有線數(shù)字電視

武漢有線數(shù)字電視環(huán)網(wǎng)射頻信號(hào)管理方案(201*-05)

201*-06-08新聞來源：武漢廣電網(wǎng)

金偉

武漢廣電數(shù)字網(wǎng)絡(luò)有限公司工程技術(shù)部副經(jīng)理，工程師

前言

武漢有線HFC網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)從單純提供模擬電視的傳輸平臺(tái)向承載模擬電視、數(shù)字電視、有線寬帶接入、互動(dòng)電視等多業(yè)務(wù)的綜合信息網(wǎng)的轉(zhuǎn)變。有線電視運(yùn)營(yíng)商怎么建設(shè)一個(gè)多業(yè)務(wù)的前端呢？如何為開展高級(jí)業(yè)務(wù)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)建設(shè)呢？如何才能順利開展各種高級(jí)業(yè)務(wù)而不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改動(dòng)，或者說在開展某種業(yè)務(wù)時(shí)不影響已有業(yè)務(wù)呢？關(guān)鍵在于有線電視前端機(jī)房的設(shè)計(jì)和建設(shè)。因此，建立一個(gè)有前瞻性的機(jī)房對(duì)各種業(yè)務(wù)順利開展有非常重要的做用。那么，什么是一個(gè)有前瞻性的機(jī)房呢？就是機(jī)房的信號(hào)管理規(guī)范、預(yù)留，合理規(guī)劃各種業(yè)務(wù)的逐步開展，而且在增加業(yè)務(wù)時(shí)，要盡量不影響已經(jīng)開展的業(yè)務(wù)。通過總結(jié)機(jī)房建設(shè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為在機(jī)房設(shè)計(jì)中要做到以下幾點(diǎn)：

通過總結(jié)機(jī)房建設(shè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，我們認(rèn)為在機(jī)房設(shè)計(jì)中有幾點(diǎn)比較重要：1．在設(shè)計(jì)時(shí)最好做到一次性設(shè)計(jì)，可分步實(shí)施；

2.信號(hào)規(guī)劃要合理，必須為數(shù)字電視、VOD、CMTS、網(wǎng)絡(luò)管理等高級(jí)業(yè)務(wù)預(yù)留足夠的接入口；3.在各種業(yè)務(wù)擴(kuò)容及需要增加帶寬時(shí)，也應(yīng)該有足夠的接入口；

4.當(dāng)增加下行光傳輸設(shè)備時(shí)，有預(yù)留足夠的端口以便驅(qū)動(dòng)。比如增加下行光發(fā)射機(jī)，需要驅(qū)動(dòng)信號(hào)。否則的話，就需要重新調(diào)整信號(hào)，這樣就可能會(huì)中斷服務(wù)和給工作人員造成很大的工作量；

(a)主要信號(hào)必須熱備份,并且設(shè)備能自動(dòng)切換(比如說機(jī)房前放大器),否則信號(hào)一旦中斷,就導(dǎo)致整

個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中斷；

(b)選用模塊化的混合分配器,可以很好的增加服務(wù)、檢測(cè)故障以及便于纜線管理；

(c)選用模塊化的混合分配器每個(gè)端口要能獨(dú)立調(diào)整信號(hào),可以很好地檢測(cè)故障、便于纜線管理；本方案采用RF信號(hào)集成平臺(tái)來規(guī)范機(jī)房的RF信號(hào)，作用在于：

⑴有利于開展高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為有線電視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商帶來利潤(rùn)；

⑵有利于前端機(jī)房線纜的管理、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房的規(guī)范化管理，達(dá)到電信級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)；⑶為將來開展各種增值業(yè)務(wù)（如：VOD、TEL等）預(yù)留好端口；⑷建立一個(gè)安全、穩(wěn)定、高性能的前端機(jī)房。實(shí)際情況

當(dāng)前，武漢市有線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已覆蓋全市，通過1550nm光纖環(huán)網(wǎng)將信號(hào)送到各個(gè)分前端機(jī)房。為了開展數(shù)字電視整體平移，公司決定建設(shè)一套純數(shù)字電視1550nm光纖環(huán)網(wǎng)。并且能承載VOD、CM、互動(dòng)電視及高清電視等多業(yè)務(wù)。節(jié)目源在新的局十一樓中心機(jī)房，包括模擬電視和數(shù)字電視。所以，武漢有線的電視信號(hào)在整體轉(zhuǎn)換過程中將分為兩種：模數(shù)混傳的電視信號(hào)和純數(shù)字電視信號(hào)。因此，HFC傳輸網(wǎng)絡(luò)就分為兩個(gè)平臺(tái)。在中心機(jī)房將這兩種信號(hào)混合分配后，分兩個(gè)平臺(tái)傳輸?shù)礁鱾�(gè)分前端，在分前端分別接收后再分別傳送到普通用戶和已經(jīng)整轉(zhuǎn)用戶。

