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摘要：随着国民经济的快速发展，人们生活水平不断提升，人们对高清数字电视的质量要求越来越高。机顶盒可以很好地保证用户获得高清质量的电视节目画面，而在电视机顶盒中ST7100是一款高集成度机顶盒芯片，能够同时提供双MPEG-2解码和H.264 /AVC，为高清数字电视机顶盒提供了一种高性能可靠性且价格低廉的设计方案。本文主要介绍了机顶盒的基本现状，以及ST7100的主要特点、内部结构及其应用。
关键词：高清数字电视；机顶盒；ST7100；应用
2008年5月初，北京地区的高清数字地面电视节目正式开播。其采用先进的设备制作、传输、发射高清节目信号，确保节目具有较高清晰的画面、较好的音频效果、较强抗干扰能力，给观众带来与众不同的视觉享受。
高清数字电视机通过机顶盒是将信号转换成模拟信号，并利用有线或无线电视网络作为传输信号的平台。同时，机顶盒可以让用户在现有的模拟电视机上观看到数字电视节目。根据对传输信号介质的不同，数字机顶盒可以分为有线、卫星和地面三种，其硬件结构主要区别在解调部分。本文主要基于ST7100芯片的高清数字电视机顶盒的设计方案。
1. 机顶盒的工作原理
首先，在机顶盒接收到调制后的数字电视信号后，由高频头先对数字电视信号进行下变频处理，再在射频信号下变成模拟基带信号，同时将信号加以放大。同时，对模拟基带信号进行A /D转换和解调制，变成基带数字信号，同时将信号加以放大；其次，对基带数字信号送信道进行解码处理，从而得到MPEG-2标准TS流，其包含多路节目信号， 经过对TS流进行解复用可以得到单一的视频流和音频流， 分别对它们进行MPEG - 2视频和音频解码，这样就得到原始的数字音视频信号；最后，经过音频D /A和视频D /A处理，就得到普通的音频和视频模拟信号，再将其输出至模拟彩色电视机中，最后观众就可以看到原来的精彩节目了。机顶盒的系统框图如图1所示。
2. ST7100的主要组成及结构
2.1 ST7100芯片的主要组成
高清数字电视机顶盒ST7100芯片主要集嵌入式CPU、传输流解复用/解码、音频解码、视频解码、VGA接口、图像处理、高速USB2.0 接口、数字视频接口（DV I）、高清多媒体接口（HDM I） 等功能于一体， 因此将ST7100芯片应用于高清数字电视机顶盒中具有很高的实用性。
（1）处理器核心器件
ST7100的核心CPU为主频为266 MHz 的高性能ST40， 采用SuperH 体系结构，负责控制芯片的其他部分， 包括与2个ST231CPU之间的通信。此外， 还有2个主频都是400MHz的ST231CPU用于处理音频和视频。
（2）视频解码模块及接口
STB7100可以对多种视频信号进行解码标准， 能够同时提供H.264/AVC，MPEG-2 双向解码标准，其中H.264 /AVC的广泛应用于低比特率的流媒体解码，而双MPEG - 2解码主要为PVR的应用和画中画提供了很大的方便。分辨力最高支持1 920×1 080i或1 920×720p。
（3）音频解码模块及接口
主要采用1个400 MHz的ST231 CPU 作为解码器， 它兼容了所有通用的音频标准。同时，高级音频编码（AAC）解码器，在低比特率时提高了音频功能。音频流输入可以是I2S 格式的PCM数字输入或经过内存的传输子系统内部源输入。输出接口包括S/PDIF 串行数字音频输出和24 bit 立体声模拟输出。
（4）其他外设接口
ST7100 提供了较多的外设接口供用户选择， 包括红外接口、UART接口、SmartCard 接口以及1个串行ATA硬盘接口和1个USB2.0主控制器端口等。
2.2ST7100的内部结构
ST7100是新一代高清电视机顶盒解码芯片， 在解码芯片上装了1个ST40中央处理器及2个处理音频和视频信号的ST231协处理器，这3个RISC处理器都是32位的。ST7100解码芯片是集解复用、解码和解扰于一体的高集成度单芯片解码器，为高清电视机顶盒提供了性价比高、集成度高、可靠度高的解决方案。整个芯片由处理器子系统、TS流子系统、视频/图形子系统、音频子系统及接口等5大子系统构成。其芯片结构图如图2所示。
