数字电视在有线电视网络中的传输

邓永红·天极商务应用

　　伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。这一新兴产业已经引起广泛的关注，各发达国家根据自己的国情，已分别制定出由模拟电视向数字电视过渡的方案和产业目标。数字电视被各国视为新世纪的战略技术。数字电视成了继电信引爆IT之后的又一大“热点”。

　　数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。它具有许多优点，如可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频率资源利用率高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如交互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。

　　按信号传输方式分类：数字电视可以分为地面无线传输（地面数字电视）、卫星传输（卫星数字电视）、有线传输（有线数字电视）三类。

　　目前美、欧、日的数字电视产业已经启动，其模式各不相同。美国数字电视产业模式的主要特征是：大力推广数字高清晰度电视业务，以强制措施主推地面广播，卫星、有线传输同步跟进。英国模式的主要特点是：只推标清电视业务，同时采用卫星、地面、有线传输手段全方位覆盖，但对地面广播似有重点倾斜。日本模式的特点是：通过卫星覆盖推广高清电视业务，地面广播进度较慢。

　　我国数字电视产业发展采取何种模式，将对产业化进程和市场启动产生重要影响，大多数认为：我国的数字电视市场启动应“以有线为主要传输手段，通过高清带动产业发展，以卫星解决边远覆盖”。本文主要介绍利用有线电视网络传输数字电视。

　　一、有线数字电视的标准

　　目前，美国、欧洲和日本各自形成三种不同的数字电视标准。美国的标准是ATSC（Advanced Television System Committee先进电视制式委员会）；欧洲的标准是DVB（Digital Video Broadcasting 数字视频广播）；日本的标准是ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting 综合业务数字广播）。DVB 数字广播传输系统利用了包括卫星、有线、地面等所有通用电视广播传输媒体。它们分别对应的DVB标准为DVB-S、DVB-C、DVB-T等 。2001年国家广电总局已颁布行业标准：《有线数字电视广播信道编码和调制规范》，该标准等同于DVB-C标准。行标的制订有利于我国有线数字电视的推进。

　　DVB标准提供了一套完整的、适用于不同媒介的数字电视广播系统规范。DVB选定ISO／IEC MPEG—2标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一，随后对MPEG—2码流进行打包形成传输流（TS），进行多个传输流复用，最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。

　　DVB标准的核心是：系统采用MPEG压缩的音频、视频及数据格式作为数据源；系统采用公共MPEG—2传输流（TS）复用方式；系统采用公共的用于描述广播节目的系统业务信息用（SI）；系统的第一级信道编码采用 R-S前向纠错编码保护；调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定；使用通用的加扰方式以及有条件接收界面。

　　DVB-C（ETS 300 429）数字有线广播电视系统标准以有线电视网作为传输介质，应用范围广。它具有16、32、64、256QAM等多种方式。采用64QAM正交调幅调制时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mb/s，还可供多套节目复用。系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电缆机顶盒。

二、有线数字电视系统平台的结构

　　DVB—C（Digital Video Broadcast—Cable）即有线数字视频广播，它是由前端系统、网络系统、用户终端三大部分组成，其中，前端系统是整个有线数字电视系统的核心，网络是系统的基础平台，用户终端是实现最终的结果。

　　1．前端系统

　　前端系统是有线电视网络的信息源、交换中心，其地位和作用是不言而喻的，而今天的数字电视前端包含的内容却更加广泛。数字电视的前端系统一般由数字卫星接收机、视频服务器、编解码器、复用器、QAM调制器、各种管理服务器以及控制网络部分等设备组成。数字电视前端系统一般可分为四个主要部分，即信号输入部分、信号处理部分、信号输出部分和系统管理部分，每一个部分都有其特定的功能，最终组成完整的数字电视前端。

　　（1）信号输入部分

　　数字有线电视前端的输入部分，接收来自不同网络的许多节目，如卫星、开路接收等各种接入方式，也有的是本地的模拟电视节目经编码压缩以及视频服务器形成的。所以信号输入端接收设备的种类要比输出端调制设备的种类多。而且，它们接收传输信号的格式和控制方式不相同,应将它们转换为统一的格式送入信号处理部分。

