有線數(shù)字電視機(jī)頂盒技術(shù)及其應(yīng)用

山東省招遠(yuǎn)市蠶莊鎮(zhèn)廣播電視站 孫曉磊

1.引言

數(shù)字有線電視系統(tǒng)的機(jī)頂盒能將模擬電視節(jié)目、數(shù)字電視節(jié)目和高速數(shù)據(jù)等多媒體交互業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換顯示在用戶的電視機(jī)和個(gè)人電腦上，向用戶提供了更為寬松的交互環(huán)境，用適合于用戶的高速數(shù)據(jù)多媒體交互業(yè)務(wù)，把電視節(jié)目和廣告連接到網(wǎng)頁(yè)，在數(shù)字機(jī)頂盒的遙控器上實(shí)現(xiàn)VOD（視頻點(diǎn)播）和簡(jiǎn)單的E-mail（電子郵件）收發(fā)；訪問Internet的娛樂、信息和授權(quán)的電子商務(wù)等，大大改變了傳統(tǒng)的電視廣播特性，提供著信息的交互應(yīng)用，為未來數(shù)字電視業(yè)務(wù)和通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展開辟了道路。

2.有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的構(gòu)成及技術(shù)原理

2.1 有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的構(gòu)成

有線電視數(shù)字機(jī)頂盒由以下幾部分組成：高頻頭、信道解調(diào)器、信源解復(fù)用器、MPEG-2解碼器、視頻編碼器、音頻D/A、嵌入式CPU系統(tǒng)和外圍接口、條件接收模塊等組成，有線數(shù)字電視機(jī)頂盒組成原理框圖如圖1所示。

2.2 有線數(shù)字電視機(jī)頂盒技術(shù)原理

高頻頭接收來自有線網(wǎng)的射頻信號(hào)并下變頻為中頻信號(hào)，經(jīng)QAM解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，輸出包含音、視頻和其他數(shù)據(jù)信息的傳送流（TS）。傳送流中一般包含多個(gè)音、視頻流及一些數(shù)據(jù)信息。TS流解復(fù)用器則用來區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應(yīng)的音、視頻流和數(shù)據(jù)流，送入MPEG-2解碼器和相應(yīng)的解析軟件，完成數(shù)字信息的還原。對(duì)于付費(fèi)電視，CA模塊對(duì)音、視頻流實(shí)施解擾，并采用含有識(shí)別用戶和進(jìn)行記賬功能的智能卡，保證合法用戶正常收看。

視頻PES送入MPEG-2視頻解碼模塊進(jìn)行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號(hào)，再經(jīng)視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊進(jìn)行解碼，輸出PCM音頻數(shù)據(jù)到D/A變換器，變換成立體聲模擬音頻信號(hào)，經(jīng)音頻輸出電路輸出。在常規(guī)彩色電視機(jī)上顯示高質(zhì)量圖像，并提供多聲道立體聲節(jié)目。

3.有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的應(yīng)用

有線數(shù)字電視機(jī)頂盒不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電視與模擬電視的轉(zhuǎn)換而適用于傳統(tǒng)的電視機(jī)，而且應(yīng)用十分廣泛。諸如：數(shù)字廣播電視接收、電子節(jié)目指南（EPG）、準(zhǔn)視頻點(diǎn)播（NVOD）、按次付費(fèi)觀看（PPV）、軟件升級(jí)、數(shù)據(jù)廣播、Internet接入、電子郵件、IP電話、視頻點(diǎn)播（VOD）等等。

3.1 視頻點(diǎn)播

3.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

有線電視數(shù)字機(jī)頂盒利用交互式的數(shù)據(jù)信道和廣播信道，為實(shí)現(xiàn)該功能提供理想的技術(shù)基礎(chǔ)，并能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退、暫停、恢復(fù)等操作。圖2為視頻點(diǎn)播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，整個(gè)系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成。

（1）視頻服務(wù)器

系統(tǒng)中視頻服務(wù)器可采用Windows NT集群系統(tǒng)，可以很方便地進(jìn)行容量擴(kuò)充。視頻服務(wù)器的主要功能是存儲(chǔ)MPEG-2節(jié)目文件，并接收ITV系統(tǒng)的命令，在指定的路徑上播放用戶點(diǎn)播的節(jié)目。

（2）ITV系統(tǒng)

ITV系統(tǒng)由節(jié)目管理服務(wù)器、連接管理服務(wù)器、傳播服務(wù)器、流管理服務(wù)器、目錄管理服務(wù)器組成。其主要功能是節(jié)目的添加、系統(tǒng)資源包括服務(wù)器資源和網(wǎng)絡(luò)資源的管理、提供流控操作。

（3）VOD應(yīng)用服務(wù)器

VOD應(yīng)用服務(wù)器的主要功能包括：

節(jié)目導(dǎo)航：為機(jī)頂盒提供了視頻點(diǎn)播服務(wù)的節(jié)目列表，當(dāng)用戶選擇其中的節(jié)目時(shí)，給機(jī)頂盒發(fā)送該節(jié)目的標(biāo)識(shí)。

用戶驗(yàn)證：當(dāng)用戶點(diǎn)播某個(gè)節(jié)目時(shí)，對(duì)用戶的合法性進(jìn)行檢查，以確定該用戶是否具有點(diǎn)播該節(jié)目的權(quán)利。

用戶記賬：當(dāng)用戶選擇一個(gè)節(jié)目后，將用戶觀看節(jié)目的記錄存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，供計(jì)費(fèi)系統(tǒng)使用。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)是用戶管理系統(tǒng)一個(gè)子系統(tǒng)。