3. ST7100的在高清数字电视机顶盒中的应用
3.1传输流的接收与解复用
ST7100芯片接收由调谐器输出的传输流数据，然后送往解复用单元。解复用的主要功能由Section 过滤器和PID过滤器完成。PID过滤器可从输入的比特流中提取32路由PID标识的不同传输包。Section 过滤器从PID 过滤器后的传输包提取32个不同的Section，此数据封装在MPEG - 2 Section中。该部分包含标准的DVB 和DES解扰器，因此可以很好地支持CA系统， ， 研究表明，DES解擾器通过使用8 组不同的解扰关键字集，能够在TS层和PES层进行解扰，并行解扰32路不同的流。传输流解复用流程图如图3所示。
3.2 视频解码与输出
经过H.264/MPEG - 2解码器对视频数据进行解码后，再通过视频输出接口输出。通过主从两个显示平台可以显示相同或者不同的两路视频出来，但是每一路设置成不同的视频格式， 每一路视频在视频时序产生器的作用下也会有不同的显示时序。通常显示缓冲区或者解码缓冲区中的视频数据通过显示处理器处理后，视频数据被设置成不同的显示格式，然后分别以不同的扫描时钟和扫描方式显示出来。
4. 结束语
机顶盒在高清数字电视中有着广阔的应用空间，机顶盒既是宽带综合信息网的重要组成之一，也是与之相关的数据压缩技术、多媒体技术、宽带网络技术和未来构建信息网络的重要组件。随着电视的广泛应用，芯片技术的迅速发展，ST7100机顶盒的功能一定会越来越多，同时机顶盒的制造费用将大大降低，ST7100机顶盒一定会有更加广阔的发展空间。
参考文献
[1] 范金慧， 刘建宏， 黄奇志， 等.中国高清产业发展状况及运营模式探讨[J].中国数字电视， 2007（ 30） ： 58- 61.
[2] 吴丽彬， 王劲林， 胡建良， 等.硬盘式高清数字电视机顶盒的研究[J].电视技术，2006（ 9） ： 37- 42.
[3] 蒋汉军， 刘卫忠， 王实.高清机顶盒的三种设计方案及其比较[J].电视技术， 2006（ 10） ： 36- 38.
关键词：高清数字电视；机顶盒；ST7100；应用
2008年5月初，北京地区的高清数字地面电视节目正式开播。其采用先进的设备制作、传输、发射高清节目信号，确保节目具有较高清晰的画面、较好的音频效果、较强抗干扰能力，给观众带来与众不同的视觉享受。
高清数字电视机通过机顶盒是将信号转换成模拟信号，并利用有线或无线电视网络作为传输信号的平台。同时，机顶盒可以让用户在现有的模拟电视机上观看到数字电视节目。根据对传输信号介质的不同，数字机顶盒可以分为有线、卫星和地面三种，其硬件结构主要区别在解调部分。本文主要基于ST7100芯片的高清数字电视机顶盒的设计方案。
1. 机顶盒的工作原理
首先，在机顶盒接收到调制后的数字电视信号后，由高频头先对数字电视信号进行下变频处理，再在射频信号下变成模拟基带信号，同时将信号加以放大。同时，对模拟基带信号进行A /D转换和解调制，变成基带数字信号，同时将信号加以放大；其次，对基带数字信号送信道进行解码处理，从而得到MPEG-2标准TS流，其包含多路节目信号， 经过对TS流进行解复用可以得到单一的视频流和音频流， 分别对它们进行MPEG - 2视频和音频解码，这样就得到原始的数字音视频信号；最后，经过音频D /A和视频D /A处理，就得到普通的音频和视频模拟信号，再将其输出至模拟彩色电视机中，最后观众就可以看到原来的精彩节目了。机顶盒的系统框图如图1所示。
2. ST7100的主要组成及结构
2.1 ST7100芯片的主要组成
高清数字电视机顶盒ST7100芯片主要集嵌入式CPU、传输流解复用/解码、音频解码、视频解码、VGA接口、图像处理、高速USB2.0 接口、数字视频接口（DV I）、高清多媒体接口（HDM I） 等功能于一体， 因此将ST7100芯片应用于高清数字电视机顶盒中具有很高的实用性。
