数字机顶盒技术综述

一、机顶盒的基本概念
　
机顶盒（STB，Set Top Box）的概念是比较广泛的。从广义上说，凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒，从基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟频道解扰器，到将电话线与电视机联系在一起的"上网机顶盒"、数字卫星的综合接收解码器（IRD，Integrated Receive Decoder）、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒都可称为机顶盒。从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、 数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒，这些设备由于具有很好的网络功能，因此也成为信息家电的代表。 　
　
二、各种机顶盒的主要功能和特点
　　
1. 上网机顶盒

　　提起机顶盒，我们首先想到的可能是微软的"维纳斯"计划。维纳斯计划实际上是一个Windows CE推广计划，只不过在推出Windows CE的同时，捆绑了一个机顶盒硬件平台。它利用电话网络做为传输介质，利用电视机做为显示平台，实现Internet接入功能。因此，可以将其看成是一种非PC类的互联网接入设备。随着Internet的不断发展，互联网接入设备的前景是非常好的，但这种机顶盒占用了用户家中几乎所有的网络资源（电话线和电视机），却只能实现上网功能，对用户来说，几乎是得不偿失的。电视机的最大优势是显示视频，最大的作用还是娱乐，但这种机顶盒不论是硬件还是软件，均不支持视频应用，由于这个缺陷，注定了它的前景不会太好。在维纳斯计划推出不久，我国有许多企业陆续推出了该类产品，如康佳?quot;光元"网络机顶盒、海信的"家庭网络快车"DB-200M互联网机顶盒、海尔的"网神"网络机顶盒等，但市场反应颇冷淡，这也说明了这种机顶盒是没有前途的。

　　事实上，将维纳斯计划中机顶盒的电话调制解调器用电缆调制解调器来代替，也可以实现上网功能，但由于这种机顶盒与有线电视网络相连，一般都支持视频，我们把它放在有线电视数字机顶盒中介绍。
　　
2.数字卫星机顶盒

　　此类机顶盒又称为综合业务接收机，用来接收数字卫星广播节目。该类机顶盒在几年前就已商业化，有专业的IRD，也有个人用的IRD。我们所看的许多卫视节目都是有线电视台通过专业的IRD从卫星接收下来，再通过有线电视送入用户家中的。个人用的IRD在我国并不普及，但在国外卫星直播还是具有较好的市场。

　　该类机顶盒的主要功能是接收数字电视广播，同时也支持数据广播、图文电视等应用。但由于它的传输平台是卫星信道，支持交互式应用比较困难。目前，数字卫星机顶盒基本采用DVB-S标准，国内外都有商用产品。
　　
3. 数字地面机顶盒

　　数字地面机顶盒的功能与数字卫星机顶盒类似，所不同的只是传输介质由卫星信道变成了地面广播信道。该类机顶盒所使用频率与有线电视频率相同，但由于这种无线信道的情况比有线电视网络复杂得多，所以它的信号传输技术与数字有线电视机顶盒也有较大差别。

　　目前，世界上有三种数字电视地面广播标准：欧洲的DVB、美国的ATSC和日本的ISDB-T（综合业务数字广播）系统的DTTB（数字地面电视广播）方案。DTTB实际上是DVB-T的变种，ATSC的接收设备称为DTV，DVB的接收设备称为标准数字电视。但在一个较短的时期内，DTV和标准数字电视不可能降到模拟电视的价位，还必须通过数字地面机顶盒将数字地面广播的节目显示在模拟电视机上。

　　数字地面机顶盒的关键技术是编码正交频分复用CODFM，该技术可有效地解决数字地面广播中所存在的多径接收、邻频干扰等问题。在模拟电视广播系统中，多径接收会造成图像重影，在数字电视广播系统中，某些特定相位的多径信号可能因信号间相互干扰，产生重影等。CODFM克服了上述的问题，它将串行数据流划分为多个比特的码元，每个码元可有数千比特，然后用这些比特去调制被置于一个频段内间隔很小的数千个相互正交的载波。通过设置这些载波的保护间隔和边带能量的位置，使某一特定载波在邻近频道上的能量为零，从而提供较好的邻频抑制能力。

　　我国已计划在十年内以数字电视取代现有的模拟电视机，并对全国的电视台进行数字化改造，这个过程是相当长的，因此，在这个过渡时期，数字地面机顶盒的市场应是非常大的。

4.数字有线电视机顶盒

　　数字有线电视机顶盒的基本原理与数字卫星机顶盒、数字地面机顶盒相同，只是信号传输介质是有线电视广播所采用的全电缆网络或光纤/同轴混合网。但由于有线电视网络较好的传输质量以及电缆调制解调器技术的成熟，使得该类机顶盒可以实现各种交互式应用，并被业界广泛看好。

