机顶盒接口的调查研究

；t 蒗 术 交 流 杨晓一等：机顶盒接口的调查研究 文章编号：1006-6268(2010)01—0028—07 机顶盒接口的调查研究 杨跷一。张炜，赵泉。陈彦字，金博 (华北电力大学电气与电子工程学院。北京102206) 摘要：文章介绍了机顶盒接口的两大主要部分——视频编码和视频传输的发展。视频编码部 分分别介绍了视频编码和视频编码经典技术；视频传输部分主要介绍了传输视频的接口的 发展。 关键词：机项盒接口；视频编码技术；视频编码标准 中图分类号：TN949．197 文献标识码：B StudyandInvestigationofInterfaceofSet-TopBox YANGXiao-yi，ZHANGWei，ZHAOQuan。CHENYan-yu，JINBo (InstituteofElectricalandElectricEngineeringofNorthChinaElectricPowerUniversity， Beijing102206，China) Abstract：Inthispaper，thedevelopmentoftwomajorpartoftheset_topboxinterface—the developmentofvideocodingandthedevelopmentofthevideotransmissionisintroduced． Thevideoencoding，respectively，introducedthevideoencodingstandardandvideo encodingclassicaltechniques；theevideotransmissionintroducedthedevelopmentofsome majorinterfacevideotransmission． Keywords：Set—topboxinterface；videocodingtechniques；videocodingstandard 引 言 尽管全球经济持续低迷，但预计2009年全球 机顶盒出货量仍将比上一年度增加10％左右。电视 机作为普通民众最经济的娱乐方式之一，即使在经 济困难时期所受的影Ⅱ向也相对较小。因此，机顶盒行 业成为消费电子领域中少有的能保持增长的行业之 一。目前，我国已经成为世界最大的机顶盒出口国， 70％的产品用于出口。占全球出口量的一半以上，主 要出口地为欧盟。与此同时，我国还拥有完整的机顶 盒产业链和庞大的生产群体，年产机顶盒5，000多 万台，且以年均50％以上的速度高速增长|1I。 根据《广播影视科技“十五”和2010年远 景规划》，2010年中国将全面实现数字广播电视， 2015年将停止模拟广播电视的播出。毋庸置疑，数 字电视节目的普及已成为必然趋势，而中国现行的 “模拟电视+机顶盒”的转换形式使机顶盒市场蕴藏 了巨大商机。面对潜力巨大的机顶盒市场，国内外厂 商纷纷涌入这一行业。目前终端设备制造商不仅包 括家电巨头海尔、长虹、TCL、康佳、创维，还有lT企 28现代显示AdvancedDisplay Jan．2010，总第108-J辋 收稿日期：2009-09—28 万方数据 杨晓一等：机顶盒接13的调查研究 业清华同方、浪潮、中兴通讯、实达等，甚至包括跨国 巨头摩托罗拉、飞利浦等。在机顶盒产业链中，除了 上游芯片厂商、操作系统供应商、内容提供商等，最 主要的便是机顶盒生产厂商。机顶盒生产厂商对机 顶盒的研究主要集中在开发研制机顶盒的交互功能 等高端功能，用户却希望机顶盒除了能够实现它的 基本功能(增加电台、作为数字化的桥梁)以外，还能 够使电视机的画面更为清晰。这就要求通过机顶盒 处理的电视节目的有效信息量损失减少，电视机收 到的电视节目的有效信息量增加。本文希望通过研 究改进机顶盒的视频编码和机顶盒的硬件接口两部 分来达到这一要求，所以对机顶盒的视频编码和硬 件接口部分进行了调查，并做了详细总结。 1 机顶盒及机顶盒接口简介 机顶盒目前还没有标准的定义，从广义上说，凡 是与电视机连接的网络终端设备都可称之为机项 盒。从过去基于有线电视网络的模拟频道增补器、模 拟频道解码器，到将电话线与电视机连接在一起的 “维拉斯”上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器 (integratedreceivedecoder，lRD)、数字地面机顶 盒以及有线电视数字机顶盒都可称为机顶盒。