Principios de los decodificadores de TV digital
1 Descripción general de los decodificadores
Los decodificadores también se denominan decodificadores y sus El nombre en inglés es STB (decodificador). Se trata de una pequeña caja colocada encima del televisor, de ahí el nombre. El decodificador de TV digital es un dispositivo de conversión que puede convertir señales de TV digital en señales analógicas. Decodifica y restaura señales de imagen y sonido comprimidas digitalmente, genera señales de sonido y video analógicas y proporciona a los espectadores alta calidad a través de monitores de TV y audio. equipo de televisión.
Al principio, se refería a los sumadores de canales analógicos y decodificadores de canales analógicos basados en redes de televisión por cable; con el rápido desarrollo de la transmisión de televisión digital e Internet, la demanda de información de los usuarios continúa aumentando y; Los decodificadores se han convertido en TV. La máquina es el equipo de recepción y procesamiento de información del terminal de visualización. Actualmente, existen en el mercado decodificadores para recibir TV digital y decodificadores WebTV para acceder a Internet.
La televisión digital es un sistema de extremo a extremo que procesa señales digitalmente desde la recopilación, producción y transmisión de programas hasta los decodificadores del usuario. Actualmente existen tres sistemas estándar principales en el mundo: ATSC, DVB e ISDB, todos basados en el mecanismo MPEG-2 TS (Transport Stream). Los estándares de transmisión de TV digital se utilizan para definir cómo implementar la transmisión de flujo TS en diferentes medios de transmisión. Con el desarrollo de la tecnología de televisión digital, los sistemas comerciales abiertos se han convertido en la corriente principal del desarrollo de la televisión digital. Entre ellos, el estándar MHP (Multimedia Home Platform) establecido por la organización DVB ha sido respaldado por la mayoría de los fabricantes de middleware, como OpenTV, MediaHighWay, etc., todos pasarán al sistema empresarial abierto representado por DVB/MHP. Nuestro país también ha anunciado sucesivamente los estándares de transmisión de televisión digital de definición estándar y está formulando su propio sistema comercial abierto, que ha sentado las bases para la transformación de la televisión digital por cable y la investigación y fabricación de decodificadores.
El decodificador digital recibe TV digital y diversa información de datos de varios medios de transmisión, y la muestra en la TV analógica mediante demodulación, demultiplexación, decodificación y codificación de audio y video (o mediante el análisis de datos correspondiente). Ver programas de TV digital e información diversa de datos. Según los diferentes medios de transmisión de señales, los decodificadores digitales se dividen en tres tipos: decodificadores de TV digital terrestre, satelital y por cable. La principal diferencia en la estructura de hardware de los tres tipos de decodificadores es la demodulación. parte. En la actualidad, los decodificadores proporcionan principalmente servicios básicos de audio y video y aplicaciones de datos. Después de un período de tiempo, aprovecharán al máximo el ancho de banda más amplio de la red CATV para implementar funciones interactivas y, eventualmente, convertirse en un sistema digital. Integra descompresión, navegación web, carga de descifrado y control interactivo del equipo terminal.
Los decodificadores se han utilizado en áreas donde se realiza la transmisión de televisión digital. Según las diferencias en las necesidades de los usuarios y los niveles de consumo, los decodificadores admiten diferentes servicios y existen muchos tipos de productos.
2.1 Decodificador popular: Se utiliza principalmente para recibir programas básicos de televisión digital de pago, satisface las necesidades de la mayoría de los usuarios y tiene una buena relación rendimiento-precio. Las funciones principales son las siguientes:
●Admite recepción básica de audio y vídeo digital y transmisión de audio digital.
●Sistema integrado de acceso condicional.
●Tiene una guía electrónica de programas (EPG) en chino y una biblioteca de fuentes de nivel 2 o superior.
●Admite la función de actualización en línea del software.
●Admite salida de vídeo compuesto (CVBS) y tiene funciones de procesamiento de salida de audio (mono, estéreo y dos canales).
2.2 Decodificador mejorado: se agrega un sistema de software middleware básico al decodificador popular. Basado en el middleware básico, varias aplicaciones, como exploración de información de datos, cuasi-video bajo demanda y. Se puede realizar la recepción de stock en tiempo real. Este decodificador ha ido más allá de las necesidades principales de ver televisión digital, agregando una variedad de servicios de valor agregado y siendo actualizable. Las nuevas funciones son las siguientes:
●Integrar el sistema middleware básico.
●Admite transmisión de datos, stock en tiempo real y otras funciones de recepción de información de datos.