（4）視頻分配子系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻服務(wù)器接口、QAM調(diào)制和上變頻、射頻混合等功能。視頻服務(wù)器接收從視頻服務(wù)器輸出的MPEG傳輸流，并將其中的各個(gè)節(jié)目分配到相應(yīng)頻道上。同時(shí)，在有條件接收系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)MPEG傳輸流加擾。

（5）有條件接收子系統(tǒng)（CAS）

有條件接收系統(tǒng)控制對(duì)用戶所選擇的節(jié)目進(jìn)行加擾，并產(chǎn)生相應(yīng)的授權(quán)管理消息和授權(quán)控制消息，使機(jī)頂盒能進(jìn)行相應(yīng)的解擾。

3.1.2 機(jī)頂盒中視頻點(diǎn)播客戶端軟件的實(shí)現(xiàn)

（1）節(jié)目選擇

用戶進(jìn)入視頻點(diǎn)播應(yīng)用后，首先運(yùn)行節(jié)目選擇任務(wù)，機(jī)頂盒與VOD應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行通信，獲得VOD應(yīng)用所提供的節(jié)目清單，隨后，機(jī)頂盒等待用戶的選擇。當(dāng)用戶選擇了某個(gè)節(jié)目時(shí)，VOD應(yīng)用服務(wù)器通過用戶的操作了解到該用戶選擇了某個(gè)節(jié)目，然后將用戶所選擇的節(jié)目的標(biāo)識(shí)發(fā)送給機(jī)頂盒。

（2）控制與資源管理

當(dāng)機(jī)頂盒收到節(jié)目的標(biāo)識(shí)后，控制任務(wù)開始運(yùn)行，機(jī)頂盒將發(fā)送建立控制的請(qǐng)求，該請(qǐng)求中包含了機(jī)頂盒的標(biāo)識(shí)、所在的網(wǎng)絡(luò)位置、所選擇的節(jié)目標(biāo)識(shí)和控制標(biāo)識(shí)等信息。前端在收到請(qǐng)求后，與連接管理服務(wù)器進(jìn)行通信，在獲得響應(yīng)后，前端向機(jī)頂盒發(fā)送客戶控制建立確認(rèn)消息來確認(rèn)本次控制的建立，機(jī)頂盒在收到確認(rèn)后，再向前端發(fā)送客戶連接請(qǐng)求來進(jìn)行控制連接，前端將向用戶端發(fā)送服務(wù)器連接指示。機(jī)頂盒收到的客戶控制建立確認(rèn)消息中包含用戶所選擇節(jié)目將要使用的QAM方式、頻率、符號(hào)率、以及MPEG傳輸流的節(jié)目號(hào)。

（3）流控操作

機(jī)頂盒在收到客戶控制建立確認(rèn)后，將啟動(dòng)流控任務(wù)。機(jī)頂盒首先做好流控操作的準(zhǔn)備，然后根據(jù)控制建立所獲得的頻率、符號(hào)率、QAM模式以及節(jié)目號(hào)來調(diào)整調(diào)諧器、QAM解調(diào)器、MPEG解碼器的參數(shù)，以正確地接收并解碼所選擇的節(jié)目。

3.2 數(shù)據(jù)廣播

按數(shù)字視頻廣播DVB的定義，數(shù)據(jù)廣播有四種方式，即數(shù)據(jù)管道、數(shù)據(jù)流、多協(xié)議封裝和數(shù)據(jù)/對(duì)象輪流傳遞。其中數(shù)據(jù)管道支持異步端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；數(shù)據(jù)流方式可以在數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)面向流的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸；多協(xié)議封裝對(duì)需要在數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中傳送符合通信協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了支持；數(shù)據(jù)/對(duì)象輪流傳送則可以支持需要周期性傳送數(shù)據(jù)模塊的各種應(yīng)用。通過這些標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)廣播的應(yīng)用，如股票信息廣播、票務(wù)信息廣播等等。除上述以外，軟件在線升級(jí)也屬于數(shù)據(jù)廣播的范疇。亦即數(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)軟件下載下來，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。

3.3 Internet接入和多媒體技術(shù)應(yīng)用

機(jī)頂盒可以通過內(nèi)置的電纜調(diào)制解調(diào)器方便地實(shí)現(xiàn)Internet接入功能，用戶可以通過其內(nèi)置的瀏覽器上網(wǎng)，即通過機(jī)頂盒提供的各種接口與PC機(jī)連接，再與網(wǎng)絡(luò)連接。利用計(jì)算機(jī)對(duì)文字、聲音、數(shù)據(jù)、圖像等各種信息進(jìn)行綜合處理、存儲(chǔ)與傳輸。通過機(jī)頂盒與計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合，可以開展交互式多媒體業(yè)務(wù)，例如發(fā)送電子郵件、電子廣告、網(wǎng)上購(gòu)物、遠(yuǎn)程教育等等。而且隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，圖、文、聲、像會(huì)一體化，信號(hào)的采集、處理、存儲(chǔ)與傳輸?shù)葦?shù)字化，數(shù)字電視機(jī)頂盒以其功能完善的特點(diǎn)，必將有力地推進(jìn)數(shù)字多媒體電子的快速發(fā)展。

4.結(jié)束語

總之，有線數(shù)字電視機(jī)頂盒以其獨(dú)特的功能和技術(shù)特點(diǎn)，顯示出綽約風(fēng)姿，成為現(xiàn)代電視技術(shù)的寵兒。隨著電子技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的突飛猛進(jìn)，數(shù)字機(jī)頂盒將日新月異，其發(fā)展趨勢(shì)是結(jié)構(gòu)不斷更新，功能不斷完善，個(gè)性化服務(wù)更加明顯，相信它有著頑強(qiáng)的生命力，為數(shù)字化電視技術(shù)的發(fā)展開創(chuàng)廣闊的前景。