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第二篇

数字电视和机顶盒. 原理与维修. 第二篇. 数字电视机顶盒原理与维修. 数字电视和机顶盒. 原理与维修. 数字电视机顶盒概述. 第四章. 本章主要内容. 4.1 数字电视机顶盒简介 4.2 有线数字电视机顶盒的技术要求及分类标准 4.3 有线数字电视机顶盒的整机结构 4.4 数字电视机顶盒的软件系统. 数字电视和机顶盒. 原理与维修. 4.1 数字电视机顶盒简介. 4.1.1 机顶盒的定义及用途 4.1.2 模拟电视机 + 数字电视机顶盒的收视方式 4.1.3 三种数字电视机顶盒的主要差别. 高清平板电视机. V L R. 普通电视机.

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  1. 数字电视和机顶盒 原理与维修 第二篇 数字电视机顶盒原理与维修

  2. 数字电视和机顶盒 原理与维修 数字电视机顶盒概述 第四章

  3. 本章主要内容 • 4.1数字电视机顶盒简介 • 4.2有线数字电视机顶盒的技术要求及分类标准 • 4.3有线数字电视机顶盒的整机结构 • 4.4数字电视机顶盒的软件系统

  4. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.1数字电视机顶盒简介 4.1.1机顶盒的定义及用途 4.1.2模拟电视机+数字电视机顶盒的收视方式 4.1.3三种数字电视机顶盒的主要差别

  5. 高清平板电视机 V L R 普通电视机 有线、卫星或地面无线数字电视信号 A/V线 机顶盒 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.1.1机顶盒的定义及用途 • 数字电视机顶盒是用于与电视机连接，使模拟电视机具有接收数字电视信号功能的附加设备，如下图所示，它是随着电视系统数字化变革而出现的一种新型信息家电产品。 • 数字电视机顶盒的存在和快速增长适应了从模拟电视向数字电视过渡的客观需要，或者说它起到了从模拟电视跨入数字电视的桥梁作用。 • 通过附加“机顶盒”这样一种信号转换设备，把经过数字化处理和压缩编码的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，使三亿多台模拟电视机在进入数字电视时代后仍然发挥作用，

  6. 4.1.2模拟电视机+数字电视机顶盒的收视方式 模拟电视机 数字电视机顶盒

  7. 数字电视和机顶盒 原理与维修 数字电视机顶盒 模拟电视机＋数字电视机顶盒的方框原理图 模拟电视机

  8. 4.1.3三种数字电视机顶盒的主要差别 • 1。有线数字电视机顶盒 • 此种机顶盒的主要功能是接收通过有线网络传输的数字电视广播，可以支持多种交互式多媒体应用，如视频点播、因特网接入、电子邮件、IP电话等。基本采用DVB-C标准；主要的调制方式是QAM调制。 • 2。卫星数字电视机顶盒 • 此种机顶盒的主要功能是接收通过卫星传输的数字电视广播，同时也支持数据广播、图文电视等应用。基本采用DVB-S标准；主要的调制方式是QPSK调制。 • 3。地面数字电视机顶盒 • 此种机顶盒的主要功能是接收通过地面无线方式传输的数字视频广播。基本采用DVB-T标准；为了有效地去除多径影响，数字视频广播采用正交频分复用(OFDM)调制方式。

  9. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.2有线数字电视机顶盒的技术要求及分类标准 4.2.1有线数字电视机顶盒入网技术要求 4.2.2标准清晰度及高清晰度机顶盒的相关技术要求 4.2.3普及型、增强型及交互型机顶盒的相关技术要求

  10. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.2.1有线数字电视机顶盒入网技术要求 • 为了使有线数字电视机顶盒的设计、生产、检测、销售和运行维护能够按照统一的技术标准进行，国家广播电影电视总局颁布了《有线数字电视系统用户终端接收机入网技术要求》《有线数字电视机顶盒和遥控器功能实施指导意见》等相关技术标准，下面简要介绍。： 表 4‑1 有线数字电视机顶盒入网基本技术要求