●Admite la función NVOD bajo demanda.
●Tiene una variedad de juegos.
●Tiene funciones de procesamiento de salida de audio (mono, estéreo y dos canales).
●Con Y/C, vídeo compuesto (CVBS), salida Y/Cb/Cr (función opcional).
●Con salida de escaneo progresivo (función opcional).
●Puede admitir el método de devolución de marcación telefónica del módem.
2.3 Decodificador interactivo: Integra un sistema de software middleware que cumple con los estándares MHP Además de proporcionar las funciones principales del decodificador mejorado, también puede proporcionar aplicaciones interactivas y página web. navegación de información y otros servicios de valor añadido basados en MHP. Las nuevas funciones son las siguientes:
●Sistema middleware MHP integrado.
●Soporta aplicaciones interactivas, tales como: vídeo bajo demanda, juegos interactivos, navegación por Internet, etc.
3.1 Principio del top box
El decodificador de televisión digital por cable recibe programas de televisión digital, procesa servicios de datos y completa el análisis de diversas aplicaciones. La fuente completa dos niveles de codificación antes de ingresar a la red de televisión por cable. Uno es la codificación del canal para la transmisión y el otro es la codificación de la fuente de las señales de audio y video y todas las fuentes se encapsulan en un flujo de transporte. En correspondencia con el front-end, el decodificador receptor primero extrae la señal codificada del canal de la capa de transmisión para completar la demodulación del canal, en segundo lugar, restaura la señal codificada fuente comprimida, restaura el flujo de audio y video original y completa la recepción; y análisis de servicios de datos y múltiples aplicaciones al mismo tiempo.
La señal de TV digital se forma muestreando, cuantificando y comprimiendo las señales de audio y vídeo analógico de acuerdo con el estándar MPEG-2 para formar el flujo de código básico ES. El flujo de código básico ES es un flujo continuo no segmentado. flujo de código. Divida el flujo de código básico en segmentos y agregue los archivos de encabezado correspondientes para formar el flujo de código básico PES. Los paquetes PES pueden ser discontinuos. Durante la transmisión, el paquete PES se subdivide en un flujo de paquetes de transporte TS con una longitud fija de 188 B. El sistema multiplexa el flujo TS y le agrega PSI/SI e información cifrada para formar un flujo de transmisión de programa multicanal, y finalmente se somete a modulación 64QAM y conversión ascendente para formar una señal de radiofrecuencia para transmisión en la red HFC.
Sistema frontal de TV digital por cable:
Generalmente consta de receptor de satélite digital, codificador, multiplexor, modulador QAM, gestión de red, equipo de almacenamiento de transmisión, sistema de acceso condicional CA. Consta del sistema de gestión de usuarios SMS, sistema de transmisión de datos, sistema de guía electrónica de programas EPG, etc.
El decodificador consta de un sintonizador, demodulador de canales, demultiplexor de fuente, decodificador MPEG-2, codificador de vídeo, D/A de audio, sistema de CPU integrado e interfaz periférica, módulos de acceso condicional, etc. Los decodificadores con funciones interactivas requieren un canal de retorno.
El sintonizador recibe la señal de alta frecuencia de la red de cable, completa la decodificación del canal a través del demodulador QAM y separa el flujo de transporte (TS) que contiene audio, video y otra información de datos del operador. El flujo de transporte generalmente contiene múltiples flujos de audio y video y cierta información de datos. El demultiplexor se utiliza para distinguir diferentes programas, extraer los flujos de audio, video y datos correspondientes y enviarlos al decodificador MPEG-2 y al software de análisis correspondiente para completar la restauración de la información digital. Para la televisión de pago, el módulo de acceso condicional decodifica transmisiones de audio y vídeo y utiliza tarjetas inteligentes con funciones de identificación y contabilidad de usuarios para garantizar una visualización normal por parte de los usuarios legales. El decodificador MPEG-2 completa la descompresión de las señales de audio y video. Después del codificador de video y la conversión D/A de audio, las señales de audio y video analógico se restauran y se muestran imágenes de alta calidad en televisores en color convencionales y estéreo multicanal. Se proporcionan programas.
