視頻應用之視頻服務器及其在電視領域中的應用

1、視頻應用一、 視頻服務器及其在電視領域中的應用隨著視頻壓縮技術的不斷完善和計算機技術的發(fā)展，視頻服務器已廣泛適用于電視播出系統(tǒng)，視頻服務器在多頻道播出系統(tǒng)中的全面應用，使之成為電視臺播出系統(tǒng)中最重要的組成部分，這一產(chǎn)品可大大提高電視播出的工作效率；其實，視頻服務器還具備許多傳統(tǒng)視頻設備所不具備的優(yōu)點，還可以開發(fā)出許多新穎的應用方式。1、視頻服務器的概念視頻服務器是一種對視音頻數(shù)據(jù)進行壓縮、存儲及處理的專用計算機設備，它在廣告插播、多通道循環(huán)墊播、延時播出、硬盤播出及視頻節(jié)目點播等方面都有廣泛的應用。視頻服務器采用MJPEG或MPEG2等壓縮格式，在符合技術指標的情況下對視頻數(shù)據(jù)進行壓縮編碼，以

2、滿足存儲和傳輸?shù)囊?。它使用SCSI接口硬盤或FC接口硬盤作為視音頻數(shù)據(jù)的在線存儲器。具有多通道輸入輸出、多種視音頻格式接口。可配備SCSI、FC等網(wǎng)絡接口進行組網(wǎng)，實現(xiàn)視音頻數(shù)據(jù)的傳輸和共享。2、視頻服務器的構成視頻服務器是一種壓縮、存儲、處理視音頻數(shù)據(jù)的專用計算機，它由視音頻壓縮編碼器、大容量存儲設備、輸入/輸出通道、網(wǎng)絡接口、視音頻接口、RS422串行接口、協(xié)議接口、軟件接口、視音頻交叉點矩陣等構成，同時，提供外鎖相和視頻處理功能。 視音頻壓縮編碼器：由于視頻數(shù)字化后，數(shù)據(jù)量很大，故要利用成熟的壓縮技術，將視頻數(shù)據(jù)在滿足技術指標要求的條件下進行高壓縮比的壓縮，滿足存儲和傳輸要求。視頻服務

3、器一般采用MJPEG或MPEG2等壓縮編碼器，用戶可根據(jù)實際情況選擇壓縮碼率和壓縮結構，以適合于各種不同的播出場合，達到既節(jié)省硬盤空間，增加節(jié)目存儲量，又能保證播出質(zhì)量的目的。 大容量存儲設備：視頻服務器使用高速、寬帶的SCSI接口硬盤或最先進的FC接口硬盤作為視音頻素材存儲介質(zhì)。同時視音頻數(shù)據(jù)的硬盤擴充也比較靈活。 輸入/輸出通道：視頻服務器具備多通道輸入/輸出系統(tǒng)，使多路錄入、播放能同時進行，實現(xiàn)多任務。 網(wǎng)絡接口：視頻服務器都帶有網(wǎng)絡接口，方便組網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。一般視頻服務器都帶有FC和以太網(wǎng)接口。FC光纖網(wǎng)采用IP協(xié)議作為視頻服務器之間快速、實時復制和移動素材的交換網(wǎng)絡，以太網(wǎng)用于傳

4、送控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢測的信息。 視音頻接口：視頻服務器都帶有標準視音頻接口和模擬監(jiān)視視頻接口，方便監(jiān)視各通道的視頻信號。輸入/輸出信號可以在模擬、分量和SDI中選擇。 RS422串行接口：視頻服務器都帶有多個RS422串行通訊接口，每個接口均可通過RS422通訊線由外部計算機控制實現(xiàn)記錄與播放。 協(xié)議接口：視頻服務器除提供各種控制硬件接口外，還提供協(xié)議接口。如RS422接口除支持RS422的Profile協(xié)議外，還支持 Louth、Odetics 、BVW等通過RS422控制的協(xié)議。 軟件接口：視頻服務器提供開放的軟件接口，供用戶或第三方廠商開發(fā)和構建新的應用方式。 視音頻交叉點矩陣：視頻服務器

5、內(nèi)帶視、音頻交叉點矩陣，視、音頻通道調(diào)度靈活，同時可保證技術指標不受損。 另外，視頻服務器提供外鎖相和視頻處理功能，方便構建專業(yè)化應用的視音頻系統(tǒng)。3、視頻服務器的特點視頻服務器具有傳統(tǒng)設備所不具備的許多特點，具體表現(xiàn)如下： （1）將多通道、錄制與播放等功能集于一體，傳統(tǒng)設備中有多輸入和多輸出特性的設備是視音頻切換矩陣，而具有錄制和播放功能的設備是錄像機，不言而喻，視頻服務器在系統(tǒng)中可代替若干個錄像機和一臺小型切換矩陣。 （2）視頻服務器用硬盤作為記錄媒體，具有非線性特點，因而具有非線性設備所有的優(yōu)點，如素材查找方便；素材可由多個輸出通道共享；可同時或相繼調(diào)出播放。 （3）素材記錄在硬盤還未形

6、成完整文件時，便可由輸出通道調(diào)出播放，這點非常適用于延時播出和視頻點播等領域。 （4）視頻服務器容易實現(xiàn)向前或向后的變速播放，傳統(tǒng)的錄像機要實現(xiàn)這一點，要經(jīng)過價格昂貴的特技設備。4、視頻服務器在電視領域的應用由于視頻服務器具備上述優(yōu)勢，因此它將創(chuàng)造許多新穎的應用方式，以滿足電視傳媒的需要，并可大大提高生產(chǎn)率和降低設備維修和人力成本。視頻服務器在電視領域中的應用主要有兩個方面：一是利用視頻服務器構建自動播出系統(tǒng)；二是利用視頻服務器實現(xiàn)視頻點播。1） 利用視頻服務器構建自動播出系統(tǒng)以往的播出系統(tǒng)是以磁帶為主要介質(zhì)，但隨著視頻壓縮技術的不斷完善和計算機技術的發(fā)展，在播出系統(tǒng)中采用視頻服務器已經(jīng)成為可

