周德斌，沈陽(yáng)，王磊，許幫保

一種機(jī)頂盒遠(yuǎn)程喚醒方法及技術(shù)實(shí)現(xiàn)

周德斌，沈陽(yáng)，王磊，許幫保

（國(guó)家新聞出版廣電總局廣播科學(xué)研究院，北京100866）

提出了一種極低功耗的、在電視機(jī)頂盒主電源關(guān)斷、輔電源導(dǎo)通的情況下，機(jī)頂盒遠(yuǎn)程喚醒的方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。把原來(lái)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、遠(yuǎn)程抄表等領(lǐng)域的Sub-1G技術(shù)和包含Sub-1G技術(shù)的無(wú)線MCU應(yīng)用于機(jī)頂盒領(lǐng)域（包含有線電視機(jī)頂盒和地面電視機(jī)頂盒），將其作為運(yùn)營(yíng)商與終端用戶之間通信、喚醒的一種手段。此方法對(duì)于應(yīng)急廣播具有重要意義。

應(yīng)急廣播；機(jī)頂盒；遠(yuǎn)程喚醒；Sub-1G技術(shù)；低功耗

【本文獻(xiàn)信息】周德斌，沈陽(yáng)，王磊，等.一種機(jī)頂盒遠(yuǎn)程喚醒方法及技術(shù)實(shí)現(xiàn)［J］.電視技術(shù)，2015，39（10）.

“應(yīng)急廣播”，是指在面臨突發(fā)公共事件時(shí)，利用廣播電視系統(tǒng)向公眾通告應(yīng)急事件的信息?；趶V播電視系統(tǒng)向社會(huì)公眾傳播緊急信息是進(jìn)行快速?gòu)V泛預(yù)警、及時(shí)通報(bào)災(zāi)情、協(xié)助防災(zāi)救災(zāi)的有效手段。有線電視和地面電視已經(jīng)成為人們獲得信息的主要途徑，也是應(yīng)急廣播的主要途徑之一。

現(xiàn)有的機(jī)頂盒待機(jī)技術(shù)，不論是真待機(jī)還是假待機(jī)，其功耗都是不小的。其中，假待機(jī)只關(guān)閉視頻和音頻輸出等電路，主芯片也運(yùn)行于比較節(jié)能的工作狀態(tài)，例如，關(guān)閉一些內(nèi)部模塊，此時(shí)調(diào)諧器和主芯片內(nèi)解復(fù)用模塊還是處于工作狀態(tài)，電源等電路仍然處于工作狀態(tài)，功耗幾乎與正常工作狀態(tài)相當(dāng)。在假待機(jī)時(shí)，機(jī)頂盒可以接收和分析TS流，從而根據(jù)TS流的特定信息喚醒機(jī)頂盒。

真待機(jī)一般可以通過(guò)使用單片機(jī)將系統(tǒng)的供電切斷，使CPU和調(diào)諧器都處于斷電狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)中最少可只保留單片機(jī)和紅外接收機(jī)工作。真待機(jī)時(shí)，由于機(jī)頂盒的主處理器，或主處理器內(nèi)的相關(guān)模塊，如解復(fù)用模塊是處于非工作狀態(tài)的，機(jī)頂盒就不能解析TS流中的內(nèi)容信息，這樣機(jī)頂盒就不能接收到運(yùn)營(yíng)商發(fā)來(lái)的喚醒信息了。

真待機(jī)的待機(jī)功耗一般小于2 W或1 W，對(duì)于很多用戶來(lái)說(shuō)，這樣的功耗仍然是不能承受的，所以廣大電視用戶在不看電視時(shí)，一般都是手動(dòng)關(guān)斷機(jī)頂盒的電源開關(guān)的，這種情況下，現(xiàn)有技術(shù)更是不可能遠(yuǎn)程喚醒機(jī)頂盒，而應(yīng)急廣播關(guān)乎人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，能在手動(dòng)關(guān)斷機(jī)頂盒電源的情況下遠(yuǎn)程喚醒機(jī)頂盒就顯得很有意義了。

