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1機頂盒概述
機頂盒，又稱頂置盒，英文名稱為STB（Set-top Box）。是放在電視機頂上的小盒子，並因此而得名。數字電視機頂盒是可以將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它對經過數字化壓縮的圖像和聲音信號進行解碼還原，產生模擬的視頻和聲音信號，通過電視顯示器和音響設備給觀眾提供高質量的電視節目。
早期是指基於有線電視網絡的模擬頻道增補器、模擬頻道解擾器； 隨著數字電視廣播和因特網的迅速發展，用戶對信息需求的不斷增強，機頂盒演變成以電視機為顯示終端的信息接收和處理設備，目前在市場上有接收數字電視的機頂盒和接入因特網的WebTV機頂盒。
數字電視是壹個從節目采集、制作、傳輸、到用戶端機頂盒都以數字方式處理信號的端到端系統。現在世界上有3個主要的標準體系: ATSC、DVB和ISDB，都是基於MPEG-2的TS(傳送流)機制，數字電視廣播標準用來定義在不同傳輸介質上如何實現TS流傳輸。隨著數字電視技術領域的發展，開放式業務系統成為數字電視發展的主流，其中DVB組織建立的MHP(多媒體家庭平臺)標準獲得了大多數中間件廠家的支持，如OpenTV、MediaHighWay等都將過渡到以DVB/MHP為代表的開放式業務系統上。我國也相繼公布了標準清晰度數字電視的傳輸標準，正在制定自主的開放式業務系統，這為有線臺數字電視改造和機頂盒的研究、制造奠定了基礎。
數字機頂盒接收各種傳輸介質來的數字電視和各種數據信息，通過解調、解復用、解碼和音視頻編碼(或者通過相應的數據解析模塊)，在模擬電視機上觀看數字電視節目和各種數據信息。根據信號傳輸介質的不同，數字機頂盒分為有線、衛星和地面三種數字電視機頂盒，三種機頂盒的硬件結構主要區別在解調部分。目前，機頂盒主要提供基本音視頻業務和數據應用，在壹段時期後，將充分利用CATV網絡的較寬帶寬實現交互功能，最終發展成為集解壓縮、Web瀏覽、解密收費和交互控制為壹體的數字化終端設備。
機頂盒已經在開展數字電視廣播的地區開始使用，根據用戶需求和消費水平的差異，機頂盒支持的業務也不同，存在著多種類型的產品。
2.1普及型機頂盒: 主要以接收基本的付費數字電視節目為主，滿足大多數用戶需求，並且具有良好的性能價格比。主要功能如下：
●支持基本的數字音視頻和數字音頻廣播接收。
●集成有條件接收系統。
●具有中文電子節目指南(EPG)和二級以上字庫。
●支持軟件在線更新功能。
●支持復合視頻(CVBS)輸出，具有音頻輸出處理功能(單聲道、立體聲和雙聲道)。
2.2增強型機頂盒: 在普及型機頂盒基礎上增加基本中間件軟件系統，基於基本中間件可以實現數據信息瀏覽、準視頻點播、實時股票接收等多種應用。這款機頂盒已經超越了以觀看數字電視為主的需求，增加了多種增值業務，且具有可升級性。新增功能如下：
●集成基本中間件系統。
●支持數據廣播、實時股票等數據信息接收功能。
●支持NVOD點播功能。
●具有多種遊戲。
●具有音頻輸出處理功能(單聲道、立體聲和雙聲道)。
●具有Y/C、復合視頻(CVBS)、Y/Cb/Cr輸出(可選功能)。
●具有逐行掃描輸出(可選功能)。
●可支持Modem電話撥號回傳方式。
2.3交互式機頂盒: 集成了符合MHP標準的中間件軟件系統，除提供增強型機頂盒主要功能外，還可以基於MHP提供交互式應用、網頁信息瀏覽等多種增值業務。新增功能如下:
●集成MHP中間件系統。
●支持交互式應用，如: 視頻點播、互動遊戲、網上沖浪等。
3.1頂盒原理