7、能而且目前已在國內(nèi)許多電視臺使用，在今天建立播出系統(tǒng)時選擇視頻服務器作為一個信號源已經(jīng)成為必然。以視頻服務器為主體的硬盤播出系統(tǒng)，充分發(fā)揮硬盤存儲的優(yōu)勢，避免了因錄像機等設備出故障給播出帶來的影響，充分發(fā)揮多通道資源共享的優(yōu)越性，輕松實現(xiàn)各節(jié)目之間的串編播出和各種插播、定時播出之間的控制管理，以壓縮文件的形式把節(jié)目存放在硬盤中，可以達到無失真保存，所有節(jié)目從制作、編輯端口上載，從而簡化了從制作到播出的工作流程,有利于提高工作效率。 在硬盤播出系統(tǒng)中，節(jié)目素材是以數(shù)字壓縮方式存儲和播出的。系統(tǒng)可采用MPEG2或MJPEG壓縮格式。 硬盤播出系統(tǒng)可采用本地存儲、鏡像備份方式的RAID硬盤存列。RA

8、ID也稱作“鏡像”，即采用雙盤完全復制方法來保護數(shù)據(jù)，避免了硬盤故障造成數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)中斷，其100的冗余可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速恢復。每個視頻服務器使用獨立的存儲硬盤即本地存儲，各視頻服務器之間完全互不干擾，再采用完全鏡像備份，系統(tǒng)可靠性高。 硬盤播出系統(tǒng)可采用FC與以太網(wǎng)結合的雙網(wǎng)結構，利用FC傳輸視音頻信號，用以太網(wǎng)傳送控制信號。 硬盤播出系統(tǒng)由視音頻服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、采集工作站、預監(jiān)工作站、播出工作站等子系統(tǒng)組成。兩臺視音頻服務器進行備份。服務器通過光纖網(wǎng)互連。主服務器上的視音頻素材通過光纖網(wǎng)拷貝到輔服務器上。由一套自動播控系統(tǒng)控制兩套視音頻服務器的播出工作站進行同步播出。這樣系統(tǒng)非常可

9、靠。同時，系統(tǒng)根據(jù)不同的用戶設置不同的安全等級，使無關人員無法進入系統(tǒng)；有效地保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，同時在系統(tǒng)播出時，自動鎖定各種其他違規(guī)操作，及時發(fā)出報警信號。 以視頻服務器為主體的硬盤自動播出系統(tǒng)的具體應用方式有以下幾種： （1）廣告自動播出 視頻服務器首先用于重播次數(shù)多、時間短的廣告節(jié)目。在這一應用方式中，視頻服務器作為廣告播出的專用設備，它受控于播出系統(tǒng)的自動控制軟件，由視頻服務器承擔的播出只能按順序一條一條地進行，廣告播出的素材由廣告編輯計算機負責控制，廣告播出的順序的編排和控制由廣告播出計算機負責，而廣告播出的起點和結束則由自動播控計算機實施對廣告播出計算機的控制。這種應用方式不需

10、要對已有的播出系統(tǒng)進行大的改動，原有的自動播控系統(tǒng)和軟件還能繼續(xù)使用，視頻服務器在這里相當于多臺錄像機（取決于視頻服務器的輸入通道數(shù)目）和多臺放像機（取決于視頻服務器的輸出通道數(shù)目）。因此原有的自動播控系統(tǒng)軟件就能象控制錄像機一樣控制視頻服務器進行廣告播出。 （2）多頻道自動播出系統(tǒng) 利用視頻服務器的多通道特性能建立循環(huán)墊播系統(tǒng)，供多個頻道的播出機房共用。在這一應用方式中，首先將各個頻道的墊播素材通過VTR錄入到視頻服務器中，每個頻道播出機房占用視頻服務器的一個輸出通道，視頻服務器上的各個素材可分別播出。在這一應用方式中，可利用一對配置完全相同的視頻服務器建立播出系統(tǒng)。主、備視頻服務器各用對應

11、的一個輸出通道，作為互為備份的播出通道，主、備視頻服務器之間采用光纖網(wǎng)（FC）互聯(lián)，實現(xiàn)視音頻素材共享、移動和復制，保證主、備視頻服務器的素材完全一致。由一套自動播控系統(tǒng)控制兩套視頻服務器的播出工作站進行同步播出。 （3）電視節(jié)目延時播出系統(tǒng) 利用視頻服務器建立電視節(jié)目延時播出系統(tǒng)是利用視頻服務器的特性，即在素材寫入硬盤時，不需完全形成一個素材文件的情況下，便可共享調(diào)用，使硬盤播出系統(tǒng)具備所謂即錄即播（要稍許延時后才可播）的功能。這種方案比較適合于直播重要的實況節(jié)目。將實況播出先錄入硬盤，按需要將實況播出時間延遲適當時間播出，節(jié)目導演和值班員利用這段時間在播放速率調(diào)整控制計算機上對現(xiàn)場不宜轉播

