交互式机顶盒设计与实现

　　1 引言

　　信息的传播主要有通信网、广播电视网和计算机网三大网络系统。随着通信技术、电视技术以及计算机技术的迅速发展，三大网络已进入了相互结合的新时代。交互式电视（ITV）正是这种结合的具体体现。所谓交互式电视，是一种受观众控制的视频分配业务，在节目间和节目内，观众能够作出自己的选择和决定，是一种非对称双工通信模式的新型电视技术。通过STB观众坐在家中的电视机前，可以实现视频点播（VOD）、家庭购物、家庭办公、电子游戏等多种服务，而且还能在普通电视机上收看到电视台发送的高清晰度数字电视节目。

　　2 系统功能方案

　　该系统功能是基于PHILIPS公司的STB5660解决方案（SAA7214+SAA7215+UAD1320A）。它能提供包括QAM信号接收、解调、视音频处理、用户界面等功能。系统采用高度开放的模块化结构设计，系统前端将模拟的视、音频信号经MPEG-2视像编码压缩成数字信号，把多路数字信号经复接器复接后，再进行QAM调制发射，作为用户的下行数字信号。用户采用电话DTMF或BPSK作为上行，通过上行通道就能把用户选择的信息传送给系统服务中心（系统前端）。这样就能够在宽带网（既有线电视网）中实现交互式视频点播（VOD）、股票信息与分析和及时交易、远程教育、信息发送等功能。

　　3 系统逻辑结构

　　按照STB的基本功能，可按逻辑层次将STB分为六层，如图1所示。

　　物理层：全频道调谐接收和解调。可将HFC网传送来的经QAM调制的信号进行解调。

　　链路层：卷积解码/去交织，REED SOLOMON解码，能量分散迁移。将QAM解调输出的信号进行处理，生成符合MPEG-2/DVB标准的数据流。

　　传输层：解复用及数据解包。将已生成的数据流分离为视频包、音频包和数据包，并传输到相应的芯片进行处理。

　　条件访问层：控制解扰功能的运作。在机顶盒中，有相应的权限确认功能，当机顶盒接收到权限确认信息后，才对数字电视节目进行解码，供用户收看。

　　服务层：视频和音频解压缩、EPG（电子节目指南）生成和数据的解码。将接收到的数据流进行视频、音频及图形解码、编码。

　　图1 系统逻辑结构

　　用户层：包含用户界面的显示、转换、遥控操作等。将已解调、解码和编码后的视频、音频信号（即模拟信号）分别由机顶盒的各相应端口输出。同时可用遥控器来实现所有基本功能的控制及切换。

　　4 系统硬件结构方案

　　根据STB5660解决方案及IC芯片的功能特点，提出了该系统硬件结构方案，如图2所示。

　　4.1 前端解码部分

　　前端部分接受有线电视电缆输出的信号，经调谐频率变换，QAM解码、解交织、解RS码、解扰等处理后，输出MPEG—2解复用前的标准码流，即传输流（TS流）。这部分主要由一片VES1820X芯片完成。

　　4.2 传输流和视频、音频解码部分

　　传输流和视频、音频解码部分由SAA7214与SAA7215芯片完成。其中，SAA7214负责将TS流进行MPEG-2源解码，并分离出视频和音频数据流，以及与解码相关联的外围I/O设备的控制等。SAA7215负责音频、视频以及图形的解码、编码，并将解码后的数据流分成音频信号和视频信号。SAA7215还具有完善的存储器结构，采用了DRAM、SDRAM、FLASH等，通过这些存储芯片使软件的运行速度大大加快。

　　视频（英文：Video，又翻译为视讯）泛指将一系列的静态影像以电信号方式加以捕捉，纪录，处理，储存，传送，与重现的各种技术。关于大小视频各种后缀格式，包括个人视频上传，电影视频。连续的图像变化每秒超过24帧（frame）画面以上时，根据视觉暂留原理，人眼无法辨别单幅的静态画面，看上去是平滑连续的视觉效果，这样连续的画面叫做视频。

