数字电视机顶盒包括硬件和软件两部分。硬件提供数字电视机顶盒的硬件平台，实现音视频的解码。在数字电视技术中，软件技术比硬件占有更为重要的位置，因为电视节目内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，以及机顶盒和Internet的互联都需要软件来实现。
1.机顶盒的硬件结构
以有线电视数字机顶盒的硬件逻辑结构为例。该机顶盒由以下几部分组成：数字电视广播接收前端、MPEG解码、视音频和图形处理、电缆调制解调器、主芯片、存储器以及各种接口电路。
(1)接收前端
数字电视广播接收前端包括调谐器和QAM解调器，该部分作用是将传输过来的调制数字信号解调还原成传输流。目前市场上比较流行的调谐解调器的生产厂商有Thomson、Sharp等，国内虽然也有一些厂商生产调谐解调器，但市场份额很小。MPEG解码部分包括解复用、解扰引擎和MPEG解压缩，其输出为MPEG视音频基本流以及数据净荷。视音频和图形处理部分完成视音频的模拟编码以及图形处理功能。电缆调制解调模块由一个双向调谐器、下行QAM解调器、上行QPSK/QAM调制器和媒体访问控制（MAC）模块组成，该部分实现电缆调制解调的所有功能。
（2）主芯片
随着芯片技术的发展，越来越多的厂家将机顶盒的功能更多地集成在一个主芯片里，例如现在大部分厂商都将CPU、解码器、解复用器、图形处理器与视音频处理器集成在芯片中，甚至一些国外厂商（例如Philips）为代表的芯片厂商将调谐解调器也集成在芯片中，形成一体化的芯片解决方案，有效地降低了器件成本并提高了可靠性。CPU速度同运行其上的业务系统有着必然的联系，如果需要在一个机顶盒中运行一个HTML浏览器，100 MIPS可能就是对CPU的最低要求，当然这还需要内存的配合。CPU与存储器模块用来存储和运行软件系统，并对各个模块进行控制。在某些方面，机顶盒同PC机有很多相似之处，甚至可以说是一台简化了的PC机，两者最相似之处就是内存。
（3）存储器
对机顶盒而言，内存主要分为Flash/ROM内存和DRAM内存。Flash/ROM用来存贮机顶盒的系统软件、驱动软件、应用程序以及一些用户信息，在系统断电时内容还可保留，同时Flash/ROM可以通过在线的方式对其上所载的软件进行更新，达到机顶盒软件升级的目的。DRAM主要是用来存储应用数据。机顶盒的许多功能都需要内存来实现，例如图形处理、视音频解码和解复用等，不同的应用需求，内存的大小配置也各不相同。容量大的Flash和DRAM的配置虽然可以为将来的业务系统预留足够的内存空间，但内存并不是决定软件能否运行的因素，它需要配合CPU来工作，不切合实际的高配置只会造成资源浪费，而无助于机顶盒性能的提高。外部存储设备一般指外挂式硬盘，大容量的硬盘可以用于存储节目流以满足用户的个性化需求。一个机顶盒中能否外挂硬盘一般都是由主芯片所决定的，只有CPU的处理能力达到一定程度时才有可能支持硬盘的读写，而硬盘的读写也需要更多的内存空间。
（4）各种接口
CA（有条件访问）的核心是加扰和加密，数字电视机顶盒应具有解扰和解密功能。通过读卡器读取CA智能卡中的数据用于数字电视节目的解扰，特别是在付费电视发展的今天，这是大多数机顶盒必不可少的部件。CI（通用接口）是一个由DVB组织为机顶盒和分离的硬件模块之间定义的标准接口。除了标准的读卡器外，在有些机顶盒中也采用CI来完成对CA智能卡的读取。同时，随着新技术的发展，机顶盒的物理接口也在不断地增加，包括USB、1394、红外遥控器接口、以太网接口、WiFi接口、RS232和视音频接口等。
2、机顶盒软件系统