1　Sub-1G技術(shù)及無(wú)線MCU

在物聯(lián)網(wǎng)的世界中，無(wú)線連接裝置的可選方式有很多種，最流行的包括WiFi，Bluetooth，ZigBee和基于Sub-1G技術(shù)的解決方案。其中，ZigBee是IEEE802.15.4協(xié)議的代名詞，其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本。根據(jù)一些廠家的資料顯示，一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)，采用一節(jié)普通5號(hào)電池供電，可正常使用6個(gè)月到兩年的時(shí)間，可見其用電之省。

Sub-1G技術(shù)（也叫Sub-GHz技術(shù)）是一種在1 GHz頻率范圍之內(nèi)的無(wú)線連接技術(shù)，它與ZigBee技術(shù)類似，應(yīng)用的場(chǎng)合也類似。為的是解決低功耗、低成本、低速率智能節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，主要應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、遠(yuǎn)程抄表等方面。其雙向通信遵循的也是IEEE802.15.4協(xié)議。工作頻段一般在200～900 MHz。調(diào)制方式主要有2FSK、4FSK、GFSK以及OOK等。工作帶寬一般為幾千到幾萬(wàn)比特/每秒，現(xiàn)有技術(shù)水平下接收靈敏度可達(dá)-110 dBm以上。

Sub-1G發(fā)射器、接收器或者收發(fā)器能在工作狀態(tài)、standby/sleep（待命/休眠）狀態(tài)、或者shutdown（關(guān)停）狀態(tài)之間快速轉(zhuǎn)換。一般工作狀態(tài)的電流為幾毫安左右，而standby/sleep或者shutdown狀態(tài)下電流能低到微安甚至納安級(jí)別。

發(fā)射端和接收端在大部分時(shí)間都處于standby/sleep或者shutdown狀態(tài)，只有極短時(shí)間處于發(fā)射/接收工作狀態(tài)，以發(fā)送/監(jiān)聽信息和指令。Sub-1G技術(shù)通過(guò)這樣的策略來(lái)達(dá)到省電目的。

無(wú)線微控制單元（Micro Control Unit，MCU）簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是加上無(wú)線收發(fā)功能的MCU，這里的無(wú)線收發(fā)可以是WiFi，Bluetooth，ZigBee或Sub-1G等技術(shù)，由于把無(wú)線收發(fā)器和MCU集成在一起，會(huì)比分離方式更加省電。

為了進(jìn)一步說(shuō)明Sub-1G技術(shù)，以兩個(gè)廠家的幾款具體芯片為例，其技術(shù)資料都可以在相關(guān)廠家的網(wǎng)站上找到。

1）Silicon Labs公司

主要芯片包括Si106x/108x系列無(wú)線MCU，Si1010/1/2/3/ 4/5系列無(wú)線MCU，Si4455 Sub-GHz收發(fā)器，Si4010 MCU和射頻發(fā)射器，Si4012射頻發(fā)射器，Si4355 Sub-GHz接收器和Si4356獨(dú)立式Sub-GHz接收器［1-3］。

2）Texas Instruments公司

主要芯片包括CC430F6125/6/7等無(wú)線MCU，RF430F5978無(wú)線MCU，CC1110Fx/CC1111Fx系列無(wú)線MCU，CC115L Sub-1發(fā)射器和CC113L Sub-1接收器［4-6］。

2　基于Sub-1G技術(shù)的機(jī)頂盒遠(yuǎn)程喚醒實(shí)現(xiàn)方法

2.1技術(shù)分析

有線電視的傳輸標(biāo)準(zhǔn)為：1）頻率范圍為47～862 MHz。2）最小輸入電平≥33 dBμV（64QAM），最大輸入電平≤108.8 dBμV，相當(dāng)于-80～-4.2 dBm，一般的，有線電視的輸入電平最低為60 dBμV，對(duì)應(yīng)于-53 dBm。3）頻道帶寬8MHz［7-8］。

