机顶盒知识详解_罗盘的知识与技巧

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

机顶盒定义

数字视频变换盒（英语：Set Top Box，简称STB），通常称作机顶盒或机上盒，是一个连接电视机与外部信号源的设备；
它可以将压缩的数字信号转成电视内容，并在电视机上显示出来；
信号可以来自有线电缆、卫星天线、宽带网络以及地面广播。机顶盒接收的内容除了模拟电视可以提供的图像、声音之外，更在于能够接收数据内容，包括电子节目指南、因特网网页、字幕等等；
使用户能在现有电视机上观看数字电视节目，并可通过网络进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动。

机顶盒的结构

从数字电视机顶盒的构成上看，主要包括硬件和软件两大部分。

1.机顶盒的硬件结构

从结构上看，机顶盒一般由主芯片、内存、调谐解调器、回传通道、CA（Conditional Access）接口、外部存储控制器以及视音频输出等几大部分构成。

2.机顶盒的软件结构

机顶盒作为一个客户端系统，除了要具有良好的硬件平台外还需要配备不同的软件系统才能使其完成各种任务。
机顶盒中的软件可以分成三个主要的层：应用层、中间解释层和驱动层，每一层都包含了诸多的程序或接口等。

1) 驱动层：

包括机顶盒硬件的驱动程序和API接口，它主要用于完成对硬件设备的操作。

2) 中间解释层：

中间解释层将STB的应用程序指令翻译成CPU能识别的指令，从而通过驱动层去调动硬件设备完成相应的操作。

该层包括嵌入式操作系统、中间件、CA驻留软件等。虽然中间件的使用可以给STB软件的设计和应用带来极大好处，但高昂的使用费用，对硬件需求的增加以及技术上的不成熟使中间件在国内鲜有应用。

目前许多软件设计者采用直接调用驱动层的软件来编写应用程序，这虽然可以满足一时的需求，但随着应用需求的增加，在STB中使用中间件才是一个很好的解决方案。

3) 应用层：

应用层可以分成驻留应用程序和可下载应用程序两部分，不同的STB软件设计理念使这两个部分包含的应用程序也不尽相同，合理规划这两部分的组成将有助于提高STB的可靠性和相应时间。

目前国内机顶盒中的应用较少，主要以EPG、数据广播、股票、简单的下载游戏等为主，而数字电视的魅力并不在于看电视，而在于这种基于数字电视平台的业务应用，这些应用将会改善人们的一些日常生活习俗。随着双向网络的建设，交互式应用的普及，基于交互式的应用软件也将越来越多，这也会给运营商带来难以预料的增值收入。

有线电视数字机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平。

数字机顶盒的I/O接口

1、信号输入 2、信号环路输出 3、RCA 4、YPbPr 5、S-VIDEO 6、SPDIF 7、USB 8、网络接口 9、VGA 10、RS232 11、SCART

12、HDMI

数字机顶盒的工作原理

第一、机顶盒的高频头接收高频信号，然后通过QAM解调器来完成信道的解码，再从载波中分离出包含视频、音频信号和其它数据信息的传送流。

第二、在传送流中一般都会包含多个视频流、音频流和一些其它的数据信息。

第三、机顶盒里的解复用器则用来区分不同的数字电视节目，提取相应的视、音频流和数据流，送入MPEG－2解码器和对应的解析软件，然后完成数字信息的还原过程。

第四、对于付费电视，条件接收模块对音视频流实施解扰、并采用进行记账功能和含有识别用户的智能卡，保证广电合法用户能够正常收看数字电视节目。

第五、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，并提供多声道立体声节目。

机顶盒的分类

1、DVB-S,DVB-S2 2、DVB-T, DVB-T2, DVB-H

3、DVB-C

4、IP-TV //网络机顶盒

数字电视标准分类

DVB
ATSC
ISDB
CMMB
DTMB
ABS-S

1)DVB标准简介

DVB(Digital Video Broadcast)是欧洲ETSI所制定的数字电视标准，除了欧洲国家采用外，亚太地区、中东及美国部份业者皆遵循此项标准。
DVB标准包括：DVB广播传输系统、DVB 基带附加信息系统、DVB交互业务系统、DVB 条件接收及接口标准。
DVB对音频、视频的压缩和传输均采用了MPEG-2 技术。
DVB 广播传输系统主要包含3 个方面的标准：

