DOC《CATV机顶盒设计的原理与实现》

CATV机顶盒设计的原理与实现 时间:2007-02-27 来源: 作者: 点击:…… 字体大小:【大中小】

1、引言 电视机顶盒(SetTopBox,STB)是模拟广播电视向数字广播电视过渡的最好解决方案.

将数字机顶盒与普通的模拟电视结合起来,就可以实现数字电视的功能.数字机顶盒可以把来自卫星、地面或有线的数字电视信号转换成模拟电视机能够接收的 PAL/NTSC信号,亦可支持视频点播、互联网浏览等功能.目前具有实用开发价值的机顶盒可分为数字卫星接收(DVB-S)机顶盒和数字有线电视 (DVB-C)机顶盒两种. 有线电视(CATV)网络具有覆盖范围广,频带资源丰富,建设成本低的优点,可以同时支持传统的模拟业务、新型的数字点播(VOD)和数据信息服务.我国 目前还没有制定CATV数字电视广播标准,而是采用欧洲的DVB-C标准.本文介绍了采用DVB-C标准的有线电视机顶盒系统的设计原理及其解决方案.

2、设计原理及关键技术?? 有线电视机顶盒应该具备的主要功能有:接收数字广播信号(包括CATV上的音频、视频和资料信号)和视频点播. 数字数据流经过机顶盒各芯片完成解调、解复用、译码功能.其原理框图如图1所示. 2.1 数据的调制与解调技术 目前国际上数字高清晰度电视传输系统中采用的调制技术主要有:四相移相键控(QPSK)、多电平正交幅度调制(MQAM)、多电平残留边带调制 (MVSB)和正交频分复用调制(OFDM).在有线电视中主要采用MQAM调制方式.QAM调制是一种节省频带的数字调幅方法(16QAM的频谱利用率 为4(bit/s)/Hz,64QAM的频谱利用率为6(bit/s)/Hz),有较高的信噪比.QAM调制方法在2400bit/s以上的中、高速调制 中常被采用,广泛应用于有线电视的下行传输及HDTV的地面广播传输中. 2.2 加解扰技术 加解扰技术用于对数字节目进行加密解密,其基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法,用户端利用IC卡解密.在MPEG传输流中,与控制字传输相关的有两 个数据流:授权控制信息(ECMs)和授权管理信息(EMMs),由业务密钥(SK)加密处理后的控制字在ECMs中传送,其中还包括节目来源、时间、内 容分类和节目价格等节目信息.对控制字加密的业务密钥在授权管理中传送,且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥(PDK)的加密处理,EMMs中还包 括地址和用户授权信息,如用户可以看的节目或时间段,用户付的收视费等.用户个人分配密钥(PDK)存放在用户的智能卡(SmartCard)中.在用户 端,机顶盒根据PMT和CAT表中的CA?descriptor,获得EMM和ECM的PID值,然后,从TS流中过滤出ECMs和EMMs,并通过 SmartCard接口送给SmartCard.Smart Card首先读取用户个人分配密钥(PDK),用PDK对EMM解密,取出SK,然后利用SK对ECM进行解密,取出CW,并将CW通过Smart Card接口送给解扰引擎,解扰引擎利用CW就可以将扰的传输流进行解扰.加解扰技术分为同密和多密技术. 同密技术是将两家或两家以上的条件接收(CA)系统应用于同一网络平台之中,对有线电视台来说是实现技术的选择和一种竞争的环境. 多密技术要求机顶盒采用CI技术,实现同一机顶盒可接收不同CA系统加密节目.从用户角度来讲,不会因购买哪一家CA的机顶盒而受到限制,用户还有选择其CA服务的可能性. 2.3 复用与解复用技术 整个复用过程可以描述为2个不同层次的复用.?? ・节目层复用:视频流、音频流和资料流通过复用器复用成一个节目的传送比特流. ・系统层复用:多个节目的传送位流通过复用器复用成系统比特流.?? 通过这两级复用所生成的都是标准的MPEG-2的TS码流. 解复用单元由专用处理器构成,负责对MPEG-2的TS流和成包基本码流(PES)进行解析,恢复音视频解码器所需的码流,同时负责对传输错误进行标识. 传送系统使用了MPEG-2定义的固定长度为188个字节的传输流分组方式,这些分组是通过分组头中的分组标识(PID)来识别视频、音频或数据信息.传 输流中包含一个或多个节目,每个节目是由一个或多个复用在一起的基本码流构成的.在单路节目传送复用时,组成节目的传送码流的PID信息、码流中传输的应 用(如音频、视频等)标示符以及这些码流之间的关系等,由节目映射表(PMT)来表示.包含PMT的码流的PID号由在节目系统复用时定义的PID=0的 系统级控制码流所携带的节目关联表(PAT)来给出.PMT和PAT都是属于包含节目及系统信息的节目特定信息(PSI)的一部分.解复用器利用PID= 0的节目关联表(PAT)识别出携带所需节目映射表(PMT)的比特流的PID,然后从节目映射表(PMT)中获得构成节目的基本码流的PID号,通过设 置解复用器中的过滤器,来接收所需节目的传送码流.音视频基本码流在传送层中是以分组的基本流(PES)的形式传送的,对所选节目进行PES解包后的压缩 音频、视频流数据交送音频和视频解码单元处理. 2.4 MPEG-2视频编码 MPEG-2视频编码系统由一个大家族构成,每一个系统之间都有兼容性和共同性,根据图像清晰度的不同,它分成四种信源格式或称 等级 (Level), 从录像带(VCR)的低图像清晰度,到高清晰度电视.除了根据图像清晰度定义的 等级 以外,DVB视频标准还定义了 档次 (Profile)的概念, 每一个不同的 档次 能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法. 2.4.1 档次 目前在MPEG-2系统中存在5个 档次 ,每一个 档次 都会比它的前一个 档次 更加复杂,更加完善,提供更多的工具,同时其相对应的设备的价格也更高. 档次 的最初级叫做简单档次(SimpleProfile),随后是主档次(MainProfile),它比简单档次增加了编码双向预测的功能,即:B -FRAMES.在使用同样的码流的情况下,它的质量会更好,但算法更加复杂,使用的芯片更多.主档次的解码芯片,可以兼容解码简单档次的编码,这种向下 兼容性贯穿整个系列的 档次 . 在主档次之后,是信噪比可分级档次(SNRScalable)及空间频谱可分级档次(SpaceScalableProfile),这两种 档次 可以调 整信噪比与码流率关系,以及图像清晰度与码流率之间的关系,出于其编码的复杂性以及接收设备价格昂贵等原因,DVB标准目前不支持这两种 档次 .最高级 的 档次 是HIGH PROFILE,它不仅兼容前面的低级 档次 ,兼备所有的功能,而且可以进行多行同时编码. 2.4.2 等级 根据图像节目源的清晰度由低到高的不同,DVBMPEG??2标准分成许多 等级 ,最低的LOWLEVEL的清晰度是IU-R-BT、601建议的四分 之一,即:352*288*25帧/秒.MAINLEVEL是完全符合IU-R-BT、601建议的标准,即:720*576*25帧/秒.HIGH-