12、的畫面進行剪切并替換為其它適宜素材，或以人眼不易分辨的速率，如0.8至1.2倍快速或慢速播放，以保持相應的遲時量。這種以先進技術手段為基礎的障眼法，可控制不當素材的播出，同時實況轉播效果又不受任何影響。 使用視頻服務器的硬盤自動播出系統(tǒng)還有很多種具體應用方式，這里就不再一一列舉了對比于傳統(tǒng)錄像帶播出，硬盤自動播出系統(tǒng)的信號與素材都并非存于盒帶之中，因此有零幀預卷、非線性檢索、素材反復使用、資源共享等優(yōu)點。具體的優(yōu)點是：提高工作效率、具有更好的安全性、信息資源的共享和系統(tǒng)的先進性。2） 利用視頻服務器實現(xiàn)視頻點播視頻點播有兩種方式即：準視頻點播（NVOD）和視頻點播（VOD） （1）準視頻點播（

13、NVOD） 視頻服務器是實現(xiàn)準視頻點播（NVOD）播放的核心設備，利用其多通道特性和素材可共享的特性，實現(xiàn)一個節(jié)目相隔一段時間重播，收視者能在等待最短時間收看自己點播的節(jié)目。如：在視頻服務器內(nèi)一個時間長度為N的節(jié)目，經(jīng)8個輸出通道分別輸出，第二個通道相對第一個通道延時N/8時間播放，第三個通道相對第二個通道延時N/8時間播放，依此類推。每個通道節(jié)目循環(huán)播放，那么第一個通道下一次開始播放的時間相對第八個通道也是延時N/8時間播放。這樣相鄰通道播放的是相同節(jié)目，但時間間隔均是N/8。用戶點播時，其點播信息經(jīng)節(jié)目請求計算機處理后，由節(jié)目播放控制計算機將馬上要播放的通道號、授權等信息返送給用戶接收設備

14、，用戶在N/8時間內(nèi)就可看到自己點播的節(jié)目。 （2）視頻點播（VOD） 視頻服務器不僅可用于準視頻點播系統(tǒng)，也可用于視頻點播（VOD）系統(tǒng)。VOD的全稱為Video On Demand,即視頻點播技術，也稱交互式電視點播系統(tǒng)，意即按需要的視頻流播放。“在想看的時候看想看的節(jié)目”，用戶可以根據(jù)自己的意愿選擇收看電視節(jié)目，從根本上改變了過去被動式收看電視的不足，完全實現(xiàn)了由用戶掌握獲得信息的主動權。VOD還可以實現(xiàn)Internet、收發(fā)電子郵件、家庭購物、旅游指南、訂票預約、股票交易等其他功能。因此可以說，這一技術的出現(xiàn)使用戶可以按自己的需要來安排工作和娛樂時間，真正實現(xiàn)了由用戶掌握收視主動權，極

15、大地提高和改善了人們的生活質(zhì)量和工作效率。 VOD系統(tǒng)由前端系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)及客戶系統(tǒng)三部分組成，而前端系統(tǒng)一般由視頻服務器、各種檔案管理服務器以及控制網(wǎng)絡部分的設備組成。各種檔案服務器主要完成一些用戶信息管理和計費工作，以及影視材料的管理工作和安全保密等。控制網(wǎng)絡部分主要完成各種服務器中的各種信息傳遞工作及后臺的影視材料和數(shù)據(jù)的交換。視頻服務器主要由存儲系統(tǒng)和建立其上的各種控制器管理系統(tǒng)組成，其目標是實現(xiàn)壓縮媒體數(shù)據(jù)的存儲以及按請求進行媒體信息的檢索和傳輸。視頻服務器與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務器在很多方面有顯著不同，需要解決許多問題，來支持各種新功能。同時，它的高速數(shù)據(jù)傳輸能力保證了用戶對大量影片、視頻

16、節(jié)目、游戲、商務信息以及其它服務的近乎即時訪問。它的最大特點是可以實現(xiàn)多人從不同起點觀看同一節(jié)目，從而避免了精彩節(jié)目被一個用戶獨占。 這種應用規(guī)模比較大，必須將多臺多通道的視頻服務器組成能共享大容量硬盤存儲體和能處理傳輸流的寬帶網(wǎng)絡，才能滿足眾多用戶對節(jié)目的各種點播需求。用戶點播信息可以有兩種路徑傳給點播受理服務器：一種是通過城市的有線電視HFC網(wǎng)絡的上行通道傳給點播受理服務器；另一種是通過通用瀏覽器在互聯(lián)網(wǎng)上對節(jié)目進行選擇后，將點播信息傳給點播受理服務器。點播受理服務器將有關信息處理后，傳給播放控制計算機，由它控制播放用戶所點播的節(jié)目，并通過HFC下行通道傳到用戶終端。用戶接收有兩種形式：一

17、種是普通電視機+機頂盒，另一種是計算機+接收卡，借助計算機顯示器收看。 基于視頻服務器的多頻道數(shù)字播出系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的基于磁帶錄像機的模擬播出系統(tǒng)無可比擬的諸多優(yōu)勢，視頻服務器采用開放式軟硬件平臺和標準或通用接口協(xié)議，系統(tǒng)擴展能力較強，能夠與未來全數(shù)字、盤基化、網(wǎng)絡化、多頻道資源共享模式的節(jié)目制作、編輯和播出體系相銜接。盤基化或盤帶結合的基于視頻服務器多頻道數(shù)字播出系統(tǒng)可以實現(xiàn)播出差錯隔離和故障隔離，也可以實現(xiàn)延時播出，是電視節(jié)目播出由模擬向數(shù)字過渡的最佳方案。而從長遠來看，視頻點播具有巨大的潛在市場和深遠的發(fā)展前景，因為從深層次來看，VOD不僅僅是視頻節(jié)目點播的問題，它代表未來全功能網(wǎng)絡化和數(shù)

