数字电视机顶盒系统

理学院 School of Sciences 课程论文 课程名称 电视原理与系统 课程编码 011820 开课学期 七 论文题目 数字电视机顶盒的原理与发展现状 学号 姓    名 XXX 班级 指导教师     数字电视机顶盒的原理与发展现状 摘要： 随着我国经济的发展和科技的进步，广播电视网也正在向产品化、网络化、数字化的方向发展。其中，数字机顶盒作为系统中的用户终端设备是一项关键的设备。由于数字机顶盒能够将数字电视信号进行转换，成为模拟电视机可以接收到的PAL/NTSC信号，同时也能够支持因特网浏览、视频点播、可视电话、DVD播放等多媒体的功能以及放大、解密、加扰的功能，和普通模拟电视机进行组合便能够构成完整独立的数字电视接收机，因此其市场发展前景可谓是及其广阔。 关键词：数字机顶盒；信号转换；电视接收机 1. 机顶盒的概念、分类和特点 1.1　机顶盒的概念 机顶盒，顾名思义，因人们常常将它放在电视机的上面而得名,机顶盒的全称叫做“数字电视机顶盒”，英文缩写“STB”(Set Top Box)。它是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它把经过数字化压缩的图像和声音信号解码还原成模拟信号送入普通的电视机[1]。其作用是为了增强或扩展电视机功能，可分为模拟机顶盒和数字机顶盒，现在，我们所说的机顶盒通常指数字电视机顶盒。它是一种能够让普通电视机呈现数字电视的高品质画面，并可通过网络进行教育和商业化活动、交互式数字化娱乐的消费类电子产品。目前的数字电视机顶盒已成为一种嵌入式计算设备，具有完善的实时操作系统，提供强大的CPU计算能力，用来协调控制机顶盒各部分硬件设施，并提供易操作的图形用户界面，如增强型电视的电子节目指南，给用户提供图文并茂的节目介绍和背景资料。同时，机顶盒具有“傻瓜计算机”能力，这样通过内部软件功能和对网络稍加进行双向改造，很容易实现如因特网浏览、视频点播、家庭电子商务、电话通信等多种服务，可谓一网打天下。 1.2　数字电视机顶盒的分类及特点 1.2.1　上网机顶盒 上网机顶盒是利用电话网或有线电视网作为传输介质，使用电视机作为显示器，，实现没有电脑确可以上网的功能，使电视机与互联网有机融合。换言之，可以把上网机顶盒看作是一种非PC类的交月租，另外每增加一用户，仅需增加一台机顶盒，多用户时成本低，缺点是只能收卫星电视节目，不能接收香港台、清溪新闻等，适宜宾馆安装。 1.2.2　数字卫星机顶盒 数字卫星机顶盒是一种用来接收卫星数字电视信号并转化成高质量的音视频信号输出的设备，优点是画质清晰，不用互联网络接入设备。因其使用需要一定带宽，有时可能出现因用户的数量增多而引起的收看不太顺畅的情况。 1.2.3　数字地面机顶盒 其功能与数字卫星机顶盒类似，只是传输平台不同，其传输平台为地面广播信道。其优点是可以随时移动收看，但这种无线信道的情况相对有线电视网络复杂，并且存在的多径接收、邻频干扰等问题。 1.2.4　数字有线电视机顶盒 其基本原理与数字地面机顶盒相同，只是传输平台不同，其传输平台是有线电视所采用的全电缆网络或光纤/同轴混合网。但由于传输质量好、技术成熟、功能最多，接收的台也较多，所以被业界普遍看好。目前，该类机顶盒已得到广泛应用：视频点播、准视频点播（NVOD）、电子节目指南（EPG）、数据广播、数字电视接收、按次付费观看（PPV）、Internet接入等等。 2.　数字电视机顶盒的工作原理 有线电视数字电视机顶盒接收数字电视节目、处理数据业务和完成多种应用的解析。信源在进入有线电视网络前完成两级编码，一是传输用的信道编码，另一级是音视频信号的信源编码和所有信源封装咸传输流[2]。与前端相应，接收端机顶盒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。有线数字电视机顶盒由机顶盒出高频头、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。具有交互功能的机顶盒则需回传通道。高频头接收来自有线网的高频信号，通过QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音视频和其它数据信息的传送(TS)。