有線數字電視機頂盒接收數字電視節目、處理數據業務和完成多種應用的解析。信源在進入有線電視網絡前完成兩級編碼，壹是傳輸用的信道編碼，另壹級是音、視頻信號的信源編碼和所有信源封裝成傳輸流。與前端相應，接收端機頂盒首先從傳輸層提取信道編碼信號，完成信道解調; 其次是還原壓縮的信源編碼信號，恢復原始音、視頻流，同時完成數據業務和多種應用的接收、解析。
數字電視信號的形成是由模擬視音頻信號按照MPEG-2標準經過抽樣、量化及壓縮編碼形成基本碼流ES，基本碼流ES是不分段的連續碼流。把基本碼流分割成段，並加上相應的頭文件打包形成的基本碼流PES，PES包和包之間可以是不連續的。在傳輸時將PES包再分段打成有固定長度188 B的傳送包碼流TS。TS流經系統復用加入PSI/SI及加密信息形成多路節目傳輸流，最後經過64QAM調制及上變頻形成射頻信號在HFC網中傳輸。
有線數字電視前端系統：
壹般由數字衛星接收機、編碼器、復用器、QAM調制器、網管、播出存儲設備、條件接收系統CA、SMS用戶管理系統、數據廣播系統、EPG電子節目指南系統等等組成。
機頂盒由高頻頭、信道解調器、信源解復用器、MPEG-2解碼器、視頻編碼器、音頻D/A、嵌入式CPU系統和外圍接口、條件接收模塊等組成。具有交互功能的機頂盒則需回傳通道。
高頻頭接收來自有線網的高頻信號，通過QAM解調器完成信道解碼，從載波中分離出包含音、視頻和其它數據信息的傳送流(TS)。傳送流中壹般包含多個音、視頻流及壹些數據信息。 解復用器則用來區分不同的節目，提取相應的音、視頻流和數據流，送入MPEG-2解碼器和相應的解析軟件，完成數字信息的還原。對於付費電視，條件接收模塊對音、視頻流實施解擾，並采用含有識別用戶和進行記賬功能的智能卡，保證合法用戶正常收看。MPEG-2解碼器完成音、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，在常規彩色電視機上顯示高質量圖像，並提供多聲道立體聲節目。
3.a. 機頂盒硬件技術
(1)信道解調技術: 國際、國內標準均規定，在有線網絡中傳輸數字電視及增值業務采用QAM調制方式，其中16QAM、32QAM、64QAM必選，128QAM和256QAM可選。由於有線網絡信道質量好，只用RS編碼作為糾錯編碼。QAM--又稱正交幅度調制法。在二進制ASK系統中，其頻帶利用率是1bit／s?Hz，若利用正交載波調制技術傳輸ASK信號，可使頻帶利用率提高壹倍。如果再把多進制與其它技術結合起來，還可進壹步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務的技術稱為正交幅度調制（QAM）。它是利用正交載波對兩路信號分別進行雙邊帶抑制載波調幅形成的。通常有二進制 QAM，四進制QAM（16QAM），八進制QAM（64QAM），……等。
(2)信源解碼技術: 模擬信號數字化後，信息量激增，必須采用相應的數據壓縮標準。數字電視廣播采用MPEG-2視頻壓縮標準，適用多種清晰度圖像質量。音頻目前則有AC-3和MPEG-2兩種標準。信源解碼器必須適應不同編碼策略，正確還原原始音、視頻數據。
(3)大規模集成芯片技術: 為實現實時的解復用和數據信息處理，目前的系統大多采用專用芯片，將CPU 內核與MPEG-2傳輸流解復用器，DVB通用解擾器，MPEG音視頻解碼器，NTSC/PAL編碼器集成，形成STB 的核心芯片。
(4)上行數據的調制編碼: 開展交互式應用，需要考慮上行數據的調制編碼問題。目前普遍采用的有3種方式，采用電話線傳送上行數據，采用以太網卡傳送上行數據和通過有線網絡傳送上行數據。
b. 機頂盒軟件結構
廣播數字化後，數字電視技術中軟件技術占有更為重要的位置。除了音視頻的解碼由硬件實現外，包括電視內容的重現、操作界面的實現、數據廣播業務的實現，直至機頂盒和個人計算機的互聯以及和Internet的互聯都需要由軟件來實現。