18、字交互式信息的應用發(fā)展趨勢，是一種從內(nèi)容、形式上更深層次上的互動，也是數(shù)字影院、交互視頻新聞、廣告等新應用的基礎，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?，VOD是未來信息高速公路構架的重要組成部分，是未來信息服務中寬帶業(yè)務的靈魂。因此可以肯定，隨著數(shù)字技術、多媒體技術和計算機技術的不斷發(fā)展，視頻服務器在電視領域中的應用將有更多的延伸。3）二、 視頻字符疊加技術的發(fā)展及四種實現(xiàn)方案視頻字符及時間疊加器是在視頻信號中混入字符或時間信號，從而在屏幕的特定位置上與圖像信號同時進行顯示的設備。這項技術是應用電視技術中的一個重要領域，在應用電視系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。從視頻字符及時間疊加器的工作方式及本身電路的構成來看，已經(jīng)

19、歷了三個不同的發(fā)展階段。    第一階段是“圖解顯示控制”即階段。它是利用中小規(guī)模數(shù)字集成電路來實現(xiàn)各部分所要求的嚴格的時序關系，并將形成的字符信號與視頻信號在預定的時間關系上混合并顯示在屏幕上。在這種方式中，字符的產(chǎn)生有兩種辦法：    ·專用字符發(fā)生器：它是一種專用的，常用的有、等。它們將字符或數(shù)字以點陣的方式存入存儲器中，在外加恰當?shù)刂泛蟊隳茌敵鱿鄳臄?shù)據(jù)信號。這種方式中一旦選定了某種器件，所顯示的字符也就確定了，缺乏靈活性，且不能顯示圖形，通常稱此為“文本方式”。    ·“圖

20、形方式”：在這種方式中，是用來存儲字符或圖形的點陣數(shù)據(jù)，其點陣形式由設計者自己決定，具有更大的靈活性。     第二階段是用控制器這類專用集成電路的階段。常用的有、等。它將“圖解顯示控制方式”中的中小規(guī)模集成器件構成的電路集成化。字符（或圖形）等以點陣方式存儲在外圍的或中。它使電路大為簡化，因而使用較為方便。    第三階段是單片“屏幕顯示”器件階段：因為在與電視有關的產(chǎn)品上，并不需要顯示很多的字符或圖形，因此將以上控制器中的外部存儲器與其集成在一起而形成所謂單片屏幕顯示器件。這類器件主要是為家用電視這類產(chǎn)品而設計的，并得到

21、了廣泛的應用。    考慮到實際使用中用戶所需的功能和指標的多樣性，我們先后開發(fā)了四種典型的實現(xiàn)方案，每種方案各有特點。本文將其分別作簡要介紹，以供大家參考。 通用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)方案    本方案屬上面的“圖解顯示控制”型，全部采用邏輯門、計數(shù)器、移位寄存器等通用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)單路視頻字符及時間疊加。其基本工作原理如下：從字庫中取出要顯示字符的點陣數(shù)據(jù)，根據(jù)所設定的在屏幕上的顯示位置，送到顯示的對應位置中去；然后由計數(shù)電路對顯示進行掃描，將字符點陣信號并行讀出；最后經(jīng)過并串變換電路轉化為串行碼輸出；再與視頻圖象信號疊加后送

22、監(jiān)視器屏幕顯示。限于篇幅，這里對整體電路結構不作過多描述，只對其中我們設計中的幾點考慮作一介紹。    一是視頻同步信號提取電路?，F(xiàn)在市場上已有不少可實現(xiàn)行、場同步信號分離的專用集成電路，如等，但成本較高。我們使用分立模擬元件設計了該電路，性能十分穩(wěn)定可靠，同時大大降低了成本。原理圖如圖所示。    關于字符點陣數(shù)據(jù)在顯示中的存放，一般的作法是一種稱之為“屏幕存儲映像”的方式，其特點是屏幕上每一個象素點都與一位存儲單元對應，要對屏幕上字符的顯示進行編輯十分簡單。但這種方式占用單元較多，需要大容量。我們考慮到一般情況下要在屏幕上顯示的字

23、符較少（大多為一行標題、一行時間），屏幕上的大部分地方都是空白的。所以我們只在顯示中生成屏幕上兩行字符的映像，字符在屏幕上顯示的行位置取決于其在區(qū)的存儲位置，而列位置則由單片機單獨發(fā)出控制脈沖來控制，這樣就大大節(jié)省了顯示的存儲單元。我們稱之為“行存儲映像”。以上兩點可供大家借鑒。 基于的多路實現(xiàn)方案    上面介紹的方案要實現(xiàn)單路字符疊加需用中小規(guī)模集成電路十余片，顯然要實現(xiàn)多路顯示過于復雜，可靠性差。現(xiàn)在隨著大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷钠占?，其價格也在不斷降低。我們就有可能在共用一片、字庫和實時時鐘的前提下，利用集成若干路獨立的顯示計數(shù)掃描電路，實現(xiàn)多路時間字符疊加。

24、多路顯示中要求每一路有獨立的顯示區(qū)，最簡單的辦法是設置多片，但是這樣大大增加了電路的復雜性，成本也比較高。我們也可以采用一片大容量的，在其中分別劃出四個區(qū)域作為四個屏幕的顯示。但一片不可能同時輸出四路的字符點陣數(shù)據(jù)，也就是說必須解決的時分復用問題，才能做到多路的同時顯示。這里簡要介紹一下我們的實現(xiàn)方案（以四路為例）。設字符數(shù)據(jù)串行輸出移位時鐘為，則移位寄存器的置數(shù)時鐘應為的分頻，即。要實現(xiàn)四路連續(xù)顯示，就應以的倍頻的頻率分別從顯示中的各個存儲區(qū)域中取出字符點陣數(shù)據(jù)，經(jīng)過鎖存置入四個輸出移位寄存器。這種方法必須使的地址具有各路計數(shù)掃描控制下的快速跳轉能力，這就要求采用一個大規(guī)模的多路開關（如果用