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，条件接收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。MPEG-2解码器完成音视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音视频信号，在常规彩色电视机上显示高质量图像。 调谐器由前置放大器、变频器、锁相环、带通滤波器、中频放大器、AGG电路和移相器等组成，用来接收射频输入，实现频道收索，并把收索出来的频道信号从高频信号转为中频信号。解调器是在完成字符到字节映射后，经过去交织器和RS解码，同步反转和去随机化，最后形成原始基带MPEG-2信号。 解复用器和从解调器输出的传输流TS同步[2]，并按照用户所选择的业务来选取适当的音频、视频或专用数据流。解复用器通常包括解扰器，能够按照条件接收智能卡中对加扰业务/节目内容的数据进行解扰。专用数据流由机顶盒控制单元管理。音频及视频数据流输出到视频/音频解码器，视频解码单元从输入基本分组数据流中恢复模拟视频信号。视频压缩数据流的获取有两个来源：一个是从TS流解复用出来的视频部分数据流；另一个是从一段固定存储区里获得的一段视频流。每个接收设备可能有多路视频流输入和输出，视频的输出均显示于视频层。 音频解码时用来控制音频解码，并输出到不同的声道中，其输出有两种：模拟输出及数字输出，其中模拟输出包括5.1声道输出（通过六个RCA接到音响喇叭上）和2声道立体声输出。  图形处理器单元产生图形及文字，为用户提供图形操作和显示界面，并与活动视频或静止图片混合，产生模拟视频信号输出；数字视频编码器模块将数字分量视频信号转换成标准的模拟基带电视信号，它具有模拟调制色彩副载波分量。  CA（条件接收conditional Access）就是通过有效手段对各种服务业务实施不同的保护，对购买相应授权的用户进行控制。CA系统由用户授权系统、EMM插入器、ECM发生器、解码器数据发生器、智能卡等组成。 3.　数字电视机顶盒的主要关键技术 数字电视机顶盒的技术含量非常，集中反映在计算机、多媒体、通信技术和网络技术等方面，其涵盖的关键技术也十分广泛，下面我将对其中部分关键技术进行论述[3]。 3.1　信道解码技术 数字电视机项盒中的信道解码过程相当于模拟电视机中的高频头和中频放大器的作用。其目的是为了降低误码率，提高数字通信的可靠性。其调谐范围可以涵盖地面电视接收的频道、卫星信号接收的频道以及有线电视增补频道。 3.2　调制编码技术 调制编码技术既是在保证系统的有效传输速率不降低前提条件下，所进行的调制与编码。在开展交互式应用中，我们需要考虑上行数据的调制编码问题。目前普遍通过三种方式传送上行数据，一是电话线，二是以太网卡，三是有线网络。 3.3　嵌入式CPU技术 嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏，其工作稳定性高，功耗较小，对环境的适应能力强，且体积更小，集成的功能较多。嵌入式操作系统的运行平台是CPU，CPU要和操作系统一起实现数据解码、图文电视解码、网络管理、显示管理、有条件接收管理、视频信号的上下变换等功能。 3.4　加解扰技术 该技术主要应用于对数字节目进行加密和解密。其基本原理是利用加扰控制字加密传输的方法，用户端通过智能卡解密。利用这种技术，就能谢绝那些未交费或未经允许的观众收看，而那些交了费或经许可的观众就可以重新恢复电视信号，实现收看的目的。 3.5　中间件技术 中间件技术，即是开放式业务平台，已成为交互式电视的核心技术。其特点在于产品的开发和生产是基于一个业务平台，为每一个环节提供相对独立的模式，中间件通常由网络浏览器、图像、Java虚拟机以及多媒体模块等组成，其优点是简捷，具有较强开放性和可移植性，投资的有效回报率高。  4. 数字机顶盒市场状况  4.1竞争厂商   据调查，我国市场上的数字机顶盒厂商绝大部分为本土企业，少部分为国外及香港和台湾地区投资的企业。 我国本土数字机顶盒生产区域分布于东南沿海、西南、北京等地。东南沿海 地区是我国最大的生产区，这里市场经济发展较快，研发实力较强、劳动力资源比较丰富，如广东、福建、浙江、上海、江苏等地，特别是深圳就集中了近50家的数字机顶盒生产商；西部的四川、重庆地区也聚集了不少数字机顶盒生产企业，如长虹、通达、九州等，北京由于强大的研发实力，也集中了一大批数字机顶盒的生产企业。