CH7机顶盒与数字电视的条件接收

第7章机顶盒与数字电视的条件接收第7章机顶盒与数字电视的条件接收•7.1概述•7.2数字电视机顶盒•7.3数字电视条件接收系统第7章机顶盒与数字电视的条件接收7.1概述数字电视接收机有卫星、有线和地面广播三种不同的类型，适用于不同的传输信道。它们在系统的视频、音频和数据的解复用方面和信源解码方面都遵循MPEG―2系统标准(ISO／IEC13818―1)、MPEG―2视频标准(ISO／IEC13818―2)和MPEG―2音频标准(ISO／IEC13818―3)。ATSC的音频为DolbyAC―3多声道环绕声方案。三种数字电视信号接收机的主要区别在于信道解码和解调方面。第7章机顶盒与数字电视的条件接收7.1.1数字电视系统功能•发送端•接收端的数字电视机顶盒首先从传输层提取出信道编码信号，完成信道解调，然后再进行信源解码，还原压缩的信源编码信号，恢复出原始视音频流，同时完成数据业务和多种应用的接收、解析。信源在进入传输信道前要经过两级编码，第一级视音频信号的信源压缩编码，并将所有信源封装成传输流；第二级传输用信道纠错编码。第7章机顶盒与数字电视的条件接收图7―1数字电视接收机的解复用与解码方框图MPEG解复用视频解码音频解码D/AD/A模拟视频信号模拟音频信号来自解调信道解码TS流处理器和I/O接口ROM、RAM频道选择去调谐器7.1.2数字电视的接收第7章机顶盒与数字电视的条件接收1.数字卫星电视的接收(1)卫星电视天线(2)下变频器LNB接收卫星转发器下行的Ku波段(11.7～12.75GHz)数字信号。图7―2数字卫星接收机信道解码方框图信号经室外低噪声下LNB转换为950～2050MHz的第一中频信号，馈送给接收机中的调谐器。(LowNoiseBlockDownConverter)第7章机顶盒与数字电视的条件接收调谐器QPSK解调器I基带滤波QI解收缩维特比译码Q同步字节检测去交织RS译码解能量扩散基带物理接口MPEG解复用基准相位控制和码率控制频道选择LNB（3）调谐器（4）QPSK解调器将选定频道的数字信号转换为479.5MHz的第二中频信号送到QPSK解调器。解调出I和Q两路信号，经基带滤波和A／D转换后送到解收缩器和维特比译码器，经软判决译码形成单路比特序列。第7章机顶盒与数字电视的条件接收（5）其它部分维特比译码器输出的序列在同步字节检测器中检出同步字节；然后去交织、RS译码和解能量扩散，完成基带数字信号的信道解码，再经基带物理接口输出到MPEG解复用部分。解复用后再进行视频信源解码和音频信源解码，完成数字电视信号的接收过程。第7章机顶盒与数字电视的条件接收2.数字有线电视的接收(1)调谐器(2)QAM解调器将来自有线电视前端的射频数字信号转换为38MHz的中频；解调出I、Q两路基带信号。经匹配滤波器均衡放大，补偿近似与频率平方根成正比的电缆损耗，减少码间干扰。I、Q信号经判决再生后映射为m比特的数字信号。m的数值对于64QAM、32QAM和16QAM分别为6、5和4。图7―3数字有线电视信道解码方框图第7章机顶盒与数字电视的条件接收(3)差分解码差分解码后的m比特符号变换成以8比特长度划分的字节，送交织器，然后再经RS译码、同步反转和解能量扩散，完成基带数字信号的信道解码。最后经基带物理接口输出到MPEG解复用部分。m比特的数字信号需进行差分解码处理，因为在发送端进行QAM调制时要对m个比特中的前2个比特进行差分编码。第7章机顶盒与数字电视的条件接收3、交互式电视的接收对于接入因特网和视频点播（VOD）等交互应用，要考虑上行数据的调制编码问题。WebTV机顶盒是利用普通电话线接入因特网。第7章机顶盒与数字电视的条件接收7.2数字电视机顶盒STB(SetTopBox)是可将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，通过电视显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节目。机顶盒是一种接收转换装置，用来充当数字电视与模拟电视机之间的桥梁。