机顶盒定义
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
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
1)DVB标准简介
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
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
什么是 480i、576i、480p、1080i、720p,什么是 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
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:
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:
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:
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:
作用:
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:
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:
利用PSI/SI 组织菜单
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