3.a. Tecnología de hardware del decodificador
(1) Tecnología de demodulación de canales: los estándares nacionales e internacionales estipulan que la modulación QAM se utiliza para transmitir televisión digital y servicios de valor agregado. en redes de cable, entre las cuales 16QAM, 32QAM y 64QAM son obligatorias, y 128QAM y 256QAM son opcionales. Dado que la calidad del canal de la red de cable es buena, sólo se utiliza la codificación RS como código de corrección de errores. QAM: también conocida como modulación de amplitud en cuadratura. En el sistema ASK binario, la tasa de utilización de la banda de frecuencia es de 1 bit/s? Hz. Si se utiliza tecnología de modulación de portadora ortogonal para transmitir la señal ASK, la tasa de utilización de la banda de frecuencia se puede duplicar. Si el sistema multiario se combina con otras tecnologías, se puede mejorar aún más la utilización de la banda de frecuencia. La tecnología que logra esto se llama Modulación de Amplitud en Cuadratura (QAM). Se forma mediante el uso de portadoras ortogonales para realizar una modulación de amplitud de portadora suprimida de doble banda lateral en dos señales. Generalmente hay QAM binario, QAM cuaternario (16QAM), QAM octal (64QAM),...etc.
(2) Tecnología de decodificación de fuente: después de la digitalización de señales analógicas, la cantidad de información aumenta considerablemente y se deben adoptar los estándares de compresión de datos correspondientes. La transmisión de televisión digital adopta el estándar de compresión de vídeo MPEG-2, que es adecuado para diversas definiciones y calidades de imagen.
Actualmente existen dos estándares de audio, AC-3 y MPEG-2. El decodificador de origen debe adaptarse a diferentes estrategias de codificación y restaurar correctamente los datos de audio y vídeo originales.
(3) Tecnología de chip integrado a gran escala: para lograr demultiplexación y procesamiento de información de datos en tiempo real, la mayoría de los sistemas actuales utilizan chips dedicados para combinar el núcleo de la CPU con el demultiplexor de flujo de transporte MPEG-2. El descodificador universal DVB, el decodificador de audio y vídeo MPEG y el codificador NTSC/PAL están integrados para formar el chip central del STB.
(4) Modulación y codificación de datos de enlace ascendente: Para desarrollar aplicaciones interactivas, es necesario considerar la modulación y codificación de datos de enlace ascendente. Hay tres métodos comúnmente utilizados en la actualidad: usar líneas telefónicas para transmitir datos de enlace ascendente, usar tarjetas Ethernet para transmitir datos de enlace ascendente y transmitir datos de enlace ascendente a través de redes cableadas.
b. Estructura del software del decodificador
Después de la digitalización de la radiodifusión, la tecnología de software ocupa una posición más importante en la tecnología de televisión digital. Además de la decodificación de audio y video, que se implementa mediante hardware, la reproducción de contenidos de televisión, la implementación de interfaces de operación, la implementación de servicios de transmisión de datos y la interconexión entre decodificadores y computadoras personales y la interconexión con Internet, todos deben implementarse mediante software.
Aplicación de capa superior
Middleware
Controlador de hardware Sistema operativo en tiempo real
Hardware del decodificador
Excluyendo hardware, Capítulo La primera capa de software proporciona el kernel del sistema operativo y varios controladores de hardware. La segunda capa de middleware separa el software de la aplicación del software subyacente que depende del hardware, de modo que la aplicación no depende del hardware específico. La tercera capa de software de aplicación incluye aplicaciones almacenadas de forma nativa y aplicaciones descargadas instantáneamente por los usuarios.
(1) Software de capa de controlador de hardware: el controlador controla funciones de hardware, como demodulador de RF, demultiplexor de transmisión, decodificador A/V, OSD, codificador de vídeo, etc.
(2) Sistema operativo en tiempo real: a diferencia del sistema operativo de la PC, el sistema operativo del decodificador utiliza un sistema operativo en tiempo real (RTOS), que puede funcionar en tiempo real. entorno y puede funcionar en un espacio de memoria más pequeño. Los sistemas operativos en tiempo real actualmente populares incluyen VxWorks, Psos, OS20, Windows CE, etc. Cada uno de estos sistemas operativos tiene sus propios puntos fuertes y se utiliza en decodificadores.