　　视频也指新兴的交流、沟通工具，是基于互联网的一种设备及软件，用户可通过视频看到对方的仪容、听到对方的声音。是可视电话的雏形。

　　一般来说，音频解码器分为两类，一类是用于Hi-Fi听音的纯音频解码器，即指把CD机等数字音源器材一分为二后，去掉转盘（驱动光碟旋转读盘）的部分。纯音频解码器的主要作用是把读取的数字音频信息转换成模拟音频信号输出，供功率放大重放。因此严格说纯音频解码器应称作D/A（数字/模拟）转换器。另一类即AV影音解码器，即平常所说的在“家庭影院”设备中使用的解码器，主要作用是把录音时经过编码的多声道音频信息作解码还原，经D/A转换后供功率放大重放。

　　很多双声道或多声道听音系统并没有配置解码器这类器材，但同样也可以达到双声道或多声道重放的目的，这是为什么？之所以出现这两种情况，有两种原因一是系统中没有数字或经过编码的音源，即直接重放模拟音频信号（通常多为双声道，如果是“多声道”，那只是把双声道信号并联串接成的伪多声道）；二是解码功能已经整合在音源或功放等器材中，例如CD机已经包括数/模转换电路，有的DVD机包括了某类音频格式的数字解码，有的数字解码内置在AV功率放大器中。

　　4.3  后端解码部分

　　后端解码由SAA7215和UDA1320A完成。视频信号由SAA7215输出。音频信号由UDA1320A输出。UDA1320A是一个具备位数据流转换技术的单芯片正相立体DAC，它具有低功率消耗和低电压工作模式；具有256，384和512三种不同频率的系统时钟；通过静态管脚控制可以选择不同的频率；支持16KHZ至48KHZ的抽样频率；集成了数字滤波和正相DAC。

　　4.4  便于交互式应用的网络接口

　　交互式应用硬件实现部分由SAA7214以及响应的网络接口完成。

　　4.4.1  采用ADSL技术的电话网连接

　　ADSL技术是一种不对称数字用户线实现宽带接入互连网的技术，ADSL作为一种传输层的技术，充分利用现有的铜线资源，在一对双绞线上提供上行640kbps下行8Mbps的带宽，从而克服了传统用户在"一公里"的"瓶颈"，实现了真正意义上的宽带接。

　　ADSL技术的主要特点是可以充分利用现有的铜缆网络（电话线网络），在线路两端加装ADSL 设备即可为用户提供高宽带服务。ADSL的另外一个优点在于它可以与普通电话共存于一条电话线上，在一条普通电话线上接听、拨打电话的同时进行ADSL传输而又互不影响。用户通过ADSL接入宽带多媒体信息网与WWW，同时可以收看影视节目，举行一个视频会议，还可以很高的速率数据文件，这还不是全部，你还可以在这同一条电话线上使用电话而又不影响以上所说的其它活动。安装ADSL也极其方便快捷。在现有的电话线上安装ADSL，除了在用户端安装 ADSL通讯终端外，不用对现有线路作任何改动。使用ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线）技术，通过一条电话线，以比普通MODEM快一百倍，浏览因特网，通过网络学习、娱乐、购物，享受到先进的数据服务如视频会议、视频点播、网上音乐、网上电视、网上MTV的乐趣，已经成为现实。

　　Modem直接通过电话线与ADSL局端连接，可提供下行速率为8Mbits的高速数据通信和上行速率为640kbits的用户控制信息的交互。机顶盒通过ADSL，拥有比其直接上网更快的速率，从而实现了与ATM/OP网的高速交互服务。

　　4.4.2  采用光纤/同轴电缆技术（HFC）的混合网连接

　　采用光纤/同轴电缆技术（HFC）的混合网连接：HFC下行采用数字调谐器的解调器将用户所选频道的信号转化为基带数据流；上行采用调制器把用户的控制信号送入信道，其接口也采用线缆调制解调器。