數(shù)字電視在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的傳輸（1）
伴隨著電視廣播的全面數(shù)字化，傳統(tǒng)的電視媒體將在技術(shù)、功能上逐步與信息、通信領(lǐng)域的其它手段相互融合，從而形成全新的、龐大的數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)。這一新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，各發(fā)達(dá)國(guó)家根據(jù)自己的國(guó)情，已分別制定出由模擬電視向數(shù)字電視過渡的方案和產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。數(shù)字電視被各國(guó)視為新世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)。數(shù)字電視成了繼電信引爆IT之后的又一大“熱點(diǎn)”。
數(shù)字電視，是從電視節(jié)目錄制、播出到發(fā)射、接收全部采用數(shù)字編碼與數(shù)字傳輸技術(shù)的新一代電視。它具有許多優(yōu)點(diǎn)，如可實(shí)現(xiàn)雙向交互業(yè)務(wù)、抗干擾能力強(qiáng)、頻率資源利用率高等，它可提供優(yōu)質(zhì)的電視圖像和更多的視頻服務(wù)(如交互電視、遠(yuǎn)程教育、會(huì)議電視、電視商務(wù)、影視點(diǎn)播等)。
按信號(hào)傳輸方式分類：數(shù)字電視可以分為地面無(wú)線傳輸（地面數(shù)字電視）、衛(wèi)星傳輸（衛(wèi)星數(shù)字電視）、有線傳輸（有線數(shù)字電視）三類。
目前美、歐、日的數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)已經(jīng)啟動(dòng)，其模式各不相同。美國(guó)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)模式的主要特征是：大力推廣數(shù)字高清晰度電視業(yè)務(wù)，以強(qiáng)制措施主推地面廣播，衛(wèi)星、有線傳輸同步跟進(jìn)。英國(guó)模式的主要特點(diǎn)是：只推標(biāo)清電視業(yè)務(wù)，同時(shí)采用衛(wèi)星、地面、有線傳輸手段全方位覆蓋，但對(duì)地面廣播似有重點(diǎn)傾斜。日本模式的特點(diǎn)是：通過衛(wèi)星覆蓋推廣高清電視業(yè)務(wù)，地面廣播進(jìn)度較慢。
我國(guó)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展采取何種模式，將對(duì)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和市場(chǎng)啟動(dòng)產(chǎn)生重要影響，大多數(shù)認(rèn)為：我國(guó)的數(shù)字電視市場(chǎng)啟動(dòng)應(yīng)“以有線為主要傳輸手段，通過高清帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以衛(wèi)星解決邊遠(yuǎn)覆蓋”。本文主要介紹利用有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字電視。
一、有線數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)
目前，美國(guó)、歐洲和日本各自形成三種不同的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)是ATSC（Advanced Television System Committee先進(jìn)電視制式委員會(huì)）；歐洲的標(biāo)準(zhǔn)是DVB（Digital Video Broadcasting 數(shù)字視頻廣播）；日本的標(biāo)準(zhǔn)是ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播）。DVB 數(shù)字廣播傳輸系統(tǒng)利用了包括衛(wèi)星、有線、地面等所有通用電視廣播傳輸媒體。它們分別對(duì)應(yīng)的DVB標(biāo)準(zhǔn)為DVB-S、DVB-C、DVB-T等 。2001年國(guó)家廣電總局已頒布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《有線數(shù)字電視廣播信道編碼和調(diào)制規(guī)范》，該標(biāo)準(zhǔn)等同于DVB-C標(biāo)準(zhǔn)。行標(biāo)的制訂有利于我國(guó)有線數(shù)字電視的推進(jìn)。
