數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)的構(gòu)成和功能特點

高紅令，賈 濤

北京裝備指揮技術(shù)學院，北京 101416

數(shù)字有線電視的前端系統(tǒng)，主要是指數(shù)字有線電視網(wǎng)絡(luò)的信息源部分，是電視節(jié)目信息的交換中心,屬于整個數(shù)字有線電視系統(tǒng)的核心部分。許多關(guān)鍵性的設(shè)備和技術(shù)，都集中在前端系統(tǒng)，例如編碼設(shè)備、數(shù)字多路復用器設(shè)備、數(shù)字調(diào)制儀器等。本來數(shù)字有線電視整體系統(tǒng)就集中了大量的高新尖端技術(shù)，例如數(shù)字視頻技術(shù)、數(shù)字音頻技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)等，再加上前端系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)，使得數(shù)字有線電視技術(shù)難度遠遠高于模擬電視技術(shù)，其前端的管理也遠比模擬電視的復雜得多。為更好地進行區(qū)域數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和維護，有必要認真了解和掌握其構(gòu)成、組成原理和工作特點。

比較成熟的數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)，一般分為四大部分，包括信號輸入部分、信號處理部分、信號輸出部分和系統(tǒng)管理部分等。每個部分又管轄有具體的若干個子系統(tǒng)，各自具有獨特的功能。這些子系統(tǒng)由若干器件有機組合而成，這樣就形成了數(shù)字有線電視前端的整體系統(tǒng)。

1 信號輸入部分

也叫數(shù)字電視的信源系統(tǒng)，包括數(shù)字衛(wèi)星信號的接收系統(tǒng)、模擬電視信號的編碼系統(tǒng)、SDH 網(wǎng)絡(luò)信號的接入和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。信號輸入部分主要是將信號進行一定格式轉(zhuǎn)換，使之成為符合DVB-C有線視頻廣播公共標準的TS 流（運動圖像壓縮的國際標準）格式信號。這部分只負責傳遞信號，不負責對電視節(jié)目內(nèi)容的編輯。信號輸入部分所接收的信號，來自不同網(wǎng)絡(luò)的節(jié)目源，例如衛(wèi)星信號、有線傳輸信號、模擬信號等，由于信號來源不同，需要把各種信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式，這樣就需要較多樣的接收傳輸信號的設(shè)備和有關(guān)調(diào)制設(shè)備。包括的器件有：數(shù)字衛(wèi)星接收器、數(shù)字編碼器、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)適配器等。

1.1 數(shù)字衛(wèi)星信號接收器

該接收器一般選用選用帶ASI標準的有數(shù)字信號傳輸接口的IRD的數(shù)字衛(wèi)星接收機，依托MPEG-2/DVB標準, 以保證衛(wèi)星信號接收器與其它各種設(shè)備之間的良好連接和互動功能的發(fā)揮。

1.2 數(shù)字編碼器

信號輸入部分的數(shù)字編碼，一般選用MPEG-2編碼器，這一數(shù)字編碼器能按照MPEG-2標準，將模擬音視頻信號（A/V）進行壓縮編碼，編碼后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字傳輸信號。

1.3 視頻服務(wù)器

視頻服務(wù)器是各種控制器的管理組合，包括存儲系統(tǒng)，用以實現(xiàn)壓縮媒體數(shù)據(jù)的存儲、檢索和傳輸。

1.4 網(wǎng)絡(luò)適配器

主要是為了轉(zhuǎn)換不同系統(tǒng)，通過適配器，實現(xiàn)電視臺的SDH信號和HFC系統(tǒng)直接的接口轉(zhuǎn)換。

2 信號處理部分

信號處理系統(tǒng)是數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)中對信號的解擾、復用和SI處理等，是數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)的核心所在。這部分負責處理所收到的信號，將接收器所收到的信號，給以復用和加擾，使之形成若干個頻道的碼流。在信號處理部分，由于各種設(shè)備不同，形成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不能完全等同。例如，有些復用器內(nèi)裝置有加擾模塊，讓信號在復用器的內(nèi)部就可以完成加擾，有些復用器內(nèi)部不裝置有加擾模塊，就需要把信號外傳后才能加擾，而且需要加裝外接獨立的加擾設(shè)備。通過對所得節(jié)目信號的解擾、截取和復用等處理，引導電視機機頂盒工作，滿足所需信號的截取。

2.1 傳輸解擾器

傳輸解擾器是放置在機頂盒內(nèi)的可插取的PCMCIA卡上，可以改變CA系統(tǒng)。

2.2 復用器

復用也是數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)的一個重要組成部分，復用器負責把電視信號的音頻、視頻、輔助數(shù)據(jù)的信號流等，通過數(shù)據(jù)分組，由打包器打包，然后由復用器對打包的節(jié)目信息進行加擾，使其隨機化。當接收機具有密鑰時，可以解擾，否則無法解擾。復用部分的功能很重要，它把所有接收到的電視信號，以多個ASI傳輸流的方式，送到復用器上輸入，再從傳輸流中提取所需節(jié)目，形成新的TS傳輸信號流，并加上設(shè)置的專門信息，讓電視機的機頂盒進行識別、接收和解碼。只有專門的識別，才能接收和解碼。復用器也可以按照預設(shè)，重新組織信息，更新服務(wù)信息（SI）。復用器的另一個功能是讓輸出的傳輸信號流自動跟隨輸入信號的諸多變化而變化，進而能及時地把這些變化反映到傳輸信號流中去。