這里著重分析新建純數(shù)字電視環(huán)網(wǎng)的組成對(duì)RF信號(hào)處理的需求：（1）中心房的RF信號(hào)需求

局十一樓新中心機(jī)房的為純數(shù)字信號(hào)。有2臺(tái)1550nm光發(fā)射機(jī)將純數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)骄嚯x較遠(yuǎn)的分前端。

同時(shí)，在局十二樓機(jī)房中將配備1310光發(fā)射機(jī)20臺(tái)左右，將光信號(hào)傳送至漢口地區(qū)的各分前端機(jī)房和局大樓附近的光站。這些發(fā)射機(jī)均需要相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)RF信號(hào)。同時(shí)，在多以為開展的初期階段，將IPQAM等多業(yè)務(wù)設(shè)備部署在前端機(jī)房。

（2）分前端機(jī)房的RF信號(hào)需求

各分前端在接收到總前端送過來的雙路光信號(hào)后，解調(diào)成RF信號(hào)，并通過射頻開關(guān)實(shí)現(xiàn)主、備信號(hào)倒

換。RF信號(hào)通過放大和分配驅(qū)動(dòng)分前端光設(shè)備，同時(shí)，考慮CMTS、IPQAM等多業(yè)務(wù)設(shè)備的接口。解決方案

在這里我們的設(shè)計(jì)理念是：一次性設(shè)計(jì)，分步實(shí)施。也就是說，我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)之時(shí)，考慮到將來出現(xiàn)的各種情況，對(duì)節(jié)目擴(kuò)容、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容、業(yè)務(wù)開展、業(yè)務(wù)擴(kuò)容做好充分的準(zhǔn)備，并在設(shè)計(jì)當(dāng)中體現(xiàn)出應(yīng)對(duì)這此情況的優(yōu)勢(shì)，即在不影響服務(wù)、不中斷信號(hào)的情況下進(jìn)行節(jié)目擴(kuò)容、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容、開展增值業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)擴(kuò)容，達(dá)到電信級(jí)的機(jī)房。1．1具體方案

武漢有線目前正準(zhǔn)備改造新的中心機(jī)房之初，我們就對(duì)對(duì)機(jī)房進(jìn)行新的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并以此為契機(jī)，為轉(zhuǎn)變成多業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)，我們將考慮將來可能要開展電話、遠(yuǎn)程抄表等高級(jí)業(yè)務(wù)的情況。綜合各種考慮因素，在規(guī)劃時(shí)，我們必須在前端機(jī)房和分前端機(jī)房的上下行要進(jìn)行如下規(guī)劃：

正向下行信號(hào)規(guī)劃時(shí)，必須為各種高級(jí)業(yè)務(wù)（如：CMTS、TEL等）做好端好端口預(yù)留。反向上行信號(hào)方面，首先對(duì)RRX輸出的RF信號(hào)進(jìn)行業(yè)務(wù)分離，然后再將CMTS信號(hào)、TEL信號(hào)等其它信號(hào)各個(gè)進(jìn)行混合，然后進(jìn)入相應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)。下面，著重介紹正向下行信號(hào)的處理方案。1．2中心機(jī)房的方案描述

在新機(jī)房，正向下行的信號(hào)源為純數(shù)字信號(hào)和六套基本模擬信號(hào)，分別通1310nm和1550nm傳輸?shù)奖镜?/p>

用戶和分前端，在分前端再將信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)字電視用戶。結(jié)合我們的設(shè)計(jì)理念，我們正向光發(fā)射機(jī)輔助口前連接一個(gè)2混合器，作為高級(jí)業(yè)務(wù)（如HSD、VOD、TEL等）的注入口；具體如下圖所示：圖01

