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數字電視在有線電視網絡中的傳輸（1） 伴隨著電視廣播的全面數字化，傳統的電視媒體將在技術、功能上逐步與信息、通信領域的其它手段相互融合，從而形成全新的、龐大的數字電視產業。這一新興產業已經引起廣泛的關注，各發達國家根據自己的國情，已分別制定出由模擬電視向數字電視過渡的方案和產業目標。數字電視被各國視為新世紀的戰略技術。數字電視成了繼電信引爆IT之后的又一大“熱點”。 數字電視，是從電視節目錄制、播出到發射、接收全部采用數字編碼與數字傳輸技術的新一代電視。它具有許多優點，如可實現雙向交互業務、抗干擾能力強、頻率資源利用率高等，它可提供優質的電視圖像和更多的視頻服務(如交互電視、遠程教育、會議電視、電視商務、影視點播等)。 按信號傳輸方式分類：數字電視可以分為地面無線傳輸（地面數字電視）、衛星傳輸（衛星數字電視）、有線傳輸（有線數字電視）三類。 目前美、歐、日的數字電視產業已經啟動，其模式各不相同。美國數字電視產業模式的主要特征是：大力推廣數字高清晰度電視業務，以強制措施主推地面廣播，衛星、有線傳輸同步跟進。英國模式的主要特點是：只推標清電視業務，同時采用衛星、地面、有線傳輸手段全方位覆蓋，但對地面廣播似有重點傾斜。日本模式的特點是：通過衛星覆蓋推廣高清電視業務，地面廣播進度較慢。 我國數字電視產業發展采取何種模式，將對產業化進程和市場啟動產生重要影響，大多數認為：我國的數字電視市場啟動應“以有線為主要傳輸手段，通過高清帶動產業發展，以衛星解決邊遠覆蓋”。本文主要介紹利用有線電視網絡傳輸數字電視。 一、有線數字電視的標準 目前，美國、歐洲和日本各自形成三種不同的數字電視標準。美國的標準是ATSC（Advanced Television System Committee先進電視制式委員會）；歐洲的標準是DVB（Digital Video Broadcasting 數字視頻廣播）；日本的標準是ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting 綜合業務數字廣播）。DVB 數字廣播傳輸系統利用了包括衛星、有線、地面等所有通用電視廣播傳輸媒體。它們分別對應的DVB標準為DVB-S、DVB-C、DVB-T等 。2001年國家廣電總局已頒布行業標準：《有線數字電視廣播信道編碼和調制規范》，該標準等同于DVB-C標準。行標的制訂有利于我國有線數字電視的推進。 DVB標準提供了一套完整的、適用于不同媒介的數字電視廣播系統規范。DVB選定ISO／IEC MPEG—2標準作為音頻及視頻的編碼壓縮方式，對信源編碼進行了統一，隨后對MPEG—2碼流進行打包形成傳輸流（TS），進行多個傳輸流復用，最后通過衛星、有線電視及開路電視等不同媒介傳輸方式進行傳輸。 DVB標準的核心是：系統采用MPEG壓縮的音頻、視頻及數據格式作為數據源；系統采用公共MPEG—2傳輸流（TS）復用方式；系統采用公共的用于描述廣播節目的系統業務信息用（SI）；系統的第一級信道編碼采用 R-S前向糾錯編碼保護；調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）數字有線廣播電視系統標準以有線電視網作為傳輸介質，應用范圍廣。它具有16、32、64、256QAM等多種方式。采用64QAM正交調幅調制時，一個PAL通道的傳送碼率為41.34Mb/s，還可供多套節目復用。系統前端可從衛星和地面發射獲得信號，在終端需要電纜機頂盒。 二、有線數字電視系統平臺的結構 DVB—C（Digital Video Broadcast—Cable）即有線數字視頻廣播，它是由前端系統、網絡系統、用戶終端三大部分組成，其中，前端系統是整個有線數字電視系統的核心，網絡是系統的基礎平臺，用戶終端是實現最終的結果。 1．前端系統 前端系統是有線電視網絡的信息源、交換中心，其地位和作用是不言而喻的，而今天的數字電視前端包含的內容卻更加廣泛。數字電視的前端系統一般由數字衛星接收機、視頻服務器、編解碼器、復用器、QAM調制器、各種管理服務器以及控制網絡部分等設備組成。數字電視前端系統一般可分為四個主要部分，即信號輸入部分、信號處理部分、信號輸出部分和系統管理部分，每一個部分都有其特定的功能，最終組成完整的數字電視前端。 （1）信號輸入部分 數字有線電視前端的輸入部分，接收來自不同網絡的許多節目，如衛星、開路接收等各種接入方式，也有的是本地的模擬電視節目經編碼壓縮以及視頻服務器形成的。所以信號輸入端接收設備的種類要比輸出端調制設備的種類多。而且，它們接收傳輸信號的格式和控制方式不相同,應將它們轉換為統一的格式送入信號處理部分。 