而从 狭义上说，如果只涉及数字设备的话，那么按主要功 能则可将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星机顶盒 (DVB—S)、数字地面机顶盒(DVB—T)、有线电视数 宇机顶盒(DVB—C)和最新出现的IPTV机顶盒等。 通常数字电视机顶盒主要包括硬件和软件两大 部分。硬件结构由主芯片、内存、调谐解调器、回传通 道、CA(conditionalaccess)接口、外部存储控制器 及视音频输出等几大部分构成：软件结构可以分成 三个主要的层：应用层、中间解释层和驱动层：每一 层都包含了诸多的程序或接口等。 机顶盒接口主要由编码器、视频数字模拟转换 器(DAC)、输出接口等部分构成。编码器用于对输入 的数字视频信号进行数字编码。编码前，先将输入的 视频信号处理成同时传输的R、G、B信号，再经过数 字编码，产生亮度和色差信号的Y、U、V基带信号， 这些信号分别经过亮、色处理并相加后送往视频数 字模拟转换器，转换后通过输出接口将信号输出。本 文主要介绍视频编码和输出接口，对视频数字模拟 转换器不作介绍。 2 视频编码标准和视频编码方法的 调查研究 2．1视频编码标准 所谓数字视频技术就是指通过特定的压缩技 术，将某种视频格式的文件转换成另一种视频格式 文件的方法。数字视频技术广泛应用于计算机、广播 电视、通信等领域，带来了可视电话、视频会议等一 系列应用，由此视频编码标准应运而生。本文按照从 H．261到H．264的顺序介绍视频编码标准的进展。 2．1．1 H．261视频编码标准 H．261是1990年国际电信联盟远程通信标准 化组(ITU—T)制定的第一个实用的数字视频编码标 准，它是为在综合业务数字网(1SDN)上实现电信会 议应用，特别是面对面的可视电话和视频会议而制 定的，它详细制定了视频编码的各个部分，包括运动 补偿的帧间预测、DCT变换、量化、熵编码，以及与固 定速率的信道相适配的速率控制等部分。其编码时 基本的操作单位称为宏块，只对CIF和QCIF两种 图像格式进行处理，每帧图像分成图像层、宏块组 (GOB)层、宏块(MB)层、块(Block)层来处理。实际 的编码算法类似于MPEG算法，但不能与后者兼 容，实际上H．261标准仅仅规定了如何进行视频的 解码(后继的各个视频编码标准也继承了这种做 法)。因此，开发者在编码器的设计上拥有相当大的 自由来设计编码算法，只需编码器产生的码流能够 被所有按照H．261制造的解码器解码就可以。 2．1．2H．262视频编码标准 H．262是由ITU-T的VCEG组织和ISO／IEC 的MPEG组织联合制定的，正式名称是“lTU—T建 议H．262”和“ISO／IEC13818—2”，这两个标准在所 有的文字叙述上都是相同的。H．262视频编码标准 通常用来为广播信号提供视频和音频编码，包括数 字卫星电视、有线电视等。它支持隔行扫描和逐行扫 描，在逐行扫描模式下，编码的基本单位是帧；在隔 行扫描模式下，编码的基本单位可以是帧也可以是 场。但是由于它只能提供较小的传输速率，因此可提 供的节目很有限。 2．1．3H．263、H．263+和H．263++视频编码标准 H．263是由I丁U—T制定的应用于视频会议的低 码率视频编码标准，它于1995年完成，是最早用于 低码率视频编码的标准，属于视频编解码器。H．263 Jan．2010，总第108期 现代显示AdvancedDisplay29 蒗 术 交 流 万方数据 技 术 交 琥 杨晓一等：机顶盒接口的调查研究 最初设计是为基于H．324的系统进行传输(即基于 公共交换电话网和其它基于电路交换的网络进行视 频会议和视频电话)。H．263的编码算法与H．261基 本一致，但做了一些改善，使H．263标准在低码率下 能够提供比H．261更好的图像效果。H．263与H． 261相比采用了半像素的运动补偿，数据流层次结 构的某些部分在H．263中是可选的，使得编解码可 以配置成更低的数据率或更好的纠错能力，且H． 263支持5种分辨率。 ITU—T在H．263发布后于1998年又修订发布 了H．263标准的版本2，非正式的命名为H．263+ 标准，也称为H．263V2标准。H．263+标准保持了原 先版本H。263的所有技术，但是通过增加几个附录 从而显著地提高了编码效率，并提供了其它的一些 能力。原H．263标准限制了其应用的图像输入格式， 仅允许5种视频源格式。而H．263+标准则允许更 大范围的图像输入格式，并自定义图像的尺寸，从而 拓宽了标准的使用范围，使之可以处理基于视窗的 计算机图像、更高帧频的图像序列及宽屏图像。 