[圖文]關(guān)于CATV機(jī)頂盒設(shè)計(jì)的原理與實(shí)現(xiàn)

    2.1 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)��

    目前國際上數(shù)字高清晰度電視傳輸系統(tǒng)中采用的調(diào)制技術(shù)主要有：四相移相鍵控（QPSK）、多電平正交幅度調(diào)制（MQAM）、多電平殘留邊帶調(diào)制（MVSB）和正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）。在有線電視中主要采用MQAM調(diào)制方式。QAM調(diào)制是一種節(jié)省頻帶的數(shù)字調(diào)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(diào)制方法在2400bit/s以上的中、高速調(diào)制中常被采用，廣泛應(yīng)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(shù)

  �ゼ咏鈹_技術(shù)用于對數(shù)字節(jié)目進(jìn)行加密解密，其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸?shù)姆椒�，用戶端利用IC卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關(guān)的有兩個(gè)數(shù)據(jù)流：授權(quán)控制信息（ECMs）和授權(quán)管理信息（EMMs），由業(yè)務(wù)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(shí)間、內(nèi)容分類和節(jié)目價(jià)格等節(jié)目信息。對控制字加密的業(yè)務(wù)密鑰在授權(quán)管理中傳送，且業(yè)務(wù)密鑰在傳送前要經(jīng)過用戶個(gè)人分配密鑰（PDK）的加密處理，EMMs中還包括地址和用戶授權(quán)信息，如用戶可以看的節(jié)目或時(shí)間段，用戶付的收視費(fèi)等。用戶個(gè)人分配密鑰（PDK）存放在用戶的智能卡（SmartCard）中。在用戶端，機(jī)頂盒根據(jù)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(gè)人分配密鑰（PDK），用PDK對EMM解密，取出SK，然后利用SK對ECM進(jìn)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(jìn)行解擾。加解擾技術(shù)分為同密和多密技術(shù)。

    同密技術(shù)是將兩家或兩家以上的條件接收（CA）系統(tǒng)應(yīng)用于同一網(wǎng)絡(luò)平臺之中，對有線電視臺來說是實(shí)現(xiàn)技術(shù)的選擇和一種競爭的環(huán)境。

    多密技術(shù)要求機(jī)頂盒采用CI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同一機(jī)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(huì)因購買哪一家CA的機(jī)頂盒而受到限制，用戶還有選擇其CA服務(wù)的可能性。

    2.3 復(fù)用與解復(fù)用技術(shù)

    整個(gè)復(fù)用過程可以描述為2個(gè)不同層次的復(fù)用。

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

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

  �ネㄟ^這兩級復(fù)用所生成的都是標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2的TS碼流。

  �ソ鈴�(fù)用單元由專用處理器構(gòu)成，負(fù)責(zé)對MPEG-2的TS流和成包基本碼流（PES）進(jìn)行解析，恢復(fù)音視頻解碼器所需的碼流，同時(shí)負(fù)責(zé)對傳輸錯(cuò)誤進(jìn)行標(biāo)識。傳送系統(tǒng)使用了MPEG-2定義的固定長度為188個(gè)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(biāo)識（PID）來識別視頻、音頻或數(shù)據(jù)信息。傳輸流中包含一個(gè)或多個(gè)節(jié)目，每個(gè)節(jié)目是由一個(gè)或多個(gè)復(fù)用在一起的基本碼流構(gòu)成的。在單路節(jié)目傳送復(fù)用時(shí)，組成節(jié)目的傳送碼流的PID信息、碼流中傳輸?shù)膽?yīng)用（如音頻、視頻等）標(biāo)示符以及這些碼流之間的關(guān)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(fù)用時(shí)定義的PID=0的系統(tǒng)級控制碼流所攜帶的節(jié)目關(guān)聯(lián)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(fù)用器利用PID=0的節(jié)目關(guān)聯(lián)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(gòu)成節(jié)目的基本碼流的PID號，通過設(shè)置解復(fù)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(jìn)行PES解包后的壓縮音頻、視頻流數(shù)據(jù)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(gè)大家族構(gòu)成，每一個(gè)系統(tǒng)之間都有兼容性和共同性，根據(jù)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(jù)圖像清晰度定義的“等級”以外，DVB視頻標(biāo)準(zhǔn)還定義了“檔次”(Profile)的概念，每一個(gè)不同的“檔次”能夠提供構(gòu)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(gè)“檔次”，每一個(gè)“檔次”都會(huì)比它的前一個(gè)“檔次”更加復(fù)雜，更加完善，提供更多的工具，同時(shí)其相對應(yīng)的設(shè)備的價(jià)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(yù)測的功能，即：B-FRAMES。在使用同樣的碼流的情況下，它的質(zhì)量會(huì)更好，但算法更加復(fù)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(gè)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(diào)整信噪比與碼流率關(guān)系，以及圖像清晰度與碼流率之間的關(guān)系，出于其編碼的復(fù)雜性以及接收設(shè)備價(jià)格昂貴等原因，DVB標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行多行同時(shí)編碼。

    2.4.2 “等級”��

    根據(jù)圖像節(jié)目源的清晰度由低到高的不同，DVBMPEG��2標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，即：720×576×25幀／秒。HIGH-1440LEVEL采用了每行1440個(gè)采樣的方法。HIGHLEVEL采用了更高的每行1920個(gè)的采樣方法。�ツ壳�，世界上最常用的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是MP@ML，即：MAINPROFLE@MAINLEVEL,它是第一代數(shù)字有線電視和數(shù)字衛(wèi)星電視的基礎(chǔ)，節(jié)目提供者可以提供625線質(zhì)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(jù)節(jié)目質(zhì)量來選定的，圖像質(zhì)量越高，所需碼流率就越高，反之則越低。