此外，山东、湖南、湖北、安徽、陕西、山西、河北等地也都有数字机顶盒的生产企业，其中山东省的数字机顶盒生产企业虽然数量不多，主要是传统的家电企业，如海尔、海信等，实力很强[4]。   我国的数字机顶盒生产厂商不仅为国内制造产品，还出口东南亚、中东、欧洲、美国等国家和地区。我国出口的数字机顶盒大多都是基本的、低成本、低技术的产品，类型主要是地面和卫星数字机顶盒。成本领先使我国数字机顶盒生产厂商在世界市场上极具竞争力，目前我国已成为世界数字机顶盒的主要供货基地之一。有些厂家通过技术改进和市场竞争已经挤进全球数字机顶盒的高端市场，面向欧洲和美国出口。 随着国内外对数字机顶盒的市场需求不断增长，会有越来越多的厂商投资或转型于数字机顶盒市场。 4.2市场发展的驱动因素    （1）政策/法规驱动     在机顶盒市场发展的启动初期，政策/法规是最主要的市场驱动力量。有利的政策/法规对机顶盒市场的发展速度有巨大的推动作用。     （2）用户需求驱动     在机顶盒市场发展的第一阶段，用户需求对机顶盒市场的拉动并不明显。用户需求是一个市场行为，即使在政府强制实行“整体转换”之后，用户还存在需要对数字电视认知和习惯的一个过程。     在机顶盒市场发展的第二阶段，用户日益增长的需求将成为机顶盒发展的强大拉动力。用户需求是个性化、多样性的，机顶盒也将因之会具有更多的功能和形态，在更大程度上满足用户不同层次的需求。     （3）技术驱动    技术与市场是相辅相成的，很多新市场都是由新技术带来的。市场发展要求技术开发人员采用最适用的技术，提出最佳的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。大众的需求也会在技术发展方向上起到一定的作用。 生产厂商将更加注重开发高附加值的产品。在机顶盒市场发展的第二阶段末及第三阶段，以不拒绝新技术和允许市场竞争为前提的条件下，技术变革对机顶盒市场发展的拉动力量和引领作用将凸显。技术驱动将对机顶盒市场细分的层次和速度都起到促进作用。 4.3数字机顶盒市场特点 （1）中国数字电视机顶盒市场产品线千差万别     在中国数字电视市场，由于地方区域网络的不同，各网络运营商在选用设备时都是根据自身的情况，选择不同的设备，造成市场上分散的CA系统，不同的SMS、数据广播系统、浏览器、中间件等搭建的千差万别，也造成了机顶盒在设计的时候需要根据不同的网络运营商实际情况量身定制，造成中国有线数字电视机顶盒产品线过于复杂[5]。 （2）中国数字机顶盒市场利润下滑、成本加大 在中国数字机顶盒市场，由于各地区网络运营商技术设备的千差万别，以及不同的网络运营商对于机顶盒界面、功能、遥控器等不同的需求，机顶盒厂商必须针对不同的网络运营商进行适当调整，开发符合运营商不同需求的机顶盒产品，导致了中国数字机顶盒市场厂商成本不断加大，而又由于国内目前已经有近百家企业投入到机顶盒市场，造成竞争比较激烈，产品利润不断下滑。 （3）中国数字电视机顶盒市场以基本型机顶盒为主 中国数字电视发展过程中，有线数字电视作为推进主体，在有线网络运营商整体转换中主要采用免费赠送终端接收设备的方式来加快数字化程度，并且出于成本考虑，大多运营商选择基本型机顶盒，地面、卫星以及IP数字机顶盒也由于产业尚未成熟，基本型机顶盒仍然作为市场主推产品。  5. 数字机顶盒的发展趋势   5.1硬件平台发展趋势     从机顶盒发展趋势看，Tuner和解调芯片合二为一，物理上减小体积，降低成本，提高性能；或者采用芯片实现Tuner 的功能。 由于CPU与TS流解复用器，MPEG-2 A/V解码器，视频编码器集成，形成STB 的核心芯片，它的发展速度将决定机顶盒未来的方向。必然的趋势是CPU处理速度越来越快，存储器容量越来越大，MPEG解码器将同时支持多路节目的解码；并支援更多解码格式，如可以解码更高压缩率的H.264。同时用户可以直接看到的图形显示界面将从简单的OSD，发展到强大的2D、3D图形引擎。 由于数字电视传输网络的建设和改进，以及internet网络技术的成熟，可以实现各种交互式应用。通过网络通道和机顶盒，观众坐在家中就能享受到视频点播(VOD)、网上冲浪、远程购物、交互游戏等增值业务。