機頂盒的功能要求

機頂盒是一個十分籠統的名稱。各種機頂盒的功能和結構相差甚多。早期并且得到較廣應用的機頂盒可能要數WebTV了。WebTV的最初目的是利用電視機來訪問Internet的網站。典型的WebTV內部包含一個33.6K或56K bps的Modem，通過電話線路上網，電視機被用作顯示設備。

這類WebTV配備有與PC機上類似的瀏覽器軟件，用戶可操縱遙控鼠標、紅外鍵盤等裝置瀏覽網頁，或收發e-mail。這類WebTV雖然也可收看Web上的影視內容，但電視和Internet的通路是分開的。這類WebTV在訪問Internet方面是數字的，但是數據傳輸速率低，而在電視方面，則仍是模擬、單向的（廣播方式）。 隨著寬帶網絡、多媒體技術和數字電視的發展，電視和計算機在數字化和網絡的概念上找到了結合點。數字電視和交互電視成了電視發展的趨勢，交互電視成了寬帶網絡或信息高速公路的一個重要組成部分。

新一代的機頂盒作為數字式交互電視的關鍵設備之一。成了研究的熱點。 新一代機頂盒的功用應包括：①接收廣播方式的模擬電視和數字電視節目，②高速訪問Internet，收發e-mail，③視頻點播（VOD）和音樂點播功能，④電話、可視電話、會議電視，⑤連接VCR、VCD等消費電子產品的功能，⑥電子購物，⑦電子游戲等。

對數字機頂盒的技術要求有：①高速雙向通信網絡的寬帶接入，有效地利用頻帶資源，②數字電視節目和多媒體視頻在解碼、視頻音頻處理、以及D/A變換、電視編碼、顯示等方面的統一考慮，③對運河擾、加密、計費等考慮，④友好的用戶界面，盡可能高的性能價格比，⑤在功能和性能方面的可擴充性。

硬件和軟件結構

1.硬件

機頂盒的硬件結構隨功能和工作方式的不同有著很大的區別。但其基本的組成一般是高性能的處理器內核、存儲器、通信接口、數據***、視頻音頻圖形處理器、電視編碼及接口、外圍I/O接口等。圖1為一個機頂盒的組成框圖。整個硬件系統分若干個子系統：

·網絡通信接口子系統

本部分可有一個或多個寬帶接入的接口（前端）。因為各種傳輸介質采用不同的調制方式，所以不同的前端有自己的調諧器、解調碼器、通道***、轉換器、反向通道發送器等。可以采用的前端有電纜前端、衛星前端、地面微波前端、ADSL前端等。各種前端可選用相應的器件組合，也可選用功能完整的模塊。

·處理及控制子系統

這是機頂盒的心臟部分，它由處理器、存儲器等組成，提供信號存取和控制的處理功能，并提供一個可編程的平臺。它要實現對整個系統的控制并具體完成信號的去擾，進行多路分離，獲取MPEG-2數據流和其它一些打包的數據。

·音頻/視頻/圖形處理子系統

這里完成音頻/視頻/圖型數據的解碼、處理，并將之編碼成SVB、S-Video、RGB信號輸出，它主要由MPEG-2和AC3等***、視頻和音頻信號的D/A轉換器，視頻信號編碼器等組成。 ·外圍接口了系統 這部分包括串行和并行I/O接口、智能卡接口、紅外接口、IEEE1394接口等，用來連接無線的鍵盤、鼠標，以及VCR、VCD、數字攝像機等設備。

2.軟件

機頂盒的軟件系統也隨功能和結構的不同有著很大的區別。高檔的數字機頂盒由于功能復雜，性能要求高，一般以一個實時操作系統為核心，根據硬件和系統功能加以擴充。適合這方面應用的，有通用的操作系統，如Windows CE，OS-9，pSOS等，也有專為機頂盒研制的操作系統，如Power-TV等。 整個軟件一般可分為幾個層次，最低的一層為各類硬件部件的驅動程序，這些硬件部件包括MPEG系統及處理部件、音頻視頻圖形處理部件、FLASH Memory（快閃存儲器）、串行口、并行口不、智能卡接口、網絡通信部件等。

