IPTV机顶盒的硬件结构详解

1.IPTV机顶盒的系统结构

IPTV机顶盒主要由硬件和软件两部分组成，不同档次的机顶盒所采用的系统平台不同、软件架构不同，从而所实现的功能也不同。但IPTV机顶盒系统结构可分为4层，从底层向上分别为硬件、底层软件、中间件和应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统内核及各种硬件驱动程序；中间件将应用软件和依赖于硬件的底层软件分隔开来，使应用软件不依赖于具体的硬件平台；应用软件包括本机存储的应用软件和可以下载的应用软件；IPTV机顶盒的系统结构如图5-72所示。

图5-72 IPTV机顶盒的系统结构图

2.IPTV机顶盒的硬件结构

IPTV机顶盒的硬件平台由核心控制单元、媒体处理单元及各类接口组成，如图5-73所示。

图5-73 IPTV机顶盒的硬件结构

（1）核心控制单元。核心控制单元一般采用嵌入式系统处理器芯片，可以运行实时操作系统，用以管理机顶盒的活动和资源。其系统ROM中包含有自举代码和基本的操作系统服务程序，RAM则由操作系统、应用服务程序和数据所共享。

（2）媒体处理单元。媒体处理单元一般根据机顶盒成本选用ASIC专用解码芯片或数字信号处理器，也有采用软件解码实现。该单元的功能之一是对压缩视频流和音频流进行解码。随着微处理器功能的提高，解码工作也可以完全由软件实现。机顶盒在解码前，只需根据视频流的不同压缩标准，从服务器中下载不同的解码程序，这样便可以适应各种类型的编码视音频流。

（3）媒体播放接口。媒体播放接口基本配置有复合视音频端子和S-Video端子，较高配置可有YP_bPr、YC_bC_r和数字音频输出接口。

（4）网络通信接口。网络通信接口根据网络接入方式的不同可配置成高速以太网接口、ADSL接口或无线局域网接口，甚至EPON或电缆接口。网络接口将机顶盒连接到网络上，处理有关网络协议，接收输入信息流，并通过它向服务器返回用户的控制命令。

（5）控制接口。控制接口是指用户操作控制机顶盒的接口，一般以红外遥控器为主，也有采用红外遥控键盘或WiFi技术的。

（6）外围设备扩展接口。根据用户的需要，机顶盒还应该能提供更多的外围设备扩展接口，如USB接口、串行接口、智能卡接口。除以上基本业务应用所必需的接口外，可根据业务需要配置游戏操纵杆、键盘、鼠标及打印机、磁盘驱动器、CD-ROM、录像机等其他扩展设备。

3.IPTV机顶盒硬件结构的三种类型

IPTV机顶盒与本书介绍其他机顶盒一样，其核心器件是CPU和编解码器。机顶盒功能的强弱与选择不同档次的核心器件有直接关系。目前的IPTV机顶盒的硬件平台上主要存在三种结构，即基于专用芯片（Soc+ASIC）结构、基于多媒体数字信号处理器（DSP）结构和基于X86结构的平台。

（1）基于专用芯片的结构。专用芯片内部除了包含处理器以外，还集成了一些智能模块，如视、音频输入/输出接口模块、编/解码模块等，有些集成了图像压缩、硬件加速等模块。从本质上讲，专用视频压缩芯片和通用视频处理芯片都属于片上系统（System on Chip，SoC），所不同的是前者带有固定的压缩模块、固定的处理方式和固定的微码，后者需要产品开发商开发视频压缩算法程序。

传统的基于ASIC/SoC结构的机顶盒，由于其全硬件芯片的实现方案使得运营商无法实现软件的有效升级，另外其网络适应性也存在一定问题。但基于这种结构的机顶盒成本较低，在IPTV业务起步阶段，一般由业务运营商向用户免费提供。选用专用芯片结构的机顶盒，在保证基本业务的前提下，能够使业务运营商节省运营开支，对业务推广会起到一定的作用。

（2）基于多媒体数字信号处理器的结构。基于多媒体处理器技术的IPTV机顶盒，采用了高性能数字信号处理器和嵌入式系统芯片作为硬件平台。DSP主要用于视频和音频的解码处理，嵌入式实时操作系统芯片用来控制处理从各种接口来的数据及运算需求。采用多媒体数字处理器结构可以很方便地实现MPEG-2/4视频和音频处理、H.264视频处理，同时还支持其他用于IPTV的编解码标准。考核IPTV机顶盒的首要指标就是其对媒体格式的支持能力。因为到目前为止，用于IPTV业务的媒体格式还没有统一标准，各运营商也处于测试选型阶段，因此基于多媒体数字信号处理器结构的机顶盒可以灵活编写不同编码或直接做成双解码形式。TI公司生产的TMS320DM644x数字媒体处理器能够满足IPTV机顶盒对数字信号处理器的要求。

（3）基于x86处理器的结构。对比上述两种架构的嵌入式系统，基于x86处理器架构的嵌入式系统有如下优势：首先，它可以对不同格式的文件进行编解码，如MPEG-2、MPEG-4、VC-1与H.264等，使基于这种嵌入式平台的多媒体音视频设备可以处理各种各样的片源；其次，基于x86处理器架构的机顶盒内嵌Windows CE、Windows XP Embedded等实时操作系统，具有较齐全的多媒体功能和极为丰富的应用程序，开发周期短，维护成本低，可以轻松地与PC资源共享。

4.采用EM8620芯片的IPTV机顶盒(www.xing528.com)

EM8620是Sigma Designs公司专门针对数字视频通信设计的最新一款多格式解码芯片、内嵌166MHz的32位RSIC处理器，具有丰富的音、视频接口，此外还包括外围组件互连（PCI）总线控制器和电子集成驱动器（IDE）总线接口，依托二者能够实现IP网络接入、USB外设和IDE外设（如硬盘、光驱）访问等功能。图5-74是该芯片的内部单元框图，其主要功能和特点包括：

图5-74 EM8620芯片内部单元框图

（1）能够同时支持两路标准清晰度电视节目解码，实现画中画；

（2）视频支持MPEG-2、MPEG4标清和高清解码，支持VC-1和Real的标清解码；

（3）支持DVD格式信号解码；

（4）音频支持Dolby AC-3，MPEG-1和MPEG-2的层1、2、3，MPEG-2的BC多声道层1、2、3，MPEG-2 AAC，MPEG-4AAC，Windows WMA；

（5）具有自适应去隔行功能；

（6）具有去闪烁滤波的OSD功能，色彩支持32比特/像素；

（7）具有视频、OSD、子图像和光标等4个图像层；

（8）具有PCI2.1的总线控制接口；

（9）采用2D图形加速；

（10）具有IDE接口，能够连接光驱和硬盘设备，实现电视录像和程序存储；

（11）具有NTSC/PAL复合视频及S-Video分量输出，带有可选的防录制保护；

（12）具有YP_bP_r/RGB分量；

（13）具有3路串行数字PCM音频输出，实现5.1声道环绕声；

（14）具有SPDIF（IEC60958）数字音频输出。

采用EM8620为核心IPTV机顶盒的硬件结构框图如图5-75所示，它包括PCI总线、10/100M以太网控制器、USB2.0主控制器、视频输出、DVI信号合成、音频输出、外设总线、FP/VFD和红外信号接收等多个不同的数据处理模块。

图5-75 采用EM8620为核心IPTV机顶盒的硬件结构框图