有線數字電視機頂盒技術及其應用

山東省招遠市蠶莊鎮廣播電視站 孫曉磊

1.引言

數字有線電視系統的機頂盒能將模擬電視節目、數字電視節目和高速數據等多媒體交互業務轉換顯示在用戶的電視機和個人電腦上，向用戶提供了更為寬松的交互環境，用適合于用戶的高速數據多媒體交互業務，把電視節目和廣告連接到網頁，在數字機頂盒的遙控器上實現VOD（視頻點播）和簡單的E-mail（電子郵件）收發；訪問Internet的娛樂、信息和授權的電子商務等，大大改變了傳統的電視廣播特性，提供著信息的交互應用，為未來數字電視業務和通信、網絡技術的發展開辟了道路。

2.有線數字電視機頂盒的構成及技術原理

2.1 有線數字電視機頂盒的構成

有線電視數字機頂盒由以下幾部分組成：高頻頭、信道解調器、信源解復用器、MPEG-2解碼器、視頻編碼器、音頻D/A、嵌入式CPU系統和外圍接口、條件接收模塊等組成，有線數字電視機頂盒組成原理框圖如圖1所示。

2.2 有線數字電視機頂盒技術原理

高頻頭接收來自有線網的射頻信號并下變頻為中頻信號，經QAM解調器進行解調，輸出包含音、視頻和其他數據信息的傳送流（TS）。傳送流中一般包含多個音、視頻流及一些數據信息。TS流解復用器則用來區分不同的節目，提取相應的音、視頻流和數據流，送入MPEG-2解碼器和相應的解析軟件，完成數字信息的還原。對于付費電視，CA模塊對音、視頻流實施解擾，并采用含有識別用戶和進行記賬功能的智能卡，保證合法用戶正常收看。

視頻PES送入MPEG-2視頻解碼模塊進行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號，再經視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊進行解碼，輸出PCM音頻數據到D/A變換器，變換成立體聲模擬音頻信號，經音頻輸出電路輸出。在常規彩色電視機上顯示高質量圖像，并提供多聲道立體聲節目。

3.有線數字電視機頂盒的應用

有線數字電視機頂盒不僅實現了數字電視與模擬電視的轉換而適用于傳統的電視機，而且應用十分廣泛。諸如：數字廣播電視接收、電子節目指南（EPG）、準視頻點播（NVOD）、按次付費觀看（PPV）、軟件升級、數據廣播、Internet接入、電子郵件、IP電話、視頻點播（VOD）等等。

3.1 視頻點播

3.1.1 系統構成

有線電視數字機頂盒利用交互式的數據信道和廣播信道，為實現該功能提供理想的技術基礎，并能實現快進、快退、暫停、恢復等操作。圖2為視頻點播系統結構框圖，整個系統由以下幾個部分組成。

（1）視頻服務器

系統中視頻服務器可采用Windows NT集群系統，可以很方便地進行容量擴充。視頻服務器的主要功能是存儲MPEG-2節目文件，并接收ITV系統的命令，在指定的路徑上播放用戶點播的節目。

（2）ITV系統

ITV系統由節目管理服務器、連接管理服務器、傳播服務器、流管理服務器、目錄管理服務器組成。其主要功能是節目的添加、系統資源包括服務器資源和網絡資源的管理、提供流控操作。

（3）VOD應用服務器

VOD應用服務器的主要功能包括：

節目導航：為機頂盒提供了視頻點播服務的節目列表，當用戶選擇其中的節目時，給機頂盒發送該節目的標識。

用戶驗證：當用戶點播某個節目時，對用戶的合法性進行檢查，以確定該用戶是否具有點播該節目的權利。

用戶記賬：當用戶選擇一個節目后，將用戶觀看節目的記錄存入到數據庫中，供計費系統使用。計費系統是用戶管理系統一個子系統。

（4）視頻分配子系統

系統實現視頻服務器接口、QAM調制和上變頻、射頻混合等功能。視頻服務器接收從視頻服務器輸出的MPEG傳輸流，并將其中的各個節目分配到相應頻道上。同時，在有條件接收系統的控制下，實現對MPEG傳輸流加擾。

