基于STB5660解決方案的交互式機(jī)頂盒設(shè)計(jì)

1 引言

信息的傳播主要有通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著通信技術(shù)、電視技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，三大網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入了相互結(jié)合的新時(shí)代。交互式電視（ITV）正是這種結(jié)合的具體體現(xiàn)。所謂交互式電視，是一種受觀眾控制的視頻分配業(yè)務(wù)，在節(jié)目間和節(jié)目?jī)?nèi)，觀眾能夠作出自己的選擇和決定，是一種非對(duì)稱雙工通信模式的新型電視技術(shù)。其中，數(shù)字機(jī)頂盒（STB）是實(shí)現(xiàn)交互功能的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過STB觀眾坐在家中的電視機(jī)前，可以實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播（VOD）、家庭購(gòu)物、家庭辦公、電子游戲等多種服務(wù)，而且還能在普通電視機(jī)上收看到電視臺(tái)發(fā)送的高清晰度數(shù)字電視節(jié)目。

2 系統(tǒng)功能方案

該系統(tǒng)功能是基于PHILIPS公司的STB5660解決方案（SAA7214+SAA7215+UAD1320A）。它能提供包括QAM信號(hào)接收、解調(diào)、視音頻處理、用戶界面等功能。系統(tǒng)采用高度開放的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)前端將模擬的視、音頻信號(hào)經(jīng)MPEG-2視像編碼壓縮成數(shù)字信號(hào)，把多路數(shù)字信號(hào)經(jīng)復(fù)接器復(fù)接后，再進(jìn)行QAM調(diào)制發(fā)射，作為用戶的下行數(shù)字信號(hào)。用戶采用電話DTMF或BPSK作為上行，通過上行通道就能把用戶選擇的信息傳送給系統(tǒng)服務(wù)中心（系統(tǒng)前端）。這樣就能夠在寬帶網(wǎng)（既有線電視網(wǎng)）中實(shí)現(xiàn)交互式視頻點(diǎn)播（VOD）、股票信息與分析和及時(shí)交易、遠(yuǎn)程教育、信息發(fā)送等功能。

3 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

按照STB的基本功能，可按邏輯層次將STB分為六層，如圖1所示。

物理層：全頻道調(diào)諧接收和解調(diào)?？蓪FC網(wǎng)傳送來的經(jīng)QAM調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

鏈路層：卷積解碼/去交織，REED SOLOMON解碼，能量分散遷移。將QAM解調(diào)輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，生成符合MPEG-2/DVB標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流。

傳輸層：解復(fù)用及數(shù)據(jù)解包。將已生成的數(shù)據(jù)流分離為視頻包、音頻包和數(shù)據(jù)包，并傳輸?shù)较鄳?yīng)的芯片進(jìn)行處理。

條件訪問層：控制解擾功能的運(yùn)作。在機(jī)頂盒中，有相應(yīng)的權(quán)限確認(rèn)功能，當(dāng)機(jī)頂盒接收到權(quán)限確認(rèn)信息后，才對(duì)數(shù)字電視節(jié)目進(jìn)行解碼，供用戶收看。

服務(wù)層：視頻和音頻解壓縮、EPG（電子節(jié)目指南）生成和數(shù)據(jù)的解碼。將接收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行視頻、音頻及圖形解碼、編碼。

圖1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

用戶層：包含用戶界面的顯示、轉(zhuǎn)換、遙控操作等。將已解調(diào)、解碼和編碼后的視頻、音頻信號(hào)（即模擬信號(hào)）分別由機(jī)頂盒的各相應(yīng)端口輸出。同時(shí)可用遙控器來實(shí)現(xiàn)所有基本功能的控制及切換。

4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)STB5660解決方案及IC芯片的功能特點(diǎn)，提出了該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)方案，如圖2所示。

4.1 前端解碼部分

前端部分接受有線電視電纜輸出的信號(hào)，經(jīng)調(diào)諧頻率變換，QAM解碼、解交織、解RS碼、解擾等處理后，輸出MPEG—2解復(fù)用前的標(biāo)準(zhǔn)碼流，即傳輸流（TS流）。這部分主要由一片VES1820X芯片完成。