为提高压缩效率，H．263+采用先进的帧内编码 模式，增强的PB一帧模式改进了H．263的不足，增强 了帧间预测的效果，去块效应滤波器不仅提高了压缩 效率，而且提供重建图像的主观质量。 为适应网络传输，H．263+增加了时间分级、信 噪比和空间分级，对在噪声信道和存在大量包丢失 的网络中传送视频信号很有意义。另外，片结构模 式、参考帧选择模式增强了视频传输的抗误码能力。 ITU—T于2000年修订发布了H．263标准的版 本3——H．263++，也称为H．263V3。H263++在 H263+的基础上增加了3个选项，主要是为了增强 码流在恶劣信道中的抗误码性能，同时提高了编码 效率。这3个选项为： 选项U——称为增强型参考帧选择，它能够提 供增强的编码效率和信道错误再生能力(特别是在 包丢失的情形下)，需要设计多缓冲区用于存贮多参 考帧图像：选项卜称为数据分片，它能够提供增强型 的抗误码能力(特别是在传输过程中本地数据被破 坏的情况下)，通过分离视频码流中DCT的系数头 和运动矢量数据，采用可逆编码方式保护运动矢量： 选项W—一在H263+的码流中增加补充信 息，保证增强型的反向兼容性，附加信息包括：指示 采用的定点lDCT、图像信息和信息类型、任意的二 进制数据、文本、重复的图像头、交替的场指示、稀疏 的参考帧识别。 2．1．4H．264视频编码标准 在H．263之后，ITU—T(在与MPEG的合作下) 的下一代视频编解码器是H．264。1996年制定H． 263标准后，ITU—T的视频编码专家组(VCEG)开始 了两个方面的研究：一个是短期研究计划，在H．263 基础上增加选项(之后产生了H．263+与H．263++)： 另一个是长期研究计划，制定一种新标准以支持低码 率的视频通信。长期研究计划产生了H．26L标准草 案，在压缩效率方面与先期的lTU—T视频压缩标准 相比，具有明显的优越性。2001年，ISO的MPEG 组织认识到H．26L潜在的优势，随后ISO与ITU开 始组建包括来自ISO／IECMPEG与lTU—TVCEG 的联合视频组(JvT)，JVT的主要任务就是将H．26L 草案发展为一个国际性标准。于是，在lSO／IEC中该 标准命名为AVC(advancedvideocoding)，作为 MPEG一4标准的第10个选项：在ITU—T中正式命 名为H．264标准。H．264最初的目标是希望新的编 解码器能够在比以前的视频标准(比如H．263)低很 多的码率下(比如说一半或者更少)提供很好的视频 质量，同时，并不增加很多复杂的编码工具，使得硬 件难以实现。另外一个目标是可适应性，即该编解码 器能够在一个很广的范围内使用(比如说，既包含高 码率也包含低码率，以及不同的视频分辨率)，并且 能在各种网络和系统上(比如组播、DVD存储、 RTP／IP包网络、ITU—T多媒体电话系统)工作。它的 应用范围包括可视电话、视频会议、TV、DVD以及硬 盘存储、流媒体、数字摄影、数字视频制作等等。和现 有的视频编码标准，如MPEG一1、MPEG一2、 MPEG一4ASP相比，H．264可以提供至少1倍以上 的更加出色的压缩效率。H．264／MPEG一4AVC的核 心技术与之前的标准相同，仍采用基于预测变换的 混合编码架构，基本处理设有过大的改变(预测、变 换、量化、熵编码)，但其通过对每个细节的特别处理 使整体效率得到提升，另外NAL概念的标准化使其 利于适应各种网络条件下的传输。H，264／AVC包含 了一系列新的特性： (1)多参考帧运动补偿。比起以前的视频编码标 准，H．264以更灵活的方式使用已编码的更多帧来 作为参考帧。以往的编解码技术在对P帧(场)图像 30现代显示AdvancedDisplay J柚．2010，总第188期 万方数据 杨晓一等：机顶盒接口的调查研究 进行帧问预测时，只允许以前一个J图像或P图像 为参考帧，对B图像进行预测时只允许以前后两个I 图像或P图像为参考图像。H．264允许在Refer— enceBuffer中的多个图像中选取一个(P预测方 式)或两个(B预测方式)图像作为参考图像，参考图 像甚至可以是采用双向预测编码方式的图像； (2)变块尺寸运动补偿。使用最大16X16、最小 4×4的块来进行运动估计与运动补偿，这样能够对 图像序列中的运动区域进行更精确的分割。解码器 端可以指定当P片或B片中的宏块在做帧内预测 时，不使用相邻的非帧内编码宏块作为参考，来阻止 错误在空间上的蔓延： (3)1／4像素精度的运动估值。