3 信號輸出部分

這部分是把已經(jīng)處理的電視信息，轉(zhuǎn)變成有線傳輸網(wǎng)絡(luò)所認可的信號格式，常用的是64QAM調(diào)制器，主要調(diào)制信號輸出電平和信號頻率。QAM調(diào)制器具有多功能作用，即包括了基于DVBC 標準的信道編碼功能，又包括了QAM調(diào)制的功能。信道編碼的目的是保證電視信號傳輸?shù)目煽啃?；QAM調(diào)制則是對經(jīng)過信道編碼的數(shù)字電視信號進行調(diào)制，再以中頻信號輸出，提高其抗干擾能力，讓這些數(shù)字電視信號能在有線電視模擬網(wǎng)中傳輸。

4 信息管理部分

信息管理部分包括用戶管理與系統(tǒng)的條件接收管理。信息管理部分使用專用的接口連接前后，通過信息管理，對網(wǎng)絡(luò)中的電視信號進行商品化定義、商品化管理，并對用戶收看節(jié)目進行權(quán)限控制和收費計費。在信息管理部分中，條件接收系統(tǒng)更是個龐大而又復雜的系統(tǒng)，其功能特點主要是只允許獲得授權(quán)的用戶使用相關(guān)的對應(yīng)業(yè)務(wù)，沒有獲得授權(quán)的，不予開通業(yè)務(wù)，即阻止未經(jīng)授權(quán)或權(quán)限受限的用戶使用相關(guān)業(yè)務(wù)。這個部分是數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)的核心控制部分。

這個部分是各種管理服務(wù)器的集合，主要包括條件接收系統(tǒng)（CAS）、用戶管理系統(tǒng)（SMS）、電子節(jié)目指南（EPG）和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）等若干子系統(tǒng)。主要完成電視用戶信息管理、計費、材料管理和安全保密等。其總體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

在這個軟件結(jié)構(gòu)中，各個部分承擔著一定的功能任務(wù)。

4.1 條件接收系統(tǒng)（CAS）

CAS是保證合法用戶得到預定的服務(wù)，同時屏蔽非法用戶的存取。主要是通過在前端加密節(jié)目，在用戶端解密電視節(jié)目，根據(jù)用戶身份分組認定和授權(quán)，并根據(jù)電視用戶的付費情況，給客戶以不同的服務(wù)，滿足客戶的不同需要。

4.2 用戶管理系統(tǒng)（SMS）

SMS是直接對用戶的管理，它借助數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體管理電視用戶所收看的數(shù)字電視節(jié)目，通過對用戶定購節(jié)目信息的記錄、存儲和處理，形成數(shù)據(jù)庫的信息數(shù)據(jù)，再通過與CA的接口，向接收系統(tǒng)CAS 發(fā)送用戶授權(quán)管理（EMM）的基本數(shù)據(jù)，這樣就實現(xiàn)了CAS對用戶收看數(shù)字電視節(jié)目的管理控制。

4.3 電視節(jié)目調(diào)制系統(tǒng)（EPG）

EPG屬于服務(wù)信息項目的具體應(yīng)用。對電視節(jié)目，具體通過編輯器、廣播器和機頂盒接收器等，實現(xiàn)對電子節(jié)目的選用。展開來說，EPG可配合用戶管理系統(tǒng)對節(jié)目的管理和播放控制，通過該系統(tǒng)的調(diào)制編輯器，編輯電視節(jié)目信息，然后傳遞給條件接收系統(tǒng)（CAS）的信息管理子系統(tǒng)。再經(jīng)過EPG廣播器實時讀取EPG信息，并把這些信息打包成EPG傳輸數(shù)據(jù)流，傳輸?shù)綇陀孟到y(tǒng)，電視用戶通過機頂盒接收EPG信息，可以根據(jù)需要進行查詢、檢索和自由設(shè)定，還可以隨時查檢相關(guān)的信息。

4.4 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也屬于信息管理部分，該系統(tǒng)位于用戶和操作系統(tǒng)之間，處于關(guān)鍵位置，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)定義、儀器操縱、數(shù)據(jù)庫的運行管理、數(shù)據(jù)庫的建立和功能維護等等。在建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫的時候，主要是由DBMS統(tǒng)一行使管理和控制職能，以保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)信息的安全和完整，并對出現(xiàn)的故障，及時處理，盡快恢復系統(tǒng)，維護正常運行。

操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備則是直接用以傳遞控制信息和接收信息的，包括控制器具和接收器具等。如控制按鈕、遙控設(shè)備、數(shù)字衛(wèi)星接收機等。

數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)的四大部分，不但各自發(fā)揮著獨特的作用，又組合成統(tǒng)一的整體，把電視信號收集、處理、輸出，提供給用戶所需要的節(jié)目信息?？傮w結(jié)構(gòu)可用圖2來表示。

圖2 數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

在前端，電視節(jié)目的攝制、節(jié)目的編輯、節(jié)目信息的發(fā)送、傳輸、存儲、接收和顯示等等環(huán)節(jié)，全部實現(xiàn)了數(shù)字處理，這樣就大幅度提高了電視技術(shù)的水平、性能和質(zhì)量，實現(xiàn)了電視技術(shù)的新的飛躍。

可以說，數(shù)字有線電視前端決定了整個數(shù)字有線電視的技術(shù)能力，是數(shù)字技術(shù)的集萃。這部分又是軟件和硬件的組合，電視節(jié)目內(nèi)容的顯現(xiàn)、節(jié)目指南（EPG）、用戶管理系統(tǒng)（SMS）、條件接收系統(tǒng)（CAS）和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）等的建立都要由軟件和硬件的有機組合來實現(xiàn)，因此，數(shù)字有線電視前端的設(shè)計，必須同時考慮軟件和硬件，最終建立起一個數(shù)字化的高性能、高效率、簡捷、安全的高新電視技術(shù)體系，才是我們數(shù)字有線電視前端系統(tǒng)設(shè)計的目的。

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