――中兴通讯上海一所杨德朝
本文主要介绍数字机顶盒的定义，基本组成，数字机顶盒功能和其关键方面技术，随着宽带网络的发展，计算机技术、家庭网关技术、无线技术、机顶盒技术的快速发展与融合，我国数字电视标准的制订与数字电视技术的推广，必将推动数字机顶盒的广泛应用与发展机遇，与数字电视一起组建未来家庭网络方案将大有前途。但由于多种接入方式的存在，现有的机顶盒将以有线及无线方式共存。 关键字：交互式电视（ITV）、机顶盒（STB）、信息家电、智能控制终端
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一、数字机顶盒的定义
对于机顶盒，目前没有标准的定义，传统的说法是："置于电视机顶上的盒子"。它是利用有线电视网络作为传输平台，利用电视机作为用户终端，提高现有电视机的性能或增加其功能。由于功能和用途不同，这就使"机顶盒"这个概念有些含糊不清，如早期的增补频道机顶盒，图文电视机顶盒，付费电视机顶盒等。从近日信息产业部科技司徐顺成司长在“数字电视（DTV）标准化工作会议”上的讲话可以看出，随着电子信息技术的快速发展和INTERNET 互联网的广泛运用，将决定未来数字机顶盒不仅能接收广播业务，也能在电视机上完成宽带多媒体交互业务。
二、数字机顶盒的组成
数字机顶盒的一般看成一个终端设备，因此它具有类似家用电器一样使用方便，同时可与其它家用数字电器组网，还可以通过机顶盒与外界媒体交互功能。
2．1数字机顶盒的硬件组成
数字机顶盒的硬件一般由集成度很高的主CPU，编解码芯片，电子硬盘（DOC）,Flash、ROM、标准的PCI总线或PCMCI总线接口，SMARTCard接口，下联接口芯片（包括以太网口、电话接口、H.323接口、电视接口、显示器接口、串并接口、USB接口、蓝牙接口及红外接口等），上联接口芯片（包括以太网接口或xDSL接口或电力线接口），变压器（220V到12V、5V）等。如图（一）所示：
电源线
图（一）
如图所示的上联接口通常是根据用户络需求通过PCI或PCMCI卡来选择选择不同的接入
方式，下联接口是用虚线表示可以为有线方式或无线方式连接。
2．2数字机顶盒的软件组成
现在嵌入式操作系统LINUX 的成熟，推动了嵌入操作系统在机顶盒技术上的应用与发展，开放性的原代码为厂家节省成本和时间，同时也为用户提供高品质的多媒体业务。它的软件基本框架如图（二）所示：
图（二）
图形支撑环境方面，可以提供X-Window 和MiniGUI ，X-Window 有近二十年历史，是工业标准、客户/服务器结构的图形视窗环境。它是一个开放的平台，已有丰富的应用程序。可将X-Window 也进行了适当裁减以配合嵌入式环境的需求，同时加入了中文和双字节支持。
MiniGUI 是一种面向嵌入式系统或者实时系统的图形用户界面支持系统。它运行于Linux 控制台，实际可以运行在任何一种具有 POSIX 线程支持的 POSIX 兼容系统上。MiniGUI 提供了类似 Win32 的 API ，能够方便地获得易用的图形用户界面。
三、数字机顶盒的功能
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（1） 电子节目指南（EPG ）。
（2） 高速数据广播，能给用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各
种消息；
（3） 软件在线升级；
（4） 因特网接入和。
（5） VOD ：用户使用电视浏览器提供的界面，使用遥控器选择自己爱看的电影、电
视节目，支持包括MPEG-1、MPEG-2；
（6） 提供IP 可视电话VOIP 功能；
（7） 网络游戏；
（8） 远程下载；
（9） 家电控制；
（10） 有条件接收。有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解
密功能。
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四、
数字机顶盒的关键技术
（1）实时操作系统（RTOS）
实时操作系统负责本地资源和网络资源的管理，提供基本的操作功能和设备的访问控制。在启动机顶盒时，由引导程序通过网络从中心控制系统下载，数字机顶盒的 RTOS在设计上可采用从FLASH ROM引导，其引导程序功能包括：a系统自检。对系统部分硬件进行检测，如DRAM等；b系统设置。用户可通过遥控器对系统必要的参数进行设置，如基本频率、辅助频率、符号率、DTV节目信息表等；cDTV功能。用户在无点播服务的情况下，可看数字电视节目；d系统升级。通过判别系统或台标的名称和版本号，下载升级FLASH ROM中的系统或台标数据。
