有线数字电视机顶盒的原理

1. 有线电视数字机顶盒的基本原理有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目. 原理图如图1所示. 调谐模块接收射频信号并下变频为中频信号，然后将A / D转换为数字信号. ，然后发送到QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG传输流的串行或并行数据. 解复用模块接收MPEG传输流并提取节目的PES数据，包括视频PES，音频PES和数据PES. 解复用模块包含解扰引擎，该解扰引擎可以在传输流层和PE​​S层对加扰的数据进行解扰，并且其输出是经解扰的PES. 将视频PES发送到视频解码模块，取出MPEG视频数据，对MEPG视频数据进行解码，然后输出到PAL / NTSC编码器，编码为模拟TV信号，然后通过视频输出输出电路. 音频PES被发送到音频解码模块，取出MPEG音频数据，并且对MPEG音频数据进行解码，并且将PCM音频数据输出到PCM. PCM输出立体声模拟音频信号，该信号通过音频输出电路输出. 8 Af / I-U0 j: 〜* [4 C有线电视数字机顶盒的关键技术“ _1 _. E3 u％z机顶盒由以下部分组成: 数字电视广播接收前端， MPEG解码，视频和音频和图形处理，电缆调制解调器，CPU和内存以及各种接口电路.

数字电视广播接收的前端包括调谐器和QAM解调器. 这部分可以从RF信号中解调MPEG传输流. MPEG解码部分包括解复用，解扰引擎和MPEG解压缩，其输出是MPEG视频和音频基本流和数据有效载荷. 视音频和图形处理部分完成了视音频模拟编码和图形处理功能. 电缆调制解调器模块由双向调谐器，下游QAM解调器，上游QPSK / QAM调制器和媒体访问控制（MAC）模块组成. 这部分实现电缆调制解调器的所有功能. CPU和内存模块用于存储和运行软件系统以及控制每个模块. 该接口电路提供了丰富的外部接口，包括通用串行接口USB，高速串行接口1394，以太网接口，RS232，视频和音频接口等. 此框图中描述的有线电视数字机顶盒是具有完整功能的机顶盒. 实际上，在特定实现中，制造商可以根据需要将其缩减. 2.实时操作系统，uV: C a6 | 7 A； 〜！ R5 b每个人都熟悉PC操作系统，例如DOS，Windows98，WindowsNT，Unix，MacOS. 与这些操作系统不同，机顶盒中的操作系统不是很大，但是它需要在实时环境中工作并在较小的内存空间中运行.

此操作系统称为实时操作系统. 当前流行的实时操作系统包括WindRiverSystem的VxWorks，IntegratedSystemsIncorporated的pSOS，Microware的DAVIDOS-9，ST的OS20，先前推出的WindowsCE和专门为机顶盒开发的PowerTV. 这些操作系统具有自己的优势，可用于机顶盒. 其中，VxWorks，pSOS，OS-9，OS20等是通用的实时操作系统，也广泛用于其他嵌入式应用程序中. 在机顶盒中，应将它们与下面将要描述的中间件结合使用. PowerTV是专门为机顶盒开发的，机顶盒是一种集成了中间件的操作系统，在美国已广泛使用. 另外，随着Linux的兴起，嵌入式Linux也逐渐成熟. 它不仅为机顶盒制造商提供了选择，而且由于Linux的开放性和先进的结构，它将对现有的实时操作系统构成​​巨大的威胁. w-l，m％o + G＆7S'^-T＆g4 J / j9 f9 p#t'U＆F＆o8 g3. Middleware'|#n，@: 〜5 r（G#d3 ^ Middleware是一种将应用程序与低层操作系统和硬件细节隔离的软件环境，通常由各种虚拟机组成，例如HTML虚拟机，JavaScript虚拟机机，Java虚拟机，MHEG-5虚拟机等.