  11. 表 4‑2 入网有线数字电视机顶盒应具备的基本功能

  12. 表 4‑3 入网有线数字电视机顶盒输入信号与解调性能要求

  13. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.2.2标准清晰度及高清晰度机顶盒的相关技术要求 • 1。标准清晰度有线数字电视机顶盒(SDTV STB) • 标准清晰度级别的机顶盒主要用于接收、解调达到标准清晰度质量要求的数字广播电视信号。其输入信号中的视频码流应为符合表1‑5中主类、主级(MP@ML)格式的编码信号；音频码流应为符合表1-6中MPEG-1音频压缩编码标准中音频 I/II层的单声道、双声道或立体声音频编码信号。 • 标准清晰度级别的有线数字电视机顶盒应支持的图像格式见下表。 由以上技术要求可知，由标准清晰度机顶盒输出的模拟视频信号在显示器上呈现的图像效果等效于 PAL-D制模拟电视。

  14. 数字电视和机顶盒 原理与维修 SDTV STB视频及音频输出技术要求： • （1）模拟视频信号输出应同时具有两种格式：分量视频（S-VIDEO）的PAL-D信号；复合视频（CVBS）的PAL-D信号。 • （2）模拟音频信号输出的格式应为双声道立体声或多声道环绕声。 • 复合视频及音频的技术要求如下表所示：

  15. 数字电视和机顶盒 原理与维修 2。高清晰度有线数字电视机顶盒(HDTV STB) • 高清晰度级别的机顶盒不仅要能接收、解调达到高清晰度质量要求的数字广播电视信号，而且要能向下兼容，用于接收、解调标准清晰度的数字电视信号。此类机顶盒应该具有将高清晰度视频解码后下变换，以标准清晰度信号的形式在标准清晰度视频输出口输出的功能；同时还应具有将标准清晰度视频解码后上变换，以高清晰度信号的形式在高清晰度视频输出口输出的功能。 • 高清晰度级别的有线数字电视机顶盒可支持的图像格式见下表。

  16. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.2.3普及型、增强型及交互型机顶盒的相关技术要求 • 根据机顶盒的硬、软件配置和业务适应能力，还可以将标清、高清两个级别的机顶盒划分为普及型、增强型及交互型三类，或者说可以将有线数字机顶盒的技术发展划分为三个阶段。从而使有线数字电视机顶盒具有两个级别、三种类型，共六个品种，其主要技术要求归纳如下表所示：

  17. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.3 有线数字电视机顶盒的整机结构 4.3.1有线数字电视机顶盒的外形及前后面板 4.3.2机顶盒内部的主要部件 4.3.3机顶盒内的四大板块及主要功能

  18. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.3.1有线数字电视机顶盒的外形及前后面板 • 我们本着由表及里、由浅入深、由简单到复杂、由典型到一般的原则逐步加深对有线数字电视机顶盒的了解。先从整机的角度建立感性认识，再进一步探讨各部分的电路组成、信号处理流程及基本工作原理。 • 如(a)、(b)两种机顶盒，设计风格不同，外形有一定差异，但功能键的安排及“盒子”的基本特征大体相同。 智能卡卡槽 电源开关 电源开关 遥控及频道显示窗口 手动功能键 手动 功能键 遥控及频道显示窗口 待机灯 待机灯 智能卡卡槽

  19. 原理与维修 机顶盒的后面板及输入、输出接口 • 信号输入: 有线网络信号输入接口; • 信号输出:通过此接口可以实现输入机顶盒的信号环通给其他模拟电视机使用; • 视频输出;从此接口输出(CVBS) 视频全电视信号; • 音频(L): 音频左声道输出 • 音频(R): 音频右声道输出 • S端子(有的标S-VIDEO或S影像输出)：输出亮、色分离的亮度分量与色度分量信号; • RS232(通信接口): 通过此接口可进行机顶盒的软件升级，或”实现PC对机顶盒的软件升级;实现两台机顶盒之间的软件升级（主机可以将副机的软件更新）

