机顶盒外置接口的选配分析

来源 :中国数字电视 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiayuanyuan001
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  摘要:本文在对比分析s端子、HDMI接口、usB、1394、Displayport及Lightpeak等接口的基础上,提出了机顶盒外置接口的配置应分三个阶段的发展思路。
  关键词:机顶盒 接口 分辨率 数字信号 码率
  
  本文主要讨论机顶盒后面板所配置的各类信号输入、输出接口。外置接口在机顶盒中的位置如图1。
  
  配置原则
  
  1,适应终端端口逐步丰富的需要。随着彩电终端从模拟转向数字,其接人端口也在不断丰富,为此,机顶盒须提供相应的信号输出接口,如S/PDI,以实现信号的高还原及伴音效果的高保真重现。
  2,支持数字电视不断丰富的各种应用功能。机顶盒要实现VOD等各项增值服务功能,除需在机顶盒中内置特定硬件外,还需要配置特定物理接口并配合相应通信协议来实现。如外挂硬盘的USB接口、CM端口、网络接口甚至1394接口等均是机顶盒应配的接口。
  3、适应不同的使用环境。如为适应壁挂式终端,机顶盒应配备WiFi接口。
  4,必要的预留。应用软件可逐步升级,但外置的硬件接口必须一次性配置,因此应适当预留一些接口以备未来一些新业务的开展。
  5,满足未来家庭多媒体信息终端的需求。随着技术的不断发展,机顶盒的功能也将逐渐向家庭多媒体网关转化,为此,其接口应当满足有线、无线技术传输的需要。
  
  主流接口性能分析
  
  1,RF接口。包括F型英制/公制接口及IEC用户直插头,机顶盒输出的射频环通口也采用RF接口,用于向另一台机顶盒提供数字电视信号或直接向电视机输出模拟信号。作为机顶盒信号输入端,如果要求机顶盒能提供画中画功能或需要其在接收、解析一路数字节目的同时,具备后台节目录制功能(通常是Ts流录制),则需配备两个RF接口,相应配置双Tuner。
  2,Av接口。属模拟接口,由黄、白、红3路接头组成,分别负责传输视频及左右声道的音频信号。其复合视频信号(CVBS)接口利用频谱交织和移频原理,将PAL/IYISC制式的色度信号安插到亮度信号的高频端传送,在显示端再利用带通滤波器及带阻滤波器或梳状滤波器,完成亮度与色度信号的分离。这种音视频分离传输的方式,避免了因音视频混合干扰而导致的图像质量下降,但由于其视频传输仍是一种亮度,色度(Y/c)混合信号,因此仍需显示设备对其进行亮/色分离及色度解码才能成像,这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失,如果显示端没有数字梳状滤波器,则不但图像质量较差且会出现亮色窜扰现象。伴音方面,每根RCA线缆传输一个声道的音频信号,立体声信号需要使用一对线缆,对于多声道系统,要根据实际的声道数量配以相同数量的线缆。AV接口一般采用RCA连接器,其屏蔽层接地。
  