提供了更高精度 的运动块预测，由于色度通常是亮度抽样的1／2，通 过取整数像素位置和1／2像素位置像素值均值的方 式获得1／4像素位置的值。采用高精度运动估计提 高了编码效率： (4)基于上下文的二元算数编码(CABAC)和基 于上下文的变长编码(CAVLCo使用Exponen— tial—Gotomb(Exp—Golomb)的简单的熵编码， 对既不是用CABAC也不是用CAVLC的语法元素 进行编码： (5)冗余条带。编码器利用该技术可以发送图像 某区域(或者全部)的另一个编码表示，使得当主表 示发生错误或者丢失的时候，能够用冗余的第二个 编码表示来解码： (6)补充增强信息(supplementalenhance— mentlnformation，SEI)和视频可用信息(videoUS— abilityinformation，VUf)： (7)辅助图层(auxiliarypictures)： (8)图像顺序计数。H．264除了具备以上的新特 点外，还具备柔性宏块排序、整数变换、分层编码、错 误约束机制、错误掩盖技术及高效的比特流切换技 术等等。 2．1．5其它视频编码标准 除上述lTU—T的视频压缩标准外，还有一些标 准也比较流行，如MPEG一4、AVS和WM9视频编 码标准。 H．264也称为MPEG一4AVC，而目前业内所说 的MPEG一4一般是指SP(简级)或ASP(先进的简 级)，主要针对低码率应用，如因特网上的流媒体、无 线网的视频传输及视频存储等，其核心类似于H． 263。 MPEG一4SP和H．263有很多相似的地方，然 而，这两个标准之间也有显著的不同，主要表现在： 码流结构和头信息、熵编码的部分码表、编码技术的 一些细节。MPEG一4ASP较SP增加了一些技术， 主要有：1／4像素精度的运动估计、B帧、全局运动矢 量(GMV)，因而压缩效率得以提高o AVS是由我国自主制定的音／视频编码技术标 准，主要面向高清晰度电视、高密度光存储媒体等应 用。AvS标准以当前国际上最先进的MPEG一4 AVC／H．264框架为基础，强调自主知识产权，同时充 分考虑实现的复杂度。相对于H．264，AVS的主要特 点有：8×8的整数变换与64级量化：亮度和色度帧 内预测都是以8X8块为单位，亮度块采用5种预测 模式，色度块采用4种预测模式；采用16X16、16× 8、8X16和8×8四种块模式进行运动补偿；在1／4 像素运动估计方面，采用不同的四抽头滤波器进行 半像素插值和1／4像素插值：P帧可以利用最多2 帧的前向参考帧，而B帧采用前后各一个参考帧。 WindowsMedia9(WM9)是微软公司开发的 新一代数字媒体技术。一些测试表明，WM9的视频 压缩效率比MPEG一2、MPEG-4SP及H．263高很 多，与H．264的压缩效率相当。 2．2视频编码方法 2．2．1 第一代编码方法 第一代编码方法是基于波形基的图像压缩方 法，其特点是：相对简单：编码的基本实体是像素或 像素块：基本上不考虑人的视觉系统(HVS)对编码 图像的影响：重点是码字分配。第一代编码方法主要 有预测编码、变换编码和统计编码，也称为三大经典 编码方法o (1)预测编码 预测编码是根据离散信号之间存在着一定关联 性的特点，利用前面一个或多个信号预测下一个信 号，然后对实际值和预测值的差(预测误差)进行编 码。如果预测比较准确，误差就会很小。在同等精度 要求的条件下，就可以用比较少的比特进行编码，以 达到压缩数据的目的。预测编码中典型的压缩方法 有脉冲编码调制(PCM)、差分脉冲编码调制 (DPCM)、白适应差分脉；中编码调制(ADPCM)等。 预测编码方法简单经济，编码效率较高： Jan．2010，总第108期 现代显示AdvancedDisplay31 技 术 交 琉 万方数据 技 术 突 ，魂 杨晓一等：机顶盒接口的调查研究 (2)变换编码 预测编码认为冗余度是数据固有的，通过对信 源建模来尽可能精确地预测源数据，去除图像的时 间冗余度。但是冗余度有时与不同的表达方法也有 很大的关系。变换编码的基本思想是将原始数据 “变换”到另一个更为紧凑的表示空间，去除图像的 空间冗余度，得到比预测编码更高的数据压缩。基 本方法是将数字图像分成一定大小的子图像块，用 某种变换对子图像块进行变换，得到变换域中的系 数矩阵，然后选用其中的主要系数进行量化和编 码，图像显示时再经过逆变换可重构原来的图像。 目前，国际上已经制定了基于离散余弦变换的静止 图像压缩标准JPEG和运动图像压缩标准MPEG 等一系列标准； (3)统计编码 统计编码的基本思想是：主要针对无记忆信源， 根据信息码字出现概率的分布特征进行压缩编码， 寻找概率与码字长度间的最优匹配。