第7章机顶盒与数字电视的条件接收7.2.1机顶盒的分类模拟电视机顶盒数字电视机顶盒解扰机顶盒上网机顶盒早期主要为有线电视提供专门收费服务。利用电话网络作为传输平台，电视机作为显示平台，实现Internet的接入功能。卫星数字电视机顶盒地面数字电视机顶盒有线数字电视机顶盒它们基本原理相同，主要差别在于解调部分。第7章机顶盒与数字电视的条件接收(1)卫星数字电视机顶盒(2)地面数字电视机顶盒(3)有线数字电视机顶盒又称集成接收解码器(IntegratedReceiverDecoder，IRD)，用于接收卫星数字电视广播，同时也支持数据广播、图文电视等应用。卫星数字电视大多采用DVB-S标准。卫星数字电视的传输平台是卫星信道，支持交互式应用相对而言比较困难。各国地面数字电视标准不同，使用的调制与信道编码方案不同。用于接收经全电缆网络或光纤/同轴混合网传输的有线数字电视。有线电视网络传输质量较高、信道带宽较宽，有线数字电视机顶盒可支持各种广播和交互式多媒体应用。第7章机顶盒与数字电视的条件接收从功能上可分基本型、增强型和交互式三种:(1)基本型机顶盒：(2)增强型机顶盒：由数字调谐器、主芯片、Flash、SDRAM、开关电源、标准接口、AV接口、S-Video接口、IC卡座、嵌入式软件、CA系统组成。它能接收数字电视信号到模拟电视机并实现付费收看。除采用基本型的所有部件外，还增加了中间件和其它应用软件。它能接收数字电视信号到模拟电视机、实现付费收看、多种有线电视增值业务及简单交互式应用。增加Internet浏览功能，只需要在机顶盒硬件上增加CPU及相关应用软件即可。(3)交互式机顶盒第7章机顶盒与数字电视的条件接收(1)第一代数字电视机顶盒(2)第二代数字电视机顶盒(3)第三代数字电视机顶盒按数字电视机顶盒发展过程，可分：是硬件机顶盒，基于嵌入式的实时操作系统编制应用程序。硬件机顶盒一般没有中间件系统，没有回传信道，只有简单本地交互功能，可扩展性差。在硬件机顶盒的基础上增加中间件，基于中间件编制应用程序。这种数字电视机顶盒具有回传信道和一定的交互功能，具有条件接收（CA）系统。具开放的中间件系统，基于标准的中间件及Java语言编制应用程序。这种数字电视机顶盒具有回传信道和高级交互功能，具有开放的条件接收（CA）系统平台，可实现同密和多密接收。第7章机顶盒与数字电视的条件接收7.2.2机顶盒输出接口端子(1)RF射频端子(2)A／V端子RF射频端子连接的电视机的图像效果最差。机顶盒、录像机、LD机与电视机连接时，尽量不要用RF接口，要用A/V接口或其它更高档的接口。由3个独立的RCA插头(RCAjack，又叫莲花插头)组成。其中V接口连接复合视频信号CVBS（CompositeVideoBurstSync）,为黄色插口；L接口连接左声道声音信号，为白色插口；R接口连接右声道声音信号，为红色插口。第7章机顶盒与数字电视的条件接收(3)S端子(4)分量色差端子V又称为超级视频端子(SuperVideo),使用专用五芯连接线及结构独特的4针插头MINIDIN。因S端子传输的视频信号保真度比V端子更高，因此用S端子连接到的视频设备，其水平清晰度最高可达400～480线。使用三条电缆，连接亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y。通过分量色差端子还原的图像水平清晰度比S端子更高。第7章机顶盒与数字电视的条件接收7.2.3数字电视机顶盒的基本原理1.数字电视机顶盒的原理与结构硬件是数字电视机顶盒的硬件平台，主要实现音视频的解码。而电视由硬件和软件组成。分为4层:硬件、底层软件、中间件和应用软件。节目内容重现、操作界面与数据广播业务实现，以及机顶盒和Internet互联等都需要软件来实现。第7章机顶盒与数字电视的条件接收(1)工作过程1)经网络接口选择频道、解调和信道解码处理。2)解码出的MPEG2多节目传输码流送解复用器，从传输码流中抽出一个节目的打包视音频基本流（PES）数据（含视频、音频和辅助数据PES）。