【摘要】 數字電視與模擬電視相比，不僅圖像質量有了很大提高，而且還提供了模擬電視所無法提供的多種服務業務。本文主要介紹如何在機頂盒上實現個人數字視頻錄像機系統（PVR），并著重解釋了PVR功能的實現難點。
【關鍵字】 數字電視 機頂盒 STB PVR 時移播放 技巧模式播放
一. PVR的概念
PVR（Personal Video Recorder）即個人視頻錄像系統，顧名思義，是指在家庭數字電視機頂盒中實現的，具備節目錄制和回放功能的系統。PVR的突出特點是以硬盤作為存儲媒介，硬盤容量大、數字式、訪問快速的存儲特性使得機頂盒PVR與傳統的錄像機相比具有如下功能和特點：
節目錄制（Record）——將實時接收的數字電視節目錄制到存儲設備（硬盤）；節目回放（Playback）——將錄制到存儲設備（硬盤）中的節目通過機頂盒回放在電視屏幕上；節目時移播放（Time Shift Play）——將當前實時收看的數字電視節目延遲一段時間播放；節目技巧模式播放（Trick Mode Play）——在節目回放或節目時移播放時用不等于1倍速的速度播放節目，包括節目的快進、快退、慢放等；節目跳躍播放（Jump Play）——在節目回放時選擇任意時間點開始播放節目；節目編輯（Edit）——對錄制在硬盤中的節目進行一些簡單的編輯，包括重命名、切割、合并等。
存儲容量巨大，能夠進行更長時間的節目存儲。以40G硬盤為例，能錄制長達20小時的標準清晰度數字電視節目；硬盤的尋道和定位速度非常快，可以輕易找到已錄制的節目，立即播放，節省了倒帶時間；硬盤載體中數據的存儲和讀取非常準確，有效地降低了存儲和讀取過程中可能出現的誤碼現象。
時移播放是PVR技術的一大特點，也是機頂盒PVR的基本功能。機頂盒PVR在硬盤中開設了海量緩存區，在播放數字電視的同時，對節目進行實時存儲，緩存區間可以錄制長達數小時的節目。通過緩存技術，用戶可以對正在播放的電視節目進行暫停，過一段時間后又可以從節目的暫停處繼續播放，就好像時間發生了移動一樣。
二. PVR的實現原理
圖1描述的是PVR功能的一種實現方法的原理圖，它說明了PVR機頂盒的在執行不同功能時硬件模塊的連接方式和數據流的走向：
路徑1：收看實時節目。此時節目數據由前端1接收，通過解復用1，送到AV解碼器進行音視頻解碼。此路徑在用戶收看實時節目時生效，它與路徑3不會同時有效。
路徑2：錄制實時節目供時移播放。此時節目數據由前端2接收，通過解復用2，送到硬盤進行錄制。此路徑在用戶收看實時節目的同時生效，即邊收看邊錄制，因此它與路徑1總是同時有效，而與路徑3不會同時有效。
路徑3：回放節目或時移播放節目。此時節目數據由硬盤通過解復用1，送到AV解碼器進行音視頻解碼。此路徑在用戶回放節目或時移播放節目時生效，它與路徑1和路徑2不會同時有效。
路徑4：錄制實時節目供回放。此時節目數據由前端2接收，通過解復用3，送到硬盤進行錄制。此路徑在用戶錄制節目時生效，它與任何一條路徑都可以同時生效。
以上的硬件配置方式支持在收看一路實時節目或一路時移節目的同時錄制一路節目。需要說明的是，以上的硬件連接和功能實現方式并非是唯一的，而且與功能要求和系統的技術特點是有關系的。例如如果芯片的解復用可以支持同時將一路流送到AV解碼器和硬盤的話，則路徑1和路徑2是可以合并的，而且將只需要兩個解復用就可以實現相同的功能。
三. PVR的實現難點