  20. 操作显示板 电源板 主板 智能板 高 频 头 电源开关 数字电视和机顶盒 原理与维修 4. 3. 2机顶盒内部的主要部件 • 机顶盒a的特点：为了避免各部分电路之间相互干扰而影响机顶盒正常工作，在机箱内设计了丁字型的金属隔离板，将主板与电源板和操作显示板之间隔离开，形成相对独立的“主板仓”和“电源仓”，操作显示板更是夹在金属隔离板与前面板之间，用以避免电路之间的相互串扰。 金属隔离板 机顶盒(a)的内部结构

  21. 操作显示板 电源开关 智能板 电源板 主板 高 频 头 数字电视和机顶盒 原理与维修 4. 3. 2机顶盒内部的主要部件 • 机顶盒b的特点：为了避免电路之间的相互串扰，b机顶盒采用了在引入线外部套装磁环的防干扰措施，即在主电源的进线上、在开关电源与主板的连接线上都套装了磁环(见下图中两个黑色的环)。 磁环 磁环

  22. 4. 3. 3 机顶盒内部的四大板块及主要功能

  23. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4. 3. 3 机顶盒内部的四大板块及主要功能 • 1.操作显示板（键控板） • 操作显示板上的主要器件有红外遥控接收器、LED数码显示器及驱动电路、键盘矩阵及相关电路等。操作显示板应位于前面板遥控及频道显示窗的后面，因为遥控器发射的红外遥控信号必须要透过“窗口”才能传给红外遥控接收器，接收的信号通过I2C总线收发接口传到处理器CPU解调出功能指令，从而控制机顶盒实现相应的功能，并通过指示灯和数码管显示开机、关机和当前节目的频道号等。 • 我们也可不通过遥控器进行机顶盒的操作，即直接按动面板上的功能键，因为它的后面就是微动开关，我们可以通过以下动画看到面板后面的结构。 红外遥控接收器 4位数码管 操作显示板 7个功能键 锁定指示 待机指示

  24. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4. 3. 3 机顶盒内部的四大板块之一_智能板 • 智能板由专用智能卡(又称IC卡)、卡座、智能卡读卡电路、接口电路等组成，如下图所示。它的主要功能是处理属于某个CA系统的条件接收信息，利用得到的授权控制信息启动解扰系统，解密并接通授权的用户，从而确保合法用户正常收看。 IC卡接口 专用集成电路 智能板与 主板的连接线 智能卡卡座 卡座 读卡电路的背面 智能卡

  25. 电源供给线插头 4. 3. 3 机顶盒内部的四大板块之一_主板 操作显示板连接 S端子 只读存储器 SDRAM (视频缓存) AV端子 FLASH (闪存) 音频运放电路 主芯片 QAMi5516 RS232接口 27MHZ晶振 MAX232 SDRAM (系统内存) 高频头 智能板连接线

  26. 4. 3. 3 机顶盒内部的四大板块之一_主板 操作显示板连接 高频头 电源插头 智能板连接处 MAX232 FLASH (闪存) RS232接口 主芯片 STi5518 AV端子 音频D/A 音频运放电路 27MHZ晶振 S端子 SDRAM (系统内存)

  27. 4. 3. 3 机顶盒内部的四大板块之一_电源板 • 有线数字电视机顶盒的整机功率消耗一般在15W左右，其电源板的典型输出电压为：3.3V 、5V、12V和30V几组，随整机硬件结构的差异而约有不同。其中3.3V用来向解复用器、解码器、解调器等电路供电； 5V用来向CPU、音频D/A转换器、调谐器等电路供电；12V用来向音频放大器供电；30V用来向高频头中的调谐电路供电。由于3.3V输出端的工作电流达到1A以上，5V输出端的工作电流也常在300～500mA左右，因此从电源板到主板间的连接常常是采用一端焊接，另一端以大电流专用排插头、插座连接，使其接触面积较大，从而减少因接触不良而导致的电路故障。 电源开关 取样IC 光电耦合器 220V市电输入 脉冲整流二极管 开关稳压集成电路 开关电源变压器 共模滤波器 滤波电容 桥式整流 直流电压输出