這些部件通常是一些專用的芯片，它們的驅動程序也是直接與硬件有關的。 為了便于上層軟件對設備的使用，在驅動器層之上有一個驅動器管理層，它從外圍接口、MPEG系統處理、音頻/視頻/圖像、通信幾個方面，管理下層的物理驅動器接口，從而方便高層功能的實現，也減法律了CPU的負擔。 再上面一層即是實時操作系統內核。這是整個軟件系統的核心，它負責任務調度、實時監控、資源分配。 實時操作系統層上面是系統控制層和庫程序，系統控制層提供對視頻音頻數據控制、用戶存取接口、通信、通道選擇等高級功能，也支持多個應用程序對這些功能的共享和重復使用。系統的交互性也是在這里得到控制和實現的。庫程序則提供系統視頻、音頻圖形處理等的函數和程序。最高的一層為應用層，這里處理各種應用的功能，從系統控制層選擇必要的功能模塊。

一般來余，每個應用模塊都是在用戶的控制下獲取、處理和顯示的。典型的應用有電視頻道瀏覽選擇、收費電視控制、e-mail、Internet瀏覽、軟件下載。高級的應用包括視頻點播、音樂點播、電話、可視電話、會議電視等。由于多媒體的應用包括技術和處理方式等都有很大區別，并在不斷發展。所以采用面向對象和虛擬機的概念是十分有吸引力的。因此Java在高級機頂盒中得到了廣泛的應用。為了支持Java，在應用層的下載應用模塊中需包括Java引擎。當然對CPU和系統的性能也有較高的要求。 由于要求操作系統平臺、Java執行、視頻音頻信號實時的處理、交互服務、機頂盒需高級32位單片處理器所具有的處理能力和存儲器地址空間。

CPU的選擇

機頂盒的實現可以采用基于PC或嵌入式PC的結構，也要采用基于高性能單片機的結構。而采用單片機的優點是芯片集成度高、體積小、功耗小、價格低。由于機頂盒昌一種消費電子產品，所以價格是一個重要因素。此外低功耗也意味著節省每月的電費開支。而且低功耗也避免了過高的溫升，提高了設備的可靠性和壽命。目前高端單片機為32位或64位RISC結構，速度達到數十乃至二、三百MIPS，而且具有功能很強的外圍模塊，十分適合用來開發機頂盒。 為了提高實時處理能力，外圍的功能還應盡可能采用專用的芯片來實現。

目前，Philips，SONY，ST微電子，GI，LSI logic等公司都有專用的MPEG-2解碼，視頻/音頻/圖形處理，電視編碼，及用于電纜。衛星等方面的專用芯片。如采用電纜前端，還可選用其它專用Cable Modem芯片。選用這些專用芯片時，除了要考慮性能、價格、接口等因素外，還須考慮是否符合有關標準。 目前交互電視和機頂盒仍處于研制開發階段，機頂盒的功能、結構尚需調整改動，采用高性能的單片機為基礎來開發，既可縮短開發周期，又能符合產品化的要求。成熟的設計完成后，應為機頂盒定制ROM和ASIC，以簡化線路降低成本。必要時甚至可以購取單片機的專利，將單片機內核集成到自行設計的芯片中。

數字式機頂盒的發展趨勢

隨著數字式機頂盒性能的提高和價格的降低、寬帶網絡的建設、以及網絡多媒體應用的開展，機頂盒正逐步進入實用階段。由于許多大型電子、計算機、通信、家電公司的參與，機頂盒的發展除了表現在采用更高性能的CPU和集成更高、功能更完整的專用VLSI模塊外，更表現在它功能的擴展延伸。機頂盒的寬帶通信、視頻音頻處理、Internet訪問等能力可為多種應用共享。所以機頂盒不僅可用于影視點播、一般網上瀏覽，而且可用于電話/可視電話、遠程教育、娛樂、電子商務等多種應用。這就使機頂盒的設計有了相應的變化。

首先不少機頂盒等接口，以方便攝像頭、數字相機、攝像機、游戲機，以及找印機、磁盤機、PC機的接入。有的機頂盒已集成了DVD的控制和驅動器電路。 其次，既然機頂盒將適于多種用途，那么同時實現一種以上應用的要求也就提出來了，比如要求在進行VOD（視頻點播）的同時打IP電話。所以一些機頂盒考慮了在機頂盒這一級的多通道和多路復服務部量。例如GI公司的DCT5000+就個有三個重通道的結構。 另一個影響機頂盒的因素是住宅的智能化。機頂盒的通信、處理以及可擴充的存儲能力，可用于住宅的安保、家電設備的控制等。

借助機頂盒，通過Internet進行遠程的住宅監控和設備控制也將是高性能和廉價的。 所以今天的機頂盒在不遠的將來可能成為家庭中連接電視、音響設備、電話、攝錄設備、其它家用電器和安保設備并連通外界信息高速公路的一個通信、處理、存儲中心。到那時，機頂盒可能要從電視機頂上走下來，而且，人們也不得不為機頂盒起一個更恰當的名字了。