基于STB5660解决方案的交互式机顶盒设计

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。其中，数字机顶盒（STB）是实现交互功能的关键技术之一。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。

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

采用ADSL技术的电话网连接：机顶盒通过外围串行口连接智能卡接口和ADSL Modem，并行口用来在机顶盒和PC之间传送数据。ADSL 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。

5 系统软件方案

该机顶盒系统软件结构可以分为三个层次：业务软件应用层、实时事件处理层、系统内核及驱动层。系统软件结构如图3所示。

5.1 业务软件应用层

业务软件应用层相当是覆盖在驱动和操作系统之上的一层接口，它是根据系统业务需要而制定的，为用户应用程序实现机顶盒的各种功能服务的。如综合信息、电子商务、电子游戏等。

5.2 实时事件处理层

实时事件处理层是将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它使应用程序不依赖于具体的硬件平台，是业务软件应用程序与硬件平台的中间件，此软件系统采用了OpenTV中间件。OpenTV中间件提供给用户应用程序完整的应用程序接口，使应用程序只需调用这些函数，就可以实现机顶盒系统所应具有的所有功能。这样，使得用户应用程序部分的工作变得非常简单。

5.3 系统内核及驱动层

本系统所采用的操作系统是pSOS，硬件驱动层主要是针对各种硬件模块，提供相应的驱动程序。主要的驱动包括：接口模块，包括I2C接口操作控制，智能卡的控制等；音频模块；视频模块；解复用模块；解码模块，Flash驱动模块等。

6 结束语

以上介绍了基于STB5660解决方案的交互式数字电视机顶盒的逻辑结构、系统功能和系统硬件与软件的构成及实现。目前，国内广播电视系统已开始了向数字电视的转变，虽然近期的数字应用更多的还是将模拟彩电数字化，但随着用户对功能需求的增加，以及有线运营商服务内容的丰富，具有多功能的交互式的数字电视机顶盒也会得到日益广泛的应用。