  28. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.4数字电视机顶盒的硬件平台及主要工作流程 4.4.1数字电视机顶盒与PC机的相似之处及差异 4.4.2数字电视机顶盒的基本工作原理 4.4.3硬件平台及收看数字电视节目的工作流程

  29. 4.4.1数字电视机顶盒与PC机的相似之处及差异 • 相似之处： • 数字电视机顶盒与PC机在本质上没有很大的区别，两者都是以中央处理器CPU为核心的应用系统，它们内部都配置有高速处理芯片及内存； • 它们都具有完善的实时操作系统，能够提供强大的运算能力，用来协调控制机顶盒的各组成部分，并能提供容易操作的图形菜单界面； • 机顶盒同样也可以通过内部软件功能来实现上网、视频点播、网络游戏、远程教育、家庭电子商务等多种服务。 • 差异之处： • （1）数据存储方式的差异：目前，个人计算机的存储方式已经非常灵活，如硬盘、优盘、光碟、软盘等多种多样，而数字电视机顶盒目前还不能实现外部存储，它的数据只能存储在Flash、DRAM、E2PROM等存储量较小的存储器中。 • （2）人机对话方式的差异：对于个人计算机，鼠标和键盘是不能缺少的，但是数字电视机顶盒只能通过遥控器或面板按键实现比较简单的人机对话。 • （3）画面显示方式的差异: 个人计算机必须配显示器，其刷新率可以达到85 Hz甚至更高，而数字机顶盒则必须通过模拟电视机显示，刷新率只有50或60Hz。

  30. 4.4.2数字电视机顶盒的基本工作原理 • 它的主要任务是对接收到的压缩数字信号流进行解码，因此又常被称为“数字电视综合解码器”。它的基本功能体现在三个方面： • 一是将数字信号流中的数字电视信号转换为普通模拟电视机可以接收的模拟电视信号； • 二是将数字信号流中的数据信息提取出来并且加以处理和组织，再输出到模拟电视机显示； • 三是借助机顶盒内CPU强大的处理能力，提供其他增值业务的服务及多种辅助功能。 • 一个完整的数字电视机顶盒是由硬件平台和软件系统组成的，它的正常工作实际上是建立在软、硬件系统的互动与密切配合之上。一共可以分为四层：硬件是基础，因而称为硬件平台；软件系统可以分为三层，从硬件平台向上依次为： • 接收设备驱动层 • 中间解释层 • 应用层。

  31. 数字电视和机顶盒 原理与维修 4.4.2数字电视机顶盒的基本工作原理 • 从物理结构上看，有线数字电视机顶盒的硬件系统就是以主芯片为中心的一个信号处理平台，现在我们以数字电视广播节目接收这一主要业务为中心，按照工作流程和信号处理的程序可以得到下面所示的工作原理框图。

  32. 4.4.3硬件平台及收看数字电视节目的工作流程 • 1.数字电视信号的调谐与解调 • 高频头需要完成频道选择、QAM解调和信道解码等功能。 • 主控制器CPU对这一部分电路的控制主要体现在工作参数的配置和实时调整上。当用户收看节目的信息通过红外遥控接口传给CPU后，CPU会立即找到该节目所在的TS传输流及存储于该传输流中的网络信息表(NIT)，并从该表中准确得知此传输流的中心频率、调制方式、符号率、编码率等，并通过I2C总线将这些参数送给高频头，使高频头中的高频调谐器和QAM解调器按照这些参数进行工作，选择相应TS传输流送到解复用器。