上層應用
中間件
硬件驅動 實時操作系統
機頂盒硬件
除去硬件，第壹層軟件提供操作系統內核以及各種硬件驅動程序，第二層中間件將應用軟件與依賴於硬件的底層軟件分隔開來，使應用不依賴於具體的硬件平臺，第三層應用軟件包括本機存儲的應用和用戶即時下載的應用。
(1)硬件驅動層軟件: 驅動程序驅動硬件功能，如射頻解調器、傳輸解復用器、A/V解碼器、OSD、視頻編碼器等。
(2)實時操作系統: 與PC操作系統不同，機頂盒中的操作系統采用實時操作系統(RTOS)，可以在實時的環境中工作，並能在較小的內存空間中運行。目前流行的實時操作系統有VxWorks、Psos、OS20、Windows CE等。這些操作系統各有所長，在機頂盒中都有應用。
(3)中間件: 在開發機頂盒上層應用中常常會面對如下問題: 實時多任務操作系統，硬件平臺原理細節，復雜的行業標準，繁雜的用戶界面以及實用功能等各項跨行業的難題。為了解決上述問題，中間件技術應運而生，並成為數字電視核心技術，也就是我們前面提到的開放式業務平臺。中間件是在數字電視接收機的應用程序和操作系統、硬件平臺之間嵌入的壹個中間層，定義壹組較為完整的、標準的應用程序接口，使應用程序獨立於操作系統和硬件平臺，從而將應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、網絡瀏覽器、圖像與多媒體模塊等組成。開放的業務平臺上的特點在於產品的開發和生產以壹個業務平臺為基礎，開放的業務平臺為每個環節提供獨立的運行模式，每個環節擁有自身的利潤，能產生多個供應商。只有采用開放式業務平臺才能保證機頂盒的擴展性，保證投資的有效回收。
(4)上層應用軟件: 執行服務商提供的各種服務功能，如: 電子節目指南、準視頻點播、數據廣播、IP電話和可視電話等。上層應用軟件獨立於STB的硬件，它可以用於各種STB硬件平臺，消除應用軟件對硬件的依賴。
4機頂盒發展趨勢
4.1 硬件平臺
從機頂盒發展趨勢看，Tuner和解調芯片合二為壹，物理上減小體積，降低成本，提高性能; 或者采用芯片實現Tuner 的功能。
由於CPU與TS流解復用器，MPEG-2 A/V解碼器，視頻編碼器集成，形成STB 的核心芯片，它的發展速度將決定機頂盒未來的方向。必然的趨勢是CPU處理速度越來越快，存儲器容量越來越大，MPEG解碼器將同時支持多路節目的解碼; 同時用戶可以直接看到的圖形顯示界面將從簡單的OSD，發展到強大的2D、3D圖形引擎。
由於有線電視網絡較好的傳輸質量以及電纜調制解調器技術的成熟，可以實現各種交互式應用。通過上行通道和機頂盒，觀眾坐在家中就能享受到視頻點播(VOD)、網上沖浪、遠程購物、交互遊戲等增值業務。這種交互性將極大地改變人們看電視的方式。因此，雙向傳輸方案將成為機頂盒發展的主流。
外部接口將更加豐富，通過USB口可以實現和數碼相機的連接，通過IDE接口可以掛接硬盤實現節目存儲等等。
機頂盒是網絡的終端產品，現實中存在著通信網、計算機網和廣播電視網。雖說三網合壹是必然趨勢，而且三網在骨幹網的傳輸技術上已經融合。最終將數字機頂盒發展成為家庭網關，將機頂盒與PC、打印機、DVD機等數字設備連接起來，並通過雙向模塊與Internet相連，真正地成為信息家電。
4.2 軟件平臺
有線電視網絡數字化改造的不斷深入，開放式業務系統的廣泛使用，運營商的利潤增長點將從以前靠收視費和廣告費轉向靠多種應用去支撐。因此，機頂盒將支持越來越多的應用，如電子節目指南、PPV節目、IPPV節目、準視頻點播、數據廣播、Internet接入、電子郵件、視頻點播以及IP電話和可視電話等。而上述應用的發展，必須依靠機頂盒的軟件平臺，也就是中間件。因此，機頂盒的發展趨勢在很大程度上依靠中間件技術的發展方向。