(3) Middleware: al desarrollar aplicaciones de capa superior para decodificadores, a menudo nos enfrentamos a los siguientes problemas: sistema operativo multitarea en tiempo real, detalles de los principios de la plataforma de hardware, estándares industriales complejos, interfaces de usuario complicadas y funciones prácticas, etc. Varios problemas entre industrias. Para resolver los problemas anteriores, surgió la tecnología middleware y se convirtió en la tecnología central de la televisión digital, que es la plataforma comercial abierta que mencionamos anteriormente. El middleware es una capa intermedia integrada entre el programa de aplicación del receptor de TV digital y el sistema operativo y la plataforma de hardware. Define un conjunto relativamente completo y estándar de interfaces de programa de aplicación para que el programa de aplicación sea independiente del sistema operativo y la plataforma de hardware. simplificar el desarrollo de aplicaciones y hacer que los productos sean más abiertos y portátiles. Suele constar de una máquina virtual Java, un navegador web, módulos de imágenes y multimedia, etc. La característica de una plataforma de negocios abierta es que el desarrollo y la producción de productos se basan en una plataforma de negocios. La plataforma de negocios abierta proporciona un modo de operación independiente para cada enlace tiene sus propios beneficios y puede generar múltiples proveedores. Sólo mediante la adopción de una plataforma empresarial abierta se puede garantizar la escalabilidad del decodificador y la recuperación efectiva de la inversión.
(4) Software de aplicación de capa superior: ejecuta diversas funciones de servicio proporcionadas por los proveedores de servicios, como: guía electrónica de programas, casi video a pedido, transmisión de datos, teléfono IP y videoteléfono, etc. El software de aplicación de capa superior es independiente del hardware STB y se puede utilizar en varias plataformas de hardware STB, eliminando la dependencia del software de aplicación del hardware.
4 Tendencias de desarrollo del decodificador
4.1 Plataforma de hardware
Desde la perspectiva de las tendencias de desarrollo del decodificador, el sintonizador y el chip de demodulación se combinan en uno, reducir físicamente el tamaño, reducir costes y mejorar el rendimiento o utilizar chips para implementar funciones de Tuner.
Dado que la CPU está integrada con el demultiplexor de flujo TS, el decodificador A/V MPEG-2 y el codificador de vídeo para formar el chip central del STB, su velocidad de desarrollo determinará la dirección futura del conjunto. caja superior.
La tendencia inevitable es que la velocidad de procesamiento de la CPU sea cada vez más rápida y la capacidad de la memoria sea cada vez mayor. El decodificador MPEG admitirá la decodificación de múltiples programas al mismo tiempo, la interfaz de visualización gráfica que los usuarios pueden usar directamente; see desarrollará desde un simple OSD hasta un potente motor de gráficos 2D y 3D.
Debido a la mejor calidad de transmisión de las redes de televisión por cable y la madurez de la tecnología del módem por cable, se pueden realizar diversas aplicaciones interactivas. A través de canales de enlace ascendente y decodificadores, los espectadores pueden disfrutar de servicios de valor agregado como video a pedido (VOD), navegación por Internet, compras remotas y juegos interactivos mientras están sentados en casa. Esta interactividad cambiará drásticamente la forma en que la gente ve la televisión. Por lo tanto, las soluciones de transmisión bidireccional se convertirán en la corriente principal en el desarrollo de decodificadores.
Las interfaces externas serán más abundantes, y la cámara digital se podrá conectar a través del puerto USB y el disco duro se podrá conectar a través de la interfaz IDE para almacenamiento de programas, etc.
El decodificador es el producto terminal de la red. En realidad, existen redes de comunicación, redes informáticas y redes de radio y televisión. Aunque la integración de las tres redes en una es una tendencia inevitable, las tres redes se han integrado en la tecnología de transmisión de la red troncal. Con el tiempo, el decodificador digital se convertirá en una puerta de enlace doméstica, que conectará el decodificador con dispositivos digitales como PC, impresoras y reproductores de DVD, y se conectará a Internet a través de módulos bidireccionales, convirtiéndose verdaderamente en un sistema de información. aparato.
4.2 Plataforma de software
Con la continua profundización de la transformación digital de las redes de televisión por cable y el uso generalizado de sistemas comerciales abiertos, los puntos de crecimiento de las ganancias de los operadores pasarán de depender de las tarifas de visualización. y tarifas de publicidad en el pasado Confíe en una variedad de aplicaciones para respaldar. Por lo tanto, los descodificadores admitirán cada vez más aplicaciones, como guías electrónicas de programas, programas PPV, programas IPPV, cuasi-vídeo a la carta, radiodifusión de datos, acceso a Internet, correo electrónico, vídeo a la carta y telefonía IP y videotelefonía. El desarrollo de las aplicaciones mencionadas anteriormente debe depender de la plataforma de software del decodificador, es decir, el middleware. Por lo tanto, la tendencia de desarrollo de los decodificadores depende en gran medida de la dirección de desarrollo de la tecnología de middleware.