25、的話就需路四選一開關）來實現(xiàn)地址線的切換。以上方案的原理框圖如圖。我們采用公司的（萬門）實現(xiàn)了四路時間字符疊加，性能十分穩(wěn)定。 基于單片機的實現(xiàn)方案    以上兩種方案都是用硬件電路實現(xiàn)對顯示的計數(shù)掃描和點陣數(shù)據(jù)的移位輸出，實際上，我們完全可以利用軟件實現(xiàn)這樣的功能。如果要用軟件實現(xiàn)字符點陣數(shù)據(jù)的輸出，其速度必須滿足以下兩個條件：一是能夠以的頻率將數(shù)據(jù)串行輸出；二是在視頻信號行場消隱期內(nèi)要完成字符數(shù)據(jù)的讀取和與主控的通訊等操作。常用的系列單片機外接時鐘時一條單周期指令的執(zhí)行時間為，顯然無法滿足上面的要求。因此我們選用公司新推出的型單片機。其內(nèi)部有的程序存儲器和字節(jié)

26、數(shù)據(jù)存儲器，內(nèi)置有模擬比較器和看門狗，通過口可以串行下載程序而不必通過專用的編程器。更重要的是，它是一種精簡指令集單片機，其大部分指令為單周期指令。外接時鐘時每條指令僅需，完全可以滿足視頻字符疊加數(shù)據(jù)串行輸出的要求。    當然，采用單片機軟件實現(xiàn)字符疊加時也有許多具體的問題要考慮。單片機的指令執(zhí)行速度完全能夠滿足要求，但是它內(nèi)部沒有大容量的存儲器，無法實現(xiàn)前面提到的“屏幕存儲映像”或“行存儲映像”的內(nèi)置化，也不易外接存儲器，只能以串行通訊的方式由外部主控機發(fā)給。為了保證顯示的連續(xù)性，通訊只能在視頻信號消隱期內(nèi)完成（當然還要完成其他必要的操作）。要在消隱期內(nèi)完成大

27、量字符點陣數(shù)據(jù)的傳輸顯然是不可能的。幸運的是，實際使用中監(jiān)視器上顯示的漢字標題信息一般是不變的，只有以數(shù)字表示的時間信息是每秒鐘變化。針對這種情況，我們利用單片機內(nèi)部的可以按字節(jié)尋址的字節(jié)來存儲十個數(shù)字以及“：”、“”等用于時間顯示的字符點陣，還有其它的諸如顯示位置等不經(jīng)常修改的變量。片內(nèi)字節(jié)不能按字節(jié)尋址，用作程序存儲器，要顯示的漢字點陣數(shù)據(jù)包含在程序中。這樣在使用時主控只需將當前時間值傳給，大大減少了通訊的數(shù)據(jù)量，使之可以在場消隱期內(nèi)完成，保證時間的連續(xù)顯示。當顯示的漢字標題要更改時，由主控從外部字庫中取出新的點陣數(shù)據(jù)，將其拼接在程序代碼的對應位置，再通過口對進行串行編程，編程完畢后恢復正

28、常顯示。我們采用 單片機作主控機，片單片機作顯示執(zhí)行機，行場同步信號分別利用模擬比較器和口輸入。由于沒有標準的串口，我們利用其管腳自定義了一種串行通訊協(xié)議，從而實現(xiàn)了六路時間字符疊加。這種方案電路非常簡單，并且多路實現(xiàn)時成本很低，是一種值得推廣的方法。 基于字符疊加專用芯片的實現(xiàn)方案    是公司推出的專用視頻字符疊加芯片，它最多可以同時顯示行列×點陣的字符。芯片內(nèi)部固化了個日文、英文字母和數(shù)字等字符的字模，還有個字符的空區(qū)供用戶添入自定義字符。的顯示編輯功能非常強大，它的控制方式也非常靈活簡單。它共有條單字節(jié)指令、條雙字節(jié)指令和條三字節(jié)指令，所有的指令

29、均串行輸入，使用非常方便。限于篇幅，有關的性能不再贅述，這里只簡要介紹一些我們設計過程中的經(jīng)驗。    首先，對于我國的用戶來說，大量的漢字都沒有固化在芯片內(nèi)部，需要將其先寫入片內(nèi)個字符的空區(qū)，再發(fā)出指令讓其顯示出來。內(nèi)部的字模（包括個字符的空區(qū)）均為×點陣，而×點陣的漢字字庫很難找到。我們考慮了兩種方案：一是利用×點陣字庫數(shù)據(jù)直接寫入片內(nèi)區(qū)，這樣兩行漢字之間會有一些間隔，但多數(shù)情況下只需顯示一行漢字，在顯示精度要求不高的情況下可以采用這種方法。二是利用×點陣或更高的點陣字庫寫入，使幾個字符拼成一個漢字，這樣顯示精度很高，但

30、軟件處理較為復雜。在實際使用中我們提取出中的×點陣一級字庫，將其固化在 中，利用鍵盤控制可以將任意字符送到屏幕上顯示。第二，顯示字符的大小有單倍、雙倍、三倍和四倍模式，但有時單倍顯示的字符仍然嫌大。我們注意到外接的電感電容振蕩電路對顯示字符的橫向長度影響很大，但芯片手冊上并未給出具體的參數(shù)值。經(jīng)過反復試驗，我們認為電感取，電容取比較合適。若稍微調(diào)整電感值，則可改變顯示字符橫向尺寸，使用時可根據(jù)自己的需要選用。    以上介紹了四種視頻時間字符疊加的方案和我們在設計中的一些經(jīng)驗。相比較而言，第一種中小規(guī)模集成電路的方案電路較為復雜，只適用于單路設計。隨著專

