基于IP的机顶盒硬件设计

IP机顶盒即IPTV（Internet Protocol TV or Interactive Personal TV）也叫交互式网络电视，是利用宽带网的基础设施。从数字电视机顶盒（DVB-C）、卫星机顶盒（DVB-S）、网络电视机顶盒，机顶盒到现在最红火的IP机顶盒，机顶盒的队伍不断壮大，更不断发展。IP机顶盒是视频解码终端，相当于一台自带嵌入式操作系统的计算机。IP机顶盒实现了视频、语音、数据三者的融合，即所谓的三网合一业务（Triple Play Service）。 在本论文中，主要讲述的是如何实现基于IP机顶盒的硬件的实现。本次设计硬件的实现是基于ARM9 S3C2410开发板的开发环境，利用Protel 绘图软件进行的开发和调试。在适当的时候采用了部分的汇编语言或者c语言，进行软硬件的协同开发。 本次基于IP机顶盒的硬件设计主要包括网卡部分的设计，红外遥控器的设计，USB接口的设计以及最终显示电视机屏幕的终端设计。 未来的机顶盒可能会演变成为家庭中客厅技术的核心控制单元，也就是业界称的“Home Gateway”或“Residential Gateway”。除了可以包今现有的视频传输功能之外，更多的是向家庭中所有的智能设备提供一条集成的，综合的交通本世纪，实现设备之间的互联互通，并且可以给不同终端提供不同个性业务，实现“Multi-Play”。由此可见，机顶盒技术的重要性。 关键字：基于IP机顶盒，ARM9 S3C2410，网卡，红外遥控，USB接口 在我开展自己的论文的主体之前，我花了很大的精力在基本概念的学习和理解上，因为只有掌握了这些最基本的东西我才能把握住我的论文的主体部分。所以下面的篇幅主要讲的是我的设计中涉及到的主要的基本概念。 1.1机顶盒的基本概念 1.1.1机顶盒的概念 机顶盒（STB，Set Top Box）的概念是比较广泛的，从广义上说，凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒。从基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟频道解扰器，到将电话线与电视机联系在一起的"上网机顶盒"、数字卫星的综合接收解码器（IRD，Integrated Receive Decoder）、数字地面机顶盒、以及有线电视数字机顶盒都可称为机顶盒。从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、 数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒、以及有线电视数字机顶盒。这些设备由于具有很好的网络功能，因此也成为信息家电的代表。 机顶盒源于数字电视。它是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备。在数字电视应用中主要根据传输网络不同有3类数字电视机顶盒：用于有线电视网的数字电视机顶盒STB-C、用于卫星电视网的数字电视机顶盒STB-S和用于地面广播网的数字电视机顶盒STB-T，它们分别满足数字电视的相应标准DVB-C、DVB-S和DVB-T。基于Internet协议(IP) 的机顶盒的出现，是最近的事情。随着IPTV的发展，使这种产品获得了极大的发展动力。因为 IP 机顶盒不仅可以提供与大多数有线或卫星电视机顶盒相同的功能，而且还可以使用当前低成本的互联网和基于 IP 的网络设施。 另外，立足于双向的 IP 网络还可以本能地支持一系列的应用和交互式服务。 同时，机顶盒是一种能提供模拟音频和视频接口， 使现在的模拟电视机能正常接收节目；同时，还能提供数字电 视、 数字广播接口， 提供交互式功能的接口装置。它一头接有线电视网的同轴电缆， 一头接用户家里的 电视机。专门为不打算买电脑和用电脑的广大用户设计。 S-A(Scientific-Atlanta) 在94年为Time Warner Cable 在奥兰多的Full Service Network(FSN)设计了第一个数字机顶盒(Digital Set-Top Box) ， 采用SGI的MIPS 芯片和软件技术的数字机顶盒将计算机技术带入家电领域。 机顶盒除了能提供数字电视、数字 广播接口，提供交互式功能，包括电话接口、计算机数据接口， 甚至提供摄像机与游戏机接口等。能接收 和存储用户发出的某些指令， 并拥有一个中央处理单元，控制机上变换器各部分的工作，能够进行繁重的 数值计算，并对数字视频 / 音频信号进行解压缩输出和压缩输入。 机顶盒实际上就是多功能的计算机。 1.1.2IP机顶盒的概念 机顶盒由软件和硬件两大部分组成，机顶盒的硬件包含了主芯片、内存、调谐解调器、回传通道、CA（Conditional Access）接口、外部存储控制器以及视音频输出等几大部分。软件则分成应用层、中间解释层和驱动层三层，每一层都包含了诸多的程序或接口等。 与传统的数字机顶盒相比，IP机顶盒实现了视频、语音、数据三者的融合，即所谓的三网合一业务（Triple Play Service）。IP机顶盒的系统架构包含三个独立的子系统：TV单元、PC单元和条件存取（即加密系统、CA）单位。TV子系统由调频器和视频解码器组成，它们用来处理数字串流信息；CA子系统让服务商具有控制能力，可以对用户实现临近，能够知道用户在何时收看什么节目；PC子系统大多是模块式的设计，STB的设计者可以依其需求而增加或减少这个系统中的组件，由于IPSTB的目标是要提供互联网的服务功能，故它的PC系统方面就得提供TCP/IP的堆栈协议，并具有更佳的储存方案。 由此可以看出，IP机顶盒的功能主要包括以下三方面： ·支持目前的LAN或DSL网络传输，接收及处理IP数据和视频流； ·支持MPEG、WMV和Real等视频解码； 支持用户认证功能、通过与IPTV系统的交互实现用户的访问控制、计费等管理功能。 随着数字电视和网络技术的发展，数字电视机顶盒的功能将更加完善，尤其是单片PC技术的发展，将促使数字电视机顶盒在物理结构上将各部分硬件高度集成，形成STB核心芯片，从而减小体积，降低成本，提高性能。外部接口将更加丰富，通过USB接口可以和数码相机连接，通过IDE接口可以挂接硬盘实现节目存储等。交互式机顶盒将成为数字电视机顶盒的主流，用户在模拟彩色电视机上不仅能收看数字电视，还能实现娱乐和上网。