常用的统计编 码有游程编码、Hu什man编码和算术编码三种。 以上列举出的一些经典编码技术可以称为“第 一代”视频(图像)编码技术。这些编码技术都是非常 优秀的纹理编码方案，能够在中等压缩率的情况下， 提供非常好的图像质量，但在非常低的位率情况下， 无法为一般的序列提供令人满意的质量o 2．2．2过渡编码技术 过渡编码技术是一类充分利用人类视觉特性的 “多分辨率编码”方法，如子带编码、塔形编码和基于 小波变换的编码。这类方法使用不同类型的一维或 二维线性数字滤波器，对视频(图像)进行整体的分 解，然后根据人类视觉特性对不同频段的数据进行 粗细不同的量化处理，以达到更好的压缩效果。这类 方法原理上仍属于线性处理，属于“波形”编码，可归 入经典编码方法，但它们又充分利用了人类视觉系 统的特性，因此可以被看作是“第一代”编码技术向 “第二代”编码技术过渡的桥梁。过渡编码技术的经 典编码方法如下： (1)子带编码技术 子带编码是一种高质量、高压缩比的图像编码 方法，它早已在语音信号压缩编码中获得了广泛的 应用。其基本依据是：语音和图像信号可以划分为不 同的频域段，人眼对不同频域段的敏感程度不同。例 如图像信号的主要能量集中在低频区域。它反映图 像的平均亮度，而细节、边缘信息则集中在高频区 域。子带编码是一种在频率域中进行数据压缩的方 法。在子带编码中，首先用一组带通滤波器将输入信 号分成若干个在不同频段上的子带信号，然后将这 些子带信号经过频率搬移转变成基带信号，再对它 们在亏纳斯特速率上分别重新取样。取样后的信号 经过量化编码，并合成一个总的码流传送给接收端。 在接收端，首先把码流分成与原来的各子带信号相 对应的子带码流，然后解码，将频谱搬移至原来的位 置，最后经带通滤波、相加，得到重建的信号： (2)基于小波变换的编码技术 基于小波变换的编码技术具有特别重要的意 义，它不仅为多分辨率分析、时一频分析和子带编码 建立了统一的分析方法，提供了更合理的表示框架， 而且它体现着小波分析这一新型分析方法的优越 性。目前小波变换在视频(图像)编码中的应用研究 主要有：正交小波基的选择(小波包法)、小波变换与 各种量化方式的结合、小波变换在分形法中实现初 级分形、小波变换用于运动估值等方面。可以说，小 波变换法处于当前视频(图像)编码首选方法的位 置。一方面，它有快速算法，实现起来简单方便、速度 快，可暂时弥补“第二代”编码技术的不足：另一方 面，它有着先进的分析方法，可有效提高现有标准的 水平，实现突破性进展。因此人们对它的热衷也就不 足为奇了。 2．2．3第二代编码方法 为了克服第一代视频(图像)编码技术的局限 性，Kunt等人于1985年提出了“第二代”视频(图 像)编码技术。第二代编码方法充分利用人眼视觉系 统的生理和心理视觉冗余特性以及信源的各种性 质，以期获得高压缩比，这类方法一般要对图像进行 预处理，将图像数据根据视觉敏感性进行分割。按照 处理方法不同，第二代编码方法主要有：基于分形的 编码、基于模型的编码、基于区域分割的编码和基于 神经网络的编码等。 (1)基于分形的编码 分形编码是在分形几何理论的基础上发展起来 的一种编码方法。分形理论是欧氏几何相关理论的 扩展，是研究不规则图形和混沌运动的一门新科学。 它描述了自然界物体的自相似性，这种自相似性可 以是确定的，也可以是统计意义上的。这一理论基础 决定了它只有对具备明显相似性或统计相似性的图 32现代显示AdvancedDisplay Jan．2010，总第108期 万方数据 杨晓一等：机顶盒接口的调查研究 像，例如海岸线、云彩、大树等才有较高的编码效率。 而一般图像不具有这一特性，因此编码效率与图像 性质学有关，而且分形编码法实质上是通过消除图 像的几何冗余来压缩数据的，根本没考虑人眼视觉 特性的作用： (2)基于模型的编码 基于模型或知识的方法，是在编码端通过各种 分析手段，提取所建模型的特征与状态参数。在解码 端依据这些参数，通过模型及相关知识生成所建模 型的信源。这类方法是把计算机视觉和计算机图形 学中的方法应用到视频(图像)编码： (3)基于区域分割的编码 基于区域分割与合并的视频(图像)编码方法， 是根据图像的空域特征将图像分成纹理和轮廓两部 分，然后分别对它们进行编码。该方法一般可分为三 步来完成，即预处理、编码和滤波。预处理将图像分 割成纹理和轮廓两部分，选取分割方法是关键，它直 接影响图像编码的效果，分割之后图像成为一系列 相连的小区域。对纹理可采用预测编码和变换编码， 对轮廓则采用链码方法进行编码。