一个完整的数字机顶盒包括一个硬件平台和一个软件系统，从下到上可以分为4层: 硬件，底层软件，中间件和应用软件. 硬件提供了机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统内核和各种硬件驱动程序；应用软件包括本地存储的应用和可下载的应用；中间件将应用程序软件与依赖于硬件的基础软件分开，从而使应用程序不依赖于特定的硬件平台. 成熟的商业中间件产品包括Opentv的EN2，Liberate的DTV的TVNavigator，Enreach的DTV的EnreachTV，Delcan，Canel +的Mediahighway和Intellibyte的IBEPG，IBSIManager，IBBrowser等. 这些产品在市场上占有一席之地，但彼此之间并不兼容. ）`5 O6 E#r8 t1 |，F！ j * k！ T: f目前，标准组织已经意识到了这一事实，并开始建立开放的中间件标准. DVB提出了基于Java虚拟机的中间件标准DVB-MHP（多媒体家庭平台）. ATSC成立了T3 / S17技术专家小组委员会来定义机顶盒的软件环境，称为DTV应用软件环境（DASE）ATVEF.

（首先进入电视开发论坛）还创建了一个称为AdvancedTelevisionEnhancementForumSpecificationforInteractiveTelevision的规范. 4.添加解扰技术添加解扰技术用于加密和解密数字节目. 当前，有两个国际标准: 由OpenCable和SimulCrypt定义的POC和由DVB定义的MultiCrypt. OpenCable定义的POD是通过PCMCIA接口连接到机顶盒的模块. 除了加扰功能外，模块还需要完成与前端的交互功能. DVB的MultiCrypt也使用PCMCIA接口与机顶盒连接，但是它仅具有解扰功能. DVB的SimulCrypt仅要求机顶盒具有ISO7816 SmartCard接口，但它需要硬件解扰引擎. DVB的条件访问的基本原理简要介绍如下. / D. x / @ $ J3 i，k1 Q，W数字电视机顶盒接口，L＆b％〜6 ^，[#]条件访问的基本原理如图4所示. 在广播该节目之前，必须对其进行加密. 加扰过程是将多路复用的传输流（TransportStream）添加到模2的伪随机扰码序列中，伪随机序列由控制字生成. 确定提供的控制字（ControlWord，简称CW）.

条件访问的核心实际上是控制字传输的控制. 在MPEG传输流中，有两个与控制字传输相关的数据流: 授权控制信息（ECM）和授权管理信息（EMM）. 由服务密钥（SK）加密的控制字在ECM中传输，其中还包括诸如节目源，时间，内容分类和节目价格之类的节目信息. 在授权管理信息中发送使用控制字加密的服务密钥，并在发送之前通过用户的个人分发密钥（PDK）对服务密钥进行加密. EMM还包括地址，用户授权信息（例如用户可以看到的节目或时间段，用户支付的观看费等）. 用户的个人分发密钥（PDK）存储在用户的智能卡（SmartCard）中. $ Y0`9 {％I'W“ f 2 G'`2 z）Q（g9 m）V在用户端，为了再现解扰的随机序列，机顶盒必须获得相关的条件访问控制首先，机顶盒基于PMT和CAT表中的CA_descriptor获取EMM和ECM的PID值，然后从TS流中过滤出ECM和EMM并将它们通过SmardCard首先读取用户的个人分发密钥（PDK），然后使用PDK解密EMM，取出SK，然后使用SK解密ECM，取出CW，然后通过SmartCard接口将CW发送到解扰引擎. 5. 电缆调制解调器2 T / u + Q＆Q）] $ \ 5 f＆k7 a2 c6 A0 U）b1 U $ \到目前为止，各种研究机构已经对电缆调制解调器进行了广泛的研究. ，这些研究结果最终形成了国际组织定义的几个标准: IEEE802.14 pro IEEE定义的协议，DAVIC定义的DAVIC协议和MCNS定义的DOCSIS协议.