地面電視的傳輸標(biāo)準(zhǔn)為：1）頻率范圍48.5～862 MHz。2）輸入電平一般為-80～-50 dBm。3）頻道帶寬8MHz［9-11］。

一個(gè)電視頻道帶寬為8 MHz，而Sub-1G帶寬為幾千赫茲到幾十萬(wàn)赫茲。從有線電視的輸入電平、頻率范圍、帶寬、帶外抑制、接收靈敏度等指標(biāo)來(lái)看，Sub-1G技術(shù)是滿足作為一路電視信號(hào)傳輸?shù)囊蟮摹?/p>

2.2實(shí)現(xiàn)方法

在有線電視的運(yùn)行商發(fā)送端，占用一個(gè)空閑頻道來(lái)發(fā)送一路Sub-1G信號(hào)，經(jīng)過(guò)混合器與其他頻道的電視節(jié)目混合、放大之后，通過(guò)有線電視網(wǎng)絡(luò)傳遞出去。

類似地，在地面電視發(fā)送端，占用一個(gè)空閑頻道來(lái)發(fā)送一路Sub-1G信號(hào)，經(jīng)過(guò)混合器與其他頻道的電視節(jié)目混合、放大之后，通過(guò)地面電視發(fā)射天線發(fā)送出去。

運(yùn)營(yíng)商端Sub-1G發(fā)送電路可采用帶Sub-1G收發(fā)器的無(wú)線MCU（wireless MCU），也可采用Sub-1G發(fā)射器或者收發(fā)器加上系統(tǒng)CPU或者M(jìn)CU的電路組合（因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商的功耗不是主要問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)一般都是24 h運(yùn)行）。

在機(jī)頂盒端，將接收到的有線電視射頻信號(hào)（或者地面電視接收天線接收到的電視射頻信號(hào)）分成兩路，一路仍然給高頻頭去解調(diào)電視信號(hào)，另一路傳給Sub-1G接收芯片接收。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)構(gòu)成圖

機(jī)頂盒的電源分為主電源和輔電源，主電源給機(jī)頂盒供電，輔電源給Sub-1G接收芯片及其相關(guān)電路供電。機(jī)頂盒電源開關(guān)為一個(gè)二選一開關(guān)，當(dāng)一般意義上的機(jī)頂盒電源按鈕關(guān)斷時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通輔電源而關(guān)斷主電源，反之，電源按鈕開通時(shí)，機(jī)頂盒輔電源關(guān)斷而主電源導(dǎo)通，關(guān)斷輔電源是為了進(jìn)一步省電。主電源除了靠二選一開關(guān)導(dǎo)通之外，還能靠另一路可控開關(guān)開啟，該可控開關(guān)的控制端由Sub-1G接收芯片的GPIO管腳輸出控制信號(hào)來(lái)控制。平時(shí)用戶不看電視時(shí)，可以手動(dòng)關(guān)閉機(jī)頂盒主電源。

機(jī)頂盒中的Sub-1G電路監(jiān)聽運(yùn)營(yíng)商端的Sub-1G信號(hào)，當(dāng)接收到有效的喚醒數(shù)據(jù)指令或者喚醒信號(hào)之后在相應(yīng)的GPIO接口輸出控制信號(hào)，去控制機(jī)頂盒主電源的開啟。

具體電路如圖2所示。

圖2　帶Sub-1G電路的機(jī)頂盒電路示意圖

優(yōu)選的，Sub-1G接收電路為帶Sub-1G接收器或者收發(fā)器的無(wú)線MCU（wireless MCU），當(dāng)然也可采用Sub-1G接收器加上帶模塊管理功能的低功耗MCU的電路組合。

因?yàn)镾ub-1G接收電路極其省電，輔電源也可采用電池供電的方式。

除了遠(yuǎn)程單向喚醒機(jī)頂盒之外，還可利用有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向性能以及Sub-1G的雙向通信性能，開展一些有線機(jī)頂盒在關(guān)機(jī)情況下的雙向通信服務(wù)。

在Sub-1G電路喚醒并使機(jī)頂盒電視接收電路通電正常工作之后，運(yùn)營(yíng)商再通過(guò)TS碼流把應(yīng)急廣播指令和相關(guān)信息傳遞給機(jī)頂盒，打開相應(yīng)的頻道，播放應(yīng)急廣播節(jié)目?jī)?nèi)容。