这种方法较好地 保存了对人眼十分重要的边缘轮廓信息，因此在压 缩比很高时解码图像质量仍然很好： (4)基于神经网络的编码 神经网络法是模仿人脑处理问题的方法，通过 各种人工神经元网络模型对数据进行非线性压缩。 人工神经网络是一个非线性动态网络，工作过程一 般分训练和工作两个阶段。训练阶段就是使用一些 训练图像和训练算法，调整网络的权重，使重建图像 的误差最小。目前直接用于图像压缩编码的神经网 络主要有反向误差传播(bp)型和自组织映射(ko— honen)型。 第二代编码方法充分利用了计算机图形学、计 算机视觉、人工智能与模式识别等相关学科的研究 成果，为视频(图像)压缩编码开拓了广阔的前景。但 是由于第二代编码方法增加了分析的难度，所以极 大增加了实现的复杂性。从当前发展情况来看，第二 代编码方法仍处于深入研究的阶段。例如，分形法由 于图像分割、迭代函数系统代码的获得是非常困难 的，因而实现起来时间长，且算法非常复杂。模型法 则仅限于人头肩像等基本的视频(图像)上，进一步 的发展有赖于新的数学方法和其它相关学科的发 展。神经网络的工作机理至今仍不清楚，硬件研制不 成功，所以在视频(图像)编码中的应用研究进展缓 慢，目前多与其它方法结合使用。但由于巨大压缩性 能的潜力，人们都致力于这些新方法的研究。 3视频输出接口 随着科技的不断深入，传输视频的接口也越来 越令人眼花缭乱，总体来说，分为四大类型：传统模 拟电视接口、HDTv模拟接口、数字接口、无线接口。 下面就各种接口做简单的介绍o 3．1 传统模拟电视接口 (1)射频接口，即天线输入接口，现行电视标准 接口，国标的各项指标都是以这个接口来定义的。接 收的是射频信号，是多种信号调制在一起的，频率范 围为49．75。863．25MHz： (2)AV接口，也叫视频端子，接收的是不包含 音频的彩色全电视信号(CVBS)，由于它没有经过调 制和解调这个过程，避免了在传输过程中的一些信 号损伤，所以它的图像效果一般比天线输入的信号 要好一些。视频带宽为6MHz，音频另外走线； (3)S端子接口，也叫S—VHS或Y／C输入端 子，由于它是将视频信号分离成亮度信号和色度信 号，因此消除了亮度和色度信号之间的互相干扰，使 图像的清晰度有所提高。为了达到这个效果，索尼、 创维等公司在市面上推出了一些具有3D梳状滤波 器的彩电，使射频信号也可以接近Y，C输入信号的 质量。亮度信号带宽6MHz，色度信号调制在 4．43MHz，音频另外走线： (4)分量输入端子，也叫YCrCb输入，是在Y／C 信号的基础上，进一步把C信号作解调处理，得到 Cr和Cb的基带色度信号。由于这种信号是没经过 调制的亮度、色度的信息，可实现亮度恒定传输，并 且它与黑白信号有良好的兼容性(不要CrCb信号 就是仅含黑白内容的亮度信号)，成为电视台原始记 录编辑的信源。为此，在以后的数字传输、数字压缩 等领域，都是对YCrCb进行数字化处理。它的亮度 信号带宽为6MHz，色度信号带宽为1．3MHz，音频 另外走线： (5)欧洲的21针插座，包含RGB隔行信号、行 场同步信号、伴音信号、视频输出信号等一体化的插 座，国内不用。 Jan．2010，总第108期 现代显示AdvancedDisplay33 技 术 交 流 万方数据 技 术 交 流 杨晓一等：机顶盒接口的调查研究 3．2 HDT、厂模拟接口 (1)YPrPb接口，有人把它叫做逐行分量信号 接口，一般这个接口都要能支持480P、720P、1080I 等各种高清信号和标清信号。由于现在各种标准较 多，这个接口没有一个具体的接收标准，目前一个业 内默认的事实是拥有这个接口并能接收10801信 号，但又无HDTv射频接口，我们可称之为HDTv MONITOR或HDTvREADY： (2)VGA接口，电脑上的标准接口，可接收的信 号有VGA、3SVGA、XGA、SXGA、UXGA等几百种逐 行信号，具体的标准可参照VESA标准一一比对。一 般通过VGA接口传输三类信号：RGB三基色信号、 行场同步信号、DDC识别信号(一种通过IIC串口识 别监视器的最佳分辨率，由主机自动设置输出格式 的通讯方式)。这本来是电脑的标准接口，但这一两 年国内外许多电视厂商也把它应用在电视上面，但 一般只支持VGA、SVGA等几个有限的信号。因为有 些高清信号源也作了VGA接口输出，所以也可以把 它算作HDTv模拟接口。 3．3数字接口 (1)HDTv射频接口，外观与普通射频接口没有 差别，但处理的是经过编码调制的数字信号，目前国 内标准还未出来，国外已有几种制式，从地域分有欧 洲、美洲和日本之区别，从传输媒介来分有有线、开 路、卫星几个标准。