[圖文]關于CATV機頂盒設計的原理與實現

    2.1 數據的調制與解調技術��

    目前國際上數字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)中采用的調制技術主要有：四相移相鍵控（QPSK）、多電平正交幅度調制（MQAM）、多電平殘留邊帶調制（MVSB）和正交頻分復用調制（OFDM）。在有線電視中主要采用MQAM調制方式。QAM調制是一種節(jié)省頻帶的數字調幅方法（16QAM的頻譜利用率為4(bit/s)/Hz,64QAM的頻譜利用率為6(bit/s)/Hz），有較高的信噪比。QAM調制方法在2400bit/s以上的中、高速調制中常被采用，廣泛應用于有線電視的下行傳輸及HDTV的地面廣播傳輸中。

    2.2 加解擾技術

  �ゼ咏鈹_技術用于對數字節(jié)目進行加密解密，其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸的方法，用戶端利用IC卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關的有兩個數據流：授權控制信息（ECMs）和授權管理信息（EMMs），由業(yè)務密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中還包括節(jié)目來源、時間、內容分類和節(jié)目價格等節(jié)目信息。對控制字加密的業(yè)務密鑰在授權管理中傳送，且業(yè)務密鑰在傳送前要經過用戶個人分配密鑰（PDK）的加密處理，EMMs中還包括地址和用戶授權信息，如用戶可以看的節(jié)目或時間段，用戶付的收視費等。用戶個人分配密鑰（PDK）存放在用戶的智能卡（SmartCard）中。在用戶端，機頂盒根據PMT和CAT表中的CA�瞕escriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然后，從TS流中過濾出ECMs和EMMs，并通過SmartCard接口送給SmartCard。SmartCard首先讀取用戶個人分配密鑰（PDK），用PDK對EMM解密，取出SK，然后利用SK對ECM進行解密，取出CW，并將CW通過SmartCard接口送給解擾引擎，解擾引擎利用CW就可以將擾的傳輸流進行解擾。加解擾技術分為同密和多密技術。

    同密技術是將兩家或兩家以上的條件接收（CA）系統(tǒng)應用于同一網絡平臺之中，對有線電視臺來說是實現技術的選擇和一種競爭的環(huán)境。

    多密技術要求機頂盒采用CI技術，實現同一機頂盒可接收不同CA系統(tǒng)加密節(jié)目。從用戶角度來講，不會因購買哪一家CA的機頂盒而受到限制，用戶還有選擇其CA服務的可能性。

    2.3 復用與解復用技術

    整個復用過程可以描述為2個不同層次的復用。

�� ·節(jié)目層復用：視頻流、音頻流和資料流通過復用器復用成一個節(jié)目的傳送比特流。

�� ·系統(tǒng)層復用：多個節(jié)目的傳送位流通過復用器復用成系統(tǒng)比特流。

  �ネㄟ^這兩級復用所生成的都是標準的MPEG-2的TS碼流。

  �ソ鈴陀脝卧�由專用處理器構成，負責對MPEG-2的TS流和成包基本碼流（PES）進行解析，恢復音視頻解碼器所需的碼流，同時負責對傳輸錯誤進行標識。傳送系統(tǒng)使用了MPEG-2定義的固定長度為188個字節(jié)的傳輸流分組方式，這些分組是通過分組頭中的分組標識（PID）來識別視頻、音頻或數據信息。傳輸流中包含一個或多個節(jié)目，每個節(jié)目是由一個或多個復用在一起的基本碼流構成的。在單路節(jié)目傳送復用時，組成節(jié)目的傳送碼流的PID信息、碼流中傳輸的應用（如音頻、視頻等）標示符以及這些碼流之間的關系等，由節(jié)目映射表（PMT）來表示。包含PMT的碼流的PID號由在節(jié)目系統(tǒng)復用時定義的PID=0的系統(tǒng)級控制碼流所攜帶的節(jié)目關聯表（PAT）來給出。PMT和PAT都是屬于包含節(jié)目及系統(tǒng)信息的節(jié)目特定信息（PSI）的一部分。解復用器利用PID=0的節(jié)目關聯表（PAT）識別出攜帶所需節(jié)目映射表（PMT）的比特流的PID，然后從節(jié)目映射表（PMT）中獲得構成節(jié)目的基本碼流的PID號，通過設置解復用器中的過濾器，來接收所需節(jié)目的傳送碼流。音視頻基本碼流在傳送層中是以分組的基本流（PES）的形式傳送的，對所選節(jié)目進行PES解包后的壓縮音頻、視頻流數據交送音頻和視頻解碼單元處理。

    2.4 MPEG-2視頻編碼

    MPEG-2視頻編碼系統(tǒng)由一個大家族構成，每一個系統(tǒng)之間都有兼容性和共同性，根據圖像清晰度的不同，它分成四種信源格式或稱“等級”(Level)，從錄像帶(VCR)的低圖像清晰度，到高清晰度電視。除了根據圖像清晰度定義的“等級”以外，DVB視頻標準還定義了“檔次”(Profile)的概念，每一個不同的“檔次”能夠提供構成編碼系統(tǒng)的壓縮工具和壓縮算法。

    2.4.1 “檔次”

   目前在MPEG-2系統(tǒng)中存在5個“檔次”，每一個“檔次”都會比它的前一個“檔次”更加復雜，更加完善，提供更多的工具，同時其相對應的設備的價格也更高。

    “檔次”的最初級叫做簡單檔次(SimpleProfile)，隨后是主檔次(MainProfile)，它比簡單檔次增加了編碼雙向預測的功能，即：B-FRAMES。在使用同樣的碼流的情況下，它的質量會更好，但算法更加復雜，使用的芯片更多。主檔次的解碼芯片,可以兼容解碼簡單檔次的編碼，這種向下兼容性貫穿整個系列的“檔次”。

    在主檔次之后,是信噪比可分級檔次(SNRScalable)及空間頻譜可分級檔次(SpaceScalableProfile)，這兩種“檔次”可以調整信噪比與碼流率關系，以及圖像清晰度與碼流率之間的關系，出于其編碼的復雜性以及接收設備價格昂貴等原因，DVB標準目前不支持這兩種“檔次”。最高級的“檔次”是HIGHPROFILE，它不僅兼容前面的低級“檔次”，兼?zhèn)渌�有的功能，而且可以進行多行同時編碼。

    2.4.2 “等級”��

    根據圖像節(jié)目源的清晰度由低到高的不同，DVBMPEG��2標準分成許多“等級”，最低的LOWLEVEL的清晰度是IU-R-BT、601建議的四分之一，即：352×288×25幀／秒。MAINLEVEL是完全符合IU-R-BT、601建議的標準，即：720×576×25幀／秒。HIGH-1440LEVEL采用了每行1440個采樣的方法。HIGHLEVEL采用了更高的每行1920個的采樣方法。�ツ壳�，世界上最常用的MPEG-2標準是MP@ML，即：MAINPROFLE@MAINLEVEL,它是第一代數字有線電視和數字衛(wèi)星電視的基礎，節(jié)目提供者可以提供625線質量的節(jié)目，圖像的長寬比可以是4:3或16:9。至于碼流率，它是由節(jié)目提供者根據節(jié)目質量來選定的，圖像質量越高，所需碼流率就越高，反之則越低。