（1）处理器核心器件
ST7100的核心CPU为主频为266 MHz 的高性能ST40， 采用SuperH 体系结构，负责控制芯片的其他部分， 包括与2个ST231CPU之间的通信。此外， 还有2个主频都是400MHz的ST231CPU用于处理音频和视频。
（2）视频解码模块及接口
STB7100可以对多种视频信号进行解码标准， 能够同时提供H.264/AVC，MPEG-2 双向解码标准，其中H.264 /AVC的广泛应用于低比特率的流媒体解码，而双MPEG - 2解码主要为PVR的应用和画中画提供了很大的方便。分辨力最高支持1 920×1 080i或1 920×720p。
（3）音频解码模块及接口
主要采用1个400 MHz的ST231 CPU 作为解码器， 它兼容了所有通用的音频标准。同时，高级音频编码（AAC）解码器，在低比特率时提高了音频功能。音频流输入可以是I2S 格式的PCM数字输入或经过内存的传输子系统内部源输入。输出接口包括S/PDIF 串行数字音频输出和24 bit 立体声模拟输出。
（4）其他外设接口
ST7100 提供了较多的外设接口供用户选择， 包括红外接口、UART接口、SmartCard 接口以及1个串行ATA硬盘接口和1个USB2.0主控制器端口等。
2.2ST7100的内部结构
ST7100是新一代高清电视机顶盒解码芯片， 在解码芯片上装了1个ST40中央处理器及2个处理音频和视频信号的ST231协处理器，这3个RISC处理器都是32位的。ST7100解码芯片是集解复用、解码和解扰于一体的高集成度单芯片解码器，为高清电视机顶盒提供了性价比高、集成度高、可靠度高的解决方案。整个芯片由处理器子系统、TS流子系统、视频/图形子系统、音频子系统及接口等5大子系统构成。其芯片结构图如图2所示。
3. ST7100的在高清数字电视机顶盒中的应用
3.1传输流的接收与解复用
ST7100芯片接收由调谐器输出的传输流数据，然后送往解复用单元。解复用的主要功能由Section 过滤器和PID过滤器完成。PID过滤器可从输入的比特流中提取32路由PID标识的不同传输包。Section 过滤器从PID 过滤器后的传输包提取32个不同的Section，此数据封装在MPEG - 2 Section中。该部分包含标准的DVB 和DES解扰器，因此可以很好地支持CA系统， ， 研究表明，DES解擾器通过使用8 组不同的解扰关键字集，能够在TS层和PES层进行解扰，并行解扰32路不同的流。传输流解复用流程图如图3所示。
3.2 视频解码与输出
经过H.264/MPEG - 2解码器对视频数据进行解码后，再通过视频输出接口输出。通过主从两个显示平台可以显示相同或者不同的两路视频出来，但是每一路设置成不同的视频格式， 每一路视频在视频时序产生器的作用下也会有不同的显示时序。通常显示缓冲区或者解码缓冲区中的视频数据通过显示处理器处理后，视频数据被设置成不同的显示格式，然后分别以不同的扫描时钟和扫描方式显示出来。
4. 结束语
机顶盒在高清数字电视中有着广阔的应用空间，机顶盒既是宽带综合信息网的重要组成之一，也是与之相关的数据压缩技术、多媒体技术、宽带网络技术和未来构建信息网络的重要组件。随着电视的广泛应用，芯片技术的迅速发展，ST7100机顶盒的功能一定会越来越多，同时机顶盒的制造费用将大大降低，ST7100机顶盒一定会有更加广阔的发展空间。
参考文献
[1] 范金慧， 刘建宏， 黄奇志， 等.中国高清产业发展状况及运营模式探讨[J].中国数字电视， 2007（ 30） ： 58- 61.
[2] 吴丽彬， 王劲林， 胡建良， 等.硬盘式高清数字电视机顶盒的研究[J].电视技术，2006（ 9） ： 37- 42.
[3] 蒋汉军， 刘卫忠， 王实.高清机顶盒的三种设计方案及其比较[J].电视技术， 2006（ 10） ： 36- 38.