DVB標(biāo)準(zhǔn)提供了一套完整的、適用于不同媒介的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)規(guī)范。DVB選定ISO／IEC MPEG—2標(biāo)準(zhǔn)作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，對(duì)信源編碼進(jìn)行了統(tǒng)一，隨后對(duì)MPEG—2碼流進(jìn)行打包形成傳輸流（TS），進(jìn)行多個(gè)傳輸流復(fù)用，最后通過衛(wèi)星、有線電視及開路電視等不同媒介傳輸方式進(jìn)行傳輸。
DVB標(biāo)準(zhǔn)的核心是：系統(tǒng)采用MPEG壓縮的音頻、視頻及數(shù)據(jù)格式作為數(shù)據(jù)源；系統(tǒng)采用公共MPEG—2傳輸流（TS）復(fù)用方式；系統(tǒng)采用公共的用于描述廣播節(jié)目的系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息用（SI）；系統(tǒng)的第一級(jí)信道編碼采用 R-S前向糾錯(cuò)編碼保護(hù)；調(diào)制與其它附屬的信道編碼方式，由不同的傳輸媒介來確定；使用通用的加擾方式以及有條件接收界面。
DVB-C（ETS 300 429）數(shù)字有線廣播電視系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以有線電視網(wǎng)作為傳輸介質(zhì)，應(yīng)用范圍廣。它具有16、32、64、256QAM等多種方式。采用64QAM正交調(diào)幅調(diào)制時(shí)，一個(gè)PAL通道的傳送碼率為41.34Mb/s，還可供多套節(jié)目復(fù)用。系統(tǒng)前端可從衛(wèi)星和地面發(fā)射獲得信號(hào)，在終端需要電纜機(jī)頂盒。
二、有線數(shù)字電視系統(tǒng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)
DVB—C（Digital Video Broadcast—Cable）即有線數(shù)字視頻廣播，它是由前端系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、用戶終端三大部分組成，其中，前端系統(tǒng)是整個(gè)有線數(shù)字電視系統(tǒng)的核心，網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，用戶終端是實(shí)現(xiàn)最終的結(jié)果。
1．前端系統(tǒng)
前端系統(tǒng)是有線電視網(wǎng)絡(luò)的信息源、交換中心，其地位和作用是不言而喻的，而今天的數(shù)字電視前端包含的內(nèi)容卻更加廣泛。數(shù)字電視的前端系統(tǒng)一般由數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)、視頻服務(wù)器、編解碼器、復(fù)用器、QAM調(diào)制器、各種管理服務(wù)器以及控制網(wǎng)絡(luò)部分等設(shè)備組成。數(shù)字電視前端系統(tǒng)一般可分為四個(gè)主要部分，即信號(hào)輸入部分、信號(hào)處理部分、信號(hào)輸出部分和系統(tǒng)管理部分，每一個(gè)部分都有其特定的功能，最終組成完整的數(shù)字電視前端。
（1）信號(hào)輸入部分
數(shù)字有線電視前端的輸入部分，接收來自不同網(wǎng)絡(luò)的許多節(jié)目，如衛(wèi)星、開路接收等各種接入方式，也有的是本地的模擬電視節(jié)目經(jīng)編碼壓縮以及視頻服務(wù)器形成的。所以信號(hào)輸入端接收設(shè)備的種類要比輸出端調(diào)制設(shè)備的種類多。而且，它們接收傳輸信號(hào)的格式和控制方式不相同,應(yīng)將它們轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式送入信號(hào)處理部分。
數(shù)字衛(wèi)星接收應(yīng)選用帶ASI標(biāo)準(zhǔn)基帶數(shù)字信號(hào)傳輸接口的綜合IRD（符合MPEG-2／DVB標(biāo)準(zhǔn)）數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)。這就保證了與各種設(shè)備之間，以及與其它公司的設(shè)備之間的相互連接性。
視頻服務(wù)器主要有存儲(chǔ)系統(tǒng)和建立在這之上的各種控制器管理系統(tǒng)組成，其目的是實(shí)現(xiàn)壓縮媒體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及按請(qǐng)求進(jìn)行媒體信息的檢索和傳輸。視頻服務(wù)器與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器在很多方面有顯著不同，需要解決許多問題，來支持各種功能的實(shí)現(xiàn)。
