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机顶盒

胜于蓝2023-10-10【其他杂谈】人已围观

简介数字视频变换盒（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

数字视频变换盒（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，更在于能够接收数字内容，包括电子节目指南、因特网网页等等。它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。

发展历程

机顶盒(set top box,STB)起源于20世纪90年代初，当时主要是欧美国家有线电视台为解决有线电视收视费问题而设计的一个解扰设备。机顶盒作为数字电视(DTV)辅助设备是从20世纪90年代后期欧美国家试播数字电视和高清数字电视(HDTV)开始的。它的主要作用是使用户能够用原有的模拟电视机收看数字电视节目和高清数字电视节目，即提供数/模信号转换功能，通常把这类机顶盒称为数字电视机顶盒。数字电视机顶盒具有网络环境特征和条件接收功能。所谓网络环境特征是指在不同的电视广播网中使用的机顶盒不同，根据ETSI定义的三种数字电视传输制式可有：用于接收有线电视的数字电视机顶盒DVB-C、接收数字卫星电视的数字电视机顶盒DVB-S、接收地面广播电视的数字电视机顶盒DVB-T三种类型。
2018年，我国超高清电视国内销量占比达67%，三大电信运营商4K机顶盒用户数达到1.5亿，超高清视频产业发展快速。

设备分类

数字卫星机顶盒
此类机顶盒又称为综合业务接收机（LIM），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LIM，也有个人用的LIM。所看到的许多卫视节目都是有线电视台通过专业的LIM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LIM在我国并不普及，但在国外具有较好的市场。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。数字卫星机顶盒基本采用DVB-S(Digital Video Broadcast Satellite)标准，国内外都有商用产品。
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。
世界上有三种主要的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位叠加，导致接收失败。另外，数字广播信号与模拟广播信号之间以及数字广播信号之间会存在邻频干扰，数字广播若要利用邻频技术提高带宽利用率，频道内的有效辐射功率则必须低于模拟电视广播的有效辐射功率，并且应保持频谱功率密度恒定。正交频分复用CODFM克服了上述问题，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，再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。
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，使得这类机顶盒可以实现各种交互式应用，并被业界广泛看好。数字有线电视机顶盒基本采用DVB-C(Digital Video Broadcast)标准。
事实上，这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、因特网接入、电子邮件、IP电话和视频点播等。

功能要求

媒体处理

需支持基本业务和扩展业务所需要的媒体处理功能。对于基本业务，可在AVS视频、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4Part10/H.264、SMPTEVC-1中选择一种或多种作为视频解码标准；音频解码可采用MPEG-2/4AAC、MPEG-2音频、杜比AC3/5.1、MPEG-1Layer2和MP3等。当技术和业务都比较成熟后，最终会确定一两项作为IPTV的音视频编解码标准。对于扩展业务，需支持CIF或QCIF等图像显示格式和H.261或H.263视频编解码标准，必须支持G.711音频编解码标准，也可采用G.723、G.728、G.729音频编解码标准。之所以采用多选项方式，主要是考虑各种音视频编解码标准的专利收费情况等没有确定标准。
此外，机顶盒需支持分辨率为640×480、720×576、352×288图形显示方式，每像素至少支持16位彩色；支持可同时显示多个平面的内容，可采用平铺或叠加图像方式；支持显示字符和汉字的能力，汉字编码应符合GB18030要求。

交互功能

机顶盒需提供交互内容选择和内容交互控制两类交互功能。交互内容选择功能支持利用门户导航菜单选择内容、进行节目检索、与业务平台的认证系统交互认证信息等交互过程。内容控制功能主要针对在实现点播业务时，机顶盒与IPTV业务平台之间应具有交互控制命令以控制内容信息的功能

管理功能

软件升级功能。机顶盒可以提供应用软件接口，通过在线或本地软件升级获得支持新业务的能力，必须能够通过网络或外围存储设备获取最新软件版本号并判断是否需要升级，也可以通过HTTP(S)或FTP获取最新版本文件。如果升级失败，机顶盒必须仍能正常工作，并在开机时进行软件版本检查。
日志功能。机顶盒必须实现对本机版本信息和系统信息的管理及错误信息的诊断，并形成双备份日志文件。状态发生变化时填写日志；当机顶盒开机时上传日志文件，并每隔24h上传一次日志文件。
远程配置功能。机顶盒必须能够实现重启动、下载、设置参数值、恢复出厂设置、设置参数属性、删除设备注册、最小内核恢复等功能。
本地配置功能。包括通过局域网对机顶盒信息进行配置（机顶盒提供Web方式配置界面）以及用户通过遥控器对机顶盒进行配置，配置信息包括IPTV业务管理系统域名、网络接入方式、网络接入账号/密码、静态IP、网关、DNS服务器、DHCP和用户业务编号/密码等

