1、什么是數(shù)字機頂盒

數(shù)字機頂盒是一種多媒體終端，有類似于家用電腦的硬件體系結(jié)構(gòu)和專用的實時操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。數(shù)字電視機頂盒是信息家電之一，它是一種能夠讓用戶在現(xiàn)有模擬電視上，觀看數(shù)字電視節(jié)目，進行交互式數(shù)字化娛樂、教育和商業(yè)化活動的消費業(yè)電子產(chǎn)品。

2、數(shù)字機頂盒的關(guān)鍵技術(shù)

機頂盒的硬件結(jié)構(gòu)

從數(shù)字電視機頂盒的構(gòu)成上看，主要包括硬件和軟件兩大部分。

從結(jié)構(gòu)上看，機頂盒一般由主芯片、內(nèi)存、調(diào)諧解調(diào)器、回傳通道、CA（Conditional Access）接口、外部存儲控制器以及視音頻輸出等幾大部分構(gòu)成。

調(diào)諧解調(diào)器

調(diào)諧解調(diào)器部分的作用是將傳輸過來的調(diào)制數(shù)字信號解調(diào)還原成傳輸流，調(diào)諧解調(diào)器的不同就構(gòu)成了不同的數(shù)字機頂盒，例如用于QPSK解調(diào)的衛(wèi)星機頂盒（DVB-S），用于QAM解調(diào)的有線數(shù)字機頂盒（DVB-C）以及用于OFDM解調(diào)的地面?zhèn)鬏敂?shù)字機頂盒（DVB-T）。目前市場上比較流行的調(diào)諧解調(diào)器的生產(chǎn)廠商有Thomson、Sharp等，國內(nèi)雖然也有一些廠商生產(chǎn)調(diào)諧解調(diào)器，但市場份額很小。

主芯片

隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，越來越多的廠家將機頂盒的功能更多地集成在一個主芯片里，例如現(xiàn)在大部分廠商都將CPU、解碼器、解復(fù)用器、圖形處理器與視音頻處理器集成在芯片中，甚至一些以Philips為代表的芯片廠商將調(diào)諧解調(diào)器也集成在芯片中，形成一體化的芯片解決方案，有效地降低了器件成本并提高了可靠性。

在主芯片中，首先根據(jù)傳輸流所傳遞的標志信息對接收到的傳輸流進行解復(fù)用，然后根據(jù)CA智能卡所傳遞的解擾信息對節(jié)目流進行解擾，解擾后的TS流送到視音頻解碼器中分別對其進行解碼，還原成AV信號進行輸出，同時，也分離出復(fù)用在TS流中的各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)表，送給機頂盒處理器分別輸出。

另外，由于在主芯片中集成了CPU和圖形管理器，使機頂盒可以完成更多的功能，它可以運行各種軟件完成諸多任務(wù)，例如股票接收、網(wǎng)頁瀏覽等，也可以通過圖形管理器實現(xiàn)2D甚至3D的圖形處理，為用戶提供更美觀的界面，實現(xiàn)交互式游戲等各種高畫質(zhì)應(yīng)用。

由于CPU是主芯片的核心，因此通常情況下CPU的性能就決定了主芯片的性能。CPU的性能一般是由主頻決定的，主頻越高則CPU的性能也越高。目前最快的CPU主頻已經(jīng)超過了400 MIPS，即使是目前市場上流行、最基本的機頂盒中CPU的主頻也超過了50 MIPS。CPU速度同運行其上的業(yè)務(wù)系統(tǒng)有著必然的聯(lián)系，如果需要在一個STB中運行一個HTML瀏覽器，100 MIPS可能就是對CPU的最低要求，當然這還需要內(nèi)存的配合。

