數字有線電視前端系統的構成和功能特點

高紅令，賈 濤

北京裝備指揮技術學院，北京 101416

數字有線電視的前端系統，主要是指數字有線電視網絡的信息源部分，是電視節目信息的交換中心,屬于整個數字有線電視系統的核心部分。許多關鍵性的設備和技術，都集中在前端系統，例如編碼設備、數字多路復用器設備、數字調制儀器等。本來數字有線電視整體系統就集中了大量的高新尖端技術，例如數字視頻技術、數字音頻技術、通信網絡技術和微電子技術等，再加上前端系統的關鍵設備和技術，使得數字有線電視技術難度遠遠高于模擬電視技術，其前端的管理也遠比模擬電視的復雜得多。為更好地進行區域數字有線電視前端系統的設計、安裝和維護，有必要認真了解和掌握其構成、組成原理和工作特點。

比較成熟的數字有線電視前端系統，一般分為四大部分，包括信號輸入部分、信號處理部分、信號輸出部分和系統管理部分等。每個部分又管轄有具體的若干個子系統，各自具有獨特的功能。這些子系統由若干器件有機組合而成，這樣就形成了數字有線電視前端的整體系統。

1 信號輸入部分

也叫數字電視的信源系統，包括數字衛星信號的接收系統、模擬電視信號的編碼系統、SDH 網絡信號的接入和轉換系統。信號輸入部分主要是將信號進行一定格式轉換，使之成為符合DVB-C有線視頻廣播公共標準的TS 流（運動圖像壓縮的國際標準）格式信號。這部分只負責傳遞信號，不負責對電視節目內容的編輯。信號輸入部分所接收的信號，來自不同網絡的節目源，例如衛星信號、有線傳輸信號、模擬信號等，由于信號來源不同，需要把各種信號轉換為統一的格式，這樣就需要較多樣的接收傳輸信號的設備和有關調制設備。包括的器件有：數字衛星接收器、數字編碼器、視頻服務器、網絡適配器等。

1.1 數字衛星信號接收器

該接收器一般選用選用帶ASI標準的有數字信號傳輸接口的IRD的數字衛星接收機，依托MPEG-2/DVB標準, 以保證衛星信號接收器與其它各種設備之間的良好連接和互動功能的發揮。

1.2 數字編碼器

信號輸入部分的數字編碼，一般選用MPEG-2編碼器，這一數字編碼器能按照MPEG-2標準，將模擬音視頻信號（A/V）進行壓縮編碼，編碼后再轉換成數字傳輸信號。

1.3 視頻服務器

視頻服務器是各種控制器的管理組合，包括存儲系統，用以實現壓縮媒體數據的存儲、檢索和傳輸。

1.4 網絡適配器

主要是為了轉換不同系統，通過適配器，實現電視臺的SDH信號和HFC系統直接的接口轉換。

2 信號處理部分

信號處理系統是數字有線電視前端系統中對信號的解擾、復用和SI處理等，是數字有線電視前端系統的核心所在。這部分負責處理所收到的信號，將接收器所收到的信號，給以復用和加擾，使之形成若干個頻道的碼流。在信號處理部分，由于各種設備不同，形成的系統結構也不能完全等同。例如，有些復用器內裝置有加擾模塊，讓信號在復用器的內部就可以完成加擾，有些復用器內部不裝置有加擾模塊，就需要把信號外傳后才能加擾，而且需要加裝外接獨立的加擾設備。通過對所得節目信號的解擾、截取和復用等處理，引導電視機機頂盒工作，滿足所需信號的截取。

2.1 傳輸解擾器

傳輸解擾器是放置在機頂盒內的可插取的PCMCIA卡上，可以改變CA系統。

2.2 復用器

復用也是數字有線電視前端系統的一個重要組成部分，復用器負責把電視信號的音頻、視頻、輔助數據的信號流等，通過數據分組，由打包器打包，然后由復用器對打包的節目信息進行加擾，使其隨機化。當接收機具有密鑰時，可以解擾，否則無法解擾。復用部分的功能很重要，它把所有接收到的電視信號，以多個ASI傳輸流的方式，送到復用器上輸入，再從傳輸流中提取所需節目，形成新的TS傳輸信號流，并加上設置的專門信息，讓電視機的機頂盒進行識別、接收和解碼。只有專門的識別，才能接收和解碼。復用器也可以按照預設，重新組織信息，更新服務信息（SI）。復用器的另一個功能是讓輸出的傳輸信號流自動跟隨輸入信號的諸多變化而變化，進而能及時地把這些變化反映到傳輸信號流中去。