4.2 傳輸流和視頻、音頻解碼部分

傳輸流和視頻、音頻解碼部分由SAA7214與SAA7215芯片完成。其中，SAA7214負(fù)責(zé)將TS流進(jìn)行MPEG-2源解碼，并分離出視頻和音頻數(shù)據(jù)流，以及與解碼相關(guān)聯(lián)的外圍I/O設(shè)備的控制等。SAA7215負(fù)責(zé)音頻、視頻以及圖形的解碼、編碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)流分成音頻信號(hào)和視頻信號(hào)。SAA7215還具有完善的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，采用了DRAM、SDRAM、FLASH等，通過這些存儲(chǔ)芯片使軟件的運(yùn)行速度大大加快。

4.3 后端解碼部分

后端解碼由SAA7215和UDA1320A完成。視頻信號(hào)由SAA7215輸出。音頻信號(hào)由UDA1320A輸出。UDA1320A是一個(gè)具備位數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換技術(shù)的單芯片正相立體DAC，它具有低功率消耗和低電壓工作模式；具有256，384和512三種不同頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘；通過靜態(tài)管腳控制可以選擇不同的頻率；支持16KHZ至48KHZ的抽樣頻率；集成了數(shù)字濾波和正相DAC。

4.4 便于交互式應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)接口

交互式應(yīng)用硬件實(shí)現(xiàn)部分由SAA7214以及響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口完成。

4.4.1 采用ADSL技術(shù)的電話網(wǎng)連接

采用ADSL技術(shù)的電話網(wǎng)連接：機(jī)頂盒通過外圍串行口連接智能卡接口和ADSL Modem，并行口用來在機(jī)頂盒和PC之間傳送數(shù)據(jù)。ADSL Modem直接通過電話線與ADSL局端連接，可提供下行速率為8Mbits的高速數(shù)據(jù)通信和上行速率為640kbits的用戶控制信息的交互。機(jī)頂盒通過ADSL，擁有比其直接上網(wǎng)更快的速率，從而實(shí)現(xiàn)了與ATM/OP網(wǎng)的高速交互服務(wù)。

4.4.2 采用光纖/同軸電纜技術(shù)（HFC）的混合網(wǎng)連接

采用光纖/同軸電纜技術(shù)（HFC）的混合網(wǎng)連接：HFC下行采用數(shù)字調(diào)諧器的解調(diào)器將用戶所選頻道的信號(hào)轉(zhuǎn)化為基帶數(shù)據(jù)流；上行采用調(diào)制器把用戶的控制信號(hào)送入信道，其接口也采用線纜調(diào)制解調(diào)器。

5 系統(tǒng)軟件方案

該機(jī)頂盒系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)層次：業(yè)務(wù)軟件應(yīng)用層、實(shí)時(shí)事件處理層、系統(tǒng)內(nèi)核及驅(qū)動(dòng)層。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5.1 業(yè)務(wù)軟件應(yīng)用層

業(yè)務(wù)軟件應(yīng)用層相當(dāng)是覆蓋在驅(qū)動(dòng)和操作系統(tǒng)之上的一層接口，它是根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)需要而制定的，為用戶應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)頂盒的各種功能服務(wù)的。如綜合信息、電子商務(wù)、電子游戲等。

5.2 實(shí)時(shí)事件處理層

實(shí)時(shí)事件處理層是將應(yīng)用程序與低層的操作系統(tǒng)、硬件細(xì)節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境，它使應(yīng)用程序不依賴于具體的硬件平臺(tái)，是業(yè)務(wù)軟件應(yīng)用程序與硬件平臺(tái)的中間件，此軟件系統(tǒng)采用了OpenTV中間件。OpenTV中間件提供給用戶應(yīng)用程序完整的應(yīng)用程序接口，使應(yīng)用程序只需調(diào)用這些函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)頂盒系統(tǒng)所應(yīng)具有的所有功能。這樣，使得用戶應(yīng)用程序部分的工作變得非常簡(jiǎn)單。