CATV機頂盒設計的原理與實現(xiàn)

1 引言

電視機頂盒（Set Top Box,STB）是模擬廣播電視向數(shù)字廣播電視過渡的最好解決方案。將數(shù)字機頂盒與普通的模擬電視結(jié)合起來，就可以實現(xiàn)數(shù)字電視的功能。數(shù)字機頂盒可以把來自衛(wèi)星、地面或有線的數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換成模擬電視機能夠接收的PAL/NTSC信號，亦可支持視頻點播、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等功能。目前具有實用開發(fā)價值的機頂盒可分為數(shù)字衛(wèi)星接收（DVB-S）機頂盒和數(shù)字有線電視（DVB-C）機頂盒兩種。

有線電視（CATV）網(wǎng)絡具有覆蓋范圍廣，頻帶資源豐富，建設成本低的優(yōu)點，可以同時支持傳統(tǒng)的模擬業(yè)務、新型的數(shù)字點播（VOD）和數(shù)據(jù)信息服務。我國目前還沒有制定CATV數(shù)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標準的有線電視機頂盒系統(tǒng)的設計原理及其解決方案。

2 設計原理及關鍵技術(shù)   

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

數(shù)字數(shù)據(jù)流經(jīng)過機頂盒各芯片完成解調(diào)、解復用、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)

加解擾技術(shù)用于對數(shù)字節(jié)目進行加密解密，其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸?shù)姆椒ǎ脩舳死肐C卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關的有兩個數(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、時間、內(nèi)容分類和節(jié)目價格等節(jié)目信息。對控制字加密的業(yè)務密鑰在授權(quán)管理中傳送，且業(yè)務密鑰在傳送前要經(jīng)過用戶個人分配密鑰（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)目或時間段，用戶付的收視費等。用戶個人分配密鑰（PDK）存放在用戶的智能卡（Smart Card）中。在用戶端，機頂盒根據(jù)PMT和CAT表中的CAdescriptor，獲得EMM和ECM的PID值，然后，從TS流中過濾出ECMs和EMMs，并通過Smart Card接口送給Smart Card。Smart Card首先讀取用戶個人分配密鑰（PDK），用PDK對EMM解密，取出SK，然后利用SK對ECM進行解密，取出CW，并將CW通過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)應用于同一網(wǎng)絡平臺之中，對有線電視臺來說是實現(xiàn)技術(shù)的選擇和一種競爭的環(huán)境。   

多密技術(shù)要求機頂盒采用CI技術(shù)，實現(xiàn)同一機頂盒可接收不同CA系統(tǒng)加密節(jié)目。從用戶角度來講，不會因購買哪一家CA的機頂盒而受到限制，用戶還有選擇其CA服務的可能性。   

2.3 復用與解復用技術(shù)

整個復用過程可以描述為2個不同層次的復用。