交互式机顶盒的回传电路设计研究

随着全球数字电视节目开播日程表日渐逼近，机顶盒的热门程度也随之升高。目前，市面上大多数机顶盒均为单向接收功能，但只要搭配适当的双向电路，让这些盒子具备回传功能，便能成为交互式产品，可用来处理用户发出的指令。由于可作为双向电路的种类很多，所以本文将以机顶盒分类来介绍其可能的搭配方式。

数字电视地面广播(DVB-T)和有线电视(DVB-C)机顶盒是数字电视发展的过渡产品，其功能特性对数字电视技术应用至关重要，其中回传功能对开展双向业务必不可少。目前，机顶盒回传功能具有不同的实现方实，本文将阐述不同机顶盒产品及其周边组件所组成的回传电路。

DVB-T回传电路

目前台湾地区已开播数字电视，随着雅典奥运热潮，有越来越多的使用者购买地面广播(DVB-T)机顶盒，也有消费者选择购买车用机顶盒，但这两种产品目前都只能收看单向电视广播，与此同时，国内已经着手在电视广播架构上装载MHP(多媒体家庭平台)，作为互动电视的发展平台。从回传路径来看，家用机顶盒接上调制解调器，车用机顶盒接上GPRS模块是合理的发展趋势。

调制解调器

目前的机顶盒大多数是单向接收数字电视广播，并未具备回传电路，未来接上调制解调器便可以与系统头端形成双向互动，接收多媒体内容。一般来说，互动其实只有传送简单的几个使用者指令回到系统端，家用机顶盒可以利用最普及的电话线路，然后接上调制解调器便可形成回传电路。

一般的STB芯片本身可以执行调制解调器控制功能，并不需要外接另一个微控制器。ST的STB芯片即提供了外部存储器接口(EMI) 总线，可以连接调制解调器DSP(如Agere的DP2x系列)，然后再接上电话线的编解码器(如Agere的CSP1034)，便可以完成回传电路(如图1所示)。调制解调器的驱动程序也都开发完成，可支持不同的模式。主要的调制解调器模式有表中所示的三种。



GPRS模块

车用机顶盒也可以设计为交互式机顶盒，但是必需使用移动式调制解调器，而GPRS模块目前很容易获得，实际大小也只有4.3×2.9公分，虽然传输速率只有9,600/14,400bps，但已足够应用于回传信息。预计未来GPRS模块的价格持续下调之后，甚至可以内建在家用机顶盒中。如果每部家用机顶盒都有内建GPRS模块，可以方便系统业者或电视台对收视户的管理，进行收视率调查之类的双向应用。连接方式只要使用串行端口即可，硬件设计也相当容易(见图2)，不过制造商必须自行开发驱动程序及应用软件，目前已经有电信系统业者注意到这个商机，并投入相关的软件研发。



DVB-C STB回传电路

虽然目前台湾地区开播数字电视推动了地面广播机顶盒热潮，但不可忽视的是，模拟有线电视收视户仍占多数，因此，有线电视(DVB-C)机顶盒将成为由模拟迈向数字电视的重要过渡产品。此外，数字有线电视也很最容易推出付费节目以及随选信息服务，所以DVB-C朝双向互动发展将是必然的趋势。以回传路径来看，DVB-C机顶盒可由PTSN调制解调器连接电话线，但是电话线路并不见得都能随着有线电缆分布到各个房间，所以如果能使用线缆调制解调器则是最有效率的解决方案。自1999年以来，开始有系统业者提供线缆调制解调器作为收视户的回传电路。

目前的线缆调制解调器有几种标准，包括IEEE定义的IEEE802.14协议、DAVIC (数字音视频委员会)定义的DAVIC协议，以及MCNS(多媒体线缆网络系统)定义的DOCSIS和Euro-DOCSIS协议。

DOCSIS即基于线缆系统的数据接口规范的缩写，主要是用来规范美国的线缆调制解调器，以确保双向通讯速度和品质，这个规范其实原来是个人计算机使用者利用线缆调制解调器高速连接网际网络的标准，但目前则可以作为交互式DVB-C的回传电路标准。下行数据是使用6MHz的频道以64-QAM或256-QAM，ITU-J83 Annex B FEC。上行数据则是以VHF(5~42MHz)频带使用QPSK或16-QAM的调制，传送IP的互动数据。

