CATV機頂盒設計的原理與實(shí)現

1 引言

電視機頂盒（Set Top Box,STB）是模擬廣播電視向數字廣播電視過(guò)渡的最好解決方案。將數字機頂盒與普通的模擬電視結合起來(lái)，就可以實(shí)現數字電視的功能。數字機頂盒可以把來(lái)自衛星、地面或有線(xiàn)的數字電視信號轉換成模擬電視機能夠接收的PAL/NTSC信號，亦可支持視頻點(diǎn)播、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等功能。目前具有實(shí)用開(kāi)發(fā)價(jià)值的機頂盒可分為數字衛星接收（DVB-S）機頂盒和數字有線(xiàn)電視（DVB-C）機頂盒兩種。

有線(xiàn)電視（CATV）網(wǎng)絡(luò )具有覆蓋范圍廣，頻帶資源豐富，建設成本低的優(yōu)點(diǎn)，可以同時(shí)支持傳統的模擬業(yè)務(wù)、新型的數字點(diǎn)播（VOD）和數據信息服務(wù)。我國目前還沒(méi)有制定CATV數字電視廣播標準，而是采用歐洲的DVB-C標準。本文介紹了采用DVB-C標準的有線(xiàn)電視機頂盒系統的設計原理及其解決方案。

2 設計原理及關(guān)鍵技術(shù)   

有線(xiàn)電視機頂盒應該具備的主要功能有：接收數字廣播信號（包括CATV上的音頻、視頻和資料信號）和視頻點(diǎn)播。   

數字數據流經(jīng)過(guò)機頂盒各芯片完成解調、解復用、譯碼功能。其原理框圖如圖1所示。

2.1 數據的調制與解調技術(shù)

目前國際上數字高清晰度電視傳輸系統中采用的調制技術(shù)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(xiàn)電視中主要采用MQAM調制方式。QAM調制是一種節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(xiàn)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)

加解擾技術(shù)用于對數字節目進(jìn)行加密解密，其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸的方法，用戶(hù)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)數據流：授權控制信息（ECMs）和授權管理信息（EMMs），由業(yè)務(wù)密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中還包括節目來(lái)源、時(shí)間、內容分類(lèi)和節目?jì)r(jià)格等節目信息。對控制字加密的業(yè)務(wù)密鑰在授權管理中傳送，且業(yè)務(wù)密鑰在傳送前要經(jīng)過(guò)用戶(hù)個(gè)人分配密鑰（PDK）的加密處理，EMMs中還包括地址和用戶(hù)授權信息，如用戶(hù)可以看的節目或時(shí)間段，用戶(hù)付的收視費等。用戶(hù)個(gè)人分配密鑰（PDK）存放在用戶(hù)的智能卡（Smart Card）中。在用戶(hù)端，機頂盒根據PMT和CAT表中的CAdescriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然后，從TS流中過(guò)濾出ECMs和EMMs，并通過(guò)Smart Card接口送給Smart Card。Smart Card首先讀取用戶(hù)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(guò)Smart Card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）系統應用于同一網(wǎng)絡(luò )平臺之中，對有線(xiàn)電視臺來(lái)說(shuō)是實(shí)現技術(shù)的選擇和一種競爭的環(huán)境。   

多密技術(shù)要求機頂盒采用CI技術(shù)，實(shí)現同一機頂盒可接收不同CA系統加密節目。從用戶(hù)角度來(lái)講，不會(huì )因購買(mǎi)哪一家CA的機頂盒而受到限制，用戶(hù)還有選擇其CA服務(wù)的可能性。   

2.3 復用與解復用技術(shù)

整個(gè)復用過(guò)程可以描述為2個(gè)不同層次的復用。