數(shù)字電視前端系統(tǒng)組成解析

許珍

摘要：本文對數(shù)字電視前端系統(tǒng)的構(gòu)成及相關(guān)重要設(shè)備做出淺析，便于相關(guān)部門及同事參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視；前端系統(tǒng)；解析

數(shù)字電視前端系統(tǒng)是有線電視網(wǎng)絡(luò)的信息源、交換中心，是位于信號源和傳輸系統(tǒng)之間，對傳輸信號進(jìn)行各種技術(shù)處理的設(shè)備組合，它是系統(tǒng)信號處理的中樞，是整個有線電視系統(tǒng)的核心。前端主系統(tǒng)由信號輸入、信號處理、信號輸出等部分組成。信號輸入系統(tǒng)主要完成對來自不同網(wǎng)絡(luò)的各個信號的接收，然后把它們變化成符合MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的TS流。信號處理是把輸入的TS流經(jīng)過復(fù)用器變成多節(jié)目的TS流，然后經(jīng)過CA加密的處理，送到輸出部分。信號輸出則是把含有多套節(jié)目的TS系統(tǒng)調(diào)制成RF信號輸出給整個HFC網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字電視前端包括許多關(guān)鍵性的數(shù)字設(shè)備和技術(shù)，如MPEG-2壓縮編碼器、數(shù)字多路復(fù)用器、加擾器、QAM調(diào)制器、網(wǎng)絡(luò)適配器、衛(wèi)星接收機(jī)等，前端設(shè)備的性能對整個系統(tǒng)的信號質(zhì)量起著決定性的作用。下圖是有線數(shù)字電視前端組成框圖：

信號輸入部分的主要功能，就是把來自不同渠道、不同格式的視音頻信號，進(jìn)行數(shù)字化、壓縮編碼或碼流適配，統(tǒng)一為符合DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2傳輸流格式和ASI接口的傳輸流，輸出到處理部分。在有線數(shù)字電視系統(tǒng)中，設(shè)備與設(shè)備間，設(shè)備與線路間的傳輸接口，被規(guī)定為ASI（異步串行接口）。它的傳輸速率為270Mbit/s，可以輕松的承載8Mhz的帶寬，64QAM調(diào)制的數(shù)據(jù)流。涉及的設(shè)備有光收機(jī)、衛(wèi)星接收機(jī)、編碼器等將它們轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式送入信號處理部分。

衛(wèi)星接收系統(tǒng)采用接收與解碼為一體的帶有TS輸出的數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)（IR=D），將衛(wèi)星數(shù)字電視信號接收下來，直接進(jìn)行QPSK解調(diào)經(jīng)接收機(jī)ASI接口輸出的符合MPEG-2編碼的TS流。

信號處理部分包括傳輸碼流（TS）的監(jiān)視、解擾、復(fù)用與業(yè)務(wù)信息（SI）處理等，它是數(shù)字電視前端的核心。這部分主要完成對所有節(jié)目進(jìn)行解擾、截取、復(fù)用等處理。業(yè)務(wù)信息隨時更新，以保證正確的引導(dǎo)機(jī)頂盒的正常工作，并且所有應(yīng)用數(shù)據(jù)均能正確的插入。對所有輸入的節(jié)目碼流進(jìn)行切換、調(diào)度、分組、復(fù)用（再復(fù)用）；插入（更新）節(jié)目專用信息PSI、業(yè)務(wù)信息SI、電子節(jié)目指南EPG、各種管理信息（ECM、EMM）等，把它們與節(jié)目信號一起復(fù)用進(jìn)數(shù)字傳輸通道；對條件接收節(jié)目進(jìn)行加擾；進(jìn)行節(jié)目管理、用戶管理和系統(tǒng)管理。在數(shù)字前端中增加一套節(jié)目是以虛擬方式進(jìn)行的。數(shù)字切換矩陣也叫路由器，它有若干個輸入口和輸出口，可以實(shí)現(xiàn)任意輸入端口的信號從任意輸出端口輸出，可以實(shí)現(xiàn)輸入與輸出節(jié)目的強(qiáng)大調(diào)配功能。數(shù)字電視的一個載波頻道，可以載運(yùn)6套以上電視節(jié)目，載運(yùn)哪幾套，組合是靈活的，完全由切換矩陣實(shí)現(xiàn)。在數(shù)字電視播出中，增加一套節(jié)目，不是像模擬那樣加一臺調(diào)制器，可以在虛擬狀態(tài)下進(jìn)行，只要把要增加的節(jié)目從矩陣輸入端接入，切換到一個復(fù)用器上，復(fù)用進(jìn)某個頻道就可以了。信號處理部分的管理必須采用集成的管理系統(tǒng)，均以異步串行接口作為接口標(biāo)準(zhǔn)，這樣容易以后增加設(shè)備，具有良好的兼容性。