Euro-DOCSIS则是为了兼容于欧洲8MHz频率频道所衍生的标准。下行数据是依循DVB-C标准ETS300 429/ITU-J83 Annex A FEC。下行数据位速率为2MBps，上行数据使用QPSK或16-QAM调制，其VHF频带则延伸到5~65MHz，有多出来的频宽容纳回传频道。

由于线缆调制解调器均具备USB接口可以和计算机连接，所以只要机顶盒具备USB接口也就可以接上线缆调制解调器。在此我们将USB接口分为几大类来介绍，从技术难度的层面来看，分别是USB1.1 peripheral level(外设层面)、USB1.1 host(主机)、USB2.0 host。

　USB是用来取代传统的RS232串行接口和IEEE1284并行接口。自1997年问世已有好几年，对于PC相关应用来说已是成熟的技术。 USB1.1的传输速率是12Mb/sec，USB2.0则高达480Mb/sec，而且分成Host level，Hub以及Peripheral。

对于消费性电子产品来说，作为个人计算机的peripheral level从技术上来说并不难，像是数字相机以及MP3随身听都可以和计算机联机，透过档案总管将其视为储存设备来管理。机顶盒也一样，可以加一颗串行接口转USB的IC与计算机连接，让计算机撷取机顶盒收到的内容，如果是具备硬盘的机顶盒，也可以让计算机将其视为附加硬盘来管理。只不过，由于机顶盒储存在硬盘内的档案格式(TS)仍然需要机顶盒才能读取及译码，并不是计算机可读的MPEG格式，同时GB级的档案也太大，用USB1.1传输并不实际。所以，如果机顶盒只具备USB1.1 peripheral，大部分是用来诊断内建程序及除错，或者也可以开发或更新程序。

如果机顶盒具备了USB1.1的Host功能，便可以发出指令，利用线缆调制解调器不管是外接或内建的方式，传送讯号或其它数字资料，达到回传的功能，如图3所示。若是STB核心芯片并未具备USB1.1 host，就必须外加一颗USB1.1 Host的芯片(Cypress或TransDimension提供这类芯片)。



如果机顶盒具备了USB2.0的主机功能，则不仅可用于线缆调制解调器的连接，还可以用来作为硬盘的接口，更方便设计DVR(数字录像机)，也可以与个人计算机以Host-Host联机，不过位于驱动程序的软件堆栈以及硬盘档案管理程序仍需开发。

IP Box上网盒回传电路

中华电信近来推出MOD(多媒体点播)多媒体随选信息给ADSL用户，目前传送的数据压缩格式是MPEG2，结果在压缩比不大以及频宽有限的情况下，目前可以提供的服务受到局限，未来系统端MPEG-4编码设置完成，再加上MPEG-4译码芯片普及之后，便可由网络上付费下载标准画面甚至高分辨率的影片，这将对整个DVD影片销售及出租的商业模式，将会产生巨大的结构性影响，让全球IP Box的年需求量达到千万台等级。

IP Box仅需使用一个以太网络收发器芯片便可以接上ADSL，如图4所示，也可将ADSL内建在 IP Box之内。不过，TCP/IP的软件堆栈必须向相关已开发业者签约取得，否则就得自行开发。



DMA传输电路

DMA(数据媒体适配器)和DMR(数据媒体接收器)搭配可以接收网际网络资料，也可以用来作为家用消费电子，如CD、DVD模拟/数字信号的传送设备。而DMA和DMR之间就是利用无线网卡，或者是用内建的WiFi无线网络芯片组来构建无线传输。802.11b标准是在2.4GHz载波上以11Mbps的速率传送资料，这样的频??足够传送MPEG2标准分辨率的视频压缩资料，但是未来提升到高分辨率时则不够，必须使用802.11a/g，如图5所示。



随着数字电视开播在即，机顶盒的应用也将日渐普及。在开发此类产品时，只需做一些设计改变，就能让机顶盒具备互动功能，让它具备更吸引人的特性，从而加速在市场上的推广速度。