1.節目時移播放
（1）當用戶切換到一個新的頻道時，機頂盒在播放當前實時節目的同時，會在后臺同步錄制當前播放的節目。所能錄制的節目的時間長度是由設計者根據需求和硬盤的容量來決定的，例如要求能夠錄制MPEG-2的標清節目一個小時的話，大概需要預留3G的硬盤空間給時移播放使用。
（2）當用戶使用遙控器發出“暫停”指令時，機頂盒需要停止當前播放的實時節目，并在當前錄制的節目中設置一個播放標志，用以標識這個暫停點在錄制的碼流中對應的位置。之所以可以實現這個標識，是因為節目被錄制時，會同步生成一個索引文件，我們只需要記錄當前的索引號就可以了。
（3）當用戶發出“播放”指令時，我們首先要尋找到前面設置的播放標志，然后從這個位置開始播放所錄制的節目，這樣就有了時移播放的效果了。
（4）如果要從時移播放狀態回到實時播放狀態，我們需要用快進播放的方法讓時移播放的節目“追上”實時節目，這樣我們就停止時移播放，轉入實時播放節目。
需要說明的是，此流程圖為了更清晰的說明時移播放的功能實現方法和過程，省去了一些分支，因此只能看作是一張簡化的流程圖。例如在時移播放節目的時候，我們還可以再按“暫停”鍵，重新設置播放標志，則再播放的時候就會從該處開始；還有除了快進外，在時移播放時還可以進行快退、慢放等技巧模式播放，其實它與回放節目的實現是一樣的。這些分支很容易理解，在此就不多作解釋了。
2.節目技巧模式播放
我們把不以一倍速播放節目的方式統稱為技巧模式播放。根據實現方式來分，技巧模式可以分為平滑模式和I幀模式。根據操作方式來分，它可以分為快進、快退、慢進、慢退等。下面分別簡單介紹一下平滑模式和I幀模式的實現方法：
（1）平滑模式
當播放速度在一定的倍速（一般是三倍速）內時，我們可以實現平滑的技巧模式播放。它的基本原理是依靠調整STC（系統時鐘）的數值來達到改變解碼和顯示的速度的目的。我們知道在MPEG-2中的編解碼同步機制是依靠PCR（節目參考時鐘標簽）恢復出STC（系統時鐘），再與PTS（顯示時間標簽）和DTS（解碼時間標簽）做比較，當相等時就進行顯示和解碼。所以當我們改變了STC的值也就改變了顯示和解碼的速度，也就實現了平滑的技巧模式播放。在這種情況下，音頻也是可以和視頻同時輸出的，但是一般只在兩倍速以下時這么做。
（2）I幀模式
當播放速度需要達到更高倍速時，我們就必須采用I幀模式來實現技巧模式播放。所謂的I幀模式就是以一定的時間間隔將當個的I幀解碼顯示，達到快進或快退的目的。這種模式主要依靠解復用模塊的單幀模式，按照速度的要求，尋找到完整的I幀數據，然后送到解碼器進行解碼并顯示輸出。在這種情況下，音頻顯然是無法輸出的。
3.節目跳躍播放
節目跳躍播放中最重要的是要能夠找到任意時間點對應的數據位置，從而實現“跳躍”的目的。這個主要是依靠索引文件來實現的。當我們錄制節目的時候，會生成一個索引文件，將節目的相對時間與數據的相對位置一一對應的關系記錄下來。則在需要的時候就可以根據它搜索到所需要的數據的相對位置，再根據這個相對位置找到真實的數據存儲位置，再以這個點開始播放節目就可以了。
目前，中國正處于數字電視快速發展的時期，而在一個相當長的時期內，數字電視機尚不可能完全替換市場上的模擬電視機，因此機頂盒作為數字電視終端設備的一種，必將擁有龐大的市場。依據國際經驗，機頂盒在經歷了低成本的基本型機頂盒后，必將向著擁有更多功能的增強型機頂盒的方向發展。