CATV機(jī)頂盒設(shè)計(jì)的原理與實(shí)現(xiàn)

1 引言

       電視機(jī)頂盒（Set Top Box,STB）是模擬廣播電視向數(shù)字廣播電視過(guò)渡的最好解決方案。將數(shù)字機(jī)頂盒與普通的模擬電視結(jié)合起來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視的功能。數(shù)字機(jī)頂盒可以把來(lái)自衛(wèi)星、地面或有線(xiàn)的數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電視機(jī)能夠接收的PAL/NTSC信號(hào)，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(jī)頂盒可分為數(shù)字衛(wèi)星接收（DVB-S）機(jī)頂盒和數(shù)字有線(xiàn)電視（DVB-C）機(jī)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(shè)成本低的優(yōu)點(diǎn)，可以同時(shí)支持傳統(tǒng)的模擬業(yè)務(wù)、新型的數(shù)字點(diǎn)播（VOD）和數(shù)據(jù)信息服務(wù)。我國(guó)目前還沒(méi)有制定CATV數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)，而是采用歐洲的DVB-C標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹了采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的有線(xiàn)電視機(jī)頂盒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及其解決方案。

2 設(shè)計(jì)原理及關(guān)鍵技術(shù)   

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

       數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)機(jī)頂盒各芯片完成解調(diào)、解復(fù)用、譯碼功能。其原理框圖如圖1所示。

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

    目前國(guó)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(xiàn)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(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(duì)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ǎ脩?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(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(lái)源、時(shí)間、內(nèi)容分類(lèi)和節(jié)目?jī)r(jià)格等節(jié)目信息。對(duì)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(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(quán)信息，如用戶(hù)可以看的節(jié)目或時(shí)間段，用戶(hù)付的收視費(fèi)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(jī)頂盒根據(jù)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(duì)EMM解密，取出SK，然后利用SK對(duì)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(tǒng)應(yīng)用于同一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)之中，對(duì)有線(xiàn)電視臺(tái)來(lái)說(shuō)是實(shí)現(xiàn)技術(shù)的選擇和一種競(jìng)爭(zhēng)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(hù)角度來(lái)講，不會(huì)因購(gòu)買(mǎi)哪一家CA的機(jī)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(fù)用與解復(fù)用技術(shù)

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