这种交互性将极大地改变人们看电视的方式。因此，双向传输方案将成为机顶盒发展的主流。外部接口将更加丰富，通过USB口可以实现和数码相机的连接，通过IDE接口可以挂接硬盘实现节目存储等等。  机顶盒是网络的终端产品，现实中存在着通信网、计算机网和广播电视网。虽说三网合一是必然趋势，而且三网在骨干网的传输技术上已经融合。最终将数字机顶盒发展成为家庭网关，将机顶盒与PC、打印机、DVD机等数字设备连接起来，并通过双向模块与Internet相连，真正地成为信息家电。 5.2软件平台发展趋势 电视网络数字化改造的不断深入，开放式业务系统的广泛使用，运营商的利润增长点将从以前靠收视费和广告费转向靠多种应用去支撑。因此，机顶盒将支持越来越多的应用，如电子节目指南、PPV节目、IPPV节目、准视频点播、数据广播、Internet接入、电子邮件、视频点播以及IP电话和可视电话等。而上述应用的发展，必须依靠机顶盒的软件平台，也就是中间件。因此，机顶盒的发展趋势在很大程度上依靠中间件技术的发展方向[6]。  5.3机顶盒种类发展趋势 （1）数字电视一体机     随着数字电视机技术的发展，带数字解码功能的新型电视机已经面世。这种将最基本的机顶盒和电视机的功能结合在一起的新型一体化电视机，将对机顶盒的制造业和数字电视的运营产生重大影响，面对家电巨头们庞大的生产能力和新的技术产品，大多数机顶盒生产商将面临重新洗牌的风险。  对运营商而言，一体机的出现也使运营发生了改变。过去运营商不仅要为节目传输操心，也要为用户的机顶盒投入大量的精力，甚至为此背上沉重的包袱，特别是在整体平移的过程中，由于发送机顶盒而背负了庞大的债务，而这一切都可能因为一体机的出现而得到很好的解决。在未来的2～3年内，按照国家产业的规划，国内生产的35%以上的电视机将带有机顶盒功能，这意味着每年将有1500台以上的一体机投放市场，以后这个数字还将会不断攀升。 （2）机卡分离 机卡分离和一体机几乎是天生的一对。电视机的大规模制造不仅提高了产品的可靠性，也降低生产的成本，而大规模制造的基础就是所生产的产品具有一致性，这不仅表现在硬件上也表现在软件上。由于软件的差异性使得制造商无法像生产电视机一样大规模地生产机顶盒。所以实现规模制造，CA是首先要解决的问题。 机卡分离技术的含义在于让数字电视的接收设备（机）和CA智能卡及其软件（卡）无关，两者通过一个接口产品（大卡或CAM卡）来连接，电视机和STB预留这个通用的接口。在插入CA智能卡之前，所有的电视机和STB的软硬件都是相同的，而智能卡首先要插到一个与之适应的CAM卡中才能插到电视机或机顶盒上，解出相应的节目。虽然从表面上看由于使用了CAM卡增加了用户的接入成本，但由于脱离了CA的束缚给运营商和制造商都带来了使用和制造成本的降低，最终也带来了用户接入成本的降低。诸多的优点使机卡分离成为一种产业发展的趋势，美国已经把机卡分离作为数字电视机的标准，并为此定义了强制性的时间表。对中国这样一个电视机生产大国而言，机卡分离也将成为中国产业发展的趋势和标准。随着产品的批量投放市场，数字电视机的普及将有助于带动数字电视用户的发展。 （3）双向机顶盒 互动正逐渐成为机顶盒的主打发展方向，在双向机顶盒与单向机顶盒价格差越来越小的情况下，双向机顶盒代替单向机顶盒进行整转的趋势已经被大多数有线运营商所认同，并成为可能。 （4）双解码或多解码机顶盒   对国内的运营商而言，特别是在整体平移的过程中，如何解决用户两台以上的电视机收看数字电视节目是一个令开发人员十分头疼的问题，虽然可以通过强制性的行政行为达到一机一卡，提高收视费，但无法让用户理解这种运营模式，也使数字电视的推广面临很大的阻力。双解码机顶盒是在一个机顶盒中采用双解码芯片或在一个芯片中嵌入两个以上的解码电路，并配以两个解调器，进而使一个机顶盒输出两路不同的节目，而机顶盒的成本仅仅增加了30％～50％。这种新产品的出现，无疑对那些拥有两台以上电视机的用户是一个福音，当然对那些寄希望于用户购买两台以上的机顶盒以及交两份以上的节目费的运营商而言，这并不是一个好消息。  （5）PVR机顶盒  随着节目源的丰富和网络运营商服务的不断改善，中国的数字电视业务会不断向专业化和个性化等领域发展，用户对PVR机顶盒的需求也将相应增加，PVR机顶盒将逐渐从实验室产品走向市场，具备PVR功能未来将成为机顶盒标准配置。