（2）信號(hào)處理部分
信號(hào)處理部分包括：解擾、復(fù)用、SI處理等，它是數(shù)字前端的核心。在這部分主要完成的是對(duì)所有節(jié)目進(jìn)行解擾、截取、復(fù)用等處理。服務(wù)信息隨時(shí)更新，以保證正確地引導(dǎo)機(jī)頂盒的正常工作，并且所有的應(yīng)用數(shù)據(jù)均能正確地插入。在模擬前端中，若要增加一套節(jié)目上，只需簡(jiǎn)單地將一臺(tái)接收機(jī)與一個(gè)調(diào)制器相連接就可以了；在數(shù)字前端中，增加一套節(jié)目是以虛擬方式進(jìn)行的，該節(jié)目是被加到某個(gè)復(fù)用器中，至于在整個(gè)通路中的什么地方加入的并不重要，機(jī)頂盒會(huì)自動(dòng)地用每個(gè)傳輸流的SI服務(wù)信息找到它。另外，信號(hào)處理部分的管理，必須采用集成的管理系統(tǒng)，在所有的前端處理部分，均以ASI作為標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣以后就能容易地增加任何廠商所提供的設(shè)備，具有良好的兼容性。
傳輸流解擾器可以是基于嵌入的內(nèi)置解擾，也可以是開放標(biāo)準(zhǔn)的，象DVB的公共界面（CI）或美國(guó)的Open Cable標(biāo)準(zhǔn)。在這兩種標(biāo)準(zhǔn)中，那些與某種CA系統(tǒng)有關(guān)的特定因素都與機(jī)頂盒的合用部分無(wú)關(guān)，而是放在可插／取的PCMPIA卡上。這種TS解擾技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是，能很容易改變CA系統(tǒng)，并無(wú)須變換完全的解擾設(shè)備。
在數(shù)字前端，備份是必要的。一般在數(shù)字電視系統(tǒng)中的備份可按所接收節(jié)目的重要性來考慮。重要的部份可以采用1：1自動(dòng)切換的熱備份。其它部位可用n：1自動(dòng)切換備份滿足系統(tǒng)的可靠性。這樣既滿足了系統(tǒng)備份的要求，又節(jié)約系統(tǒng)的投資成本。
復(fù)用是數(shù)字前端中的一個(gè)重要組成部分。它將所有接收到的信號(hào)以多個(gè)ASI傳輸流的方式加到復(fù)用器的輸入，再將所需要的節(jié)目從傳輸流中提取，然后再將提取的所有節(jié)目建立一個(gè)新的TS傳輸流，再加上附加信息以便引導(dǎo)機(jī)頂盒的正常接收和解碼。復(fù)用處理可以重新組織與更新他所取得節(jié)目的服務(wù)信息（SI）。復(fù)用的另一重要特點(diǎn)是，能讓輸出傳輸流自動(dòng)跟隨輸入信號(hào)的諸多變化，及時(shí)地將這些變化反映到輸出的傳輸流中去。
服務(wù)信息SI表與節(jié)目特定信息PSI表對(duì)機(jī)頂盒正常工作是很關(guān)鍵的，那些僅與它們所在的傳輸流有關(guān)的表稱為“現(xiàn)行表”，復(fù)用器重建傳輸流時(shí)對(duì)“現(xiàn)行表”進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，而那些在同一網(wǎng)絡(luò)中有關(guān)其它傳輸流信息的表，則必須由其它設(shè)備處理，同時(shí)這些設(shè)備應(yīng)能與系統(tǒng)中所有的復(fù)用器進(jìn)行通信。只有這樣，所有的表才能在所有的傳輸流中保持一致。另外，EPG發(fā)生器也很重要、用該發(fā)生器可以建立與排序那些EPG（電子節(jié)目表）所需數(shù)據(jù)的表。它對(duì)機(jī)頂盒的使用是必不可少的。
（3）信號(hào)輸出部分
信號(hào)輸出部分得到已經(jīng)處理的信息后，把它變成傳輸網(wǎng)絡(luò)所需的信號(hào)格式，典型的64QAM調(diào)制器用于有線電視網(wǎng)。在調(diào)制器的使用中，對(duì)輸出電平和頻率的設(shè)置調(diào)試非常重要。
在整個(gè)有線電視前端系統(tǒng)的信號(hào)輸出部分，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)是混臺(tái)輸出的。數(shù)字有線電視的64QAM調(diào)制，具有類似雙邊帶的特征，它們的峰值功率和平均功率是不同的，根據(jù)計(jì)算和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，通常數(shù)字調(diào)制器的輸出電平比模擬調(diào)制器的輸出電平低10dB。另外，前端模擬與模擬相鄰頻道、數(shù)字與數(shù)字相鄰頻道之間電平差不要超過土0.5dBμV。
由于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式不同，因此它們的輸出頻率的設(shè)置也有所不同。模擬電視調(diào)制器的頻率是按圖像載波頻率設(shè)置的，而數(shù)字電視調(diào)制器的頻率要按照該頻道的中心頻率來設(shè)置。
