【摘 要】本文從實際的應用需求出發(fā)，對采用H.264技術的高清數(shù)字電視機頂盒的設計和實現(xiàn)進行詳細的介紹。文章首先介紹了高清數(shù)字電視機頂盒的功能和技術，然后對高清數(shù)字電視機頂盒的構成特點著重分析。文章最后以一個實例詳細介紹了應用于高清數(shù)字電視廣播， 基于嵌入式系統(tǒng)和H.264視頻傳輸格式的機頂盒的軟硬件設計方案。

【關鍵字】高清數(shù)字電視 機頂盒 H.264

一、引言

自2010年以來，高清數(shù)字電視逐漸普及，各電視臺紛紛推出了高清電視節(jié)目，相應的人們對高清數(shù)字電視機頂盒的需求也變得越來越強烈。傳統(tǒng)的普通清晰度數(shù)字電視電視節(jié)目主要采用MPEG-4編碼技術，傳輸視頻碼率較低，因此對解碼器的性能要求相對較低。H.264技術憑借其傳輸視頻的高清晰度，傳輸數(shù)據(jù)高壓縮率和較強的信道適應能力，在高清數(shù)字電視中得到了廣泛的應用。本文將從實際的應用需求出發(fā)，對采用H.264技術的高清數(shù)字電視機頂盒的設計和實現(xiàn)進行詳細的介紹。

二、高清數(shù)字電視機頂盒主要功能和技術

高清數(shù)字電視機頂盒的主要功能是對高清數(shù)字電視信號進行接收，并實時進行視頻和音頻的解碼播放，同時接收數(shù)字電視信道上所傳輸?shù)膹V播和交互信息，包括：電視節(jié)目列表、接收權限信息、視頻點播信息以及用戶互動信息等。為實現(xiàn)上述功能，高清數(shù)字電視機頂盒所設計的主要技術包括：高清數(shù)字電視信號的解調和譯碼，互動信息的編碼和調制，H.264視頻解碼，嵌入式技術等。

三、高清數(shù)字電視機頂盒的構成特點

從前面的描述可以看出，傳統(tǒng)的數(shù)字電視清晰度較低，相應的視頻信息的碼率也較低，對機頂盒的解碼處理能力要求較低。而本文所關注的高清數(shù)字電視其視頻數(shù)據(jù)率較高，相應的對機頂盒的解碼處理能力也較高。另外，本文所研究的高清數(shù)字電視機頂盒還支持用戶的互動功能。

（一）基于嵌入式系統(tǒng)

嵌入式 CPU 是操作系統(tǒng)的運行載體，通過這個載體，就可實現(xiàn)對機頂盒內(nèi)部各硬件模塊的工作進行協(xié)調和控制。嵌入式系統(tǒng)需要針對具體應用需求進行定制化開發(fā)，去除冗余，從而在實現(xiàn)功能目標的前提下，使系統(tǒng)最簡化。嵌入式系統(tǒng)具有豐富的外設接口，能夠支持用戶進行人機對話，完成對機頂盒工作的控制。

（二）采用Linux操作系統(tǒng)

Linux操作系統(tǒng)具有源碼開放，軟件資源豐富；內(nèi)核的功能強大，性能高效、穩(wěn)定，多任務；對外設的支持能力強、驅動豐富；系統(tǒng)的大小、功能都可裁剪等一系列優(yōu)點，從而使其尤其適合高清機頂盒的需求。

四、高清數(shù)字電視機頂盒設計

（一）硬件設計

高清數(shù)字電視機頂盒的主要功能是對高清數(shù)字電視信號進行接收，并實時進行視頻和音頻的解碼播放，同時還對電視節(jié)目列表、接收權限信息、視頻點播信息以及用戶互動信息等信息進行接收。因此其硬件組成主要包括：射頻調諧器、無線信號解調器、數(shù)據(jù)流解復用器、H.264解碼器、圖像處理器、CPU控制器以及CPU的一些外設。高清機頂盒的硬件框架如下圖所示：

其中：射頻調諧器用于接收來自有線電視網(wǎng)或者無線地面廣播的高清數(shù)字電視射頻信號；無線信號解調器主要完成對高清數(shù)字電視數(shù)據(jù)進行解調和信道譯碼，從而恢復出高清數(shù)字電視節(jié)目的傳輸流。一個傳輸流中可以包含多個高清數(shù)字電視節(jié)目和其他伴隨信息，因此需要有解復用模塊對其進行解復用處理，提取出各種類型的數(shù)據(jù)流。解復用器所提取的高清數(shù)字電視H.264碼流則交給H.264解碼器進行實時解碼處理，從而得到視頻流信息和同步的音頻流信息。圖像處理器則根據(jù)用戶所選擇的輸出方式，對H.264解碼器輸出的視頻流進行相應的格式轉換，以適配用戶所選擇的顯示設備。

通過上述處理，高清數(shù)字電視機頂盒最終為用戶提供同步的高清音視頻信息。

CPU則是高清數(shù)字電視機頂盒的核心，他運行機頂盒的軟件，對機頂盒的各個硬件模塊的工作進行協(xié)調和控制。CPU同時還是與用戶進行交互的接口，接收按鍵和紅外的指令，并根據(jù)指令的內(nèi)容進行相應的處理。

（二）軟件設計

本文所設計的高清數(shù)字電視機頂盒軟件系統(tǒng)劃分為四個層次，包括：應用層、中間件層、硬件驅動層和操作系統(tǒng)層。應用層主要指機頂盒所存儲的應用程序；中間件用于對底層的硬件驅動進行封裝，為應用程序提供適配，從而使應用程序對底層硬件驅動的變動不敏感，為軟件的移植和升級提供便利；硬件驅動層主要為機頂盒中的各硬件模塊提供驅動程序；操作系統(tǒng)層采用LINUX操作系統(tǒng)。

軟件系統(tǒng)的主要工作流程如下：boot軟件運行，將Flash中存儲的操作系統(tǒng)和應用程序復制到SDRAM的指定位置，引導CPU啟動LINUX操作系統(tǒng)，進行設備自檢，加載硬件模塊的驅動程序，運行應用程序，啟動信號接收和視頻解碼硬件，然后等待用戶指令進行后續(xù)操作。

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