Principio del decodificador digital
Muchas veces tendremos este tipo de preguntas. Dado que las señales analógicas son enviadas por estaciones de televisión y deben ser recibidas por televisores, ¿por qué seguimos necesitando decodificadores digitales? Hoy en día, en nuestras vidas, siempre esperamos que nuestros televisores puedan reproducir programas de televisión en alta definición. La transición de la televisión analógica a la televisión digital de alta definición es una transición de gran avance, que se puede decir directamente que es incompatible, lo que significa que no se pueden utilizar todos los televisores analógicos actuales y no es realista hacerlo en un solo paso. Por lo general, la práctica actual es que la estación de televisión convierte la señal analógica en una señal digital, luego la transmite al decodificador digital en el hogar y luego convierte la señal digital en una señal analógica y la ingresa al televisor analógico actual. para mostrar la información. Esto evita efectivamente la necesidad de transmitir señales de TV durante la transmisión. Las interferencias y pérdidas causadas en el proceso mejoran en gran medida la calidad de la señal de recepción de TV.
Las principales tecnologías de los decodificadores digitales incluyen: decodificación de canales, decodificación de fuentes, modulación y codificación de datos de enlace ascendente, CPU integrada, descompresión MPEG-2, software de decodificadores, control de pantalla y tecnología de codificación.
(1) Decodificación de canales: el circuito de decodificación de canales en el decodificador de TV digital es equivalente al sintonizador y amplificador de frecuencia intermedia en el televisor analógico. En los decodificadores de TV digital es imprescindible un sintonizador, pero el rango de sintonización incluye canales vía satélite, canales de recepción de TV terrestre y canales suplementarios de TV por cable. Según el método de modulación existente de la televisión digital, la decodificación de canales debe incluir funciones de demodulación QPSK, QAM, OFDM y VSB.
(2) Decodificación de fuente: después de la digitalización de señales analógicas, la cantidad de información aumenta drásticamente y se deben adoptar los estándares de compresión de datos correspondientes. La transmisión de televisión digital utiliza el estándar de compresión de video MPEG-2, que es adecuado para calidad de imagen de varias definiciones. Actualmente, existen dos estándares para audio: AC-3 y MPEG-2. El decodificador de origen debe adaptarse a diferentes estrategias de codificación y recuperar correctamente los datos de audio y vídeo originales.
(3) Modulación y codificación de datos de enlace ascendente: para desarrollar aplicaciones interactivas, se debe considerar la modulación y codificación de datos de enlace ascendente. Actualmente, existen tres métodos comúnmente utilizados: usar líneas telefónicas para transmitir datos de enlace ascendente, usar tarjetas Ethernet para transmitir datos de enlace ascendente y transmitir datos de enlace ascendente a través de redes cableadas.
(4) CPU integrada: la CPU integrada es el corazón del decodificador de TV digital. Una vez decodificados los datos, primero se deben demultiplexar. El flujo de transporte se divide en video y audio para separar video, audio y datos. Más de 32 filtros PID programables están integrados en la CPU dedicada del decodificador de TV digital, dos de los cuales se usan para filtrado de video y audio, y el resto se usan para filtrado PSI, SI y datos privados. La CPU es la plataforma operativa del sistema operativo integrado. Debe funcionar con el sistema operativo para completar funciones como administración de red, administración de pantalla, administración de acceso condicional (tarjetas IC y tarjetas inteligentes), decodificación de imágenes y texto, decodificación de datos, OSD. Y conversión de señal de vídeo hacia arriba y hacia abajo. Para realizar estas funciones, es necesario ampliar muchas funciones nuevas en las CPU normales de 32 a 64 bits y aumentar continuamente la velocidad para cumplir con los requisitos de las redes de alta velocidad y los juegos tridimensionales.