在机顶盒中，软件系统是一个重要的组成部分。主控制器的工作通过软件的执行来完成。与我们常接触的PC操作系统（例如Windows、Linux、Unix、MacOS）不同，机顶盒中的操作系统要求可以在实时的环境中工作，并能在较小的内存空间中运行，所以其规模是较小的。这种操作系统称为实时操作系统（RTOS）。目前Wind River System的VxWorks、ISI公司的pSOS、Microware公司的David OS-9、ST的OS20以及专为机顶盒开发的PowerTV等。
其中，VxWorks、pSOS、OS-9、OS20是通用的实时操作系统，在其他的嵌入式系统中也有广泛的应用。在这个实时操作系统中主要完成进程调度、中断管理、内存分配、进程间通信、异常处理、时钟提取等工作。硬件驱动部分提供外围硬件设备的驱动，包括I2C总线、异步串行通信口、并行通信口、非易失内存、键盘、遥控器、调谐器、信道解码模块等。图形接口主要用于完成图形显示功能，以便于为用户提供友好的图形用户界面。音频解码和视频解码驱动用于控制音频解码和视频解码硬件的工作。解复用和数据表提取模块主要是对码流解复用和数据表提取操作的控制。应用程序编程接口将所有与硬件相关的底层函数映射到一个统一的接口上，并且提供一些与硬件无关的公用处理函数，比如网络协议、图形格式分析、业务信息数据表分析等。条件接收驱动用于完成条件接收处理的工作和软件接口。应用程序编程接口为应用程序提供了一个公共的编程接口，把应用程序与硬件屏蔽开，使得应用程序与硬件无关。这样，就便于实现应用程序的可移植性。
（1）中间件
中间件是数字电视接收系统的软件平台，为数字电视应用提供运行环境和软件接口。一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可以将其分为4层，从底向上分别为硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；中间件作为数字机顶盒中的一个独立的软件层，将应用软件与底层硬件和操作系统隔离开，对操作系统和驱动程序定义了统一接口，同时对应用程序也定义了统一接口，另外对常规数字广播电视业务和增值业务也提供统一接口。中间件定义了一组较为完整而标准的应用程序接口，使应用程序独立于操作系统和硬件平台，从而将应用的开发变得更加简捷，使产品的开放性和可移植性更强。它通常由Java虚拟机、网络浏览器、图像与多媒体模块等组成。
（2）SI/EPG
业务信息（SI）包括：节目业务群关联表（BAT）、节目业务描述表（SDT）、节目段信息表（EIT）、运行状态表（RST）、时间及日期表（TDT）、时间偏移表（TOT）等。通过这些数据表，机顶盒可以向用户提供节目的内容描述、节目的类型、节目的播放时间、节目的分级等信息。机顶盒在解复用的处理中提取这些数据表，通过分析和处理，然后通过用户界面提供给用户，形成了EPG。用户浏览这些信息，并做出选择，通过遥控器、键盘或按键等输入设备告知机顶盒根据用户的选择提取相应的节目码流或数据码流。
（3）节目业务搜索
在模拟电视系统中，电视频道的搜索只需要按照频点逐一进行即可。而在数字电视系统中，频道与节目业务不再是一一对应的关系，信道传输系统的参数也有多种配置方式。因此，机顶盒对节目业务的搜索要对应前端广播系统进行设计。一般是由运营商指定一个固定频道，作为频道配置信息的发布频道。在机顶盒中预先内置该频道参数。
（4）字幕叠印
由于数字电视系统本身就具有多业务功能，字幕的叠印显示也是机顶盒的基本功能。叠印字幕可以根据用户的选择开启和关闭。
由于机顶盒中的软件非常复杂，因此难免存在一些错误。另外随着业务的不断变化，软件的功能也需要不断的完善。软件更新的实现方法包括在线广播下载更新和单机本地更新。单机本地更新通过机顶盒上专用数据口将程序烧写到FLASH内存中，或通过更换程序RON实现。在线广播下载更新是在系统前端通过特定的协议将更新软件插入到码流中，传送给机顶盒。