31、用芯片和單片機技術的發(fā)展，這種實現(xiàn)方案應逐漸被淘汰。第二種基于的實現(xiàn)方案在原理上與第一種類似，只是利用可編程邏輯器件集成了大量中小規(guī)模集成電路，電路規(guī)模簡化了不少，實現(xiàn)也較為方便，但還受到價格的制約。第三種基于單片機的實現(xiàn)方案利用軟件實現(xiàn)了硬件掃描電路的功能，并且十分靈活，成本也很低。它的缺點是只適用于顯示字符相對較少的場合，若顯示字符很多軟件就過于復雜，很難保證連續(xù)顯示。第四種基于專用字符疊加芯片的方案功能很強，適用于顯示字符較多的場合，并且價格適中。我們認為在要求顯示字符較少的情況下（例如僅顯示一行標題、一行時間），可以選用第三種基于單片機的實現(xiàn)方案；若顯示的字符較多且位置復雜，第四種方案

32、較為合適。這四種方案我們都實現(xiàn)了產(chǎn)品化的批量生產(chǎn)，技術上是成熟的，性能也都十分穩(wěn)定可靠，讀者可以根據(jù)具體情況選用。三、四、 機頂盒應用用機頂盒，兼容接收數(shù)字電視信號，機頂盒已成為中國數(shù)字電視實施中的過渡方式和過渡時期使用的最佳手段。 機頂盒STB（Set-Top-Box）起源于二十世紀九十年代初，當時在歐美作為保護版權和收取收視費的重要手段，有線電視臺在每臺用戶電視機之前加一個密鑰盒，只有交了費的用戶才能正常收看電視，這就是最初的機頂盒。對于機頂盒，目前沒有標準的定義，按文字釋義是“置于電視機頂上的盒子”。在現(xiàn)分階段它是指用于有線電視網(wǎng)絡環(huán)境下，接收模擬廣播電視節(jié)目、數(shù)字廣播電視節(jié)目，以及高速

33、數(shù)據(jù)等功能的用戶終端設備。數(shù)字電視機頂盒是信息家電之一，它是一種能夠讓用戶在現(xiàn)有模擬電視上，觀看數(shù)字電視節(jié)目，進行交互式數(shù)字化娛樂、教育和商業(yè)化活動的消費業(yè)電子產(chǎn)品。1、機頂盒的結構：根據(jù)接收數(shù)字電視廣播和互聯(lián)網(wǎng)信息的要求，一個機頂盒的硬件結構由信號處理（信道解碼和信源解碼）、控制和接口幾大部分組成。機頂盒的結構圖如圖一所示：機頂盒從功能上看是計算機和電視機的融合產(chǎn)物，但結構卻與兩者不同，從信號處理和應用操作上看，機頂盒包含以下層次： 1）物理層和連接層：包括高頻調(diào)諧器，QPSK、QAM、OFDM、VSB解調(diào)，卷積解碼，去交織，里德索羅門解碼，解能量擴散。 2）傳輸層：包括解復用，它把傳輸流分

34、成視頻、音頻和數(shù)據(jù)包。 3）節(jié)目層：包括MPEG2視頻解碼，MPEG/AC3音頻解碼。 4）用戶層：包括服務信息，電子節(jié)目表，圖形用戶界面（GUI），瀏覽器，遙控，有條件接收，數(shù)據(jù)解碼。 5）輸出接口：包括模擬視音頻接口，數(shù)字視音頻接口，數(shù)據(jù)接口，鍵盤，鼠標等。2、機頂盒的功能：機頂盒從功能上分為數(shù)字電視機頂盒、網(wǎng)絡電視（WebTV）機 頂盒和多媒體（Multimedia）機頂盒三類。 其中，數(shù)字電視機頂盒的主要功能就是將接收下來的數(shù)字電視信號轉換為模擬電視信號，使用戶不用更換電視機就能收看數(shù)字電視節(jié)目，圖像質(zhì)量接近500線水平，但無上網(wǎng)功能。根據(jù)傳輸媒體的不同，數(shù)字電視機頂盒又分為衛(wèi)星數(shù)字電

35、視（DVB-S）機頂盒、地面數(shù)字電視（DVB-T）機頂盒和有線數(shù)字電視（DVB-C）機頂盒三種。目前應用較為廣泛的是數(shù)字衛(wèi)星機頂盒。 數(shù)字機頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，同時具有所有廣播和交互式多媒體應用功能，如：（1）電子節(jié)目指南（EPG）。給用戶提供一個容易使用、界面友好、可以快速訪問想看節(jié)目的一種方式，用戶可以通過該功能看到一個或多個頻道甚至所有頻道上近期將播放的電視節(jié)目；（2）高速數(shù)據(jù)廣播。能給用戶提供股市行情、票務信息、電子報紙、熱門網(wǎng)站等各種消息；（3）軟件在線升級。軟件在線升級可看成是數(shù)據(jù)廣播的應用之一。數(shù)據(jù)廣播服務器按DVB數(shù)據(jù)廣播標準將升級軟件廣播下來，機頂盒能識別該

36、軟件的版本號，在版本不同時接收該軟件，并對保存在存儲器中的軟件進行更新；（4）因特網(wǎng)接入和電子郵件。數(shù)字機頂盒可通過內(nèi)置的電纜調(diào)制解調(diào)器方便地實現(xiàn)因特網(wǎng)接入功能。用戶可以通過機頂盒內(nèi)置的瀏覽器上網(wǎng)，發(fā)送電子郵件。同時機頂盒也可以提供各種接口與PC相連，用PC與因特網(wǎng)連接；（5）有條件接收。有條件接收的核心是加擾和加密，數(shù)字機頂盒應具有解擾和解密功能。 網(wǎng)絡電視機頂盒的主要功能是使我國現(xiàn)有3.2億臺模擬電視機用戶通過PSTN（公眾電話交換網(wǎng)）和雙向CATV網(wǎng)實現(xiàn)上因特網(wǎng)，收發(fā)電子郵件、游戲娛樂、網(wǎng)上學習等。 多媒體機頂盒是對前兩種機頂盒功能的綜合下產(chǎn)生的，有也稱綜合業(yè)務機頂盒或全功能數(shù)字機頂盒。