　　数字卫星接收应选用带ASI标准基带数字信号传输接口的综合IRD（符合MPEG-2／DVB标准）数字卫星接收机。这就保证了与各种设备之间，以及与其它公司的设备之间的相互连接性。

　　视频服务器主要有存储系统和建立在这之上的各种控制器管理系统组成，其目的是实现压缩媒体数据的存储以及按请求进行媒体信息的检索和传输。视频服务器与传统的数据服务器在很多方面有显著不同，需要解决许多问题，来支持各种功能的实现。

　　（2）信号处理部分

　　信号处理部分包括：解扰、复用、SI处理等，它是数字前端的核心。在这部分主要完成的是对所有节目进行解扰、截取、复用等处理。服务信息随时更新，以保证正确地引导机顶盒的正常工作，并且所有的应用数据均能正确地插入。在模拟前端中，若要增加一套节目上，只需简单地将一台接收机与一个调制器相连接就可以了；在数字前端中，增加一套节目是以虚拟方式进行的，该节目是被加到某个复用器中，至于在整个通路中的什么地方加入的并不重要，机顶盒会自动地用每个传输流的SI服务信息找到它。另外，信号处理部分的管理，必须采用集成的管理系统，在所有的前端处理部分，均以ASI作为标准接口，这样以后就能容易地增加任何厂商所提供的设备，具有良好的兼容性。

　　传输流解扰器可以是基于嵌入的内置解扰，也可以是开放标准的，象DVB的公共界面（CI）或美国的Open Cable标准。在这两种标准中，那些与某种CA系统有关的特定因素都与机顶盒的合用部分无关，而是放在可插／取的PCMPIA卡上。这种TS解扰技术的最大优点是，能很容易改变CA系统，并无须变换完全的解扰设备。

　　在数字前端，备份是必要的。一般在数字电视系统中的备份可按所接收节目的重要性来考虑。重要的部份可以采用1：1自动切换的热备份。其它部位可用n：1自动切换备份满足系统的可靠性。这样既满足了系统备份的要求，又节约系统的投资成本。

　　复用是数字前端中的一个重要组成部分。它将所有接收到的信号以多个ASI传输流的方式加到复用器的输入，再将所需要的节目从传输流中提取，然后再将提取的所有节目建立一个新的TS传输流，再加上附加信息以便引导机顶盒的正常接收和解码。复用处理可以重新组织与更新他所取得节目的服务信息（SI）。复用的另一重要特点是，能让输出传输流自动跟随输入信号的诸多变化，及时地将这些变化反映到输出的传输流中去。

　　服务信息SI表与节目特定信息PSI表对机顶盒正常工作是很关键的，那些仅与它们所在的传输流有关的表称为“现行表”，复用器重建传输流时对“现行表”进行实时处理，而那些在同一网络中有关其它传输流信息的表，则必须由其它设备处理，同时这些设备应能与系统中所有的复用器进行通信。只有这样，所有的表才能在所有的传输流中保持一致。另外，EPG发生器也很重要、用该发生器可以建立与排序那些EPG（电子节目表）所需数据的表。它对机顶盒的使用是必不可少的。

（3）信号输出部分

　　信号输出部分得到已经处理的信息后，把它变成传输网络所需的信号格式，典型的64QAM调制器用于有线电视网。在调制器的使用中，对输出电平和频率的设置调试非常重要。

　　在整个有线电视前端系统的信号输出部分，模拟信号和数字信号是混台输出的。数字有线电视的64QAM调制，具有类似双边带的特征，它们的峰值功率和平均功率是不同的，根据计算和实践的经验，通常数字调制器的输出电平比模拟调制器的输出电平低10dB。另外，前端模拟与模拟相邻频道、数字与数字相邻频道之间电平差不要超过土0.5dBμV。

　　由于模拟信号和数字信号的调制方式不同，因此它们的输出频率的设置也有所不同。模拟电视调制器的频率是按图像载波频率设置的，而数字电视调制器的频率要按照该频道的中心频率来设置。

　　（4）系统管理部分

　　系统管理部分的各种管理服务器主要完成一些用户信息管理和计费工作，以及影视材料的管理工作和安全保密等，控制网络部分主要完成各种服务器中的各种信息传递工作及后台的影视材料和数据的交换。