由于是射频传输，要经过压缩，存 在传输中的衰减问题，有信号损失现象； (2)DVI接口，英文全称为DigitalVisuaIInter— face。这个接口在国外，尤其是在日本被广泛应用于 电脑的传输上，以代替VGA接口，它接收的信号也 是VESA标准的信号，但它是在数字域里传输的，也 就是说电脑主机出来的是数字信号，监视器接收的 也是数字信号oDVI是在1999年由康柏、富士通、惠 普、IBM、INTEL、NEC及SILICONIMAGE等几大公 司联合领导的数字显示工作组(digitaldisplay workinggroup)所创立的。它通过一个将24Bit的数 字RGB信号压缩成几组TMDS信号的专用芯片， 以最高可达到4．95Gbps的速率进行信号的传输， 同时也支持DDC通讯。目前已有一些电视厂商将其 应用在高端彩电中： (3)HDMl接口，英文全称为HighDifinition- mu⋯MediaInterface。美国好莱坞电影制作室为了 对其生产的电影进行版权保护，联合SILICON— MAGE公司制定了High—bandwidthDigitaICon— tentProtection(HDCP)标准，用于防止电影内容通 过DVI接口实施拷贝。其基本的方法是在发送和接 收芯片内都设置授权密码，通讯方式也采用上面已 叙述到的DDC通讯。目前这个标准已得到日立、 JNTEL、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊、东芝等众多厂 商的认可。值得注意的是这个接口基本与原来的 DVl接口相仿，但已把数字的音频信号也压缩进去 传输了，其原始的音频信源格式一般为DolbyDigi— taI和DTS环绕等，视频信号为高清晰度数宇分量格 式： (4)IEEEl394接口，也称FireWire或DV接 口。这也是一个纯数字接口，信号损失少，图像与声 音一起传输，它是将各类数字视频信号压缩成 LvDS信号传输的。目前市面上的所有miniDV数码 摄像机已将此接口作为标准接口。其相对于上文中 所有接口的最大优势是支持完全的双向通讯，既可 将外部信源的信号输入显示，也可将电视的信号送 给录制设备去保存。另外它可以互连互通，一般在显 示设备上做两到三个IEEEl394接口，可实现与所 有设备的互连互通，省去了其它接口。如果与计算机 相连，可以成为计算机的一个标准外设，将来可以通 过计算机实现所有的编辑、录制等一系列功能。它的 最大传输率已达到1．2Gbps，也已经适合传输 HDTv信号： (5)USB接口，目前传输速率最大只有480 Mbps，若传输无压缩的HDTv信号，速率低了一些， 但要在端口上加MPEG压缩芯片和解压芯片，成本 会提高，而且图像会有损失o 3．4无线接口 (1)IEEE802．15，也就是蓝牙系统。蓝牙 技术是一种用于替代便携或固定电子设备上使用的 电缆或连线的短距离无线连接技术，其设备使用全 球通行的、无需申请许可的2．45GHz频段，可实时 进行数据和语音传输，传输速率可达到10Mbps，在 支持3个话音频道的同时，还支持高达723．2kbps 的数据传输速率，可以看出，它的传输率只适合语音 的传输，对于图像来说远远不够： (2)lEEE802．11协议，1997年6月，IEEE出台 了802．”标准，它主要用于解决办公室局域网和校 (下转第42页) 34现代显示AdvancedDisplay Jan．2010，总第108期 万方数据 吴颖高：LED视频同步系统技术突破 卡加接收卡的结构相比，少一个发送环节，这样不仅 节省了成本，也提高了稳定性。 通过对网络传输模块的严格设计和极高的PCB 设计工艺，本系统用国产的超五类网线，传输距离最 远能够达到170米，可靠传输距离达到140米，方 便工程布线。 2．3．3更大的带载面积。成本更低 本系统采用了优化FPGA软件结构，单卡的带 载面积最大能达到684X256，相对传统的接收卡， 带载面积提高了大约20％，这意味着成本的节省。 貔一*麓3结论 本文介绍的D801控制系统同市场普通驱动芯 片组合使用，就可完成14位的反Gamma变换，能 在1时起灰，大大减少了LED显示图像色彩时的损 失。而系统采用的千兆网卡传输技术，也简化了系统 的硬件结构，提升了系统的性能和稳定性。 作者简介：吴颖高(1959一)，大连达明科技有限公司 董事长兼总经理，模型专家、教授级高级工程师、英 国威尔士大学博士。