如圖01，為新機(jī)房數(shù)字下行信號(hào)分配原理圖。首先，根據(jù)信號(hào)源的需求和特點(diǎn)，將110M、556M、855.25M、6套模擬信號(hào)和IPQAM27的信號(hào)進(jìn)行4混合，再和DTV（純數(shù)字信號(hào)）混合。然后，將混合后的信號(hào)進(jìn)行4分配，其中2路作為本地1310的信號(hào)源，另外2路作為骨干1550的信號(hào)源。在1310方面，兩路信號(hào)分別入2個(gè)互為備份的前放大器，再連接一個(gè)RF切換開關(guān)對(duì)它們進(jìn)入熱備份，且切換時(shí)間少于50ms，這樣就實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全性，隨后，再信號(hào)進(jìn)行合理的分配，將信號(hào)分配給本地1310nm光發(fā)射機(jī)，且在光發(fā)射機(jī)的輔助輸入口，本方案連接一個(gè)4混合器作為高級(jí)業(yè)務(wù)（CMTS、VOD）的端口預(yù)留。在1550方面，同樣將2路信號(hào)分別進(jìn)入2個(gè)互為備份的放大器，再加上RF切換開關(guān)進(jìn)行保護(hù)，然后再通過一個(gè)直接耦合器預(yù)留一個(gè)端后分配信號(hào)1550nm光發(fā)射機(jī)。IPQAM的信號(hào)在業(yè)務(wù)開展的初期可能直接從前面的信號(hào)源處注入，當(dāng)業(yè)務(wù)開展起來后，可以再重新進(jìn)入規(guī)劃，從光發(fā)射機(jī)之前的高級(jí)業(yè)務(wù)預(yù)留端口處注入。1．3分前端機(jī)房的方案

HFC傳輸網(wǎng)從數(shù)據(jù)流向上說，分為下行信號(hào)和上行信號(hào)。下行信號(hào)滿足用戶收視和多業(yè)務(wù)信號(hào)的下行廣

播，上行信號(hào)是雙向用戶的回傳信號(hào)。在分前端，下行RF信號(hào)通過放大和分配驅(qū)動(dòng)下行光發(fā)射設(shè)備，同時(shí)，將CMTS下行信號(hào)混入下行其中，如圖2所示：

這是分機(jī)房下行信號(hào)分配原理圖。分機(jī)房光接收機(jī)解調(diào)后的RF信號(hào)現(xiàn)經(jīng)過一個(gè)可以調(diào)節(jié)電平的四分配將信號(hào)分為四路，預(yù)留兩路。另兩路輸入射頻放大器并連接切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)主、備互為備份。然后進(jìn)行分配，設(shè)計(jì)機(jī)房產(chǎn)生16路RF信號(hào)驅(qū)動(dòng)16路光發(fā)射機(jī)，這些發(fā)射機(jī)預(yù)計(jì)可為80臺(tái)光站提供光源�？筛采w4萬戶。另外預(yù)留16路信號(hào)的能力。共可覆蓋8萬戶。加之前面四分配的預(yù)留，一個(gè)分機(jī)房最終可擴(kuò)展到64路，共可驅(qū)動(dòng)84臺(tái)發(fā)射機(jī)，覆蓋用戶達(dá)16萬之多。

當(dāng)前，武漢有線開展了互動(dòng)電視和CM寬帶上網(wǎng)以為，雙向的實(shí)現(xiàn)是采用CableModem方式，即在分前端機(jī)房部署CMTS，上聯(lián)數(shù)據(jù)交換設(shè)備實(shí)現(xiàn)有線電視電纜的雙向承載。分前端每臺(tái)CMTS平均覆蓋10000戶，按照一臺(tái)光站覆蓋200戶，每臺(tái)發(fā)射機(jī)帶5臺(tái)光站計(jì)算，一臺(tái)CMTS下行信號(hào)最多提供10臺(tái)光發(fā)射機(jī)輔助輸入口的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這里實(shí)際設(shè)計(jì)16路是足夠滿足一臺(tái)CMTS的最大容量的。分前端擴(kuò)展多臺(tái)CMTS是將再分配成另外一個(gè)16路，可靈活的實(shí)現(xiàn)CM用戶的空間分割。1.4實(shí)際效果

依據(jù)以上設(shè)計(jì)思想，我們定購(gòu)了美國(guó)ADC公司的各種功能模塊，這些模塊可以很好的實(shí)現(xiàn)各種功能。通

過實(shí)際的安裝、運(yùn)行和實(shí)際使用的情況看，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