　　系统管理必须能实时地了解前端输入和输出的工作状态．能够监视输入信号和输出信号及所需节目的有无和质量。所有的设备之间都是用DVB—ASI作为基带数字信号传输的连接，并可使用任何基于SNMP的管理系统。对于CA有关的功能，应采用公共界面和DVB同密标准。

　　2．网络部分

　　有线电视HFC(光纤同轴电缆混合网)网络的拓朴结构一般有星型结构、树型结构和星树型混合结构、以及两级光链路级联的双星型结构。

　　早期的HFC网一般均采用星型、树型结构或星树型混合结构。它只有一个前端，把所有信号都由前端通过光纤和同轴电缆向下辐射，即集中式HFC网络。

　　目前，国际、国内普遍采用的是两级光链路级联的双星型结构。它是由总前端和分前端通过一级光链路采用1550nm光发射机以双星型光纤结构环型路由的方式组成的物理环型自愈网，二级光链路利用1310nm光发射机以星型光纤结构，将信号送到各光节点，然后进入电缆分配系统，形成完整的HFC网络。即分布式HFC网络。

　　实践证明只要有线电视网络符合系统指标，不管是哪一类网络的拓朴结构、单向还是双向网，都能传输DVB—C数字有线电视信号，它们的区别只不过是哪一种拓补结构的可靠性、性能指标和拓展性更好，这当然是分布式HFC网络。因为分布式HFC网络有完整的冗余保护体系，所以它有较高的可靠性和良好的网络性能指标，更重要的是它有良好的拓展性，其总前端和分布式的各个分前端，可以分布式安装交互式数字电视的视频服务器，它能有效地克服因交互式数字电视所产生的视频服务器和网络的瓶颈，为开展交互式数字电视提供了良好的网络平台。
3．用户终端

　　数字机顶盒（STB）不仅是用户终端，还是网络终端，它利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播等全方位的信息服务。

　　数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括：（1）电子节目指南（EPG）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。（3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网。（5）有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。

　　有线电视数字机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平。目前数字机顶盒的关键技术主要有：

　　（1）嵌入式实时多任务操作系统

　　嵌入式实时操作系统是相对于桌面计算机操作系统而言的，它不装在硬盘中，系统结构紧湊，功能相对简单，资源开资较小，便于固化在存储器中。嵌入式操作系统的作用与PC机上的DOS和Windows相似，用户通过它进行人机对话，完成用户下达的指定。指定接收采用多种方式如：键盘、鼠标、语音、触摸屏、红外遥控器等。

　　（2） 中间件

　　中间件（Midele ware）是一种将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机构成，如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等。一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可分为4层，从底层向上分别为：硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖硬件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平台。

　　（3） 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2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信息中传送，并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、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。

　　同密技术是将2家或2家以上的条件接收（CA）系统应用于同一网络平台之中，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。

三、有线数字电视内容的建设

　　数字电视作为广播电视行业的一项新服务项目，已成为拓展有线电视业务的一个主要新经济增长点，它将对全面推动广播电视产业的迅速发展起到举足轻重的关键作用。

　　美国传媒大王默多克曾说：“宽带的核心是内容”，对于数字电视来说，发展市场的重点同样是“内容为王”，发展有线数字电视必须高度重视内容建设。

　　数字电视内容建设涉及的节目信息种类非常广泛，除了常规的各种卫星数字电视节目外，还有音视频点播（AOD/VOD）、数据广播、电子商务、各类信息速递及可以满足受众对新闻、文化、经济、娱乐、教育、咨询、体育、旅游、购物等各种个性化需求的视音频节目内容。

　　面对异常激烈的市场竞争，我们在完善数字电视内容建设方面应采取的有效措施是：

　　（1）建立有一定规模的点播节目平台

　　对数字电视的点播节目来说，它是互动电视最完美的应用之一，它的优点在于既有传统电视收看的客观实效性，又有影碟录像等音像观赏的自主随意性，节目点播还兼有网上冲浪的海量性。所以，必须充分发挥广播电视系统的节目资源优势，建立一个有一定规模的点播节目平台。