多年从事LED技术开发、项目 开发工作和企业管理工作，曾承担多项国家部委项 目和工程，主要负责国家科技部<1001m／W功率型 白光LED制造技术>，国家发改委<高亮度蓝绿发光 二极管芯片产业化>，辽宁省科技厅<小体积功率型 发光二极管芯片产业化)等项目，并在国家级刊物发 表论文30篇oE—mail：yinggw@l26．corno (上接第34页) 园网中用户终端的无线接入问题，数据速率最高可 达2Mbpso以后陆续推出了802．”a、802．11b、 802．119等多个标准，以目前这个标准中最高的 802．119来讲，在2．4GHz频带上速率最高可达到 54Mbps，基本可以传输一些对实时性或图像质量要 求不高的图像。但关键在于它的成本目前很高，市面 上支持802．119的网卡最低是800元，如果再加上 解压芯片、解码芯片、存储类芯片、控制芯片，成本已 高过目前的数字电视机芯，那么电视上加装这样的 装置，很明显是不合适的o 4结论 本文对机顶盒的视频编码部分和机顶盒的硬件 接口部分分别进行了介绍。按照视频编码标准的修 订发布时间，详细总结了H．261到H．264视频编码 标准，由ITU—T视频编码专家组(VCEG)和国际标 准化组织／国际电工委员会(ISO／IEC)运动图像专 家组(MPEG)制定的H．26X系列标准主要用于实时 视频通信，从H．261到H．264，技术在不断的成熟并 得到了充分的利用，尤其是H．264的充分利用将给 人们的生活和工作带来极大的方便。通过对三代视 频编码方法的比较可以看出，第二代视频编码方法 为视频(图像)压缩编码开拓了广阔的前景，但是由 于第二代编码方法增加了分析的难度，所以大大增 加了实现的复杂性。从当前发展情况来看，第二代编 码方法仍处于深入研究的阶段。文章最后介绍了视 频输出接口，目前较常用的接口为AV接口、YPrPb 接口、数字视频接口(DVI)和高清晰度多媒体接口 (HDMI)。HDMl接口是CE界唯一可以传输未经压 缩的高分辨率影像，经压缩或未经压缩多信道音效， 还有智能型格式与命令数据的接口，在传输信息过 程中损耗较少，因此最具发展前途。 参考文献 11】2009—2012年中国sTB行业投资策略分析及竞争战略研 究咨询报告IRI．北京：中研，2009． 12】1999年微软提出维拉斯计划，让数字概念进入了普通公 众的视野。 【3】邓圻贵．新型数字电视系统原理、应用与维修【M1．北京：人 民邮电出版社，2008． 141www．1000security．corn．技术文章． 【5l李炜．探寻视频编码技术发展的足迹INI．中国计算机报， 出版日期：2000一10—30，总期号：968，本年期号：80． 【6I家电维修技术．2008年第4期． 【7】沈兰荪译．视频编码与低速率传输【M】．北京：电子工业出 版社，2001． 18l任竞．H．26甜AVC视频编码标准的研究【J】．微型电脑应 用，2004． 【91毕厚杰．H．264／AVC视频编码标准的技术特点和评价IJJ． 当代通信。2004． 作者简介：杨晓一，女，籍贯河北，主要研究方向为电 子科学与技术，E-mail：yangxy23@live．cno Jan．2010，总第1(18期 辫荔#々^o荔，《，一“辫”7％‰， 辫，hL一．～；，-lk 一 技术交流 —％啦砟，棼，§3轳ft々i‰。§：。 ， 万方数据 机顶盒接口的调查研究 作者： 杨晓一， 张炜， 赵泉， 陈彦宇， 金博， YANG Xiao-yi， ZHANG Wei， ZHAO Quan， CHEN Yan-yu， JIN Bo 作者单位： 华北电力大学电气与电子工程学院,北京,102206 刊名： 现代显示 英文刊名： ADVANCED DISPLAY 年，卷(期)： 2010(1) 参考文献(9条) 1.1999年微软提出维拉斯计划,让数字概念进入了普通公众的视野 2.2009-2012年中国STB行业投资策略分析及竞争战略研究咨询报告 2009 3.毕厚杰 H.264/AVC视频编码标准的技术特点和评价 2004 4.任竞 H.264/AVC视频编码标准的研究[期刊论文]-微型电脑应用 2004(5) 5.沈兰荪 视频编码与低速率传输 2001 6.查看详情 2008(04) 7.李炜 探寻视频编码技术发展的足迹 2000 8.技术文章 9.邓圻贵 新型数字电视系统原理、应用与维修 2008 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xdxs201001007.aspx