catv机顶盒设计的原理与实现

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1、CATV机顶盒设计的原理与实现()(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

2、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

3、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

4、)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。SmartCard首先读取用户个人分配密钥(

5、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SmartCard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

6、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

7、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

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