一是DVB-S数字卫星广播系统标准，它几乎为所有的卫星广播数字电视系统所采用，我国也选用了该标准。

二是DVB-C数字有线电视广播系统标准，系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电缆机顶盒。

三是DVB-T 数字地面电视广播系统标准，它是最复杂的DVB传输系统，传输质量高，但接收费用也高。

2)ATSC标准简介

ATSC(Advanced Television System Committee, 先进电视制式委员会)是美国数字电视地面传输标准，ATSC广播频道的带宽为6MHZ，调制采用8VSB，信源编码视频压缩采用MPEG-2，音频压缩采用AC-3压缩标准。

3)ISDB标准简介

ISDB（Integrated Service Digital Broadcasting）综合业务数字广播，是一种由日本电波产业会（ARIB）自主制定的数码电视制式。日本于1996年开始启动自主的数字电视标准研发项目，在欧洲COFDM技术的基础上，增加具有自主知识产权的技术，形成ISDB-T地面数字广播传输标准，于1995年7月在日本电气通信技术审议会上通过。2001年，该标准正式被ITU接受为世界第3个数字电视传输国际标准。

2003年，日本开始在三个主要城市开通ISDB-T服务，其后，它于2006t年在全国范围内开播。与此同时，日本也积极地向世界推销该标准，游说的国家包括巴西、泰国、新加坡、智利、菲律宾、委内瑞拉等。ISDB-T最后于2006年成功拿下巴西这一重要的市场，并在其它地区成为候选标准。

到2007年7月为止，日本使用ISDB-T的人数达到3950万，地面数字电视接收终端部件的采购量为2400万份。其中，One-Seg移动终端部件的采购量为1100万份，车载接收终端部件采购量为65万份。

巴西于2006年6月决定将ISDB-T作为本国地面数字电视标准。巴西通信部决定于2007年12月2日在圣保罗开始地面数字电视首播，然后于2008年推广到所有的地方首府。但摆在设备生产商面前的难题是，他们生产出的接收机顶盒售价无法低于200美元，这一价格与政府100美元的期望相差甚远。政府正在考虑是否从中国进口售价才75美元盒子。到2008年3月为止，圣保罗地区的ISDB-T接收端机顶盒销售不到10000台，这使得ISDB-T的推广进度远低于先前的估计。设备商认为政府没有兑现大力推广的承诺并且课税太多，而政府则认为认备商提供给消费者的选择太少，并且价格太贵。

总之，ISDB-T已经开始在全球两个重要的市场铺张开来，并呈现出巨大的商机。

上面三大标准的普及程度

目前，采用美国ATSC标准的有5 个国家或地区，共有成员30个。决定采用欧洲DVB-T 标准的已有33 个国家或地区，其成员已经达到265 个。ISDB 筹划指导委员会的委员有17 个，委员之外的成员有23个，它们都是日本国内的电子公司和广播机构。由这3个数字电视标准的成员数量及分布情况来看，可以看出DVB 标准的发展最快，普及范围最大。

4)CMMB标准简介

CMMB是英文China Mobile Multimedia Broadcasting （中国移动数字多媒体广播）的简称。国家广电总局于06年10月颁布了中国移动多媒体广播行业标准，确定采用我国自主研发的移动电视接收标准STiMi。它是国内自主研发的第一套面向手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑多种移动终端的系统，利用S波段卫星信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游，支持25套电视节目和30套广播节目。