內(nèi)存

在某些方面，機頂盒同PC機有很多相似之處，甚至可以說是一臺簡化了的PC機，兩者最相似之處就是內(nèi)存。對機頂盒而言，內(nèi)存主要分為Flash內(nèi)存和SDRAM內(nèi)存。Flash用來存貯機頂盒的系統(tǒng)軟件、驅(qū)動軟件、應(yīng)用程序以及一些用戶信息，在系統(tǒng)斷電時內(nèi)容還可保留，同時Flash可以通過在線的方式對其上所載的軟件進行更新，達到機頂盒軟件升級的目的。SDRAM主要是用來存儲應(yīng)用數(shù)據(jù)。機頂盒的許多功能都需要內(nèi)存來實現(xiàn)，例如圖形處理、視音頻解碼和解復(fù)用等，不同的應(yīng)用需求，內(nèi)存的大小配置也各不相同。容量大的Flash和SDRAM的配置雖然可以為將來的業(yè)務(wù)系統(tǒng)預(yù)留足夠的內(nèi)存空間，但內(nèi)存并不是決定軟件能否運行的因素，它需要配合CPU來工作，不切合實際的高配置只會造成資源浪費，而無助于STB性能的提高。

外部存儲設(shè)備

外部存儲設(shè)備一般指外掛式硬盤，大容量的硬盤可以用于存儲節(jié)目流以滿足用戶的個性化需求。一個STB中能否外掛硬盤一般都是由主芯片所決定的，只有CPU的處理能力達到一定程度時才有可能支持硬盤的讀寫，而硬盤的讀寫也需要更多的內(nèi)存空間。

智能卡接口

通過讀卡器讀取CA智能卡中的數(shù)據(jù)用于數(shù)字電視節(jié)目的解擾，特別是在付費電視發(fā)展的今天，這是大多數(shù)STB必不可少的部件。除了標準的讀卡器外，在有些STB中也采用通用接口CI（Common Interface）來完成對CA智能卡的讀取。CI是一個由DVB組織為機頂盒和分離的硬件模塊之間定義的標準接口。這種起源于PCMCIA的技術(shù)應(yīng)用，使機頂盒可以批量生產(chǎn)，也為機頂盒帶來了變化，有著廣泛的應(yīng)用前景。

回傳通信接口

隨著機頂盒應(yīng)用的擴展，使用戶對機頂盒的需求已經(jīng)不單單停留在簡單地收看視音頻節(jié)目上了，交互式的需求使機頂盒中內(nèi)嵌了回傳設(shè)備，這些設(shè)備可以包括網(wǎng)絡(luò)適配器、調(diào)制解調(diào)器等通信接口，用于滿足用戶將信息回傳到前端。

其他設(shè)備接口

新技術(shù)的發(fā)展使機頂盒的物理接口也不斷地增加，如RS232接口、紅外遙控器接口、無線鍵盤接口、Wi-Fi接口等等，使STB可以同攝像機、DVD、PDA等眾多設(shè)備進行連接。

機頂盒的軟件系統(tǒng)

機頂盒作為一個客戶端系統(tǒng)，除了要具有良好的硬件平臺外還需要配備不同的軟件系統(tǒng)才能使其完成各種任務(wù)。機頂盒中的軟件可以分成三個主要的層：應(yīng)用層、中間解釋層和驅(qū)動層，每一層都包含了諸多的程序或接口等。

驅(qū)動層

驅(qū)動層包括機頂盒硬件的驅(qū)動程序和API接口，它主要用于完成對硬件設(shè)備的操作。

中間解釋層

中間解釋層將STB的應(yīng)用程序指令翻譯成CPU能識別的指令，從而通過驅(qū)動層去調(diào)動硬件設(shè)備完成相應(yīng)的操作。該層包括嵌入式操作系統(tǒng)、中間件、CA駐留軟件等。雖然中間件的使用可以給STB軟件的設(shè)計和應(yīng)用帶來極大好處，但高昂的使用費用，對硬件需求的增加以及技術(shù)上的不成熟使中間件在國內(nèi)鮮有應(yīng)用。目前許多軟件設(shè)計者采用直接調(diào)用驅(qū)動層的軟件來編寫應(yīng)用程序，這雖然可以滿足一時的需求，但隨著應(yīng)用需求的增加，在STB中使用中間件才是一個很好的解決方案。