擴(kuò)展閱讀：有線數(shù)字電視機(jī)頂盒原理

1．有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的基本原理

有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，示意圖如圖1所示，調(diào)諧模塊接收射頻信號(hào)并下變頻為中頻信號(hào)，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再送入QAM解調(diào)模塊進(jìn)行QAM解調(diào)，輸出MPEG傳輸流串行或并行數(shù)據(jù)。解復(fù)用模塊接收MPEG傳輸流，從中抽出一個(gè)節(jié)目的PES數(shù)據(jù)，包括視頻PES、音頻PES以及數(shù)據(jù)PES。解復(fù)用模塊中包含一個(gè)解擾引擎，可在傳輸流層和PES層對(duì)加擾的數(shù)據(jù)進(jìn)行解擾，其輸出是已解擾的PES。視頻PES送入視頻解碼模塊，取出MPEG視頻數(shù)據(jù)，并對(duì)MEPG視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號(hào)，再經(jīng)視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊，取出MPEG音頻數(shù)據(jù)，并對(duì)MPEG音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，輸出PCM音頻數(shù)據(jù)到PCM解碼器，PCM解碼器輸出立體聲模擬音頻信號(hào)，經(jīng)音頻輸出電路輸出。8A-f/I-U0j:~*[4C

有線電視數(shù)字機(jī)頂盒的關(guān)鍵技術(shù)"_1_.E3u%z

該機(jī)頂盒由以下幾部分組成：數(shù)字電視廣播接收前端、MPEG解碼、視音頻和圖形處理、電纜調(diào)制解調(diào)器、CPU以及存儲(chǔ)器、以及各種接口電路。數(shù)字電視廣播接收前端包括調(diào)諧器和QAM解調(diào)器，該部分可以從射頻信號(hào)中解調(diào)出MPEG傳輸流；MPEG解碼部分包括解復(fù)用、解擾引擎和MPEG解壓縮，其輸出為MPEG視音頻基本流以及數(shù)據(jù)凈荷。視音頻和圖形處理部分完成視音頻的模擬編碼以及圖形處理功能。電纜調(diào)制解調(diào)模塊由一個(gè)雙向調(diào)諧器、下行QAM解調(diào)器、上行QPSK/QAM調(diào)制器和媒體訪問控制（MAC）模塊組成，該部分實(shí)現(xiàn)電纜調(diào)制解調(diào)的所有功能。CPU與存儲(chǔ)器模塊用來存儲(chǔ)和運(yùn)行軟件系統(tǒng)，并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行控制。接口電路則提供了豐富的外部接口，包括通用串行接口USB、高速串行接口1394、以太網(wǎng)接口、RS232、視音頻接口等等。

該框圖所描述的有線電視數(shù)字機(jī)頂盒是一種功能齊全的機(jī)頂盒，實(shí)際上，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，廠商可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行裁減。

2．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),uV:Ca6|7A;~!R5b

大家對(duì)PC的操作系統(tǒng)都比較熟悉，如DOS、Windows98、WindowsNT、Unix、MacOS。與這些操作系統(tǒng)不同，機(jī)頂盒中的操作系統(tǒng)不是非常的龐大，但卻要求可以在實(shí)時(shí)的環(huán)境中工作，并能在較小的內(nèi)存空間中運(yùn)行。這種操作系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

目前流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有WindRiverSystem公司的VxWorks、IntegratedSystemsIncorporated公司的pSOS、Microware公司的DAVIDOS-9、ST公司的OS20、前面介紹的WindowsCE、以及專為機(jī)頂盒開發(fā)的PowerTV。這些操作系統(tǒng)各有所長(zhǎng)，在機(jī)頂盒中都有應(yīng)用。其中VxWorks、pSOS、OS-9、OS20等是通用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在其他的嵌入式應(yīng)用中也有廣泛的應(yīng)用，在機(jī)頂盒中，應(yīng)與下面將要介紹的中間件結(jié)合使用。PowerTV是專為機(jī)頂盒開發(fā)的，將中間件集成在一起的操作系統(tǒng)，在美國(guó)應(yīng)用較廣。另外，隨著Linux的興起，嵌入式的Linux已漸漸成熟。它不僅為機(jī)頂盒廠商提供一種選擇，而且由于Linux的開放性和先進(jìn)的結(jié)構(gòu)，會(huì)對(duì)現(xiàn)有的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)構(gòu)成巨大的威脅。7w-l,m%o+G&S"^-T

&g4J/j9f9p#t"U&F&o8g3．中間件"|#n,@:~5r(G#d3^

中間件是一種將應(yīng)用程序與低層的操作系統(tǒng)、硬件細(xì)節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境，它通常由各種虛擬機(jī)來構(gòu)成，如HTML虛擬機(jī)、JavaScript虛擬機(jī)、Java虛擬機(jī)、MHEG-5虛擬機(jī)等等。