CMMB规定了在广播业务频率范围内，移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制，该标准适用于30MHz到3000MHz频率范围内的广播业务频率，通过卫星和/或地面无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统，可以实现全国漫游。

5)中国的数字电视地面标准-DTMB

DTMB，全称Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting。Altera Stratix II FPGA助力清华DTV开发DTMB。

在数字电视地面、有线、卫星传输方式中，数字电视地面传输系统环境最为复杂，也因其技术要求最高、受众广而备受关注。地面系统的标准化工作也十分重要。

目前已有美国高级电视系统委员会（ATSC）、欧洲数字视频地面广播（DVB-T）和日本地面综合业务数字广播（ISDB-P）三个国际电联批准的地面数字电视广播传输国际标准。

1999年我国设立数字电视研发及产业化并成立国家数字电视领导小组，明确宣示自主制定技术标准。针对我国数字电视应用的具体标准，2006年推出了我国数字电视地面标准DTMB。

6)中国的直播卫星标准——ABS-S

ABS-S（Advanced Broadcasting System-Satellite）：ABS-S标准是我国第一个拥有完全自主知识产权的卫星信号传输标准，在性能上与代表卫星通信领域最新技术发展水平的DVB-S2相当，部分性能指标更优，而复杂度远低于DVB-S2，更适应我国卫星直播系统开展和相关企业产业化发展的需要。

ABS-S中国广播电视直播卫星(中星9号)村村通系统技术体制白皮书

视频信号标准分类

（Analog Signal TV）模拟信号电视
（SDTV ）标清数字电视
（HDTV）高清数字电视
（Full HD）全高清数字电视

数字信号和普通模拟信号区别

(1)模拟信号与数字信号

不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：

模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；

数字数据则采用数字信号(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示；

当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输；

当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。

(2)模拟信号与数字信号之间的相互转换

模拟信号和数字信号之间可以相互转换：

模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码；

数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号；

(3)计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号，但是更具应用发展前景的是数字信号。

传统模拟和标清三大电视制式

NTSC制：

是1952年12月由美国国家电视标准委员会（National Television System Committee，缩写为NTSC）制定的彩色电视广播标准。它属于同时制，帧频为每秒29.97（简化为30），扫描线为525，隔行扫描，画面比例为4：3，分辨率为720×480。这种制式的色度信号调制包括了平衡调制和正交调制两种，解决了彩色-黑白电视广播兼容问题，但存在相位容易失真、色彩不太稳定的缺点。美国、加拿大、墨西哥等大部分美洲国家以及台湾、日本、韩国、菲律宾等地区及国家均采用这种制式。中国香港部份电视公司也采用NTSC制式广播。

PAL制：

Phase Alternating Line 的缩写，意思是逐行倒相，也属于同时制。它对同时传送的两个色差信号中的一个色差信号采用逐行倒相，另一个色差信号进行正交调制方式。这样，如果在信号传输过程中发生相位失真，则会由于相邻两行信号的相位相反起到互相补尝作用，从而有效地克服了因相位失真而起的色彩变化。因此，PAL制对相位失真不敏感，图像彩色误差较小，与黑白电视的兼容也好。

PAL电视标准，每秒25帧，电视扫描线为625线，奇场在前，偶场在后，标准的数字化PAL电视标准分辨率为720*576, 24比特的色彩位深，画面的宽高比为4：3, PAL电视标准主要应用于中国，中国香港、中东地区和欧洲一带，PAL制电视的供电频率为50Hz，场频为每秒50场，帧频为每秒25帧，扫描线为625行，图像信号带宽分别为4.2MHz、5.5MHz、5.6MHz等。

SECAM制：

法文Sequentiel Couleur A Memoire缩写，意为“按顺序传送彩色与存储”，是一个首先用在法国模拟彩色电视系统，系统化一个8MHz宽的调制信号。