  3、S端子。用于传输模拟视频信号,采用Y/C(亮度/色度)分离输出,由于亮度及色度信号分别传送,因此显示效果好于复合视频,但抗干扰能力较弱,线缆长度不能超过7米。机顶盒要输出Y/C分量信号,就要对已实现亮、色分离的数字电视信号重新进行编码、调制,返回到模拟电视信号,由于模拟电视机中梳状滤波器分离两个色差靓号的彻底性欠佳,不可避免会出现色调失真。难以体现出数字电视高清晰、高质量的优点,为此,机顶盒配置的s端子主要是针对已有模拟电视机具有Y/C分量接口的现实而采取的临时措施。s端子为四针接口,使用四芯线传送信号,接口中两针接地,另外两针分别传输亮度和色度信号。
  4、分量接口。用来传输模拟视频的分量信号,通常标记为Y/Pb/Pr。分量接口的传输效果要好于s端子,可支持传送480i/480p/576p/720p/1080i/1080p等格式的视频信号,但无法传输音频信号。对于HDTV信号及SDTV信号系统,色差信号具有不同的压缩系数及完全不同的光电变换参数和编码参数,如果用SDTV显示器兼容接收、显示HDTV电视信号,或用HDTV显示器兼容接收、显示SDTV电视信号,均会产生色调失真。分量接口也有采用YcbCr标识来表示隔行扫描色差输出,相应地YPhPr表示逐行扫描色差输出。三条信号线如果被插错,将会出现无法显示画面或图像色彩发生变异等情况。Y、Pr、Pb分量信号接口采用RCA连接器。
  5、HDMI接口。采用HDMI数字高清晰度多媒体信号接口,可大大提升图像的再现能力,同时,HDMI接口采用的最小化传输差分信号技术——TMDS。可大大提高信号传输的速度及可靠性。一个标准的HDⅧ连接包括3个不同的TMDS数据通道及1个TMDS时钟通道,视频、音频、控制和辅助信息数据通过3个数据信息通道传送。视频的像素时钟则通过时钟通道传送。由于音频、辅助、控制数据被安排在视频数据传送的消隐期传输,不占用视频数据传输的带宽及单独的通道,因此使用一根HD加数据线就可同时传输视、音频信号。
  HDMI接口具备以下优势:体积小,显示设备与信号源之间可通过自动协商,选择最合适的音视频格式;支持电视机与机顶盒之间的双向通信,可实现电视机的最佳质量重显:可自动侦测接收设备的屏幕比例,自动调整输出的宽高比以适应接收设备:可与宽带数字内容保护(HDCP)结合。实现版权保护;支持多种数字电视视频格式,可根据接收端的视频状态自动输出“YUV”或“RGB”编码的视频格式,支持各种压缩和非压缩的数字音频输出;支持长距离传输。高质量的HDMI线材长达20米也能保证优质的画质;HDMI 1.2接口可提供高达5Gbps的数据传输带宽,可保证最高质量的影音信号传送;HDMI 1.3可满足最新的1440P/WAXGA分辨率的要求。并支持更宽的重显色域;有自动音视频同步功能,支持无损音频格式DolbyTme:HD;最新的HDMI 1.4标准支持立体视频信号传输,可通过一个专用的100Mbps以太网连接通道提供数据传输功能,另外还加入了用于传输压缩格式音频信号的Audio Return信道等。
  6 S/PDIF S/PDIF接口。由SONY公司与PHLIPS公司联合制定的一种数字音频输出接口,使用双相标记编码,属调相式传输。S/PDIF仅用一根线就能传输数字音源及时钟信息,为防止传输过程中噪声导致的时基误差,在接收端要求采用Re-Clock(时基重整)技术。该接口能提供良好音质,就传输介质而言,S/PDIF属不平衡传输方式,同轴数字接口及光纤接口均属于S/PDIF接口的范畴,其光纤接口又被称之为Toslink,信号输出接口处的标识为“Optical”,同轴接口的标识为“Coaxial”。一般情况下,机顶盒配置光纤接口,以实现光信号传输是今后流行的趋势,其主要优势在于无需考虑接口电平及阻抗问题,接口灵活 且抗干扰能力更强。此外,光纤连接还可以实现电气隔离,阻止数字噪音通过地线传输,有利于提高DAC的信噪比。机顶盒S/PDIF接口输出的数字音频信号通过线缆接至数字式多媒体音箱,其PCMS/PDIF数字音频解码器具备192KHZ采样率的解码能力,在声卡中通过软件控制实现数字声音信号的D/A转换,绕过机顶盒内干扰严重的电磁波,使音质得以净化。
