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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)國家根據(jù)自己的國情，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”。 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，如可實現(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、會議電視、電視商務(wù)、影視點播等)。 按信號傳輸方式分類：數(shù)字電視可以分為地面無線傳輸（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，其模式各不相同。美國數(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)。英國模式的主要特點是：只推標(biāo)清電視業(yè)務(wù)，同時采用衛(wèi)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(wèi)星覆蓋推廣高清電視業(yè)務(wù)，地面廣播進(jìn)度較慢。 我國數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展采取何種模式，將對產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和市場啟動產(chǎn)生重要影響，大多數(shù)認(rèn)為：我國的數(shù)字電視市場啟動應(yīng)“以有線為主要傳輸手段，通過高清帶動產(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、歐洲和日本各自形成三種不同的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。美國的標(biāo)準(zhǔn)是ATSC（Advanced Television System Committee先進(jìn)電視制式委員會）；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。它們分別對應(yīng)的DVB標(biāo)準(zhǔn)為DVB-S、DVB-C、DVB-T等 。2001年國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，對信源編碼進(jìn)行了統(tǒng)一，隨后對MPEG—2碼流進(jìn)行打包形成傳輸流（TS），進(jìn)行多個傳輸流復(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)的第一級信道編碼采用 R-S前向糾錯編碼保護(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，一個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，在終端需要電纜機(jī)頂盒。 二、有線數(shù)字電視系統(tǒng)平臺的結(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，用戶終端是實現(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(tǒng)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(shù)字電視前端。 （1）信號輸入部分 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，其目的是實現(xiàn)壓縮媒體數(shù)據(jù)的存儲以及按請求進(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現(xiàn)。 （2）信號處理部分 信號處理部分包括：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，只需簡單地將一臺接收機(jī)與一個調(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)目是被加到某個復(fù)用器中，至于在整個通路中的什么地方加入的并不重要，機(jī)頂盒會自動地用每個傳輸流的SI服務(wù)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(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)點是，能很容易改變CA系統(tǒng)，并無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自動切換的熱備份。其它部位可用n：1自動切換備份滿足系統(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(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(wù)信息SI表與節(jié)目特定信息PSI表對機(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)用器重建傳輸流時對“現(xiàn)行表”進(jìn)行實時處理，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。它對機(jī)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(jīng)處理的信息后，把它變成傳輸網(wǎng)絡(luò)所需的信號格式，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，對輸出電平和頻率的設(shè)置調(diào)試非常重要。 在整個有線電視前端系統(tǒng)的信號輸出部分，模擬信號和數(shù)字信號是混臺輸出的。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)計算和實踐的經(jīng)驗，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。 由于模擬信號和數(shù)字信號的調(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費工作，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的影視材料和數(shù)據(jù)的交換。 系統(tǒng)管理必須能實時地了解前端輸入和輸出的工作狀態(tài)．能夠監(jiān)視輸入信號和輸出信號及所需節(jié)目的有無和質(zhì)量。所有的設(shè)備之間都是用DVB—ASI作為基帶數(shù)字信號傳輸?shù)倪B接，并可使用任何基于SNMP的管理系統(tǒng)。對于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)、以及兩級光鏈路級聯(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(wǎng)絡(luò)。 目前，國際、國內(nèi)普遍采用的是兩級光鏈路級聯(lián)的雙星型結(jié)構(gòu)。它是由總前端和分前端通過一級光鏈路采用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)，二級光鏈路利用1310nm光發(fā)射機(jī)以星型光纖結(jié)構(gòu)，將信號送到各光節(jié)點，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，它們的區(qū)別只不過是哪一種拓補結(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)。因為分布式HFC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。 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，電視機(jī)作為用戶終端，它能使模擬電視機(jī)從被動接收模擬電視轉(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或多個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、電子報紙、熱門網(wǎng)站等各種信息。（3）軟件在線升級：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)將升級軟件廣播下來，機(jī)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(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）嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng) 嵌入式實時操作系統(tǒng)是相對于桌面計算機(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，功能相對簡單，資源開資較小，便于固化在存儲器中。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。一個完整的數(shù)字機(jī)頂盒由硬件平臺和軟件系統(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；底層軟件提供操作系統(tǒng)以及各種硬件驅(qū)動程序；應(yīng)用軟件包括本機(jī)存儲的應(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。 （3） 加解擾技術(shù) 加解擾技術(shù)用于對數(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ǎ脩舳死肐C卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關(guān)的有2個數(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、時間、內(nèi)容分類和節(jié)目價格等節(jié)目信息。對控制字加密的業(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)目或時間段，用戶付的收視費等。 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)平臺之中，多密技術(shù)要求機(jī)頂盒采用CI技術(shù)，實現(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，不會因購買一家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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