  33. 4.4.3硬件平台及收看数字电视节目的工作流程 • 2.TS传输流的解复用与解扰 • 由高频头送到解复用器的TS传输流是一个多节目源传输流，其中6～8套节目(或更多的节目、数据等)的TS包以时分复用的方式混合成了一个码流，现在需要将它们分解开来，取出需要收看的数字电视节目的TS包，重组该节目的基本流、数据流及有关的业务信息。在大多数的专用主芯片中，解复用模块内都包含有解扰模块，而解扰模块是否能进入解扰程序又受制于接收条件(CA)处理模块。 • 多节目源传输流的解复用大体上是按以下步骤处理：首先在码流中搜索PID=0的节目源结合表(PAT)，因为PAT中有每一个节目的节目源映射表PMT(如图3-10中的箭头④为PMT-1；箭头⑤为PMT-2……)；然后通过每个节目源的映射表搜索出组成该节目的音、视频码流的基本流编号和PID号；最终便可通过对该节目所有PID号的搜索提取并重组该节目的基本流PES，包括视频PES、音频PES及数据PES，从而恢复它们原有的逻辑关系和时间顺序。

  34. 4.4.3硬件平台及收看数字电视节目的工作流程 • 3.视、音频基本流的解压缩 • 由原理图可见解复用器输出的基本流PES分成了三路：分别为视频、音频和数据，它们都是经过压缩处理的码流，因此需进行解压缩处理。 • 视频PES数据进入数字视频通道，系统首先要从码流中提取有关参数(如压缩方法、扫描方式、幅型比、水平分辨率、垂直分辨率、原始信号的制式、压缩码率等)，由MPEG-2视频解码器根据MP/ML的标准及提取的这些参数对视频PES数据进行解压缩，恢复出原始的数字视频信号。 • 音频PES数据也需要送到MPEG-2或MPEG-1的音频解码器，根据MPEG-2音频第1、2层标准以及从码流中提取的音频参数(如音频的压缩方法、采样率、信号通路类型、压缩码率等)进行音频解压缩，恢复出原始的数字音频信号。 • 这些解压缩后的数字视频信号和数字音频信号需要在SDRAM中进行缓存，在实现了数字视频帧与数字音频帧的严格同步之后才能输出，否则就不能保证音、视频信号的正确播放。

  35. 4.4.3硬件平台及收看数字电视节目的工作流程 • 4.视、音频信号的数/模转换及输出 • 数字视频信号的后期处理不仅包括D／A变换、信号合成、放大等；还可以根据数字电视的特点和业务发展的需要，在屏幕上叠加由图形发生器产生的各种图形、表格、消息和数据等。对于普及型的标清机顶盒，其信号输出一般为复合全电视信号（A/V端口）或亮色分离的Y-C信号（S端子）。此信号输送到模拟彩色电视机后，经视频放大便可显示出图像。 • 数字音频信号的后期处理包括以下程序：先由音频D/A转换器将其转化为模拟音频信号; 然后经运放电路完成音频信号的放大即可直接输出。有的机顶盒还要求在这一部分进行声道变换处理、输出双声道和六声道，甚至要求有数字声和压缩信号输出。 • 为了避免机顶盒中传输的节目被非法录制，有的机顶盒在视音频信号的后期处理部分设置了防录制功能，可根据码流中的指示对输出信号进行防录制处理。

  36. 4.5数字电视机顶盒的软件系统 除了音视频的解码主要由硬件系统实现外，从操作界面的展示、电视节目内容的重现、数据广播业务及其它各种增值业务的实现、直至机顶盒与个人计算机的互联等，都需要由软件系统来完成。 • 4.5.1接收设备驱动层 • 4.5.2中间解释层 • 4.5.3应用层 • 4.5.4软件系统的升级与更新

  37. 数字电视机顶盒的软件系统 应用层 应用程序 应用程序 应用程序 应用程序 应用程序 应 用 程 序 编 程 接 口 中间解释层 内容 解释器 协议 解释器 应用程序 管理器 java 虚拟机 中间件 系统 实时操作系统（RTOS） 接收设备驱动层 设备 驱动 程序 设备 驱动 程序 设备 驱动 程序 设备 驱动 程序 设备 驱动 程序 硬件层 数字电视机顶盒硬件平台