3　結(jié)束語(yǔ)

本文把原來(lái)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、遠(yuǎn)程抄表等領(lǐng)域的Sub-1G無(wú)線連接技術(shù)和包含Sub-1G技術(shù)的無(wú)線MCU應(yīng)用于機(jī)頂盒領(lǐng)域，將其做為運(yùn)營(yíng)商與終端用戶之間通信、喚醒的一種手段。由于Sub-1G技術(shù)功耗極低，只要把給其供電的輔電源效率做得足夠高，其總體能耗是很小的。在機(jī)頂盒主電源關(guān)斷，只保持Sub-1G電路供電的情況下，通過(guò)監(jiān)聽運(yùn)營(yíng)商的喚醒指令，根據(jù)喚醒指令導(dǎo)通主電源使機(jī)頂盒工作，這樣的方式和能耗是可以為絕大多數(shù)民眾所接受的，對(duì)于應(yīng)急廣播的實(shí)施具有非常重要的社會(huì)意義。

［1］Silicon Laboratories Inc.Si106x/108x Ultra-low power MCU with integratedhigh-performancesub-1GHztransceiver［EB/OL］.［2014-02-26］.http://www.silabs.com/Support%20Documents/ TechnicalDocs/Si106x-8x.pdf.

［2］Silicon Laboratories Inc.Si1010/1/2/3/4/5 Ultra Low Power，16/8 kB，12/10-Bit ADCMCU with Integrated 240-960 MHz EZRadio-PRO Transceiver［EB/OL］.［2014-09-04］.http://www.silabs.com/ Support%20Documents/TechnicalDocs/Si1010.pdf.

［3］Silicon Laboratories Inc.Si4455EASY-TO-USE，LOW-CURRENTOOK/（G）FSKSUB-GHZTRANSCEIVER［EB/OL］.［2014-10-15］.http://www.silabs.com/Support%20Documents/ TechnicalDocs/Si4455.pdf.

［4］TexasInstrumentsInc.CC430F613x，CC430F612x，CC430F513x MSP430 SoC With RF Core［EB/OL］.［2014-09-06］.http://www.ti. com/lit/ds/symlink/cc430f6126.pdf.

［5］Texas Instruments Inc.CC113L Value Line Receiver［EB/OL］.［2014-09-08］.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc113l.pdf.

［6］Texas Instruments Inc.CC115L Value Line Transmitter［EB/OL］.［2014-09-08］.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cc115l.pdf.

［7］劉春江，郭沛宇.一種有線數(shù)字電視機(jī)頂盒遠(yuǎn)程喚醒實(shí)現(xiàn)方法［J］.電視技術(shù)，2014，38（17）：60-62.

［8］GY/T 106—1999，有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.1999.

［9］孫軍.中國(guó)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)解讀［EB/OL］.［2014-09-08］. http://www.doc88.com/p-804578904580.html.

［10］GY/T 237—2008，VHF/UHF頻段地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃準(zhǔn)則［S］.2008.

［11］GY/T 236—2008，地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)實(shí)施指南［S］.2008.

Very Low Power Remote Wake-up Method and Technical Realization of Digital TV STB

ZHOU Debin，SHEN Yang，WANG lei，XU Bangbao
（Academy of Broadcasting Science，SAPPRFT，Beijing 100866，China）

The realization method and technology of set-top box remote wake-up of a very low power consumption is presented，in the main power supply set-top box off and the auxiliary power turn-on condition.In this paper，the original application in the Internet of things，smart Home Furnishing，remote meter reading and other areas of the Sub-1G technology and Sub-1G technology wireless MCU are applied in the set-top box field（including cable TV set-top boxes and terrestrial TV set-top boxes），make it a communicating，awakening means between the operator and the terminal user.This method is of great significance for the emergency broadcast.

emergency broadcast；set-top box；remote wake-up；Sub-1G technology；low power

TN934

B

10.16280/j.videoe.2015.10.012

許盈

2014-10-17