（4）系統(tǒng)管理部分
系統(tǒng)管理部分的各種管理服務(wù)器主要完成一些用戶信息管理和計(jì)費(fèi)工作，以及影視材料的管理工作和安全保密等，控制網(wǎng)絡(luò)部分主要完成各種服務(wù)器中的各種信息傳遞工作及后臺(tái)的影視材料和數(shù)據(jù)的交換。
系統(tǒng)管理必須能實(shí)時(shí)地了解前端輸入和輸出的工作狀態(tài)．能夠監(jiān)視輸入信號(hào)和輸出信號(hào)及所需節(jié)目的有無(wú)和質(zhì)量。所有的設(shè)備之間都是用DVB—ASI作為基帶數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)倪B接，并可使用任何基于SNMP的管理系統(tǒng)。對(duì)于CA有關(guān)的功能，應(yīng)采用公共界面和DVB同密標(biāo)準(zhǔn)。
2．網(wǎng)絡(luò)部分
有線電視HFC(光纖同軸電纜混合網(wǎng))網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)一般有星型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)和星樹型混合結(jié)構(gòu)、以及兩級(jí)光鏈路級(jí)聯(lián)的雙星型結(jié)構(gòu)。
早期的HFC網(wǎng)一般均采用星型、樹型結(jié)構(gòu)或星樹型混合結(jié)構(gòu)。它只有一個(gè)前端，把所有信號(hào)都由前端通過光纖和同軸電纜向下輻射，即集中式HFC網(wǎng)絡(luò)。
目前，國(guó)際、國(guó)內(nèi)普遍采用的是兩級(jí)光鏈路級(jí)聯(lián)的雙星型結(jié)構(gòu)。它是由總前端和分前端通過一級(jí)光鏈路采用1550nm光發(fā)射機(jī)以雙星型光纖結(jié)構(gòu)環(huán)型路由的方式組成的物理環(huán)型自愈網(wǎng)，二級(jí)光鏈路利用1310nm光發(fā)射機(jī)以星型光纖結(jié)構(gòu)，將信號(hào)送到各光節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)入電纜分配系統(tǒng)，形成完整的HFC網(wǎng)絡(luò)。即分布式HFC網(wǎng)絡(luò)。
實(shí)踐證明只要有線電視網(wǎng)絡(luò)符合系統(tǒng)指標(biāo)，不管是哪一類網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)、單向還是雙向網(wǎng)，都能傳輸DVB—C數(shù)字有線電視信號(hào)，它們的區(qū)別只不過是哪一種拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的可靠性、性能指標(biāo)和拓展性更好，這當(dāng)然是分布式HFC網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)榉植际紿FC網(wǎng)絡(luò)有完整的冗余保護(hù)體系，所以它有較高的可靠性和良好的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，更重要的是它有良好的拓展性，其總前端和分布式的各個(gè)分前端，可以分布式安裝交互式數(shù)字電視的視頻服務(wù)器，它能有效地克服因交互式數(shù)字電視所產(chǎn)生的視頻服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，為開展交互式數(shù)字電視提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。 3．用戶終端
數(shù)字機(jī)頂盒（STB）不僅是用戶終端，還是網(wǎng)絡(luò)終端，它利用有線電視網(wǎng)絡(luò)作為傳輸平臺(tái)，電視機(jī)作為用戶終端，它能使模擬電視機(jī)從被動(dòng)接收模擬電視轉(zhuǎn)向交互式數(shù)字電視，使用戶享受數(shù)字電視、數(shù)據(jù)廣播等全方位的信息服務(wù)。