(5) Decodificación MPEG-2: MPEG-2 es una de las tecnologías clave de la televisión digital. La tecnología práctica actual de procesamiento de video digital se basa básicamente en la tecnología MPEG-2. MPEG-2 incluye todas las especificaciones, desde la transmisión por red hasta la televisión de alta definición. MP@LL se utiliza para VCD, y H.263 y H.261 para videoconferencia y videotelefonía son sus subconjuntos. MP@ML se utiliza para DVD y SDTV, MP@MH se utiliza para HDTV.
El método de procesamiento de señales de imágenes MPEG-2 se divide en cuatro pasos: predicción de movimiento, DCT, cuantificación y codificación de longitud variable. El circuito consta de un circuito ASIC con un procesador RISC como núcleo.
El circuito de descompresión MPEG-2 incluye funciones como la descompresión de vídeo y audio. En el procesamiento de video, es mejor utilizar la función de decodificación en capas para decodificar la imagen principal y la imagen secundaria. El teletexto se puede agregar selectivamente a la imagen principal utilizando la función de superposición APHA, que requiere un decodificador que pueda demodular la imagen de la imagen principal y los datos del teletexto al mismo tiempo, y que tenga alta velocidad y capacidades de procesamiento.
OSD es una capa de subtítulos monocromáticos o pseudocolores, que se utiliza principalmente para indicaciones de operación del usuario.
En términos de audio, dado que el DVB europeo utiliza audio MPEG-2 y el ATSC americano utiliza Dolby AC-3, la decodificación de audio debe tener las dos funciones anteriores.
(6) Software decodificador de TV digital: después de la digitalización de la TV, la tecnología de software juega un papel aún más importante en la tecnología de TV digital. Además de la decodificación de audio y video que se implementa mediante hardware, la reproducción de contenido de TV, la implementación de la interfaz de operación, la implementación del servicio de transmisión de datos y la interconexión del decodificador con la computadora personal y el Internet debe ser implementado por el software, de la siguiente manera:
1 Software de capa de controlador de hardware: el controlador controla las funciones del hardware, como demodulador de RF, demultiplexor de transmisión, decodificador A/V, OSD, codificador de video, etc. .
2 Sistema operativo multitarea integrado en tiempo real: en comparación con los sistemas operativos de las computadoras de escritorio, los sistemas operativos integrados en tiempo real no están instalados en el disco duro, por lo que el sistema tiene una estructura compacta y funciones relativamente simples. , consume menos recursos y es fácil de solidificar en la memoria. La función del sistema operativo integrado es similar a DOS y Windows en la PC. A través de él, los usuarios pueden dialogar entre humanos y computadoras y completar las tareas asignadas por el usuario. Hay muchas formas de especificar la recepción, como teclado, mouse, voz, pantalla táctil, control remoto por infrarrojos, etc.
3 Middleware: La característica de la plataforma de negocios abierta es que el desarrollo y la producción de productos se basan en una plataforma de negocios, proporcionando modelos operativos independientes para cada enlace. Cada enlace tiene su propio beneficio y puede generar múltiples suministros. negocio. Sólo mediante la adopción de una plataforma de servicios abierta se podrá garantizar la escalabilidad de los descodificadores y la recuperación efectiva de la inversión.
Software de aplicación de capa superior: realiza diversas funciones de servicio proporcionadas por los proveedores de servicios, como guía electrónica de programas, cuasi-video a pedido, video a pedido, transmisión de datos, teléfono IP, videoteléfono, etc. El software de aplicación de capa superior es independiente del hardware del decodificador. Se puede utilizar en varias plataformas de hardware de decodificadores, eliminando la dependencia del software de la aplicación del hardware.