復(fù)用是數(shù)字前端中的一個重要組成部分，復(fù)用器是一種綜合系統(tǒng)，通常包含一定數(shù)目的數(shù)據(jù)輸入，n個地址輸入（以二進(jìn)制形式選擇一種數(shù)據(jù)輸入）。它將所有接收到的信號以多個ASI傳輸流的方式加到復(fù)用器的輸入，再將所需要的節(jié)目從傳輸流中提取，然后再將提取的所有節(jié)目建立一個新的TS傳輸流，再加上附加信息以便引導(dǎo)機(jī)頂盒的正常接收和解碼。復(fù)用器有一個單獨(dú)的輸出，與選擇的數(shù)據(jù)輸入值相同。多路復(fù)用器即數(shù)據(jù)選擇器，用來將 N 個輸入通道的數(shù)據(jù)復(fù)用到一個輸出通道上，多路復(fù)用器在數(shù)字系統(tǒng)中有著非常重要的應(yīng)用。復(fù)用處理可以重新組織與更新它所取得節(jié)目的服務(wù)信息（SI），它可實(shí)現(xiàn)在1個物理頻道上傳輸4-8套數(shù)字電視節(jié)目。光電復(fù)用器從字面上解釋就是光路信號與電路信號的復(fù)合裝置，一般的光貓即光纖收發(fā)器（光貓與光纖收發(fā)器不同，光纖收發(fā)器只有信號轉(zhuǎn)換，沒有協(xié)議轉(zhuǎn)換，而光貓還包含有協(xié)議轉(zhuǎn)換），是一種將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柕难b置，復(fù)用器就是將多電信號復(fù)合到光路上去，另一種是多種光路復(fù)合，但這種復(fù)合調(diào)制將使用不同波長的光進(jìn)行多路信號的傳輸，到達(dá)后再解調(diào)。復(fù)用器可以通過前面板設(shè)置參數(shù)，單獨(dú)使用，也可以由前端系統(tǒng)主控機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行控制，再復(fù)用處理，易于操作，非?？煽?，在對數(shù)字多路復(fù)用器選型時應(yīng)考慮它的擴(kuò)展是否靈活。

加擾器的作用是在前端系統(tǒng)的控制字CW的控制下，連續(xù)不斷的對被傳送的全部內(nèi)容（視、音頻流和數(shù)據(jù)流）進(jìn)行擾亂，使不用恰當(dāng)?shù)慕獯a器和密鑰就不能收到正確的信號。加擾器的作用就是產(chǎn)生偽隨機(jī)序列與原始的傳輸流進(jìn)行XOR運(yùn)算，改變被傳輸信息的特征，使信號變?yōu)椴豢深A(yù)測的數(shù)據(jù)流。

QAM調(diào)制器信道編碼的目的是保證信號傳輸?shù)目煽啃?，對?jīng)過信道編碼的數(shù)字電視信號進(jìn)行調(diào)制，輸出中頻信號，使其具有很高的抗干擾能力，便于在有線電視網(wǎng)絡(luò)中傳輸。QAM調(diào)制器實(shí)際包含基于DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的信道編碼和QAM調(diào)制兩部分功能。QAM調(diào)制器的原理是發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號編碼器（也就是串–并轉(zhuǎn)換器）內(nèi)被分成兩路，各為原來兩路信號的1/2，然后分別與一對正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調(diào)出兩個相反碼流，均衡器補(bǔ)償由信道引起的失真，判決器識別復(fù)數(shù)信號并映射回原來的二進(jìn)制信號。作為調(diào)制信號的輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)流經(jīng)過串–并變換后變成四路并行數(shù)據(jù)流。這四路數(shù)據(jù)兩兩結(jié)合，分別進(jìn)入兩個電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成兩路4電平數(shù)據(jù)。

類似于其他數(shù)字調(diào)制方式，QAM發(fā)射的信號集可以用星座圖方便地表示，星座圖上每一個星座點(diǎn)對應(yīng)發(fā)射信號集中的那一點(diǎn)。星座點(diǎn)經(jīng)常采用水平和垂直方向等間距的正方網(wǎng)格配置。數(shù)字通信中數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制數(shù)表示，此種情況下星座點(diǎn)的個數(shù)一般是2的冪。常見的QAM形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。星座點(diǎn)數(shù)越多，每個符號能傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱?。但是，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點(diǎn)，會使星座點(diǎn)之間的距離變小，進(jìn)而導(dǎo)致誤碼率上升。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。endprint