一個(gè)完整的數(shù)字機(jī)頂盒由硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)組成，可以將其分為4層，從底向上分別為：硬件、底層軟件、中間件、應(yīng)用軟件。硬件提供機(jī)頂盒的硬件平臺(tái)；底層軟件提供操作系統(tǒng)內(nèi)核以及各種硬件驅(qū)動(dòng)程序；應(yīng)用軟件包括本機(jī)存儲(chǔ)的應(yīng)用和可下載的應(yīng)用；中間件將應(yīng)用軟件與依賴于硬件的底層軟件分隔開來，使應(yīng)用不依賴于具體的硬件平臺(tái)。

成熟的商用中間件產(chǎn)品有Opentv的EN2、Liberate的TVNavigatorforDTV、Enreach的EnreachTVforDTV、Canel+的Mediahighway和Intellibyte的IBEPG、IBSIManager、IBBrowser等。這些產(chǎn)品在市場(chǎng)上都占有一席之地，但彼此并不兼容。)`5O6E#r8t1|,F!j*k!T:f

目前，標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這個(gè)事實(shí)，并且開始著手建立公開的中間件標(biāo)準(zhǔn)。DVB提出了基于Java虛擬機(jī)的中間件標(biāo)準(zhǔn)DVB-MHP（多媒體家庭平臺(tái)）；ATSC成立T3/S17技術(shù)專家小組委員會(huì)來為機(jī)頂盒定義軟件環(huán)境，該軟件環(huán)境稱為DTV應(yīng)用軟件環(huán)境（DASE）。ATVEF（先進(jìn)電視發(fā)展論壇）也創(chuàng)建了一種稱為AdvancedTelevisionEnhancementForumSpecificationforInteractiveTelevision的規(guī)范。

4．加解擾技術(shù)

加解擾技術(shù)用于對(duì)數(shù)字節(jié)目進(jìn)行加密和解密。目前，國(guó)際上有兩種標(biāo)準(zhǔn)：OpenCable定義的POD和DVB定義的SimulCrypt和MultiCrypt標(biāo)準(zhǔn)。OpenCable定義的POD是一個(gè)通過PCMCIA接口與機(jī)頂盒相連的模塊，該模塊除了解擾功能外，還要完成與前端的交互功能。DVB的MultiCrypt也是采用PCMCIA接口與機(jī)頂盒連接，但它只有解擾功能。DVB的SimulCrypt則只需要機(jī)頂盒具有ISO7816的SmartCard接口既可，但需要機(jī)頂盒具有硬件解擾引擎。下面簡(jiǎn)述DVB的有條件接入的基本原理。/D.x/@$J3i,k1Q,W,L&b%~6^,[#]

有條件接入的基本原理如圖4所示。節(jié)目在播出前，要經(jīng)過加擾處理，加擾過程是將復(fù)用后的傳送流（TransportStream）與一個(gè)偽隨機(jī)加擾序列做模2加，而這個(gè)偽隨機(jī)序列的生成由控制字發(fā)生器提供的控制字（ControlWord，簡(jiǎn)稱CW）確定。有條件接入的核心實(shí)際上是控制字傳輸?shù)目刂�。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)目來源、時(shí)間、內(nèi)容分類和節(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)管理信息中傳送，并且業(yè)務(wù)密鑰在傳送前要經(jīng)過用戶個(gè)人分配密鑰（PDK）的加密處理，EMMs中還包括地址、用戶授權(quán)信息、如用戶可以看的節(jié)目或時(shí)間段、用戶付的收視費(fèi)等。用戶個(gè)人分配密鑰（PDK）存放在用戶的智能卡（SmartCard）中。$Y0`9{%I"W"f

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在用戶端，機(jī)頂盒為了再生出解擾隨機(jī)序列，必須獲取相關(guān)的條件接收控制信息。首先，機(jī)頂盒根據(jù)PMT和CAT表中CA_descriptor，獲得EMM和ECM的PID值。然后，從TS流中過濾出ECMs和EMMs，并送通過SmardCard接口送給SmartCard。SmardCard首先讀取用戶個(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SmartCard接口送給解擾引擎，解擾引擎利用CW就可以將將已加擾的傳輸流進(jìn)行解擾

5．電纜調(diào)制解調(diào)器5f&k7a2c6A0U)b1U$\\2T/u+Q&Q)]$\\

到目前為止，各種研究機(jī)構(gòu)對(duì)電纜調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行了廣泛的研究，這些研究成果最終形成了幾個(gè)國(guó)際性組織定義的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE定義的IEEE802.14協(xié)議、DAVIC定義的DAVIC協(xié)議和MCNS定義的DOCSIS協(xié)議。3hY*k6{;l3e.V7p!W/?

