【摘要】 数字电视与模拟电视相比，不仅图像质量有了很大提高，而且还提供了模拟电视所无法提供的多种服务业务。本文主要介绍如何在机顶盒上实现个人数字视频录像机系统（PVR），并着重解释了PVR功能的实现难点。
【关键字】 数字电视 机顶盒 STB PVR 时移播放 技巧模式播放
一. PVR的概念
PVR（Personal Video Recorder）即个人视频录像系统，顾名思义，是指在家庭数字电视机顶盒中实现的，具备节目录制和回放功能的系统。PVR的突出特点是以硬盘作为存储媒介，硬盘容量大、数字式、访问快速的存储特性使得机顶盒PVR与传统的录像机相比具有如下功能和特点：
节目录制（Record）——将实时接收的数字电视节目录制到存储设备（硬盘）；节目回放（Playback）——将录制到存储设备（硬盘）中的节目通过机顶盒回放在电视屏幕上；节目时移播放（Time Shift Play）——将当前实时收看的数字电视节目延迟一段时间播放；节目技巧模式播放（Trick Mode Play）——在节目回放或节目时移播放时用不等于1倍速的速度播放节目，包括节目的快进、快退、慢放等；节目跳跃播放（Jump Play）——在节目回放时选择任意时间点开始播放节目；节目编辑（Edit）——对录制在硬盘中的节目进行一些简单的编辑，包括重命名、切割、合并等。
存储容量巨大，能够进行更长时间的节目存储。以40G硬盘为例，能录制长达20小时的标准清晰度数字电视节目；硬盘的寻道和定位速度非常快，可以轻易找到已录制的节目，立即播放，节省了倒带时间；硬盘载体中数据的存储和读取非常准确，有效地降低了存储和读取过程中可能出现的误码现象。
时移播放是PVR技术的一大特点，也是机顶盒PVR的基本功能。机顶盒PVR在硬盘中开设了海量缓存区，在播放数字电视的同时，对节目进行实时存储，缓存区间可以录制长达数小时的节目。通过缓存技术，用户可以对正在播放的电视节目进行暂停，过一段时间后又可以从节目的暂停处继续播放，就好像时间发生了移动一样。
二. PVR的实现原理
图1描述的是PVR功能的一种实现方法的原理图，它说明了PVR机顶盒的在执行不同功能时硬件模块的连接方式和数据流的走向：
路径1：收看实时节目。此时节目数据由前端1接收，通过解复用1，送到AV解码器进行音视频解码。此路径在用户收看实时节目时生效，它与路径3不会同时有效。
路径2：录制实时节目供时移播放。此时节目数据由前端2接收，通过解复用2，送到硬盘进行录制。此路径在用户收看实时节目的同时生效，即边收看边录制，因此它与路径1总是同时有效，而与路径3不会同时有效。
路径3：回放节目或时移播放节目。此时节目数据由硬盘通过解复用1，送到AV解码器进行音视频解码。此路径在用户回放节目或时移播放节目时生效，它与路径1和路径2不会同时有效。
路径4：录制实时节目供回放。此时节目数据由前端2接收，通过解复用3，送到硬盘进行录制。此路径在用户录制节目时生效，它与任何一条路径都可以同时生效。
以上的硬件配置方式支持在收看一路实时节目或一路时移节目的同时录制一路节目。需要说明的是，以上的硬件连接和功能实现方式并非是唯一的，而且与功能要求和系统的技术特点是有关系的。例如如果芯片的解复用可以支持同时将一路流送到AV解码器和硬盘的话，则路径1和路径2是可以合并的，而且将只需要两个解复用就可以实现相同的功能。
三. PVR的实现难点
1.节目时移播放
（1）当用户切换到一个新的频道时，机顶盒在播放当前实时节目的同时，会在后台同步录制当前播放的节目。所能录制的节目的时间长度是由设计者根据需求和硬盘的容量来决定的，例如要求能够录制MPEG-2的标清节目一个小时的话，大概需要预留3G的硬盘空间给时移播放使用。
（2）当用户使用遥控器发出“暂停”指令时，机顶盒需要停止当前播放的实时节目，并在当前录制的节目中设置一个播放标志，用以标识这个暂停点在录制的码流中对应的位置。之所以可以实现这个标识，是因为节目被录制时，会同步生成一个索引文件，我们只需要记录当前的索引号就可以了。
（3）当用户发出“播放”指令时，我们首先要寻找到前面设置的播放标志，然后从这个位置开始播放所录制的节目，这样就有了时移播放的效果了。
（4）如果要从时移播放状态回到实时播放状态，我们需要用快进播放的方法让时移播放的节目“追上”实时节目，这样我们就停止时移播放，转入实时播放节目。
需要说明的是，此流程图为了更清晰的说明时移播放的功能实现方法和过程，省去了一些分支，因此只能看作是一张简化的流程图。例如在时移播放节目的时候，我们还可以再按“暂停”键，重新设置播放标志，则再播放的时候就会从该处开始；还有除了快进外，在时移播放时还可以进行快退、慢放等技巧模式播放，其实它与回放节目的实现是一样的。这些分支很容易理解，在此就不多作解释了。
2.节目技巧模式播放
我们把不以一倍速播放节目的方式统称为技巧模式播放。根据实现方式来分，技巧模式可以分为平滑模式和I帧模式。根据操作方式来分，它可以分为快进、快退、慢进、慢退等。下面分别简单介绍一下平滑模式和I帧模式的实现方法：
（1）平滑模式
当播放速度在一定的倍速（一般是三倍速）内时，我们可以实现平滑的技巧模式播放。它的基本原理是依靠调整STC（系统时钟）的数值来达到改变解码和显示的速度的目的。我们知道在MPEG-2中的编解码同步机制是依靠PCR（节目参考时钟标签）恢复出STC（系统时钟），再与PTS（显示时间标签）和DTS（解码时间标签）做比较，当相等时就进行显示和解码。所以当我们改变了STC的值也就改变了显示和解码的速度，也就实现了平滑的技巧模式播放。在这种情况下，音频也是可以和视频同时输出的，但是一般只在两倍速以下时这么做。
（2）I帧模式
当播放速度需要达到更高倍速时，我们就必须采用I帧模式来实现技巧模式播放。所谓的I帧模式就是以一定的时间间隔将当个的I帧解码显示，达到快进或快退的目的。这种模式主要依靠解复用模块的单帧模式，按照速度的要求，寻找到完整的I帧数据，然后送到解码器进行解码并显示输出。在这种情况下，音频显然是无法输出的。
3.节目跳跃播放
节目跳跃播放中最重要的是要能够找到任意时间点对应的数据位置，从而实现“跳跃”的目的。这个主要是依靠索引文件来实现的。当我们录制节目的时候，会生成一个索引文件，将节目的相对时间与数据的相对位置一一对应的关系记录下来。则在需要的时候就可以根据它搜索到所需要的数据的相对位置，再根据这个相对位置找到真实的数据存储位置，再以这个点开始播放节目就可以了。
目前，中国正处于数字电视快速发展的时期，而在一个相当长的时期内，数字电视机尚不可能完全替换市场上的模拟电视机，因此机顶盒作为数字电视终端设备的一种，必将拥有庞大的市场。依据国际经验，机顶盒在经历了低成本的基本型机顶盒后，必将向着拥有更多功能的增强型机顶盒的方向发展。