數字衛星接收應選用帶ASI標準基帶數字信號傳輸接口的綜合IRD（符合MPEG-2／DVB標準）數字衛星接收機。這就保證了與各種設備之間，以及與其它公司的設備之間的相互連接性。 視頻服務器主要有存儲系統和建立在這之上的各種控制器管理系統組成，其目的是實現壓縮媒體數據的存儲以及按請求進行媒體信息的檢索和傳輸。視頻服務器與傳統的數據服務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現。 （2）信號處理部分 信號處理部分包括：解擾、復用、SI處理等，它是數字前端的核心。在這部分主要完成的是對所有節目進行解擾、截取、復用等處理。服務信息隨時更新，以保證正確地引導機頂盒的正常工作，并且所有的應用數據均能正確地插入。在模擬前端中，若要增加一套節目上，只需簡單地將一臺接收機與一個調制器相連接就可以了；在數字前端中，增加一套節目是以虛擬方式進行的，該節目是被加到某個復用器中，至于在整個通路中的什么地方加入的并不重要，機頂盒會自動地用每個傳輸流的SI服務信息找到它。另外，信號處理部分的管理，必須采用集成的管理系統，在所有的前端處理部分，均以ASI作為標準接口，這樣以后就能容易地增加任何廠商所提供的設備，具有良好的兼容性。 傳輸流解擾器可以是基于嵌入的內置解擾，也可以是開放標準的，象DVB的公共界面（CI）或美國的Open Cable標準。在這兩種標準中，那些與某種CA系統有關的特定因素都與機頂盒的合用部分無關，而是放在可插／取的PCMPIA卡上。這種TS解擾技術的最大優點是，能很容易改變CA系統，并無須變換完全的解擾設備。 在數字前端，備份是必要的。一般在數字電視系統中的備份可按所接收節目的重要性來考慮。重要的部份可以采用1：1自動切換的熱備份。其它部位可用n：1自動切換備份滿足系統的可靠性。這樣既滿足了系統備份的要求，又節約系統的投資成本。 復用是數字前端中的一個重要組成部分。它將所有接收到的信號以多個ASI傳輸流的方式加到復用器的輸入，再將所需要的節目從傳輸流中提取，然后再將提取的所有節目建立一個新的TS傳輸流，再加上附加信息以便引導機頂盒的正常接收和解碼。復用處理可以重新組織與更新他所取得節目的服務信息（SI）。復用的另一重要特點是，能讓輸出傳輸流自動跟隨輸入信號的諸多變化，及時地將這些變化反映到輸出的傳輸流中去。 服務信息SI表與節目特定信息PSI表對機頂盒正常工作是很關鍵的，那些僅與它們所在的傳輸流有關的表稱為“現行表”，復用器重建傳輸流時對“現行表”進行實時處理，而那些在同一網絡中有關其它傳輸流信息的表，則必須由其它設備處理，同時這些設備應能與系統中所有的復用器進行通信。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發生器也很重要、用該發生器可以建立與排序那些EPG（電子節目表）所需數據的表。它對機頂盒的使用是必不可少的。 （3）信號輸出部分 信號輸出部分得到已經處理的信息后，把它變成傳輸網絡所需的信號格式，典型的64QAM調制器用于有線電視網。在調制器的使用中，對輸出電平和頻率的設置調試非常重要。 在整個有線電視前端系統的信號輸出部分，模擬信號和數字信號是混臺輸出的。數字有線電視的64QAM調制，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，根據計算和實踐的經驗，通常數字調制器的輸出電平比模擬調制器的輸出電平低10dB。另外，前端模擬與模擬相鄰頻道、數字與數字相鄰頻道之間電平差不要超過土0.5dBμV。 由于模擬信號和數字信號的調制方式不同，因此它們的輸出頻率的設置也有所不同。模擬電視調制器的頻率是按圖像載波頻率設置的，而數字電視調制器的頻率要按照該頻道的中心頻率來設置。 （4）系統管理部分 系統管理部分的各種管理服務器主要完成一些用戶信息管理和計費工作，以及影視材料的管理工作和安全保密等，控制網絡部分主要完成各種服務器中的各種信息傳遞工作及后臺的影視材料和數據的交換。 系統管理必須能實時地了解前端輸入和輸出的工作狀態．能夠監視輸入信號和輸出信號及所需節目的有無和質量。所有的設備之間都是用DVB—ASI作為基帶數字信號傳輸的連接，并可使用任何基于SNMP的管理系統。對于CA有關的功能，應采用公共界面和DVB同密標準。 2．網絡部分 有線電視HFC(光纖同軸電纜混合網)網絡的拓樸結構一般有星型結構、樹型結構和星樹型混合結構、以及兩級光鏈路級聯的雙星型結構。 早期的HFC網一般均采用星型、樹型結構或星樹型混合結構。它只有一個前端，把所有信號都由前端通過光纖和同軸電纜向下輻射，即集中式HFC網絡。 