  38. 4.5.1接收设备驱动层 • 接收设备驱动层属于数字电视机顶盒软件系统中的底层软件，包括操作系统和设备驱动系统，其主要功能是实现对机顶盒硬件设备的操作。 • 操作系统通常采用嵌入式实时操作系统（RTOS），它的作用与PC机上的DOS和Windows相似。但是，功能相对简单，资源开资较小，系统结构紧凑，便于固化在存储器内，不必装在硬盘中，并可在较小的内存空间中运行。 • 设备驱动系统包括对机顶盒硬件设备的各种驱动程序、模块及接口等，它们的主要功能是用于实现对机顶盒硬件设备的操作。包括I2C总线、异步串行通信口、并行通信口、图形接口、非易失内存、键盘、遥控器、条件接收驱动、A/V解码驱动、前面板模块、解复用和数据表提取模块、调谐/选择模块等。

  39. 4.5.2中间解释层 • 中间解释层(又可称为应用程序编程接口或中间件系统)，它是处在底部驱动层和顶部应用层之间的一个中间软件层。 • 其主要功能是将应用层的各种应用程序指令翻译成CPU能识别的指令，从而通过设备驱动层去调动硬件设备完成相应的操作。 • 在功能比较少、应用程序不太复杂的普及型机顶盒中，软件系统中的这一部分相对比较简单，可以暂时不采用“中间件系统”。即在进行软件总体设计时，直接调用设备驱动层的软件来编写应用程序，这一部分的作用是为应用程序提供一个公共的编程接口，称为“应用程序编程接口”，因而在图4-13中用虚线框表示，说明这种处理方法终归要由中间件系统取代。 • 中间件系统为机顶盒在数字电视系统中的交互应用和各种新业务的拓展提供了方便，因此在高档机顶盒中必须要有中间件。

  40. 4.5.3应用层 • 应用层是指机顶盒软件系统中的上层应用软件，包括本机存储的各种应用程序和可下载的各种应用程序，它用于实现数字电视机顶盒的各种业务服务功能。 • 在目前的普及型数字电视机顶盒中，能够实现的功能和业务应用还不是很多，主要有电视节目的授权与去授权，电子节目指南(EPG)、软件在线升级、数据广播、准视频点播、股票、简单的下载游戏等。 • 数字电视的魅力并不仅仅在于看电视，各种基于数字电视平台的交互式业务应用及个性化服务，将会逐步改变人们对“电视”的传统认识，改变“你播我看”的主从关系，许多“电视”以外的业务会逐步拓展开来，交互电视、可视电话、远程医疗、网上购物、在线游戏……，交互式应用的普及和不断拓展，将会使机顶盒中的应用软件越来越多。

  41. 4.5.4软件系统的升级与更新 • 由于机顶盒中的软件系统非常复杂，已经投入应用的软件难免有不够完善甚至有一些错误之处；随着数字电视业务的不断拓展和变化，不断要有新的应用程序需要加入或有旧的应用程序需要卸载。因此，软件系统的升级、换代及全面更新是机顶盒软件系统必须具备的功能。机顶盒软件系统的更新有两种实现方法： • 单机本地更新是通过机顶盒上配置的专用数据口将程序烧写到Flash存储器中，或通过更换程序ROM实现。这种方法的缺点是机顶盒厂商或有线网络的维护人员需要到用户家中通过人工方式单机进行，工作量很大。 • 远程在线升级则不需要到用户家中人工进行，在有线电视网络的前端系统通过特定的协议将更新软件插入到码流中，传送给所有在线的机顶盒，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。这种更新方式工作效率高，有利于降低运行成本，属于通常采用的软件系统更新模式。

  42. 数字电视和机顶盒 原理与维修 第五章 普及型有线数字电视机顶盒的电路分析

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