1966年由法国研制成功，属于同时顺序制，有三种形式的SECAM：法国SECAM(SECAM-L)，用在法国和它的以前的群体上；SECAM-B/G，用在中东，先前的东德和希腊；SECAM D/K用在俄罗斯和西欧。SECAM制式的帧频每秒25帧，扫描线625行，隔行扫描，画面比例4:3，分辨率为720×576，约40万像素，亮度带宽6.0MHz；彩色幅载波 4.25MHz；色度带宽1.0MHz(U)，1.0MHz(V)；声音载波6.5MHz。

标清、高清、全高清之别

所谓标清，是物理分辨率在720p以下的一种视频格式。 720p是指视频的垂直分辨率为720线逐行扫描。具体的说，是指分辨率在400线左右的VCD、DVD、电视节目等“标清”视频格式，即标准清晰度。
而物理分辨率达到720p以上则称作为高清,(英文表述High Definition)简称HD。关于高清的标准，国际上公认的有两条:视频垂直分辨率超过720p或1080i;视频宽纵比为16:9。
所谓全高清(FULL HD)，是指物理分辨率高达1920×1080逐行扫描，即1080p，是高清的顶级规格，因此被称作“全高清”，而对应地把720p和1080i称为标准高清。很显然，由于在传输的过程中数据信息更加丰富，所以1080p在分辨率上更有优势，尤其在大屏幕电视方面，1080p能确保更清晰的画质。

什么是 480i、576i、480p、1080i、720p，什么是 HDTV？

480i、576i、480p、1080i、720p 1080p都是电视的标准显示模式，i 表示隔行扫描，p 表示逐行扫描。
480i 是标准的NTSC电视显示模式，60hz频率，525条垂直扫描线，483条可见垂直扫描线，4:3 或 16:9，记为480i或525i。
576i 是标准的PAL电视显示模式，50hz频率，625条垂直扫描线，576条可见垂直扫描线，4:3或16:9，记为576i或625i。
480p 是D2标准数字电视显示模式，60hz频率，525条垂直扫描线，480条可见垂直扫描线，4:3 或 16:9，记为480p或525p。
1080i 是D3标准数字电视显示模式，60hz频率，1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，16:9，记为1080i或1125i。
720p 是D4标准数字电视显示模式，60hz频率，750条垂直扫描线，720条可见垂直扫描线，16:9，记为720p或750p。
1080p是D5标准数字电视显示模式，1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，16：9，分辨率为1920×1080逐行扫描，专业格式。
HDTV 标准是高品质视频信号标准，720p、1080i、1080p，但目前支持480p也大概称为支持HDTV。

视频编码格式MPEG2 MPEG4 H264

视频格式并不能决定清晰度。影片的清晰度一要看分辨率，二要看片源，三要看码率。当然有些特定的格式决定了自身的清晰度。但是有一点是确定的，一个电影采用同一种视频编码，越清晰的体积越大。

目前视频都是由音频流视频流组成。格式只是封装容器，例如rmvb，mkv，avi，mpg，ts等等。常见的视频流有MPEG2，MPEG4，H264，VC1等等，MPEG2是比较老式的视频编码，压缩率很低。MPEG4是比较新的编码，常见于DVD影片等等，压缩率一般，最新的MPEG4视频编码是Xvid，还有比较老的DivX.H264（X264是H264的一种）是新生的视频编码，常见于高清视频中，压缩率高，但是要求计算机的计算能力也高，对计算机的配置要求较高。VC1是微软推出的新一代视频编码，跟H264差不多。