  7,RS-232接口。使用时与Pc的RS-232接口即COMI或COM2连接,传输速率较低,异步传输速率仅为20Kbm。接口使用一根信号线和一根信号返回线构成共地传输形式,这种模式易产生共模干扰,因此这种接口的抗噪抗干扰性弱,传输距离有限(一般为20米以内),仅供维护人员入户对故障机顶盒进行故障诊断、软件升级时使用。在增加接口转换器后,也可用其连接CM,为单向机顶盒增加回传通道,前提是机顶盒的主芯片具备双向功能。此外,在进行接口适配后,也可作为机顶盒外挂USB设备时使用。
  8,USB接口。USB接口采用的差分信号传输技术,有效克服了因天线效应对信号传输线路形成的干扰及传输线路之间的串扰,可提供高速、高可靠性的传输。USB2.0标准传输速率理论上可高达480Mbps,在实际应用中,能够达到每秒320Mbps的平均速率。外接USB设备具备通信速率的自适应性,可根据机顶盒主板的设定自动选择480Mtds、12Mb/s、1.5Mb/s三种模式中的一种;接口通过一种4线的电缆传送信号和电源,使用4个金属触点,分别为+5V取电、数据一、数据+及GND接地。时钟被调制后与差分数据一同被传送出去。每一数据包中附有同步信号以使得收方可还原出原时钟信号;USB接口具备电流输出功能,5.0V直流电压直接加在数据线上向外围设备供电,高功耗USB设备则需使用辅助电源才能正常工作。
  可提供更高速的连接能力的USB3.0在原有4线基础上,又增加了4条线用于接收和传输信号,且在信号传输的方法上采用了主机控制的异步传输;USB 3.0利用双向数据传输模式,取代了2.0的半双工模式;采用一种封包路由技术,且仅允许终端设备有数据要发送时才进行传输,取代了USB 2.0的轮流检测及广播机制;允许每一组件支持多种数据流,且每一个数据流都能够维持独立的优先级,使USB 3.0接口的数据传输更为优化,理论传输速度最大可4.80Gb/s,是USB2D的10倍,并可提供高达1000毫安的电力支持。
  利用USB接口可为机顶盒外挂USB闪盘、USB移动硬盘,通过FLASH中嵌入相应应用软件或由前端选择性下载功能性软件模块的方式,可将普通机顶盒升级为一台PVR机顶盒。鉴于电缆材质对传输效果的影响,在传输数百兆大数据流时,线缆长度不应超过3米。另外,由于各厂家的驱动程序只能驱动自家的USB存储设备,受制于机顶盒存储容量的配置及成本,目前该接口还无法支持市场上所有类型的USB存储器。
  9,1394口。也称为火线或iLink,是一个工业标准的高速串行总线,能够传输数字视音频及控制信号,传输速率为400Mbps~3.2Gbos,连接线缆对屏蔽性的要求非常高。该接口可与硬盘式MP3、数码摄像机、DVD录像机等设备连接,将机顶盒中的大容量硬盘作为家庭影音资料的存储体使用,也可通过带有1394接口的终端平板进行影象显示输出。1394接口采用4针小型四角形连接器,电缆长度通常为45米,实际应用中传输距离可达30~50米。
  10,DisplayPort接口。作为开放标准的高清数字接口,目前其已推出1.0、1.1、1.2及2.0版标准。DisplayPort接口可完美支持HDCP数字内容保护协议,并可以同时传输视音频,是一个真正实现高清一线通传输的解决方案。相对于HDMI接口,DisplayPort具有更多的优势及更高的传输带宽,且在可扩展性和外围设备兼容方面大大超越了HDMI接口。在成本方面,DisplayPort可直接驱动面板,节省了大量的电路费用及空间,且不需要支付版权费用。DisplayPort问世之初,提供的带宽就高达10.8Gb/s,可支持WQXGA+、QxGA等分辨率及30/36bit(每原色10/12bit)的色深,充足的带宽保证了今后大尺寸显示设备对更高分辨率的需求;DisplayPort主通道具有单向、高带宽、低延迟特等性,用于传输非压缩音视频数据,在4条线同时传输时数据带宽可达10.8bps,除主传输通道之外,DisplayPort还提供了一条功能强大的辅助通道,传输带宽为1Mbps,最高延迟仅为500μs,可用于连接管理及设备控制,还可作为语音、静态视频等低带宽数据的传输通道及无延迟的游戏控制。
  目前DisplayPort的外接型接头有两种:标准型及低矮型,后者主要针对连接面积有限的应用,如超薄笔记型电脑等,两种接头的最长外接距离均可达到15米,此外,DisplayPort支持热插拔,可有效避免用户误操作造成的设备损害。