　　（2）设立适合数字电视平台和宽带上网平台的宽带视频内容服务网站

　　互联网技术的迅猛发展给广大网民畅游网海提供了十分便利的信息渠道，由于用户上网的主要目的是获取信息、休闲娱乐、对外通讯联络、网上购物及其他相关商务活动的需要，传统网站的文字、图片信息已不能满足人们越来越多样化的上网品味，为此，广电系统应充分发挥节目上具有制播经营权，技术上具有宽带视讯网的多媒体资源优势，率先在有线数字电视网上设立宽带视频网站。内容应突出视频新闻搜索，可以将中央电视台、全国省级及主要地级市电视台新闻和少量国外新闻及娱乐新闻等每天都汇总分类供用户搜索浏览，同时还可以整合各种视频网络节目，把现有的各种电视节目进行网络转播，对各种活动、演出现场实施网络转播，将网络娱乐节目以现场互动的方式实现网上直播，切实达到网站内容视频化，从而为有线数字电视的内容建设增加新的亮点。

　　（3）发展数据广播

　　数据广播是网络技术飞速发展的一个特定产物，它以传输速度快（速率是一般电话双绞线的50倍），信息内容含量大，收看方式简单、网络技术结构要求低、接入方便、覆盖面广、消费不高且用户易于接受等特点已得到社会的广泛认同，正逐步成为一种新的广播电视文化传媒。作为有线数字电视内容建设的主要项目之一，数据广播可用一个中心平台以广播的方式向各联网分前端并对用户提供各种信息服务，主要内容有金融证券、远程教育、影视娱乐、游戏、体育、新闻、电子报刊、热门网络等。我们可以将数据广播的业务平台信息进行分门别类的优化组合，根据当地有线数字电视内容建设的需求，设置出适合广大用户专业化、个性化信息服务的电子节目指南，为有线数字电视的数据广播信息服务创造更广阔的空间，不断推进有线数字电视业务的更大发展。

四、有线数字电视的优点

　　有线数字电视具有如下优点：

　　（1）提高了电视节目的质量

　　数字化以后的电视信号传输，噪声没有积累，各用户的信号质量一样， 提高了传输质量。我国目前有16省市和中央电视台都用了数字卫星电视节目，DVD（数字视盘）也已经上市。采用MPEG－2视频编码标准，视频比特率为4～5Mb/s，利用这些数字信号源，使用数字CATV（有线电视）传输到用户，图像尺寸（取样数×扫描行）704（720）×576（480），可将显示清晰度提到480线，主观评价约4.3分。与模拟的3分左右相比，图像等级提高1级。还可以传送高清晰度电视节目。

　　（2）增加了电视节目的数量

　　我国电视的模拟制式为PAL D/K，频道带宽是8MHz。CATV采用数字调制方式为64QAM，1个8MHz模拟频道可以传8～10套数字电视节目。 200 MHz带宽内可以传200～250套节目。国外有的推荐用550～750MHz频段，国内某 些有线电视台已由模拟频道占用， 也可使用250～450 MHz的增补频段。这样在CATV系统中就可以开展VOD（视频点播）、HDTV（高清晰度电视）及其它多媒体信息业务。

　　（3）能提供多功能业务

　　随着CATV的数字化，以往用模拟方式无法提供的电视业务都将成为可能，可以实现数字业务、交互式电视业务等新型服务方式，如提供电话、计算机浏览等业务，也可提供电视购物、电子银行、远程教育、VOD等新式有条件接收的交互式业务。用户从单纯的收视者变为积极的参与者。

　　国家广电总局当前的基本策略是：“要加大数字有线电视标准宣传贯彻力度，推进有线数字化进程”。也就是说，我国的数字电视应用将首先从有线电视数字化着手，有线网将成为我国发展数字电视的重要基础。数字电视的发展可以给有线电视网络带来很多的新业务。我们应抓住机遇，利用有线电视网络，构建有线数字电视多业务系统。使用数字传输技术(如DVB-C)，完成有线电视网络从模拟到数字的升级改造，不仅保留了模拟有线电视网的基本属性和业务，还可拓宽数字化业务和应用的范围，使数字有线电视网络商业价值更加凸现，应用前景更加广阔。
摘自《中国有线电视导航》