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摘要：我国的数字电视技术正在积极的推广运用，数字电视的产业化发展必须要做到电视机与机顶盒技术的统一协调，改变以前市场上的机卡配对模式，因此本文分析了嵌入式智能数字机顶盒系统设计。
关键词：嵌入式；智能数字机顶盒；系统设计
引言
机顶盒的硬件结构随功能和工作方式的不同有着很大的区别，但其基本的组成一般是高性能的处理器内核、存储器、通讯接口、数据解码器、视频音频图像处理器、电视编码及接口、外围IPO 接口等。
1、系统硬件设计
机顶盒系统硬件技术含量较高，主要包括解调及信道解码技术、解复用及信源解码技术、加解扰技术、条件接收以及大规模集成芯片技术等。
有线电视信号传入机顶盒硬件系统后，前端的调谐器VA1T1ED6060和解调器STV0370将完成解调及信道解码部分，处理后的传输流直接传送至主芯片STIH416中。由于STIH416集成有ARM CortexA9 MPCore双核应用处理器、ARM Mali400MP图形处理器、专用传输流处理器以及自适应视频流转码器，因而解复用和信源解码等功能的实现都可以在主芯片中进行。最后提取出来的音视频信号，通过接口传输至显示设备。
1.1 网络接入模块
多媒体网络信号通过自适应网络转换器后，与以太网控制芯片DM9000A连接，再与STIH416进行数据交换，系统所需的物流地址等信息在E2PROM中存放，最终主芯片将解码后的多媒体信号呈现到显示设备中。
基于DM9000A的网络接入硬件电路如图2所示。以太网网线通过接口RJ45接入，多媒体网络信号经作为自适应以太网交换器的PH163539后，通过双统线TX乘RX传输到16位模式的DM9000A芯片中。为了提高差分阻抗匹配精度，两路信号分别使用了两个49.9 Ω 的精密电阻进行差分设计。DM9000A的CMD信号线是根据高低电平来确定访问DM9000A的数据端口还是地址端口，并实现控制寄存器和状态寄存器的读写。INT为中断请求端口，中断信号会在DM9000A完成一个数据包的接收或发送后起作用。PWRST是复位信号端，低电平有效，持续时间需≥20 ms。IOR#和IOW#端口分别表示控制信号线的读与写的操作。网络数据通过SD0～SD15引脚与嵌入式芯片进行交换。模块中配置有E2PROM芯片93C46，以存取网络信号交换时必要的信息。
1.2 智能卡条件接收系统
条件接收系统就是通过对保密收费节目等进行加扰，以实现版权保护和通信安全，保证仅有被授权的用户才可以观看。其核心部分是加解密算法，主要功能就是对保密的节目传输流进行解扰解密。条件接收的主要原理是：机顶盒系统CPU对解复用后的传输流进行判断，若节目未加扰，则不进行处理直接送至解码模块；若节目加扰，则系统与智能卡芯片进行通信以获取密钥，然后对节目进行实时解扰。
2、系统软件设计
软件技术是电视机顶盒最关键的一环，也是运营商展示各自特点及竞争力、吸引用户投入精力最多的部分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆音视频解码的基本功能主要由硬件实现，而内容的点播重现、可视化的UI设计、Internet网络接入、机顶盒与PC或移动设备的通信等个性化体验的人机交互式功能，都需要通过软件来实现。机顶盒系统主要围绕Android 4.0内核构建整个软件平台。机顶盒软件系统平台采用分层式结构，主要架构有：
2.1底层的启动引导层
引导初始化进程，加载机顶盒所需资源，启动操作系统。硬件驱动层。设备应用层的运行要通过调用硬件驱动层提供的API接口来管理各个模块，并提供上层应用的编程接口，以使操作更便捷直观。驱动主要包括：FLASH驱动、SDRAM驱动，音视频驱动、智能卡驱动等。操作系统层为Android内核。主要进行内存分配，进程的调度与通信，中断管理以及数据处理等工作。可以根据需求进行增减和优化。
2.2 GUI系统层
即图形用户界面管理层。该层提供了应用所需接口以及信号解析模块、各类数据库、图形库等。顶层为应用系统层。主要为用户提供个性化的软件应用，方便用户实现各种交互体验。如在网络交互中常用的邮件系统、互动游戏、网页浏览、视频会话等。机顶盒软件系统的开发工作主要是驱动模块的设计与实现，驱动模块大体可分为以下几类：
外围设备驱动：智能卡驱动及CA工作协议、I2C总线驱动、红外接收驱动等。存储设备驱动：主要为SDRAM、FLASH的驱动。解码及解复用驱动：音视频的解码主要由硬件来完成，这里解复用还包括解扰等工作。接下来着重介绍红外接收驱动的设计。
2.3机顶盒系统的IR（Infrared Radiation，红外线）模块
通过接收用户控制端发出的红外指令实现对机顶盒的控制。当IR模块接收到移动控制端发出的红外信号后，首先对其进行解码，将提取出的遥控码通过驱动程序接口传输至操作系统层进行辨识，再启动监听事件处理机制，调用相应的应用程序对控制端的指令进行响应。红外接收模块的驱动框架如图5所示。为了简化驱动程序的设计，方便管理调用，也为方便未来的程序升级和扩展，采用基于内核对象的输入子系统来构建框架，只提供接口函数，以保持子系统的独立性。
在开发中，只需向系统报告输入事件的方法，Android的输入子系统在内核中实现，包括核心层、事件处理层。这样只需通过调用内核提供的接口函数，即可完成驱动程序的设计。设备驱动层主要实现向内核注册输入设备以实现输入设备模型，并提供将IR模块接收到的数据上报给核心层的方法。
3、条件接受系统
CAS是用户收看数字电视等加扰保密节目信息的核心，其主要功能是要能提取传输流中与解扰、解密的有关信息，并通过串口与符合ISO7816协议的智能卡进行通讯，以获取密钥进行解密，从而进一步完成对电视节目的解扰。CAS的核心部分是加解密算法，主要是以函数库的形式存在于软件抽象层，并为应用程序提供编程调用接口。一个完整的条件接收系统，主要包括三个部分：智能卡读卡模块、CA解密模块、EPG信息显示模块。智能卡读卡模块的通信接口通常采用ISO7816接口协议，串行通讯方式；CA解密模块是CAS的核心部分，最终目的是对需要付费的加扰电视节目进行解扰；电子节目指南EPG包括节目的分类、节目的预告、内容简介以及节目预定等，提供给用户一个友好的人机操作界面。
结束语
综上所述，机顶盒核心芯片STIH416高性能的多媒体处理能力，超低功耗和所集成的无缝且不间断传输数据流的专用处理器，都保证了视频输出的流畅性和及其出色的画质。该机顶盒系统还可对WiFi模块进行拓展开发，以实现更丰富的网络交互功能。系统方案对机顶盒在三网融合和家居智能化应用中都具有十分重要的参考价值。
参考文献
[1]郭利文.邓小星.新一代交互式嵌入式机顶盒系统设计[J].数字技术与应用，2013
[2]张望远.基于STi7162的高清机顶盒设计[J].电视技术，2014
[3]陈晓辉.基于机顶盒实现的智能家居控制[J].中国有线电视，2015
论文作者:李海婵
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/30
标签：机顶盒论文; 系统论文; 模块论文; 接口论文; 信号论文; 节目论文; 芯片论文; 《建筑学研究前沿》2018年第13期论文;