  HDMI作为首个面向CRT制定的规格,其视频内容以即时、专线方式进行传输,可保证视频在流量较大时不会发生堵塞的现象,而DisplayPort一开始就针对数字型显示设备开发,采用“Micro-Packet Architecture(微封包架构)”传输架构,视频内容以封包方式传送。微封包架构的一大特色就是弹性大,不但支持DispLayPort轻松实现分屏显示功能(一条DisplayPort连接线最高可支持6条1080i或3条1080p视频流),且可在同一组Lane/Link(通道/连线)内传输多组视频,而使用交换式传输的HDMI只能在一组Link内传输一组视频。为此,有专家预言,2012~2014年DisplayPort将全面取代称DVI和LVDS并具有通用通信功能,届时,数字机顶盒配置该接口后将可实现多媒体家庭娱乐网关功能,可实时传输巨大流量音视频数据。
  11,Light Peak接口。是一种旨在将各种接口所使用的铜导线全部替换成光纤的解决方案,以实现高清显示器与个人电脑互连的新型光纤传输接口。其可通过光纤线路发送红外线信号,并将这种信号作为计算机与其他装置之间(例如电脑和显示器)的通州连接线。相对于USB 3.0采用的铜缆传输方式,light peak所采用的光纤传输具有衰减小、频带宽等优点,日前的传输带宽已达10Gbps,预计未来10年将达到100Ghps。
  在物理界面上,light peak线缆虽然使用的是USB接头,但线缆内部则采用光纤线进行连接,其所使川的光纤线缆具备足够的强度及柔性,可弯曲成直径不足1英寸的圆弧,耐久性也较以往有很大的提升,日前州来制作线缆的材料为经过特殊处理的抗弯玻璃材料。USB 3.0为了保持高传输率,只能将连接线 从5米缩短到2~3米,给人们使用带来不便,而light peak技术在保持固有传输速率的情况下传输线可长达100米,此外,light peak还拥有一些非常先进的特性,如支持多种协议、全双工传输及支持热捕拔等,为此,Light Peak技术不仅可以传输文件,而还可以用来传送视频及网络信号,这些数据的传输过程由Intel的一款功能芯片管理,该芯片可决定各种数据传送的优先级。
  日前,light peak技术已进入产品化阶段,已有专业化公司开发出了可支持两个Light Peak接口的光学模块,以在苹果Mac OSX操作系统中运行Light Peak设备,并开始开发基于Light Peak技术的实际产品,以实现在LightPeak上承载DisplayPort协议,传输带宽高达10Ghps、视频分辨率远超过1080p的高清电视节目的目标。苹果公司计划于2010年将此接口应用于Mac计算机上,2011年应用到各类随身装置,取代现行连接技术,成为iPhone/iPod的最主要的多媒体I/O接口。light peak的出现,有望将众多接口标准统一起来,创建一个通用的架构或平台,支持各种不同的协议而不会改变其他标准传输像素、图像的方式,鉴于此,将light peak接口应用于数字机顶盒以传输超高清信号将在未来变为现实。
  除了以上接口之外,为了使机顶盒能够支持更多的业务,其还应具备更多的互联接口,如USBOn-the-Go、SD卡、MMC卡和蓝牙接口、Wi-Fi等,以实现与数码相机、数码摄像机、移动硬盘、PC、笔记本电脑、PMP、智能手机、数码打印机等数字设备的无缝连接,共享音视频信息;此外,还应具备与红外遥控器的接口,以支持各类3D及体感游戏。
  
  结论
  
  机顶盒的接口配置发展无疑是一个长期的渐进的过程,随着数字电视技术、业务及用户认知度的提高,各类接口会逐步出现在机顶盒上,根据大同的实践,机顶盒的外置接口配置应采取三步走的发展战略:
  首先,在整转初期,以够用、实用为原则,支持单向数字电视广播、数字音频广播、信息资讯类数据轮播及NVOD/单向VOD业务即可,在满足需求的前提下尽量减少成本投入。
  其次,在已经完成整转进入数字电视多业务运营阶段,为配合网络双向化改造及市场化运作机制,应分别配置不同接口及相应信号处理模块,以适应各种消费水平用户的所需,获取最大运营收益。如具备HDMI接口的高清机顶盒、具备网络接口的双向机顶盒、具备外挂硬盘接口甚至直接内置大容量硬盘的PVR机顶盒等。
  第三,在未来三网融时代。机顶盒作为家庭多媒体信息网关及多媒体娱乐终端,应集成各种功能软件,并配置各类信号及网络接口(特别是无线接口)以控制所有家用智能电器的操作。
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