3 h Y * k6 {; l3. V7 p！ W /？在这些协议中，MCNS标准的目的是最简单明了的，它是在有线网络上透明地传输IP数据包. 最好的支持； DAVIC的目的主要是为用户提供交互式的数字视频和音频服务，而且还提供数据传输，该协议支持的数字视频是最好的； IEEE802.14的目的是建立基于HFC的城域网，并且该网络可以支持多种服务，包括固定比特率CBR，可变比特率VBR和有效比特率ABR服务，目的是使其具有良好的支持. 用于ATM. Y＆| 3 v（N！p7 J /} 4＆J！S1 t-？*} 4 j. P5 r（）#p不同目的在标准之间产生很大差异，这些差异主要体现在每个标准的定义上. MAC层，MAC层的帧格式和MAC协议+ Y j1 s. 6 X（U; SIEEE802.14对ATM信元有很好的支持，并且可以很好地通过ATM信元支持OoS. 就传输ATM信元而言，此协议的延迟和延迟抖动比MCNS小，但是就支持IP而言，它必须由AAL5支持，因此传输IP数据包的吞吐量低于MCNS标准. 适用于DAVIC标准.

; L％G，j3 A3 j8 Y1 f7？2 R7 @. 在支持数字视频服务方面，DAVIC具有与数字电视广播兼容的优势和带外频道的优势. 它对数字机顶盒的标准具有重要影响. 北美的OpenCable标准是将MCNS和DAVIC有机结合的产品，而欧洲的EuroBox和EuroModem实际上使用DAVIC标准，最初制定的IEEE802.14协议已逐渐被市场所放弃. MAC层，MCNS标准上行信道访问方法和冲突解决算法比IEEE802.14和DAVIC更简单，从而使用户设备更简单，加上对IP的最佳支持，使MCNS标准在当前市场上最为乐观. 尽管简单，将MCNS CableModem用于语音和视频服务仍存在一些不足，特别是MCNS标准CableModem支持IP电话和视频电话. y，需要增加支持QoS的机制. 但是，随着DOCSIS 1.1的发布，该标准已逐渐得到改进. DVB-C数字机顶盒的设计和实现简介在中国，许多省市都有数字电视节目的试播已经开始. 由于用户终端基本上使用模拟电视并且不能接收数字信号，因此需要一个接收设备充当两者之间的桥梁. 这是机顶盒（STB）.

这是一种新的家用电器，可以扩展电视的功能. 它可以将卫星直播数字电视信号，地面数字电视信号，有线电视网络数字信号甚至互联网数字信号转换为模拟电视可以接收的信号，从而使现有的模拟电视用户也可以共享数字革命. 技术成就. 本文主要介绍作者基于DVB-C开发的有线电视数字电视机顶盒. DVB-C数字机顶盒硬件设计LSI2005主芯片介绍DVB-C数字机顶盒使用LSILogic的SC2005作为主芯片. SC2005采用最新的1.27mmPBGA封装，将LSIL641x8传输和L64105MPEG-2音频和视频集成在一个芯片中，具有高集成度，内置行业标准TinyRISC108MHzMIPSCPU，5层图形引擎，DMA控制器以及统一的OSG内存和A / V内存；集成的多标准编码器，独立可编程的视频DAC，音频DAC. 从通道接收到TS流后，SC2005将其发送到内部L641x8模块. L641x8对数据进行多路分解以形成音频和视频PES数据包数据，然后通过A / V接口将其输出到L64105MPEG-2进行解码.

L64105解码PES数据包并输出两组数字视频和数字音频信号. 一组数字视频和一组数字音频信号直接输出. 另一组数字视频信号被发送到视频编码器，然后将其转换为完整的电视信号（CVBS）或S端子信号（Y / C）. 经过设备接口数字电视机顶盒接口，包括两个UART接口，两个智能卡接口，I2C接口，IEEE1284接口，红设备，并且其功能更加强大. 此内接收射频信号在有线电视网络上的110MHz〜855MHz频率范围，并将其转换为中频信号. （2）实现QAM解调功能，将调制后的信号恢复为数字基带信号. （3）完成信道解码过程，实现前向纠错功能. （4）完整的TS传输流解复用，MPEG-2解码功能，实现电视信号解码和音频DAC功能，输出满足要求的模拟音频和视频信号.

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