37、它可以支持幾乎所有的廣播和交互式多媒體應用，包括收看普通電視節(jié)目、數(shù)字加 密電視節(jié)目、點播多媒體節(jié)目和信息、電子節(jié)目指南（EPG）、收發(fā)電子郵件、因特網(wǎng)瀏覽、網(wǎng)上購物、遠程教育等，需要的條件是雙向CATV網(wǎng)。3、機頂盒的技術：有線數(shù)字電視機頂盒的技術含量非常高，它集中反映了多媒體、計算機、數(shù)字壓縮編碼、解擾算法、加解密算法、通信技術和網(wǎng)絡技術發(fā)展水平。目前數(shù)字機頂盒的關鍵技術主要有： 1）實時操作系統(tǒng)（RTOS） 實時操作系統(tǒng)負責本地資源和網(wǎng)絡資源的管理，提供基本的操作功能和設備的訪問控制。在啟動機 頂盒時，由引導程序通過網(wǎng)絡從中心控制系統(tǒng)下載，如深圳迪科網(wǎng)視通數(shù)字機頂盒的 RTOS在設計上采

38、用從FLASH ROM引導，其引導程序功能包括：（1）系統(tǒng)自檢。對系統(tǒng)部分硬件進行檢測，如DRAM等；（2）系統(tǒng)設置。用戶可通過遙控器對系統(tǒng)必要的參數(shù)進行設置，如基本頻率、輔助頻率、符號率、DTV節(jié)目信息表等；（3）DTV功能。用戶在無點播服務的情況下，可看數(shù)字電視節(jié)目；（4）系統(tǒng)升級。通過判別系統(tǒng)或臺標的名稱和版本號，下載升級FLASH ROM中的系統(tǒng)或臺標數(shù)據(jù)。 2）中間件（Middle Ware） 中間件是一種將應用程序與底層的操作系統(tǒng)、硬件隔離開來的軟件環(huán)境，它通常由各種虛擬機構成。如HTML虛擬機、JavaScript虛擬機、Java虛擬機、MHEG-5虛擬機等。一個完整的數(shù)字機頂盒

39、由硬件平臺和軟件系統(tǒng)組成，可以分為4層，從底層向上分別為：硬件、底層軟件、中間件、應用軟件。硬件提供機頂盒的硬件平臺；底層軟件提供操作系統(tǒng)以及各種硬件驅動程序；應用軟件包括本機存儲的應用和可下載的應用；中間件將應用軟件與依賴硬件的底層軟件分隔開來，使應用不依賴于具體的硬件平臺。 3）加解擾技術 加解擾技術用于對數(shù)字節(jié)目進行加密解密，其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸?shù)姆椒?，用戶端利用IC卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關的有兩個數(shù)據(jù)流：授權控制信息（ECMs）和授權管理信息（EMMs），由業(yè)務密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中還包括節(jié)目來源、時間、內(nèi)容分類和節(jié)目價格

40、等節(jié)目信息。對控制字加密的業(yè)務密鑰在授權管理中傳送，并且業(yè)務密鑰在傳送前要經(jīng)過用戶個人分配密鑰（PDK）的加密處理，EMMs中還包括地址、用戶授權信息，如用戶可以看的節(jié)目或時間段，用戶付的收視費等。用戶個人分配密鑰（PDK）存放在用戶的智能卡（Smart Card）中。在用戶端，機頂盒根據(jù)PMT和CAT表中的CA-descriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然后從TS流中過濾出ECMs和EMMs，并通過Smard Card接口送給Smart Card。Smart Card首先讀取用戶個人分配密鑰（PDK），用PDK對EMM解密，取出SK，然后利用SK對ECM進行解密，取出CW，并將CW

41、通過Smart Card接口送給解擾引擎，解擾引擎利用CW就可以將擾的傳輸流進行解擾。 4）電纜調(diào)制解調(diào)器 到目前為止，各種研究機構對電纜調(diào)制解調(diào)器進行了廣泛的研究，這些研究成果最終形成了幾個國際性組織定義的標準，IEEE定義的IEEE802.14協(xié)議、DAVIC定義的DAVIC協(xié)議和MCNS定義的DOCSIS及EuroDOCSIS協(xié)議。 據(jù)悉對于CA系統(tǒng)，我國已經(jīng)確定采用同密技術，盼望有線電視能早日應用有我國自主知識產(chǎn)權的CA系統(tǒng)。對于我國電纜調(diào)解調(diào)器（CM）的標準的制定，傾向于EuroDOCSIS，在此基礎上加入我國自己的東西。EuroDOCSOS標準中下行碼元速率為6.9652Mb/s，

42、上行頻率范圍為5-65MHz。 5）信道解碼 機頂盒中的信道解碼電路相當于模擬電視機中的高頻頭和中頻放大器。在機頂盒中，高頻頭是必須的，不過調(diào)諧范圍包含衛(wèi)星頻道、地面電視接收頻道、有線電視增補頻道。根據(jù)DTV目前已有的調(diào)制方式，信道解碼應包括QPSK、QAM、OFDM解調(diào)功能。 6）嵌入式CPU 嵌入式CPU是機頂盒的心臟，當數(shù)據(jù)完成信道解碼以后，首先要解復用，把傳輸流分成視頻、音頻，使視頻、音頻和數(shù)據(jù)分離開，在機頂盒專用的CPU中集成了32個以上可編程PID濾波器，其中兩個用于視頻和音頻濾波，其余的用于PSI、SI和Private數(shù)據(jù)濾波。CPU是嵌入式操作系統(tǒng)的運行平臺，它要和操作系統(tǒng)一起

