户验证：当用户点播某个节目时，对用户的合法性进行检查，以确定该用户是否具有点播该节目的权利。

用户记账：当用户选择一个节目后，将用户观看节目的记录存入到数据库中，供计费系统使用。计费系统是用户管理系统一个子系统。

（4）视频分配子系统

系统实现视频服务器接口、QAM调制和上变频、射频混合等功能。视频服务器接收从视频服务器输出的MPEG传输流，并将其中的各个节目分配到相应频道上。同时，在有条件接收系统的控制下，实现对MPEG传输流加扰。

（5）有条件接收子系统（CAS）

有条件接收系统控制对用户所选择的节目进行加扰，并产生相应的授权管理消息和授权控制消息，使机顶盒能进行相应的解扰。

3.1.2 机顶盒中视频点播客户端软件的实现

（1）节目选择

用户进入视频点播应用后，首先运行节目选择任务，机顶盒与VOD应用服务器进行通信，获得VOD应用所提供的节目清单，随后，机顶盒等待用户的选择。当用户选择了某个节目时，VOD应用服务器通过用户的操作了解到该用户选择了某个节目，然后将用户所选择的节目的标识发送给机顶盒。

（2）控制与资源管理

当机顶盒收到节目的标识后，控制任务开始运行，机顶盒将发送建立控制的请求，该请求中包含了机顶盒的标识、所在的网络位置、所选择的节目标识和控制标识等信息。前端在收到请求后，与连接管理服务器进行通信，在获得响应后，前端向机顶盒发送客户控制建立确认消息来确认本次控制的建立，机顶盒在收到确认后，再向前端发送客户连接请求来进行控制连接，前端将向用户端发送服务器连接指示。机顶盒收到的客户控制建立确认消息中包含用户所选择节目将要使用的QAM方式、频率、符号率、以及MPEG传输流的节目号。

（3）流控操作

机顶盒在收到客户控制建立确认后，将启动流控任务。机顶盒首先做好流控操作的准备，然后根据控制建立所获得的频率、符号率、QAM模式以及节目号来调整调谐器、QAM解调器、MPEG解码器的参数，以正确地接收并解码所选择的节目。

3.2 数据广播

按数字视频广播DVB的定义，数据广播有四种方式，即数据管道、数据流、多协议封装和数据/对象轮流传递。其中数据管道支持异步端到端的数据传输业务；数据流方式可以在数字电视广播系统中实现面向流的、端到端的数据传输；多协议封装对需要在数字电视广播系统中传送符合通信协议的数据报的数据业务提供了支持；数据/对象轮流传送则可以支持需要周期性传送数据模块的各种应用。通过这些标准，可以实现各种数据广播的应用，如股票信息广播、票务信息广播等等。除上述以外，软件在线升级也属于数据广播的范畴。亦即数据广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件下载下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。

3.3 Internet接入和多媒体技术应用

机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现Internet接入功能，用户可以通过其内置的浏览器上网，即通过机顶盒提供的各种接口与PC机连接，再与网络连接。利用计算机对文字、声音、数据、图像等各种信息进行综合处理、存储与传输。通过机顶盒与计算机有机结合，可以开展交互式多媒体业务，例如发送电子邮件、电子广告、网上购物、远程教育等等。而且随着多媒体技术的发展，图、文、声、像会一体化，信号的采集、处理、存储与传输等数字化，数字电视机顶盒以其功能完善的特点，必将有力地推进数字多媒体电子的快速发展。