由于PVR机顶盒技术复杂，内置硬盘的造价成本又相对较高，调查显示，外置硬盘的PVR机顶盒使用户的选择和使用更加方便灵活，因此将受到用户的喜爱。从2009 年起，广电大力推广Push-vod业务，这将促进PVR机顶盒市场的发展，预计PVR市场将从2009年逐渐启动，但PVR机顶盒短时间内在保有量上仍然不会有大的突破，原因主要是：终端用户的消费习惯需要一个逐渐改变的过程；在目前的数字电视节目内容上，可录的高质量节目仍然不是很多；知识产权问题；PVR机顶盒价格仍然较贵。 （6）双模机顶盒 有线/IP双模机顶盒主要存在于杭州以及扬州，此类型的双模机顶盒市场发展受到一定的局限；地面/卫星双膜机顶盒同时能够接收地面和卫星传输的节目内容，在日本等国受到用户的欢迎，成为最主要的机顶盒产品类型之一，显示了其广阔的前景。地面/卫星双模机顶盒在中国的发展目前仍然受到卫星节目接收政策上的限制，从长远来看，以地面解决当地节目，以卫星解决外地节目，将成为一种重要的接收方式。 （7）3D 高清机顶盒     2008年，一些有前瞻性的公司将3D机顶盒带入中国，目前处于产品试销阶段，最为一种高端的机顶盒产品，3D的出现丰富了机顶盒的产品类型。3D 游戏使用三维技术，使游戏内的物体具有空间性，游戏视角可以随意变动，具有较强的视觉冲击力，在国外市场上受到欢迎，但在中国仍然属于比较超前的机顶盒类型，其发展有待进一步观望。 6.　结束语 数字电视代替模拟电视是电视发展的必然趋势,但同时数字电视替代模拟电视还需要一个漫长的过程，电视机顶盒的出现，成为这一过渡时期的最理想的解决方案。随着我国数字电视的的迅猛发展和网络技术的不断融合，机顶盒将会被开发出更多的功能，如可视电话、远程教育、远程医疗、会议电视等等，同时通过机顶盒开展的业务也将会越来越多，电视机顶盒必将成为家庭中一个不可或缺的信息化成员，在未来的很长一段时间内存在。 参考文献 [1] 方向前,穆维新. 数字机顶盒技术.电子工程师，2007,1(3): 16~18. [2] 陈建国. 有线数字机顶盒技术及应用.科技传播，2014,10(3): 10~12. [3] 王飞. 探析数字电视机顶盒的关键技术.西部广播电视，2015,19(19): 174~175. [4] 李立强. 数字电视机顶盒真的走到尽头了吗?.卫星电视与宽带多媒体，2015,1(2): 13~15. [5] 宋杰. 数字机顶盒技行业及市场 调查报告 行政管理关于调查报告关于XX公司的财务调查报告关于学校食堂的调查报告关于大米市场调查报告关于水资源调查报告 研究.科技创新与应用，2015,11(11): 272~273. [6] 牛勇雷. 数字机顶盒的发展方向.城市建设理论研究：电子版，2014,8(3): 101~102. 课程论文评分表 评阅点 评分标准 分值 得分 选题（0-10） 与课程的关联度密切，选题适中 9-10 与课程相关，选题内容过大或偏小 5-8 与课程基本无关 0-4 摘要（0-20） 基本写出论文大意且语言简练、文字组织合理 16-20 基本写出论文大意且语言简练 11-15 基本写出论文大意 6-10 套话、虚话较多或字数不够或文不对题 0-5 正文（0-20） 论证严谨、思路清晰、逻辑性强、有较强说服力，引文准确 16-20 论证较严谨、思路较清晰、符合逻辑、有一定说服力，引文准确 11-15 思路较清晰、引文较恰当 6-10 有一定的说服力但论文紊乱、自相矛盾、大段抄袭他人章 0-5 结构（0-20） 结构严谨、逻辑严密、层次清晰 16-20 结构合理、符合逻辑、层次分明 11-15 结构基本合理、层次比较清楚、文理通顺 6-10 有不合理部分，逻辑性不强 0-5 深广度 （0-20） 见解独特，对问题分析透彻，且非常全面 16-20 有自主的见解，对问题的分析比较深入全面 11-15 能提出自己的见解，分析的深度、广度一般 6-10 对问题的分析既无深度，又无广度 0-5 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 性（0-10） 格式完全符合规范，字数完全符合要求 10 格式比较规范，字数偏少 8-10 格式基本符合规范，但有个别地方不合规，字数较少 4-7 格式规范性尚可，但不足之处较多，字数太少 0-3 总分