根据压缩率的比较，同一个电影，同样的清晰度，MPEG2的体积>MPEG4>H264=VC1.但是压缩率越高，对计算机的要求也越高。

音频编码格式

MPEG-1
MPEG-2(Layer I/II)、MPEG-3(Layer III)
AAC
HE-AAC
AC-3
E-AC-3
DTS

应用软件架构

应用软件架构,各模块功能描述如下： > PSI/SI engine：在应用软件中，节目搜索和EPG信息都需要获取PSI、 SI中各个表的详细数据信息，另外有些表中的数据是需要软件实时获取或者监控的，因此如何对这些表进行过滤和解析需要一定的方式组织起来。PSI/SI engine有效组织起PSI/SI表的监控，过滤和解析，增强了软件功能实时性和代码的可读性。 > UI系统：搭建一个机顶盒界面开发平台，提供丰富的控件种类和强大功能，提高了界面开发效率。 > NODE：管理机顶盒数据存储，减少flash碎片，保证数据的有效存储和快速提取。 > Search：相关表的接收机制建立在PSI/SI引擎之上，完成机顶盒的节目搜索，排序和保存。节目搜索包括单频点搜索和自动搜索。 > EPG：相关表的接收机制建立在PSI/SI引擎之上，当解复用没过滤到EPG数据，EPG模块处于睡眠状态；当有数据时，EPG模块才有效快速的解析存储数据。这样可以在不浪费系统资源的情况下，达到实时更新数据和删除过期数据的目的。 > Book：实现预约节目功能，预约时间到自动切换到用户预约的节目上。 > Time：实现两个功能，一是为机顶盒提供系统时间，二是为上面应用和同层的其他模块提供定时器功能。 > AV：主要是对音视频的一些操作。包括播放节目，声道的设置和读取、音量的调整和读取、音量等级的设置和读取、电视广播制式的读取和设置。 > Dbase：调用NODE实现对于机顶盒数据的存储，读取，删除，修改，增加。

> Information service：实现了信息服务数据的过滤，整理，XML的解析和界面的菜单处理这些部分。

PSI（节目特定信息）

在MPEG-2中专门定义了(Program Specification Information) ，作用是自动设置和引导解码器进行解码。

PSI表：由PAT、CAT、PMT和NIT组成。

节目关联表（Programme Association Table-PAT）：它的PID=0，从PAT中可以找出节目号(program_number)和载有此节目的节目映射表（PMT）所在TS包的PID（PMT_PID）；

节目映射表（Programme Map Table-PMT）：在PMT中可找出包含有某个节目内容的相应PES流的PID（比如视频、音频的PID、ECM的PID）；

NIT（Net Information Table-NIT）：私有流，提供有关物理网络的信息，如果存在，Network PID值由用户定义，并且应在PAT表中定义，其Program Number为保留的0x0000 ；

条件接收表（Conditional Access Table-CAT）：提供所采用加扰系统的细节以及CA管理和授权信息传送包的PID值（EMM的PID号）；

表名流类型PID 描述

节目关联表（PAT） ISO/IEC 13818-1 0x00 关联节目号和PMT的PID

节目映射表（PMT） ISO/IEC 13818-1 由PAT指定说明一个或多个节目组成部分的PID值

网络信息表（NIT）私用由PAT指定物理网络参数

条件接收表（CAT） ISO/IEC 13818-1 0x01 建立EMM流与每个独立的PID值的联系

1)PAT表

PAT表的PID号为“0x00”，解复用器工作总是通过寻找PAT表开始。PAT给出了构成传送流中各个节目业务的PMT（节目映射表）的PID（包识别符），同时，也给出了NIT（网络信息表）的PID号。

以某个上星的数字广播为例（单路单载波方式SCPC，亚洲2号卫星，频带宽度为7MHz，符号率为4.42Mb，下行频率为3734MHz，极化方式为水平极化），其PAT表包含以下信息：

ProgramNumber（节目号） PMT_PID（节目映射表的PID号）
0 0x10（指示NIT表的PID值：10）
2 0x64（指示节目2的PMT的PID值：64）

2)PMT表

节目映射表提供并指示了组成每路业务的流的位置，及每路业务的节目时钟参考（PCR）字段的位置。

以某个上星的数字广播为例：节目2的PMT的PID值为0x64，在PID（包标识符）为0x64的包中，携带了有关节目描述的如下信息：

节目类型PID值
MPEG-2视频码流0xFF（255）
MPEG-2音频码流
0x100（256）
MPEG-2音频码流0x101（257）
私人数据0x102（258）