　　事实上，该类机顶盒可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，如数字电视广播接收、电子节目指南（EPG）、准视频点播（NVOD）、按次付费观看（PPV）、软件在线升级、数据广播、Internet接入、电子邮件、IP电话和视频点播等。
　　
1）电子节目指南

　　电子节目指南给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式，用户还可以通过该功能收看一个或多个频道，甚至所有频道上近期将播放的节目。同时，EPG可提供分类功能，可以帮助用户浏览和选择各种类型的节目。

2）准视频点播

　　也称为增强/先进的PPV，是一个特殊的广播应用。NVOD用户和服务提供者之间没有真正的交互，服务提供者将节目的标题广播下来，用户仅仅可选择所提供的频道，该机制是由EPG来支持的。NVOD的功能包括：
　　预览：在用户购买前，对想购买的节目进行预览；
　　选择：在EPG中选择一个已购买的节目；
　　暂停：停止播放该节目；
　　恢复：在暂停后恢复观看该节目；
　　快进/快退：对该节目实现快进/快退操作。
　　
3）数据广播

　　DVB定义了四种数据广播方式：数据管道（data pipe）、数据流（data stream）、多协议封装（Multiple Protocol Encapsulation）和数据/对象轮流传送（Data/Object Carousel）。

　　在数据管道方式中，数据直接在MPEG传送流的净荷中传送。可以使用该方式在符合DVB标准的广播网络中进行简单的、异步的、端到端的数据传输业务。

　　数据流方式可以在数字电视广播系统中实现面向流的、端到端的数据传输。数据流可以是异步的、同步的、或同步化（synchronized）的数据传输。异步数据流是不需要定时的数据流（例如RS232数据）；同步数据流是对定时有要求的数据流，这里"定时要求"的含义是接收端可以再生发送端的数据和时钟，重新构造出同步数据流（如E1、T1）；同步化的数据流也是有定时要求的数据流，这里"定时要求"的含义是数据流中的数据可以与其他数据流中的数据同步播放（如视频和音频）。数据流中的数据在MPEG-2标准的PES中传送。

　　多协议封装对需要在数字电视广播系统中传送符合通信协议的数据报（Datagram）的数据业务提供了技术支持。利用这种数据广播方式，可以在有线电视系统中实现高速Internet数据接入。要传送的数据报被封装在DSM-CC段中。

　　数据/对象轮流传送（Data/Object Carousel）可以支持需要周期性地传送数据模块的各种应用。数据模块的大小是已知的，数据模块可以被更新、被加入和被移去。多个模块可以被组成一个组（Group），多个组还可以组成超组（SuperGroup）。Data Carousel所广播的数据在DSM-CC Data Carousel中传输。

　　DVB的数据广播规范具有很强的数据业务支持能力，机顶盒实现对上述数据广播业务的支持，其作用类似一个在用户家中的数据通信网关。机顶盒本身可以不对接收数据的有效负载进行处理，只是通过解复用实现数据分流，将相应的数据送给处理终端。

4）软件在线升级

　　软件在线升级是数据广播（Data Carousel）的应用之一。数据广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。
　　
5）Internet接入和电子邮件

　　有线电视数字机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现Internet接入功能，并可以提供以太网接口，用来连接PC。使用电缆调制解调器的速度与电话调制解调器相比，提高了100倍，最高可达到10Mbps，所以非常具有竞争力。目前市场上最为火爆的电缆调制解调器是MCNS定义的DOCSIS标准。
　　
6）IP电话

　　通过电缆调制解调器，还可以实现IP电话功能。用户在使用该功能时，只需将普通电话与机顶盒的RJ11接口相连即可。电缆调制解调器可以保证传输语音时的服务质量（QoS）。
　　
7）视频点播

　　为每个用户提供视频点播功能，让用户能在他所希望的时间和地点收看他想看的节目，是服务提供商的主要目标。有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信道和广播信道，为实现该功能提供理想的技术基础。广东环网宽带数字技术产业开发有限公司在最新推出的MJH30-50全功能数字机顶盒中已经实现了该功能，并能实现快进、快退、暂停、恢复等VCR操作。当然，该应用需要相应前端设备的支持。目前，广东有线电视台已使用该机顶盒和美国SeaChange公司的视频服务器实现了商业运营。