目前，國際、國內普遍采用的是兩級光鏈路級聯的雙星型結構。它是由總前端和分前端通過一級光鏈路采用1550nm光發射機以雙星型光纖結構環型路由的方式組成的物理環型自愈網，二級光鏈路利用1310nm光發射機以星型光纖結構，將信號送到各光節點，然后進入電纜分配系統，形成完整的HFC網絡。即分布式HFC網絡。 實踐證明只要有線電視網絡符合系統指標，不管是哪一類網絡的拓樸結構、單向還是雙向網，都能傳輸DVB—C數字有線電視信號，它們的區別只不過是哪一種拓補結構的可靠性、性能指標和拓展性更好，這當然是分布式HFC網絡。因為分布式HFC網絡有完整的冗余保護體系，所以它有較高的可靠性和良好的網絡性能指標，更重要的是它有良好的拓展性，其總前端和分布式的各個分前端，可以分布式安裝交互式數字電視的視頻服務器，它能有效地克服因交互式數字電視所產生的視頻服務器和網絡的瓶頸，為開展交互式數字電視提供了良好的網絡平臺。 3．用戶終端 數字機頂盒（STB）不僅是用戶終端，還是網絡終端，它利用有線電視網絡作為傳輸平臺，電視機作為用戶終端，它能使模擬電視機從被動接收模擬電視轉向交互式數字電視，使用戶享受數字電視、數據廣播等全方位的信息服務。 數字機頂盒的基本功能是接收數字電視廣播節目，同時具有所有廣播和交互式多媒體應用功能，包括：（1）電子節目指南（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目的方式，用戶可以通過該功能看到一個或多個頻道甚至所有頻道上近期將播放的電視節目。（2）高速數據廣播：它能為用戶提供股市行情、票務信息、電子報紙、熱門網站等各種信息。（3）軟件在線升級：它可看成是數據廣播的應用之一。數據廣播服務器按DVB數據廣播標準將升級軟件廣播下來，機頂盒能識別該軟件的版本號，在版本不同時接收該軟件，并對保存在存儲器中的軟件進行更新。（4）因特網接入和電子郵件：數字機頂盒可通過內置的電纜調制解調器方便地實現因特網接入功能。用戶可以通過機頂盒內置的瀏覽器上網，發送電子郵件。同時機頂盒也可以提供各種接口與PC相連,使用PC接入因特網。（5）有條件接收：有條件接收的核心是加擾和加密，數字機頂盒應具有解擾和解密功能。 有線電視數字機頂盒的技術含量非常高，它集中反映了多媒體、計算機、數字壓縮編碼、加解擾算法、加解密算法、通信技術和網絡技術發展水平。目前數字機頂盒的關鍵技術主要有： （1）嵌入式實時多任務操作系統 嵌入式實時操作系統是相對于桌面計算機操作系統而言的，它不裝在硬盤中，系統結構緊湊，功能相對簡單，資源開資較小，便于固化在存儲器中。嵌入式操作系統的作用與PC機上的DOS和Windows相似，用戶通過它進行人機對話，完成用戶下達的指定。指定接收采用多種方式如：鍵盤、鼠標、語音、觸摸屏、紅外遙控器等。 （2） 中間件 中間件（Midele ware）是一種將應用程序與低層的操作系統、硬件細節隔離開來的軟件環境，它通常由各種虛擬機構成，如HTML虛擬機、JavaScript虛擬機、Java虛擬機、MHEG-5虛擬機等。一個完整的數字機頂盒由硬件平臺和軟件系統組成，可分為4層，從底層向上分別為：硬件、底層軟件、中間件、應用軟件。硬件提供機頂盒的硬件平臺；底層軟件提供操作系統以及各種硬件驅動程序；應用軟件包括本機存儲的應用和可下載的應用；中間件將應用軟件與依賴硬件的底層軟件分隔開來，使應用不依賴于具體的硬件平臺。 （3） 加解擾技術 加解擾技術用于對數字節目進行加密解密，其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸的方法，用戶端利用IC卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關的有2個數據流：授權控制信息（ECMs）和授權管理信息（EMMs）。由業務密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中包括節目來源、時間、內容分類和節目價格等節目信息。對控制字加密的業務密鑰在授權管理信息中傳送，并且業務密鑰在傳送前要經過用戶個人分配密鑰（PDK）的加密處理。EMMs中還包括地址、用戶授權信息，如用戶可以看的節目或時間段，用戶付的收視費等。 同密技術是將2家或2家以上的條件接收（CA）系統應用于同一網絡平臺之中，多密技術要求機頂盒采用CI技術，實現同一機頂盒可接收不同CA系統加密節目。從用戶角度來講，不會因購買一家CA的機頂盒而受到限制，用戶還有選擇其CA服務的可能性。 |
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來自： thunder123 > 《Digital TV》