(7) Tecnología de visualización: en lo que respecta a televisores y monitores de computadora, la pantalla CRT es una tecnología madura, pero el uso de televisores de baja resolución para mostrar caracteres, especialmente caracteres pequeños de menos de 24 × 24, es difícil. Se complica. El tubo de imagen del televisor es un tubo de imagen de baja resolución y tono grande, que sólo es adecuado para mostrar imágenes de 720×576 o 640×480. Su sistema de deflexión es fijo y está diseñado para 525 líneas a 60Hz o 625 líneas a 50Hz, mientras que existen más de 18 formatos de visualización para TV digital. El acceso a Internet debe cumplir con el formato VESA. Evidentemente, el sistema de visualización del televisor no puede admitir tantos formatos. Además, el televisor utiliza un modo de escaneo entrelazado con una velocidad de fotogramas baja. Al mostrar gráficos y caracteres, hay un parpadeo del fondo en la señal de brillo y un parpadeo entre líneas en la línea horizontal. Si los gráficos de computadora escaneados progresivamente se convierten en un televisor, los bordes horizontales solo aparecerán en campos pares o impares, y el tiempo de visualización de la pantalla será cercano a la persistencia de la visión del ojo humano, lo que resultará en un parpadeo severo de los bordes. Por lo tanto, si desea utilizar un televisor para acceder a Internet, debe solucionar los defectos de visualización del televisor.
En función de la dificultad técnica y el coste, actualmente se utilizan dos métodos para mejorar. Uno es un filtro antiparpadeo que agrega proporcionalmente imágenes de tres filas adyacentes a una fila, lo que hace que las imágenes que aparecen solo en un campo se reproduzcan en cada campo. Este método se llama filtrado de tres líneas. El método de filtrado de tres líneas es sencillo y fácil de implementar. Pero reduce la claridad de la imagen y es adecuado para televisores entrelazados. Otro método consiste en cambiar el escaneo entrelazado a escaneo progresivo y aumentar la velocidad de cuadros de manera adecuada. De esta forma se debería duplicar el número de filas y campos escaneados. Para garantizar que el mayor número de imágenes no surja de la nada y garantizar la continuidad de las imágenes en movimiento, se requiere interpolación de líneas y campos y compensación de movimiento, para lo cual se deben utilizar chips especiales y tecnologías complejas. De esta manera, la calidad de visualización de gráficos y texto por computadora en un televisor es muy buena, pero debe implementarse en un televisor con función de escaneo múltiple progresivo. Además, al reproducir señales HDTV y VESA con mayor resolución que los televisores analógicos en un televisor, solo se puede mostrar una parte de la imagen y debe reducirse. Esto es como el modo PIP, lo que significa que se pierden filas y campos. También para asegurar la continuidad de la imagen, pero también la interpolación.
(8) Tecnología de adición y descifrado: la tecnología de adición y descifrado se utiliza para cifrar y descifrar programas digitales.
El principio básico es utilizar el método de transmisión cifrada de palabras de control codificadas y el cliente utiliza una tarjeta ic para descifrarlo. En el flujo de transporte MPEG, hay dos flujos de datos relacionados con la transmisión de palabras de control: información de control de autorización (ECM) e información de gestión de autorización (EMM). La palabra de control cifrada por la clave de servicio (SK) se transmite en los ECM. La palabra de control contiene información del programa como la fuente del programa, la hora, la clasificación del contenido, el precio del programa, etc. La clave de servicio que cifra la palabra de control se transmite en el mensaje de gestión de autorización y la clave de servicio debe cifrarse mediante la clave de distribución personal (PDE) del usuario antes de la transmisión. Los EMM también incluyen información de dirección y autorización del usuario, como los programas o períodos de tiempo que el usuario puede ver, las tarifas de visualización pagadas por el usuario, etc.
La clave de distribución personal (PDK) del usuario se almacena en la tarjeta inteligente del usuario. En el lado del usuario, el decodificador obtiene los valores PID de EMM y ECM según el descriptor CA en las tablas PMT y CAT, luego filtra ECM y EMM del flujo TS y los envía al tarjeta inteligente a través de la interfaz de tarjeta inteligente. La tarjeta inteligente primero lee la clave de distribución personal (PDK) del usuario, usa la PDK para descifrar el EMM para obtener el SK, luego usa la SK para descifrar el ECM para obtener el CW y envía el CW al motor de decodificación a través de la interfaz de la tarjeta inteligente. El motor de decodificación puede decodificar el flujo de transporte codificado utilizando CW.