硬件接口要求

机顶盒硬件基本配置应具有3类物理接口，即上行网络接口、下行音视频接口和红外遥控接口，根据需要还可以配置多种辅助接口。

网络侧接口：可以根据需要配置一种或多种接口。接口类型包括高速以太网接口10/100Base-T、ADSL接口（可选用于有内置xDSLModem的设备），无线局域网接口（可根据接入条件提供以下任一种无线局域网接入标准的接口。在2.4GHz频段内，传输速率为11Mbit/s，应符合IEEE802.11b标准；在5.8GHz频段内，传输速率为54Mbit/s，应符合IEEE802.11a标准；在2.4GHz频段内，传输速率为54Mbit/s，应符合IEEE802.11g标准）。
音视频接口：视频输出接口有复合视频输出端子和S-Video视频输出端子；音频输出接口有模拟音频输出接口和数字音频输出接口。
红外接口：规定了利用红外遥控器对机顶盒控制的传输距离、红外发射角度和机顶盒接收红外信号的最小角度，具体性能要求应满足IrDA1.1协议（快速红外协议）的基本要求。
辅助接口：为可选项，包括USB接口、下行以太网接口、Z接口和串行接口等

通信协议要求

IPTV机顶盒作为IP网络接入的终端设备，必须支持一系列与业务相关的IP。可以将机顶盒所涉及的IP归纳为：接入过程中涉及的相关协议，包括PPPoE、DHCP、IEEE802.1x；文件/文本传送协议，包括TFTP、FTP、HTTP；媒体传送协议，包括实时传输协议（RTP）和符合ISO/IEC13818-12000规定的传输协议；Internet组管理协议，包括支持组播的IGMP（应符合RFC2236的规定）；媒体播放控制协议，包括实时流RTSP（应符合RFC2326的规定）；管理协议，包括由DSL论坛定义的用户终端广域网管理协议TR069和简单网络管理协议SNMPv2；网络时间同步协议，可选择网络时间协议（NTP）或简单网络时间协议（SNTP）。

安全要求

机顶盒应支持AAA认证方式，接入IP网络时应提供必要的信息，包括用户识别码或用户名和密码，经认证授权后才可以使用IPTV业务平台提供的各类业务；同时支持机卡分离，利用智能卡技术以硬件加密方式存储用户信息。数字版权管理安全要求：对于网络的数字版权保护由内容提供商或业务提供商实现，传送到用户端的信息应是具有DRM的信息。在STB中需具有针对业务平台DRM的相应版本，提供内容版权的保护

结构

硬件结构

数字有线电视机顶盒由四个子系统组成。
控制子系统:这是机顶盒的心脏部分，由CPU,ROM和RAM组成，提供信号存取和控制的处理功能，并提供一个可编程平台。它除了负责各子系统的初始化以外，还必须控制各部分协调工作并具体完成信号的解密、去扰，进行多路分离，获取MPEG-2数据流和其它一些打包数据
数字处理子系统:压缩编码的声音数据经音频解压缩器解码，输出到D/A转换器得到电视的音频信号。压缩编码的视频数据经视频解压缩器解码，其输出与OSD系统产生的图形混合，经NTSC/PAL/SECAM编码器供给电视。这部分一般采用专用芯片。
网络接口子系统:实现和视频服务器的双工通信。针对接入网的不同，采用相应的接口^[。
用户/公共接口及扩展接口子系统:与红外遥控器、游戏控制器、智能卡、解密卡等外设进行通信。

软件结构

机顶盒的软件结构有4层。
硬件驱动层：位于软件结构的最底层，控制各模块的初始化和工作。
内核层：一般是一个小型的操作系统，完成进程的创建和执行进程间的通信、资源的分配与管理。
命令解析层：对应用层屏蔽以下各层解析应用程序和用户发出的命令。
应用层：位于软件结构的最上层。可能的应用程序包括电子节目浏览，视频播放器等等。

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