3)SI（业务信息表）

SI定义：DVB组织对MPEG-2的PSI进行了扩展，提供了不同信息种类的多种表格；

SI描述传输系统内容、广播数据流的编排/时间表等的数据；

SI的特征：

SI插在广播数据流中，不是用专门的数据通道传送；
SI是接收机选择业务的数据信息，主要作用是选择业务；
SI是构成电子节目指南EPG的基础数据。

a、业务描述表(SDT)

业务描述表包含了描述系统中业务的数据，例如业务名称、业务提供者等。

b、业务群关联表(BAT)

业务群关联表提供了业务群相关的信息，给出了业务群的名称以及每个业务群中的业务列表。

c、事件信息表(EIT)

事件信息表包含了与事件或节目相关的数据，例如事件名称、起始时间、持续时间等；

不同的描述符用于不同类型的事件信息的传输，例如不同的业务类型。

d、时间和日期表(TDT)

时间和日期表给出了与当前的时间和日期相关的信息，由于这些信息频繁更新，所以需要使用一个单独的表。

e、时间偏移表(TOT)

时间偏移表给出了与当前的时间、日期和本地时间偏移相关的信息；由于时间信息频繁更新，所以需要使用一个单独的表。

4)NIT表

NIT:提供物理的传输网络信息，在MPEG-2中不定义数据格式，此表在SI规范中规定。

NIT提供如下的信息：

传送系统有两个标识：网络标识符和原始网络标识符。
传送系统参数：有线传送系统参数包括：频率、调制方式、FEC外码、符号率、FEC内码；
另外，还可以传输一些可选信息，如多语种提供网络名称、业务列表等；
网络名称可以由多语种的方式提供出来；
提供了节目业务类型及service_id（节目业务识别），以便列出节目业务清单。

作用：

NIT中提供的上述数据是供解码器自动搜索频道用的，也可以显示出来为用户提供参考数据；
解码器内部也可以根据节目业务类型这一项建立节目分类，供用户按节目类型检索电视节目。

5)SDT表

SDT：对一个特定传送流中的节目业务进行描述

SDT的每一个子表都对一个特定TS流中的业务进行描述；

这些业务可能是实际TS流的一部分，也可能是其它TS流的一部分，可以通过不同的表标识符来区分；

SDT可分成若干业务描述段，任何构成SDT的段都要由PID为0×0011的TS包传送。

SDT提供如下的信息：

业务所属的业务群；
节目业务的类型，如PAL、NTSC、SECAM、调频广播、图文电视、准视频点播等；
该业务的准用国家、业务名称和业务提供者；
业务使用的加密系统、与其它业务的链接信息、实现准视频点播的指导信息，以及多画面的控制、实现交互式回传信道的电话号码和多语种业务名称等信息。

6)EIT表

EIT：按时间顺序提供每个业务中包含的事件的信息

其类型通过表识别符进行区别；

任何构成EIT段均在PID为0×0012的传送包中进行传送；

当前/后续事件信息表只包含给定业务中的当前和后续一个事件的信息，但在NVOD情况下可以有多于两个事件描述信息。

EIT提供如下的信息：

节目段的标识号、起始时间、节目长度、播放状态、是否加密，指向特定信息的链接信息；
节目段多语种的简短介绍；
节目段的详细介绍；
基本码流类型，如视频的幅型比、伴音的类型、字幕的类型等；使用的加密系统；
节目类型，如电影/戏剧、新闻、综艺、体育、少儿、音乐、艺术、社会政治、文教等；
节目限定年龄的级别；给出实现交互式回传信道的电话号码；为满足各节目段的码率而提供的缓存大小信息及私有数据。

利用PSI/SI 组织菜单

云点播图像处理编程算法

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