應(yīng)用層

應(yīng)用層可以分成駐留應(yīng)用程序和可下載應(yīng)用程序兩部分，不同的STB軟件設(shè)計理念使這兩個部分包含的應(yīng)用程序也不盡相同，合理規(guī)劃這兩部分的組成將有助于提高STB的可靠性和相應(yīng)時間。目前國內(nèi)機頂盒中的應(yīng)用較少，主要以EPG、數(shù)據(jù)廣播、股票、簡單的下載游戲等為主，而數(shù)字電視的魅力并不在于看電視，而在于這種基于數(shù)字電視平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用，這些應(yīng)用將會改善人們的一些日常生活習(xí)俗。隨著雙向網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，交互式應(yīng)用的普及，基于交互式的應(yīng)用軟件也將越來越多，這也會給運營商帶來難以預(yù)料的增值收入。有線電視數(shù)字機頂盒的技術(shù)含量非常高，它集中反映了多媒體、計算機、數(shù)字壓縮編碼、 加解擾算法、加解密算法、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展水平。

※加解擾技術(shù)

加解擾技術(shù)用于對數(shù)字節(jié)目進行加密解密，其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸?shù)姆椒?，用戶端利用IC卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關(guān)的有兩個數(shù)據(jù)流：授權(quán)控制信息（ECMs）和授權(quán)管理信息（EMMs），由業(yè)務(wù)密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中還包括節(jié)目來源、時間、內(nèi)容分類和節(jié)目價格等節(jié)目信息。對控制字加密的業(yè)務(wù)密鑰在授權(quán)管理中傳送，并且業(yè)務(wù)密鑰在傳送前要經(jīng)過用戶個人分配密鑰（ PDK）的加密處理，EMMs中還包括地址、用戶授權(quán)信息，如用戶可以看的節(jié)目或時間段，用戶付的收視費等。用戶個人分配密鑰（PDK）存放在用戶的智能卡（Smart Card）中。 在用戶端，機頂盒根據(jù)PMT和CAT表中的CA-descriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然后從TS流中過濾出ECMs和EMMs，并通過Smard Card接口送給Smart Card。Smart Card首先讀取用戶個人分 配密鑰（PDK），用PDK對EMM解密，取出SK，然后利用SK對ECM進行解密，取出CW，并將CW通過 Smart Card接口送給解擾引擎，解擾引擎利用CW就可以將擾的傳輸流進行解擾。 加解擾技術(shù)分為同密和多密技術(shù)。 同密技術(shù)是將兩家或兩家以上的條件接收（CA）系統(tǒng)應(yīng)用于同一網(wǎng)絡(luò)平臺之中，從有線電視臺角度是實現(xiàn)技術(shù)的選擇和競爭的環(huán)境。 多密技術(shù)要求機頂盒采用CI技術(shù)，實現(xiàn)同一機頂盒可接收不同CA系統(tǒng)加密節(jié)目。從用戶角度 來講，不會因購買是一家CA的機頂盒而受到限制，用戶還有選擇其CA服務(wù)的可能性。

3、數(shù)字機頂盒的功能

數(shù)字機頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，同時具有所有廣播和交互式多媒體應(yīng)用 功能，如：

（1）電子節(jié)目指南（EPG）。給用戶提供一個容易使用、界面友好、可以快速訪問想看節(jié)目的一種方式，用戶可以通過該功能看到一個或多個頻道甚至所有頻道上近期將播放的電視節(jié)目；

（2）高速數(shù)據(jù)廣播。能給用戶提供股市行情、票務(wù)信息、電子報紙、熱門網(wǎng)站等各種消息；

（3）軟件在線升級。軟件在線升級可看成是數(shù)據(jù)廣播的應(yīng)用之一。數(shù)據(jù)廣播服務(wù)器按DVB數(shù)據(jù)廣播標準將升級軟件廣播下來，機頂盒能識別該軟件的版本號，在版本不同時接收該軟件，并對保存在存儲器中的軟件進行更新；

（4）因特網(wǎng)接入和電子郵件。數(shù)字機頂盒 可通過內(nèi)置的電纜調(diào)制解調(diào)器方便地實現(xiàn)因特網(wǎng)接入功能。用戶可以通過機頂盒內(nèi)置的瀏覽器上網(wǎng)，發(fā)送電子郵件。同時機頂盒也可以提供各種接口與PC相連，用PC與因特網(wǎng)連接；