在這些協(xié)議中，MCNS標(biāo)準(zhǔn)的目的最為簡(jiǎn)單和明確，就是在有線網(wǎng)絡(luò)上透明地傳輸IP數(shù)據(jù)包，因此該協(xié)議對(duì)IP的支持最好；DAVIC的目的主要是給用戶提供交互式的數(shù)字視音頻服務(wù)，同時(shí)也兼顧提供數(shù)據(jù)傳輸，該協(xié)議對(duì)數(shù)字視頻的支持是最好的；IEEE802.14的目的是建立一個(gè)基于HFC的城域網(wǎng)，并使該網(wǎng)絡(luò)能支持各種業(yè)務(wù)，包括固定比特率CBR、可變比特率VBR以及有效比特率ABR服務(wù)，該目的使得它對(duì)ATM有很好的支持。4Y&|3v(N!p7J/}&J!S1t-?*}4j.P5r(}#p

不同的目的使得各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間存在很大的差異，這些差異主要體現(xiàn)在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義的物理層、MAC層的幀格式和MAC協(xié)議。+Yj1s.`6X(U;S

IEEE802.14對(duì)ATM信元有很好地支持，并能通過ATM信元很好地支持OoS。在傳輸ATM信元方面，該協(xié)議與MCNS相比有較小的延遲和延遲抖動(dòng)。但在支持IP方面，由于必須通過AAL5來支持，因而在傳輸IP分組的吞吐量方面比MCNS標(biāo)準(zhǔn)低，這一點(diǎn)對(duì)DAVIC標(biāo)準(zhǔn)同樣適用。;L%G,j3A3j8Y1f7?2R7@"d.?&U(Q

在對(duì)數(shù)字視頻業(yè)務(wù)的支持上，DAVIC由于對(duì)數(shù)字電視廣播的兼容和具有帶外信道的優(yōu)勢(shì)，在數(shù)字機(jī)頂盒的標(biāo)準(zhǔn)中有重要影響。事實(shí)上，北美的OpenCable標(biāo)準(zhǔn)就是將MCNS與DAVIC有機(jī)地結(jié)合的產(chǎn)物，而歐洲的EuroBox和EuroModem實(shí)際上就是采用DAVIC標(biāo)準(zhǔn)。而最早開始制定的IEEE802.14協(xié)議，已漸漸地被市場(chǎng)拋棄。

在MAC層，MCNS標(biāo)準(zhǔn)的上行信道訪問方式和碰撞解析算法比IEEE802.14和DAVIC都簡(jiǎn)單，使得用戶端設(shè)備比較簡(jiǎn)單，再加上對(duì)IP有最好的支持，使MCNS標(biāo)準(zhǔn)在目前的市場(chǎng)上最為看好。但也正是因?yàn)槠浜?jiǎn)單，在采用MCNS的CableModem進(jìn)行話音和視頻業(yè)務(wù)時(shí)還有一些缺陷，具體地說，在使用MCNS標(biāo)準(zhǔn)的CableModem支持IP電話和可視電話方面，還需要增加支持QoS的機(jī)制。但隨著DOCSIS1.1的發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)已逐步完善起來。

DVB-C數(shù)字機(jī)頂盒的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)方法

引言

在我國(guó)，數(shù)字電視節(jié)目在許多省市已經(jīng)開始試播，由于用戶端使用的基本都是模擬電視機(jī)，無法接收數(shù)字信號(hào)，因此需要一種接收裝置來?yè)?dān)當(dāng)二者之間的橋梁，這就是機(jī)頂盒（SetTopBox，簡(jiǎn)稱STB）。它是一種擴(kuò)展電視機(jī)功能的一種新的家用電器。它可以把衛(wèi)星直播數(shù)字電視信號(hào)、地面數(shù)字電視信號(hào)、有線電視網(wǎng)數(shù)字信號(hào)甚至互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電視機(jī)可以接收的信號(hào)，使現(xiàn)有的模擬電視機(jī)用戶也能分享數(shù)字化革命帶來的科技成果。文中主要介紹筆者開發(fā)的基于DVB-C的有線數(shù)字電視機(jī)頂盒。

DVB-C數(shù)字機(jī)頂盒的硬件設(shè)計(jì)LSI201*主芯片介紹

DVB-C數(shù)字機(jī)頂盒采用LSILogic公司的SC201*作為主芯片。SC201*采用最新的1.27mmPBGA封裝，將LSIL641x8傳輸譯碼器和L64105MPEG-2音視頻解碼器集成在一塊芯片里，集成度高，內(nèi)置工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TinyRISC108MHzMIPSCPU，5層圖形引擎，DMA控制器，以及統(tǒng)一的OSG存儲(chǔ)器和A／V存儲(chǔ)器；集成有多標(biāo)準(zhǔn)的編碼器、可獨(dú)立編程的視頻DAC，音頻DAC。