经调谐、信道和信源解码，将接收的数字码流转化为压缩前的分量数字视频信号，再经D／A转换和视频编码转换为模拟全电视信号，送到普通模拟电视接收机。第7章机顶盒与数字电视的条件接收3)条件接收CA可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，输出已解扰的视音频PES。4)视频解码器对视频PES数据解码，经模拟编码器编成模拟视频信号输出；5)同时音频解码器对音频PES数据解码，解码出的PCM音频数据经D/A输出模拟立体声音频信号。第7章机顶盒与数字电视的条件接收(2)机顶盒组成从信号处理和应用操作上看，数字机顶盒包含以下层次:物理层和链接层传输层包括高频调谐器、信道解调（QPSK、QAM、OFDM、VSB解调）、信道解码（卷积解码、去交织、RS解码和能量扩散）。包括解复用，把传输流分成视频、音频和数据包。第7章机顶盒与数字电视的条件接收节目层用户层输出接口信源解码：包括MPEG-2视频解码，MPEG/AC-3音频解码。包括服务信息、电子节目指南、图形用户界面(GUl)、浏览器、遥控、条件接收和数据解码。包括模拟视音频接口、数字视音频接口、数据接口、键盘和鼠标等。第7章机顶盒与数字电视的条件接收1)机顶盒硬件①网络接口模块：调谐器通过I2C总线来控制，完成高频调谐并输出中频信号。中频信号输出幅度通常较小，需要经过中频放大器，然后送入解调器。从输入的多个8MHz数字调制频道中选择一个所需的频道，下变频为中频信号。高频头/调谐器：第7章机顶盒与数字电视的条件接收信道解调和信道解码：信道解码经去交织器和RS解码，同步反转和去随机化，输出包含视音频和其信道解调器根据中频信号幅度，通过AGC信号来调节调谐器输出的中频信号幅度，使其稳定在一定的范围之内。卫星数字电视采用RS码和卷积码进行信道编码，并用QPSK调制；有线数字电视因信道质量好，只采用RS码进行纠错编码，并用QAM调制；而地面数字电视则采用COFDM或VSB调制。他数据信息的已加扰、加密的压缩的MPEG2多节目传输流（TS）。第7章机顶盒与数字电视的条件接收②解复用器：区分不同的节目，从传输码流TS中抽出一个节目的已打包的视音频基本流（PES）数据。第7章机顶盒与数字电视的条件接收③条件接收CA模块：对付费电视，CA对音视频流实施解扰，并采用含有识别用户和记忆功能的智能卡，保证合法用户正常收看。从解复用器输出的加扰、加密MPEG传送流TS，通过条件接收模块、处理信息认证授权、安全及解扰后，按用户所选择的业务来拆分数据包，提取压缩的数字音频、视频或专用数据流（所需的业务信息和节目内容）。解扰器能够按照条件接受智能卡中对加扰业务/节目内容的数据进行解扰。（conditionalAccess）第7章机顶盒与数字电视的条件接收④视音频解码器和后处理：MPEG2解码器完成对音视频信号的解压缩即还原成非压缩的数字音/视频解码信号-----音/视频ES/PES流。再经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音视频信号，在模拟电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目。视频解码器外接128Mbit的SDRAM，用于解码过程中的数据存储。第7章机顶盒与数字电视的条件接收⑤嵌入式CPU、存储器模块和接口电路：接口电路包括通用串行接口USB，以太网接口及RS232，模拟、数字视音频接口，数据接口等。主控CPU是数字电视机顶盒的心脏，存储器用来存储软件系统，通过8bit数据接口或I2C接口对和操作系统一起完成网络、显示管理和条件接收、电视与数据解码、视频信号的上下变换等功能。进行控制。第7章机顶盒与数字电视的条件接收2)机顶盒软件系统①底层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序。实时操作系统(RTOS)，可在实时环境中工作，并能在较小内存空间中运行。用户通过它下达指令。常用实时操作系统有VxWorks、OS9、OS20、WindowsCE以及PowerTV等。硬