（2）中间件（Middle Ware）
中间件是一种将应用程序与底层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机构成。如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等。一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可以分为4层，从底层向上分别为：硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机
存储的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖硬件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平台。
（3）加解扰技术
加解扰技术用于对数字节目进行加密解密，其基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端利用IC卡解密。在MPEG传输流中，与控制字传输相关的有两个数据流：授权控制信息（ECMs）和授权管理信息（EMMs），由业务密钥（SK）加密处理后的控制字在ECMs中传送，其中还包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管理中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（PDK）的加密处理，EMMs中还包括地址、用户授权信息，如用户可以看的节目或时间段，用户付的收视费等。用户个人分配密钥（PDK）存放在用户的智能卡（Smart Card）中。在用户端，机顶盒根据PMT和CAT表中的CA-descriptor，获得EMM和ECM的PID值，然后从TS流中过滤出ECMs 和EMMs。Smart Card首先读取用户个人分配密钥（PDK），用PDK对EMM解密，取出SK，然后利用SK对ECM进行解密，取出CW，并将CW通过Smart Card接口送给解扰引擎，解扰引擎利用CW就可以将扰的传输流进行解扰。
加解扰技术分为同密和多密技术。
同密技术是将两家或两家以上的条件接收（CA）系统应用于同一网络平台之中，从有线电视台角度
是实现技术的选择和竞争的环境。
多密技术要求机顶盒采用CI技术，实现同一机顶盒可接收不同CA系统加密节目。从用户角度来讲，不会因购买是一家CA的机顶盒而受到限制，用户还有选择其CA服务的可能性。（4）电缆调制解调器
到目前为止，各种研究机构对电缆调制解调器进行了广泛的研究，这些研究成果最终形成了几个国际性组织定义的标准，IEEE定义的IEEE802.14协议、DAVIC定义的DAVIC协议和MCNS定义的DOCSIS及EuroDOCSIS协议。
五、数字机顶盒技术的应用
5．1计算机技术与机顶盒技术的融合
最近随着计算机技术的快速发展和普及，高速处理器CPU的价格也随之下降，结合计算机芯片技术很多芯片厂家推出低价格、高性能的CPU供终端产品使用，使得未来机顶盒所能完成的功能与计算机越来越近，而且它更注重简单、适用、方便，甚至可以完全取代计算机在家庭的地位，但是由于针对用户的体和应用场合的不同，基于终端产品的机顶盒将不可能取代计算机，从使用角度来看数字机顶盒将会在用户家庭达到广泛应用，并逐渐推动数字电视等数字电器的发展，而计算机将继续在企业、事业等办公场所取得长足发展。
5．2家庭网关技术与机顶盒技术的融合
家庭网关本质上是作为连接家庭内部和外部网络的一种物理接口，提供了一种用户可以获得各种家庭服务的平台。具体功能可以分为以下几个方面：
z为家庭网络中的设备分配IP地址。
z路由功能。
z共享宽带连接。反垃圾邮件系统
目前，家庭网关的实现方案包括PC机、机顶盒等类型
z基于PC机的家庭网关(家庭服务器)
基于PC机的家庭网关是实现家庭网关最容易的途径。然而，PC机也有一些不利因素，传统操作系统不够稳定，作为提供关键功能(如安全功能)的网关，PC机经常死机和需要重新启动，而且对于一般用户而言是太复杂了，这是不能接受的。
z基于机顶盒的家庭网关
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最初的机顶盒是作为一种家电产品，用来完成视频信号的解密功能的，随着软硬件技术的发展，现在的数字机顶盒在增加了网络通信单元、数据采集和处理单元以及相应的控制单元模块之后，其功能也得到了很大的提升，可以实现家庭网关的功能。基于机顶盒解决方案既有基于电话线的xDSL接入的机顶盒，也有基于有线电视同轴电缆(CABLE)、电力线路接入的机顶盒，其接入带宽根据需要已能够满足多媒体业务接入的要求，具有很大的市场潜力。