3 信號輸出部分

這部分是把已經處理的電視信息，轉變成有線傳輸網絡所認可的信號格式，常用的是64QAM調制器，主要調制信號輸出電平和信號頻率。QAM調制器具有多功能作用，即包括了基于DVBC 標準的信道編碼功能，又包括了QAM調制的功能。信道編碼的目的是保證電視信號傳輸的可靠性；QAM調制則是對經過信道編碼的數字電視信號進行調制，再以中頻信號輸出，提高其抗干擾能力，讓這些數字電視信號能在有線電視模擬網中傳輸。

4 信息管理部分

信息管理部分包括用戶管理與系統的條件接收管理。信息管理部分使用專用的接口連接前后，通過信息管理，對網絡中的電視信號進行商品化定義、商品化管理，并對用戶收看節目進行權限控制和收費計費。在信息管理部分中，條件接收系統更是個龐大而又復雜的系統，其功能特點主要是只允許獲得授權的用戶使用相關的對應業務，沒有獲得授權的，不予開通業務，即阻止未經授權或權限受限的用戶使用相關業務。這個部分是數字有線電視前端系統的核心控制部分。

這個部分是各種管理服務器的集合，主要包括條件接收系統（CAS）、用戶管理系統（SMS）、電子節目指南（EPG）和數據庫管理系統（DBMS）等若干子系統。主要完成電視用戶信息管理、計費、材料管理和安全保密等。其總體結構如圖1。

圖1 數字有線電視前端系統的軟件結構

在這個軟件結構中，各個部分承擔著一定的功能任務。

4.1 條件接收系統（CAS）

CAS是保證合法用戶得到預定的服務，同時屏蔽非法用戶的存取。主要是通過在前端加密節目，在用戶端解密電視節目，根據用戶身份分組認定和授權，并根據電視用戶的付費情況，給客戶以不同的服務，滿足客戶的不同需要。

4.2 用戶管理系統（SMS）

SMS是直接對用戶的管理，它借助數字網絡技術，具體管理電視用戶所收看的數字電視節目，通過對用戶定購節目信息的記錄、存儲和處理，形成數據庫的信息數據，再通過與CA的接口，向接收系統CAS 發送用戶授權管理（EMM）的基本數據，這樣就實現了CAS對用戶收看數字電視節目的管理控制。

4.3 電視節目調制系統（EPG）

EPG屬于服務信息項目的具體應用。對電視節目，具體通過編輯器、廣播器和機頂盒接收器等，實現對電子節目的選用。展開來說，EPG可配合用戶管理系統對節目的管理和播放控制，通過該系統的調制編輯器，編輯電視節目信息，然后傳遞給條件接收系統（CAS）的信息管理子系統。再經過EPG廣播器實時讀取EPG信息，并把這些信息打包成EPG傳輸數據流，傳輸到復用系統，電視用戶通過機頂盒接收EPG信息，可以根據需要進行查詢、檢索和自由設定，還可以隨時查檢相關的信息。

4.4 數據庫管理系統（DBMS）

數據庫管理系統也屬于信息管理部分，該系統位于用戶和操作系統之間，處于關鍵位置，該系統包括數據定義、儀器操縱、數據庫的運行管理、數據庫的建立和功能維護等等。在建立、使用和維護數據庫的時候，主要是由DBMS統一行使管理和控制職能，以保證數據庫數據信息的安全和完整，并對出現的故障，及時處理，盡快恢復系統，維護正常運行。

操作系統和硬件設備則是直接用以傳遞控制信息和接收信息的，包括控制器具和接收器具等。如控制按鈕、遙控設備、數字衛星接收機等。

數字有線電視前端系統的四大部分，不但各自發揮著獨特的作用，又組合成統一的整體，把電視信號收集、處理、輸出，提供給用戶所需要的節目信息。總體結構可用圖2來表示。

圖2 數字有線電視前端系統的總體結構

在前端，電視節目的攝制、節目的編輯、節目信息的發送、傳輸、存儲、接收和顯示等等環節，全部實現了數字處理，這樣就大幅度提高了電視技術的水平、性能和質量，實現了電視技術的新的飛躍。

可以說，數字有線電視前端決定了整個數字有線電視的技術能力，是數字技術的集萃。這部分又是軟件和硬件的組合，電視節目內容的顯現、節目指南（EPG）、用戶管理系統（SMS）、條件接收系統（CAS）和數據庫管理系統（DBMS）等的建立都要由軟件和硬件的有機組合來實現，因此，數字有線電視前端的設計，必須同時考慮軟件和硬件，最終建立起一個數字化的高性能、高效率、簡捷、安全的高新電視技術體系，才是我們數字有線電視前端系統設計的目的。

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