43、完成網(wǎng)絡管理，顯示管理、有條件接收管理（IC卡和Smart卡）、圖文電視解碼、數(shù)據(jù)解碼、OSD、視頻信號的上下變換等功能。為了達到這些功能，必須在普通3264位CPU上擴展許多新的功能，并不斷提高速度，以適應高速網(wǎng)絡和三維游戲的要求。 7）MPEG2解碼 MPEG2解壓縮電路包含視頻、音頻解壓縮和其它功能。在視頻處理上要完成主畫面、子畫面解碼，最好具有分層解碼功能。圖文電視可用APHA迭顯功能選加在主畫面上，這就要求解碼器能同時解調(diào)主畫面圖像和圖文電視數(shù)據(jù)，要有很高的速度和處理能力。OSD是一層單色或偽彩色字幕，主要用于用戶操作提示。 音頻解碼器根據(jù)系統(tǒng)要求，應用MPEG-2音頻或杜比AC-3

44、的解碼功能。 8）嵌入式實時多任務操作系統(tǒng) 嵌入式實時操作系統(tǒng)是相對于桌面計算機操作系統(tǒng)而言的，它不裝在硬盤中，系統(tǒng)結構緊湊，功能相對簡單，資源開資較小，便于固化在存儲器中。嵌入式操作系統(tǒng)的作用與PC機上的DOS和Windows相似，用戶通過它進行人機對話，完成用戶下達的指定。指定接收采用多種方式如：鍵盤、鼠標、語音、觸摸屏、紅外遙控器等。數(shù)字機頂盒不僅是用戶終端，還是網(wǎng)絡終端，它能使模擬電視機從被動接收模擬電視轉向交互式數(shù)字電視（如視頻點播等），并能接入因特網(wǎng)，使用戶享受電視、數(shù)據(jù)、語言等全方位的信息服務。目前，有些人認為機頂盒就是用來使電視機上網(wǎng)，這是一種認識上的誤區(qū)。實際上，數(shù)字機頂盒是

45、在走普及數(shù)字電視機之前寬帶綜合信息網(wǎng)的組成成員這一。隨著數(shù)字技術、多媒體技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，將促使數(shù)字機頂盒內(nèi)置和整個成本下降，讓大多數(shù)用戶在普通模擬電視機上實現(xiàn)既能娛樂，又能上網(wǎng)等多種服務。五、 互動電視技術發(fā)展策略互動電視是數(shù)字電視技術發(fā)展引發(fā)的一場革命，是數(shù)碼電視發(fā)展的產(chǎn)業(yè)方向。數(shù)字電視技術由三大基本技術構成：第一，電視節(jié)目的數(shù)字化編輯和處理即內(nèi)容的數(shù)字化處理，包括攝制、剪輯、合成。此項技術在80年代初已開始應用，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展得非常成熟。第二，內(nèi)容的數(shù)字化傳輸和表達。傳輸手段包括衛(wèi)星、有線電視、地面廣播等，并已經(jīng)擴展到互聯(lián)網(wǎng)。內(nèi)容得數(shù)字化表達是目前得熱點，其典型應用就是互動電視。第三，

46、內(nèi)容的數(shù)字化顯示，例如高分辨電視、增強型電視。這主要與顯示技術和期間發(fā)展有關。自80年代提出數(shù)字電視的概念以來，業(yè)界一直在探索其實施的模式，現(xiàn)在國際上已形成一個共識：數(shù)字電視近期可行的一個落腳點就是互動電視。DVB協(xié)會將會在2002年正式發(fā)布名為DVB2的全套互動電視技術規(guī)范，其核心就是把JAVA的技術作為整個互動電視的核心技術，把DVB技術規(guī)范擴展到互動電視平臺上?；与娨晫母旧细淖儚V播電視你播我收的主從關系，形成全新的媒體模式。互動電視的主要功能可分為：觀眾與內(nèi)容的互動：互動電視的最大貢獻是將收視的主控權真正交給觀眾，其手段包括：A、 視頻點播 傳統(tǒng)的電視廣播的播出權在播出者手中，互動

47、電視的點播技術（包括VOD、NVOD乃至DVOD）把主動權移植到接收者手中，從內(nèi)容上、時間上讓觀眾自主。讓觀眾能在任何時間選擇收看自己想看的節(jié)目。 B、 互動節(jié)目指引 是最典型也是前景最大的互動應用。正如搜索引擎在互聯(lián)網(wǎng)上所起的作用那樣，可以說沒有搜索引擎技術的發(fā)展就沒有互聯(lián)網(wǎng)應用的騰飛?；与娨暤墓?jié)目指引與IP行業(yè)里的搜索引擎具有相同的重要地位，它的應用不是簡簡單單的給用戶提供一點查詢節(jié)目的方便，而是從根本上改變了電視的收視模式。節(jié)目是為用戶服務的，有個很好的互動型的節(jié)目指引以后，用戶不僅可以很方便地去選擇節(jié)目，還可以從內(nèi)容分類、演員名稱以至觀眾個人愛好上去找尋節(jié)目。這就不單單是節(jié)目表的作用，而是一種真正引導用戶收視，讓用戶掌握主動權的收視方式。 C、 數(shù)字化的節(jié)目錄播 錄像機的誕生極大的推動了電視行業(yè)的發(fā)展，讓人們擺脫了傳統(tǒng)的按時間去看電視的習慣。但是模擬的錄像機使用很不方便，操作復雜，要想預錄節(jié)目非常困難。而互動電視有了節(jié)目指引，可以把節(jié)目的指引和個人節(jié)目存儲捆綁在一起，