5.3无线技术在机顶盒上的运用
无线局域网（Wireless LAN）利用无线技术来传输数据，目前主流的无线局域网产品符合IEEE802.11b建议，工作在2.4GHz，提供11Mbps的传输速率。无线局域网的覆盖范围在室内可以达到30米到100米，为用户提供了无需连接线缆的网络连接方案，相对于有线的局域网来说，免除了布线的困扰，同时为笔记本用户提供了自由移动的便利。越来越多的用户开始关注无线局域网技术与机顶盒技术结合的产品。在无线方面，目前主要有三种技术：IEEE802.11、HomeRF和蓝牙（Bluetooth）技术。
六、数字机顶盒的发展际遇
由于先进的计算机技术、电子集成技术、通讯技术迅速向电视领域渗透，电视业正迎来一场革命性的变化，这种变化概括地说主要体现在两方面，即电视的数字化和网络化。
从近日在北京举行的国家数字电视研究开发及产业化领导小组会议上传来消息，我国数字电视发展已进入实质性阶段。到2008年，主要城市将普及数字高清晰度电视的商用播出，北京奥运会将实现以数字高清晰度方式向世界转播。交互式电视（ITV）系统是目前最具市场和发展潜力的信息家电系统，是带动模拟电视向数字电视转变的桥梁。而作为机顶盒（Set-Top Box）简称STB技术是目前信息家电中至关重要的技术设备。
未来向数字电视时代过渡，无论从成本上还是从视觉效果上看，高清晰度信息显示电视都是一个较好的选择。业界目前认为，要接收数字电视信号，大部分还是要做数字机顶盒形式，以高清晰度信息显示电视加数字电视机顶盒的形式为主，这样的批量会相对比较大。新的用户可以买数字机顶盒加整机，也可能买兼容模拟/数字制式的整机。TCL皇牌(深圳)有限公司姜和顾问说：“高清晰度信息显示电视采用数字技术，能够与数字电视机顶盒一起满足不同国家对数字电视广播发展的需要。”
数字机顶盒将成为我国经济新的增长点。也是模拟电视向数字电视过渡的桥梁，将带来上万亿元的市场。据有关部门预测，2005年中国数字电视和机顶盒的年销售量将从今年的不到100万台增至1500万台，年产值可达600亿元。到2010年，全球数字机顶盒及其相关产业产值每年将达到3000亿美元。我国有3.6亿个家庭，如果有15％的家庭购买数字机顶盒，同时带动相关产业ISP、ICP信息服务商的发展，在全世界每年1000亿美元的数字机顶盒市场上，我国将可能占有150亿美元的市场份额。
七、组建未来家庭网络
家庭网络的英文全称是Home Networking，它是指包括可以扩展至整幢住宅、整个社区在内的家庭范畴里的将个人电脑、家用电器（包括数字电视）、三表（水表、电表、煤气表）、照明系统、安全报警系统与计算机广域网相连接的一种新技术。目前，真正的智能家庭生活至少需要三种网络的支持：宽带互联网、家庭互联网和家庭控制网络。
家庭网络与其它网络的最大不同就是设备的复杂性，各式各样的电器设备其接口和控制远比其它数据网络复杂，统一标准的家庭网络是件非常繁琐和费力的工作。因此，家庭网络的实现将是多种网络技术的共存，据IN-stat分析，未来家庭网络中电话线网络将占据50～70%的市场；无线将占据30%左右；电源线则不到10%。
家庭网络最主要的功能就是实现家庭内部和外部信息的交换，为实现家庭内部网络和外部网络的互连，机顶盒将是家庭和互联网的集中接入点，机顶盒与数字电视来组建未来家庭网络将大有前途。
总结：
电子信息技术的飞速发展和INTERNET网的广泛应用，机顶盒市场正处于迅速变化过程中，伴随中国自主产权的数字电视标准的出台及模拟电视向数字电视的转变，机顶盒未来几年内将会有极大的变化。机顶盒会演化为多媒体服务器，成为提供因特网接入、完成多媒体交互业务等功能的家庭网络枢纽，同时还有在线升级功能，提供多种有线或无线接口和灵活的接入方式（能通过以太网或xDSL或H
FC或电力线PL等接入）的智能控制终端。
参考文献:
《家庭网络及其实现方案》西安电子科技大学张振生
《无线局域网市场现状及发展趋势分析》北京宁阳科技发展有限公司总经理唐阳
《智能小区之家庭网关》清华大学建筑技术科学系 常东来江亿《迈向数字化的广播电视技术》上海市广电局科技委陈绍楚
《热点透析——交互电视》广播科学研究院院长杜百川
《DVB信道编解码与调制解调》梅剑平全子一
www.nh87《MPEG-2视频编码技术漫谈》何桂芝匡葵梅剑平
《数字机顶盒技术概述》刘修文
2002．01．15
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