數(shù)字機(jī)頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，同時(shí)具有所有廣播和交互式多媒體應(yīng)用功能，包括：（1）電子節(jié)目指南（EPG）：它為用戶提供一種容易使用、界面友好、可以快速訪問想看節(jié)目的方式，用戶可以通過該功能看到一個(gè)或多個(gè)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：它能為用戶提供股市行情、票務(wù)信息、電子報(bào)紙、熱門網(wǎng)站等各種信息。（3）軟件在線升級(jí)：它可看成是數(shù)據(jù)廣播的應(yīng)用之一。數(shù)據(jù)廣播服務(wù)器按DVB數(shù)據(jù)廣播標(biāo)準(zhǔn)將升級(jí)軟件廣播下來，機(jī)頂盒能識(shí)別該軟件的版本號(hào)，在版本不同時(shí)接收該軟件，并對(duì)保存在存儲(chǔ)器中的軟件進(jìn)行更新。（4）因特網(wǎng)接入和電子郵件：數(shù)字機(jī)頂盒可通過內(nèi)置的電纜調(diào)制解調(diào)器方便地實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入功能。用戶可以通過機(jī)頂盒內(nèi)置的瀏覽器上網(wǎng)，發(fā)送電子郵件。同時(shí)機(jī)頂盒也可以提供各種接口與PC相連,使用PC接入因特網(wǎng)。（5）有條件接收：有條件接收的核心是加擾和加密，數(shù)字機(jī)頂盒應(yīng)具有解擾和解密功能。
有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的技術(shù)含量非常高，它集中反映了多媒體、計(jì)算機(jī)、數(shù)字壓縮編碼、加解擾算法、加解密算法、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展水平。目前數(shù)字機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)主要有：
（1）嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是相對(duì)于桌面計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)而言的，它不裝在硬盤中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，資源開資較小，便于固化在存儲(chǔ)器中。嵌入式操作系統(tǒng)的作用與PC機(jī)上的DOS和Windows相似，用戶通過它進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，完成用戶下達(dá)的指定。指定接收采用多種方式如：鍵盤、鼠標(biāo)、語(yǔ)音、觸摸屏、紅外遙控器等。
（2） 中間件
中間件（Midele ware）是一種將應(yīng)用程序與低層的操作系統(tǒng)、硬件細(xì)節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境，它通常由各種虛擬機(jī)構(gòu)成，如HTML虛擬機(jī)、JavaScript虛擬機(jī)、Java虛擬機(jī)、MHEG-5虛擬機(jī)等。一個(gè)完整的數(shù)字機(jī)頂盒由硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)組成，可分為4層，從底層向上分別為：硬件、底層軟件、中間件、應(yīng)用軟件。硬件提供機(jī)頂盒的硬件平臺(tái)；底層軟件提供操作系統(tǒng)以及各種硬件驅(qū)動(dòng)程序；應(yīng)用軟件包括本機(jī)存儲(chǔ)的應(yīng)用和可下載的應(yīng)用；中間件將應(yīng)用軟件與依賴硬件的底層軟件分隔開來，使應(yīng)用不依賴于具體的硬件平臺(tái)。
（3） 加解擾技術(shù)
加解擾技術(shù)用于對(duì)數(shù)字節(jié)目進(jìn)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(guān)的有2個(gè)數(shù)據(jù)流：授權(quán)控制信息（ECMs）和授權(quán)管理信息（EMMs）。由業(yè)務(wù)密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中包括節(jié)目來源、時(shí)間、內(nèi)容分類和節(jié)目?jī)r(jià)格等節(jié)目信息。對(duì)控制字加密的業(yè)務(wù)密鑰在授權(quán)管理信息中傳送，并且業(yè)務(wù)密鑰在傳送前要經(jīng)過用戶個(gè)人分配密鑰（PDK）的加密處理。EMMs中還包括地址、用戶授權(quán)信息，如用戶可以看的節(jié)目或時(shí)間段，用戶付的收視費(fèi)等。
同密技術(shù)是將2家或2家以上的條件接收（CA）系統(tǒng)應(yīng)用于同一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之中，多密技術(shù)要求機(jī)頂盒采用CI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同一機(jī)頂盒可接收不同CA系統(tǒng)加密節(jié)目。從用戶角度來講，不會(huì)因購(gòu)買一家CA的機(jī)頂盒而受到限制，用戶還有選擇其CA服務(wù)的可能性。
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