（5） 有條件接收。有條件接收的核心是加擾和加密，數(shù)字機頂盒應(yīng)具有解擾和解密功能?？傊?，到目前為止，圍繞數(shù)字機頂盒的數(shù)字視頻、數(shù)字信息與交互式應(yīng)用三大核心功能開發(fā)了多種增值業(yè)務(wù)。

4、數(shù)字機頂盒的分類與應(yīng)用

不同的運營商和不同的機頂盒廠商按照不同的應(yīng)用習(xí)慣將STB分成基本型、增強型、交互型等幾種，運營商對數(shù)字電視理解和應(yīng)用水平的不同對STB的劃分也有所不同。大多數(shù)的運營商將基本型定義成僅支持視音頻服務(wù)和接收EPG信息，不支持數(shù)據(jù)瀏覽和其他應(yīng)用，而將這些應(yīng)用放在所謂的增強型中；把具有雙向功能的STB定義為交互型。實際上從功能上很難區(qū)分什么是基本型什么是交互型，不同的商業(yè)目的就會有不同的劃分，所謂的基本型和增強型往往都是使用同一個硬件平臺，不同的只是軟件而已，雖然也有廠商宣稱他們的STB是交互型的或者可以開展交互式服務(wù)，但由于網(wǎng)絡(luò)上的原因，在國內(nèi)還沒有一種成熟的交互式應(yīng)用，目前所謂的交互式應(yīng)用基本上都還停留在本地交互的基礎(chǔ)上。

選用的芯片不同，構(gòu)成的硬件平臺就不同，配備的其他設(shè)備和接口也不同，這就組成了多種多樣的STB。例如，在STB中加上調(diào)制解調(diào)器或網(wǎng)卡，就構(gòu)成了一個具有雙向功能的機頂盒；加上硬盤就構(gòu)成了個人視頻錄制器（PVR：Personal Video Recorder），當然這些都需要軟件的配合。在同一個硬件平臺上通過駐留不同的軟件也可以構(gòu)成不同應(yīng)用的機頂盒，而多樣化的STB滿足了不同層次的需求。

數(shù)字電視一體機

目前國內(nèi)使用的機頂盒大多都屬于基本型的范疇，它們可以接收數(shù)字電視節(jié)目，也可以提供一些諸如電子政務(wù)服務(wù)類的應(yīng)用。隨著數(shù)字電視機技術(shù)的發(fā)展，帶數(shù)字解碼功能的新型電視機已經(jīng)面世，目前正在處于投產(chǎn)前的大規(guī)模測試階段。這種將最基本的STB和電視機的功能結(jié)合在一起的新型一體化電視機，將對STB的制造業(yè)和數(shù)字電視的運營產(chǎn)生重大影響，面對家電巨頭們龐大的生產(chǎn)能力和新的技術(shù)產(chǎn)品，大多數(shù)STB生產(chǎn)商將面臨重新洗牌的風險。

對運營商而言，一體機的出現(xiàn)也使運營發(fā)生了改變。過去運營商不僅要為節(jié)目傳輸操心，也要為用戶的STB投入大量的精力，甚至為此背上沉重的包袱，特別是在整體平移的過程中，由于發(fā)送STB而背負了龐大的債務(wù)，而這一切都可能因為一體機的出現(xiàn)而得到很好的解決。在未來的2～3年內(nèi)，按照國家產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，國內(nèi)生產(chǎn)的35%以上的電視機將帶有STB功能，這意味著每年將有1 500臺以上的一體機投放市場，以后這個數(shù)字還將會不斷攀升。
機卡分離

機卡分離和一體機幾乎是天生的一對。電視機的大規(guī)模制造不僅提高了產(chǎn)品的可靠性，也降低生產(chǎn)的成本，而大規(guī)模制造的基礎(chǔ)就是所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有一致性，這不僅表現(xiàn)在硬件上也表現(xiàn)在軟件上。由于軟件的差異性使得制造商無法像生產(chǎn)電視機一樣大規(guī)模地生產(chǎn)機頂盒。所以實現(xiàn)規(guī)模制造，CA是首先要解決的問題。