SC201*接收來自信道解碼器的TS流后，送到內(nèi)部的L641x8模塊中，由L641x8對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解復(fù)用，形成音頻和視頻PES分組數(shù)據(jù)，通過A／V接口輸出給

L64105MPEG-2解碼器進(jìn)行解碼。L64105將PES分組進(jìn)行解碼，輸出數(shù)字視頻和數(shù)字音頻信號(hào)各兩組。一組數(shù)字視頻和一組數(shù)字音頻信號(hào)直接輸出。另外一組數(shù)字視頻信號(hào)送到視頻編碼器中，被轉(zhuǎn)換成全電視信號(hào)(CVBS)或S端子信號(hào)(Y／C)，經(jīng)過外部低通濾波后，便可直接送到電視機(jī)中。另一路數(shù)字音頻信號(hào)送到音頻DAC中，轉(zhuǎn)換成立體聲模擬信號(hào)，經(jīng)外部低通濾波后輸出。

SC201*提供了多種外圍設(shè)備接口，包括兩個(gè)UART接口、兩個(gè)智能卡接口、I2C接口、IEEEl284接口、紅外接口、圖文電視接口、通用I／O控制以及調(diào)制解調(diào)器接口。通過這些接口，SC201*可以和多種外圍設(shè)備相連，其功能更加強(qiáng)大。另外，SC201*還有一個(gè)硬盤接口，可以將節(jié)目下載到硬盤中，以后再看。DVB-C機(jī)頂盒的硬件總體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)有線數(shù)字機(jī)頂盒的功能，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上要達(dá)到以下要求：

（1）接收CATV網(wǎng)絡(luò)上110MHz～855MHz頻率范圍內(nèi)的射頻信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)。

（2）實(shí)現(xiàn)QAM解調(diào)制功能，將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)為數(shù)字基帶信號(hào)。（3）完成信道解碼處理，實(shí)現(xiàn)前向糾錯(cuò)功能。

（4）完成TS傳送流解復(fù)用、MPEG-2解碼功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)電視信號(hào)解碼和音頻DAC功能，輸出符合要求的模擬音視頻信號(hào)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以上所有功能，設(shè)計(jì)總框圖如圖1所示。

圖1SC201*機(jī)頂盒系統(tǒng)總框圖

1、數(shù)字高頻頭：接收CATV電纜上的射頻信號(hào)，由高頻頭電路將射頻信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)，并將中頻信號(hào)送到內(nèi)部得解調(diào)制芯片，由解解調(diào)制芯片完成QAM解調(diào)制及FEC前向糾錯(cuò)芯片，而后以并行或串行方式送出TS(傳送流信號(hào))。2、SC201*：LSIlogic公司的傳送流處理芯片。

3、CPU_SDRAM：提供SC201*內(nèi)嵌CPU運(yùn)行時(shí)所需要的存儲(chǔ)空間。

4、AV_SDRAM：提供SC201*內(nèi)部MPEG解碼器對(duì)PES流進(jìn)行處理時(shí)所需的存儲(chǔ)空間。5、BOOT_FLASH:存放系統(tǒng)BOOT程序、引導(dǎo)系統(tǒng)正常啟動(dòng)。6、SYS_FLASH:存放系統(tǒng)工作軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

7、串口：串口模塊電路對(duì)SC201*的串行I/O口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口，提供RS232調(diào)測(cè)接口。

8、SMARTCARD:實(shí)現(xiàn)授權(quán)、加密、收費(fèi)等功能。9、用戶接口：提供給用戶簡(jiǎn)單得輸出、輸入接口，如系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示接口、按鍵接口、遙控接口等。

10、USB：提供給用戶一個(gè)USB1.1兼容的接口，最高數(shù)據(jù)率12Mb/s；可以用于支持U盤，保存節(jié)目或者播放U盤上的節(jié)目。

11、IDE：提供給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IDE接口。掛接硬盤后可以用來實(shí)現(xiàn)保存節(jié)目或者播放硬盤上的節(jié)目。

DVB-C機(jī)頂盒的軟件總體設(shè)計(jì)