（5）有條件接收子系統（CAS）

有條件接收系統控制對用戶所選擇的節目進行加擾，并產生相應的授權管理消息和授權控制消息，使機頂盒能進行相應的解擾。

3.1.2 機頂盒中視頻點播客戶端軟件的實現

（1）節目選擇

用戶進入視頻點播應用后，首先運行節目選擇任務，機頂盒與VOD應用服務器進行通信，獲得VOD應用所提供的節目清單，隨后，機頂盒等待用戶的選擇。當用戶選擇了某個節目時，VOD應用服務器通過用戶的操作了解到該用戶選擇了某個節目，然后將用戶所選擇的節目的標識發送給機頂盒。

（2）控制與資源管理

當機頂盒收到節目的標識后，控制任務開始運行，機頂盒將發送建立控制的請求，該請求中包含了機頂盒的標識、所在的網絡位置、所選擇的節目標識和控制標識等信息。前端在收到請求后，與連接管理服務器進行通信，在獲得響應后，前端向機頂盒發送客戶控制建立確認消息來確認本次控制的建立，機頂盒在收到確認后，再向前端發送客戶連接請求來進行控制連接，前端將向用戶端發送服務器連接指示。機頂盒收到的客戶控制建立確認消息中包含用戶所選擇節目將要使用的QAM方式、頻率、符號率、以及MPEG傳輸流的節目號。

（3）流控操作

機頂盒在收到客戶控制建立確認后，將啟動流控任務。機頂盒首先做好流控操作的準備，然后根據控制建立所獲得的頻率、符號率、QAM模式以及節目號來調整調諧器、QAM解調器、MPEG解碼器的參數，以正確地接收并解碼所選擇的節目。

3.2 數據廣播

按數字視頻廣播DVB的定義，數據廣播有四種方式，即數據管道、數據流、多協議封裝和數據/對象輪流傳遞。其中數據管道支持異步端到端的數據傳輸業務；數據流方式可以在數字電視廣播系統中實現面向流的、端到端的數據傳輸；多協議封裝對需要在數字電視廣播系統中傳送符合通信協議的數據報的數據業務提供了支持；數據/對象輪流傳送則可以支持需要周期性傳送數據模塊的各種應用。通過這些標準，可以實現各種數據廣播的應用，如股票信息廣播、票務信息廣播等等。除上述以外，軟件在線升級也屬于數據廣播的范疇。亦即數據廣播服務器按DVB數據廣播標準將升級軟件下載下來，機頂盒能識別該軟件的版本號，在版本不同時接收該軟件，并對保存在存儲器中的軟件進行更新。

3.3 Internet接入和多媒體技術應用

機頂盒可以通過內置的電纜調制解調器方便地實現Internet接入功能，用戶可以通過其內置的瀏覽器上網，即通過機頂盒提供的各種接口與PC機連接，再與網絡連接。利用計算機對文字、聲音、數據、圖像等各種信息進行綜合處理、存儲與傳輸。通過機頂盒與計算機有機結合，可以開展交互式多媒體業務，例如發送電子郵件、電子廣告、網上購物、遠程教育等等。而且隨著多媒體技術的發展，圖、文、聲、像會一體化，信號的采集、處理、存儲與傳輸等數字化，數字電視機頂盒以其功能完善的特點，必將有力地推進數字多媒體電子的快速發展。

4.結束語

總之，有線數字電視機頂盒以其獨特的功能和技術特點，顯示出綽約風姿，成為現代電視技術的寵兒。隨著電子技術和數字化技術的突飛猛進，數字機頂盒將日新月異，其發展趨勢是結構不斷更新，功能不斷完善，個性化服務更加明顯，相信它有著頑強的生命力，為數字化電視技術的發展開創廣闊的前景。