機卡分離技術(shù)的含義在于讓數(shù)字電視的接收設(shè)備（機）和CA智能卡及其軟件（卡）無關(guān)，兩者通過一個接口產(chǎn)品（大卡或CAM卡）來連接，電視機和STB預(yù)留這個通用的接口。在插入CA智能卡之前，所有的電視機和STB的軟硬件都是相同的，而智能卡首先要插到一個與之適應(yīng)的CAM卡中才能插到電視機或機頂盒上，解出相應(yīng)的節(jié)目。雖然從表面上看由于使用了CAM卡增加了用戶的接入成本，但由于脫離了CA的束縛給運營商和制造商都帶來了使用和制造成本的降低，最終也帶來了用戶接入成本的降低。諸多的優(yōu)點使機卡分離成為一種產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，美國已經(jīng)把機卡分離作為數(shù)字電視機的標準，并為此定義了強制性的時間表。對中國這樣一個電視機生產(chǎn)大國而言，機卡分離也將成為中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢和標準。隨著產(chǎn)品的批量投放市場，數(shù)字電視機的普及將有助于帶動數(shù)字電視用戶的發(fā)展。

交互式STB

雖然一體機可能代替普及型STB，但在數(shù)字電視發(fā)展中，由于業(yè)務(wù)的不斷擴展，STB的軟件也將不斷完善，特別是在交互式領(lǐng)域，隨著中間件的完善和應(yīng)用，STB就成為一個價格低廉的硬件平臺，可以通過更換不同的軟件來實現(xiàn)多種應(yīng)用。對運營商而言，交互式應(yīng)用有著龐大的商業(yè)利益，是未來最重要的利潤來源，而交互式STB的使用可以幫助實現(xiàn)這一目標。交互式STB也代表著機頂盒技術(shù)發(fā)展的最高水平，有著十分巨大的發(fā)展空間。

PVR STB

在STB中加上存儲設(shè)備就可以將自己喜歡的節(jié)目存儲起來，這種STB就是PVR。雖然目前PVR STB在國內(nèi)還沒有形成一定的市場，但國外每年幾百萬臺銷量的強勁增長就預(yù)示著國內(nèi)未來市場的龐大，隨著時間的推移，這種需求將會越來越大。

雙解碼或多解碼STB

對國內(nèi)的運營商而言，特別是在整體平移的過程中，如何解決用戶兩臺以上的電視機收看數(shù)字電視節(jié)目是一個令開發(fā)人員十分頭疼的問題，雖然可以通過強制性的行政行為達到一機一卡，提高收視費，但無法讓用戶理解這種運營模式，也使數(shù)字電視的推廣面臨很大的阻力。

雙解碼STB是在一個STB中采用雙解碼芯片或在一個芯片中嵌入兩個以上的解碼電路，并配以兩個解調(diào)器，進而使一個STB輸出兩路不同的節(jié)目，而STB的成本僅僅增加了30％～50％。這種新產(chǎn)品的出現(xiàn)，無疑對那些擁有兩臺以上電視機的用戶是一個福音，當然對那些寄希望于用戶購買兩臺以上的STB以及交納兩份以上的節(jié)目費的運營商而言，這并不是一個好消息。

DVB和IP合二為一

IP技術(shù)的飛速發(fā)展給數(shù)字電視帶來了巨大威脅，但在短期內(nèi)由于網(wǎng)絡(luò)成本的原因使兩者只能共存而無法替代。雖然目前國內(nèi)市場上有所謂的帶IP功能的STB，但這些機頂盒只是集成了網(wǎng)卡或帶回傳通道，由于它們無法滿足流媒體等服務(wù)，因此還不完全是一個將DVB和IP合二為一的STB。隨著具有MPEG-II和MPEG-IV雙解碼功能芯片的推出和完善，國外已經(jīng)有此類STB投放市場，它可適應(yīng)于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，有著廣闊的發(fā)展前景。另外，這種技術(shù)的發(fā)展和整合可能會給人們帶來一些意想不到的變化，也許在不久的將來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，一個集DVB和IP于一體的終端產(chǎn)品將會成為家庭的一員，它連接著家庭的顯示設(shè)備、計算機甚至其他的智能化設(shè)備，滿足家庭信息化的需求。