摘要: 文章討論了基于DVB 標準的嵌入式雙向數字機頂盒的有關問題，在此基礎上描述了一個交互式機頂盒軟、硬件的詳細設計方案。
關鍵詞: 嵌入式、交互式、STB
隨著網絡技術的發展，尤其是光網絡技術的發展使得主干網上的帶寬達到了數十Gbps。同時，光傳輸網的價格不斷下降使得光纖傳輸系統在有線電視網絡中得到了大量應用，從傳統的同軸電纜發展成為混合光纖同軸電纜(HFC)。HFC就是在骨干網采用光傳輸系統，而在接入部分仍然使用同軸電纜的混合網絡。
HFC網豐富的帶寬和客戶資源使有線電話、高速Internet接入、利用機頂盒的視頻點播(VOD) 以及交互式數字電視等業務成為可能，具有巨大的產業開發價值。但是，傳統有線電視網傳輸的電視信號是廣播式的，而新業務傳輸強調的是雙向交互，用戶在接收信息時還需要回傳個人信息。根據用戶回傳信息方法的不同，可將這種交互式業務分為基于雙向HFC 網絡回傳的交互和基于PSTN 回傳的交互兩種。
文章主要討論基于DVB 標準的在雙向HFC 網絡上的交互式數字電視系統的一些關鍵技術問題，并在此基礎上提出了一種交互式數字電視機頂盒的實現方案。
1. 基于DVB 的交互式數字電視系統
1.1 雙向HFC 網絡系統設計
為了在有線電視網絡上開展交互數字電視業務，必須提供能夠使用戶發送交互信息的回傳信道。因為骨干光網絡是環形的，所以交互方法將現有的單向HFC 網絡進行雙向改造主要是將接入網的單向放大器改為雙向放大器。這里，我們主要討論在雙向HFC 上實現交互數字電視的方法，其網絡結構設計如圖1 所示。
圖1 雙向HFC 網絡
從圖1 可以看到,整個網絡可以劃分為前端(如廣播電視中心局) 、干線傳輸網(光纖傳輸) 、分配網絡(同軸傳輸) 三個部分，電視臺的節目在前端由光調制后先通過HFC 網絡的骨干光纖環網傳輸到雙向同軸電纜網絡，然后傳輸到用戶機頂盒，而用戶的上行信息也通過HFC 網絡的規定頻段上傳到前端進行解調。
1.2 于DVB 的交互式數字電視系統
關于交互式數字電視的標準主要有歐洲的DVB、美國的DOCSIS以及DAVIC等。其中，DVB 標準制訂時間最長，在世界范圍內最普及，我國當前的大多數數字電視相關的產品也都是基于DVB 標準的，所以，我們主要討論基于DVB 的交互式數字電視系統。
根據DVB-C標準,我們設計的交互數字電視系統的下行頻率分配為550MHz 到750MHz 的200M 帶寬用于增殖業務下行信道，120MHZ到550MHZ用于傳輸原有的63個模擬頻道節目，750MHZ以上用于未來的應用，下行調制以正交幅度調制 (64QAM)為基礎；其上行信道安排在5～42MHz內，有接近40MHz的頻帶，還可以擴展到48MHz。其中5～8MHz傳輸狀態監視信息， 8～12MHz傳VOD信令，15～46MHz傳輸電話或數據。上行信道的調制方式為QPSK。
基于DVB-C標準以雙向HFC網絡上開展交互式數字電視業務的系統結構如圖2 所示。
圖2 基于雙向HFC 網的交互式數字電視系統框圖
從圖2 可以看到，基于雙向HFC傳輸網絡的交互式數字電視系統的實現是在原有服務(模擬電視傳輸) 方式上的擴展和疊加，電視臺前端需要設置雙向數據交換中心，主要由以太交換機、網管站、各種功能的服務器、前端處理器(實現調制/解調等功能) 等設施組成。
以太交換機位于網絡系統管理中心，能實現與服務器、網管站、前端處理器、路由器等每個交換端口的交換功能，完成多路100M以太數據流的快速交換和多路100M視頻流、數據流的輸出任務；視頻服務器在本系統中承擔視頻節目的存儲與實時播放任務，其所播放的節目已經通過編輯服務器進行了格式編輯并以文件的方式存儲在海量視頻數據存儲器中，不要求視頻服務器對節目進行實時壓縮和格式轉換；管理服務器在本網絡系統中承擔用戶請求的響應以及中心資源的實時控制與分配，是系統管理中心的主控服務器，除要求系統運行速度外，還對系統的穩定性與可靠性有更高的要求；數據庫服務器在本網絡系統中承擔系統數據庫的管理工作，由系統用戶數據庫、資源數據庫、流水數據庫、財務數據庫等相關數據庫構成，是系統統計、分析與優化的參考源；編輯服務器在本網絡系統中承擔系統資源的制作與準備工作，同時兼作中心數據資源服務器，要求具有較大的存儲容量；QAM 調制器位于系統中心，主要負責32Mbps下行數據流的QAM調制。系統采用64QAM調制方式支持ETS300 429 標準；解調器主要任務是接收5～42MHz 的上行射頻信號，并把RF 信號解調后成為以太交換機能理解的信號格式,送往相關服務器。
２ 交互式數字機頂盒的硬件設計
目前，從功能上來看，機頂盒可以分成三類：一是衛星數字機頂盒(亦稱衛星綜合接收解碼器)；二是有線電視機頂盒，三是上網機頂盒。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、通訊接口、數據解碼器、視頻音頻圖像處理器、電視編碼及接口、外圍IPO 接口等。圖1 為一個機頂盒的組成框圖，整個硬件系統分為若干個子系統：MPEG解碼、音頻視頻和圖形處理、電纜調制解調器、高性能嵌入式微處理器、存儲器以及外圍接口電路。
下面分別介紹系統中個部分的組成、功能。
(1) 數字電視廣播接收前端
包括調諧器和QAM解調器，該部分