DVB-C機(jī)頂盒軟件實(shí)現(xiàn)方案基于穩(wěn)定性、可靠性和可擴(kuò)展性的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，所有軟件系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到功能完備，使用簡(jiǎn)便和便于擴(kuò)充幾個(gè)特性。跟據(jù)上述分析，機(jī)頂盒軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2機(jī)頂盒軟件模塊層次圖

整個(gè)機(jī)頂盒軟件的結(jié)構(gòu)采取開放式的模塊化結(jié)構(gòu)。其中硬件抽象層可以增加軟件的硬件無關(guān)性；操作系統(tǒng)抽象層用于實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)層的可移植性，以支持多種RTOS；中間件移植層用于各種商業(yè)化的中間件軟件的移植。

從底下往上看，整個(gè)體系從硬件層到應(yīng)用層分為以下幾個(gè)層次：

1、硬件抽象層：通過提煉一些硬件操作的特性，將一些與硬件相關(guān)緊密的操作抽象出來，從而將操作系統(tǒng)和硬件層分開，這使得BSP和Driver的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔，有利于提高軟件的可重用性和易移植性。

2、BSP層：用于將引導(dǎo)操作系統(tǒng)，對(duì)操作系統(tǒng)提供板級(jí)支持。同時(shí)提供一些近設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。3、操作系統(tǒng)及硬件驅(qū)動(dòng)層：提供操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件驅(qū)動(dòng)。操作系統(tǒng)主要提供內(nèi)存管理、任務(wù)調(diào)度、時(shí)鐘管理、資源共享和互斥等功能。硬件驅(qū)動(dòng)層在操作系統(tǒng)和硬件抽象層的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的驅(qū)動(dòng)。

4、中間件：是一種將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)、硬件細(xì)節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境，通常它都是由一些虛擬機(jī)器構(gòu)成的，如HTML虛擬機(jī)、JavaScript虛擬機(jī)、MHEG-5虛擬機(jī)、Java虛擬機(jī)等。這使得應(yīng)用不依賴于特定的硬件平臺(tái)。著名的中間件提供商有：OpenTV和Canal+。5、DVB引擎：實(shí)現(xiàn)DVB/DAVIC協(xié)議的解析。包括MPEG2解碼器、SI引擎和DSM-CC數(shù)據(jù)接口。

6、應(yīng)用層。建立在上述各個(gè)模塊的基礎(chǔ)上的應(yīng)用程序片。包括：頻道管理、系統(tǒng)自檢、電子節(jié)目導(dǎo)航、軟件下載與升級(jí)管理和家長(zhǎng)控制等模塊。操作系統(tǒng)的選型

機(jī)頂盒作為一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)，對(duì)其操作系統(tǒng)有更高的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性要求，一般選用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，這里我們選用uCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)：一個(gè)源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。由于uCOS-Ⅱ?qū)儆陂_放源碼操作系統(tǒng)，所以開發(fā)包投入可以免除，而且去了版稅。同時(shí)該操作系統(tǒng)在工業(yè)控制，消費(fèi)電子和國(guó)防等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)踐證明該操作系統(tǒng)在穩(wěn)定性和可用性上是完全適合在本方案中是選用的。

隨著三網(wǎng)融合的開展，廣電加大了模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)換的進(jìn)程，諸多因素引起了數(shù)字電視和數(shù)字電視芯片市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。

三網(wǎng)融合帶動(dòng)芯片市場(chǎng)升溫

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)iSuppli日前預(yù)計(jì)，今年電視芯片市場(chǎng)營(yíng)收將為121億美元，同比增長(zhǎng)30%,去年電視芯片市場(chǎng)營(yíng)收為93億美元。iSuppli顯示器電子首席分析師ShyamNagrani表示，數(shù)字電視芯片市場(chǎng)的增長(zhǎng)與數(shù)字電視的迅速普及是同步進(jìn)行性的。201*年，全球數(shù)字電視出貨量將達(dá)到2.3億臺(tái)，這幾乎相當(dāng)于201*年出貨量7740萬臺(tái)的三倍。隨著三網(wǎng)融合的開展，廣電加大了模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)換的進(jìn)程，諸多因素引起了數(shù)字電視和數(shù)字電視芯片市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。

中國(guó)是電視生產(chǎn)出口和消費(fèi)大國(guó)，在模擬電視時(shí)代，視頻類的芯片主要由歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家掌握，中國(guó)電視產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化初期，視頻類產(chǎn)品的主要芯片還是靠進(jìn)口，但是隨著數(shù)字化進(jìn)程的深入，中國(guó)本地IC企業(yè)得到充分的發(fā)展環(huán)境。數(shù)字電視芯片產(chǎn)業(yè)主要由調(diào)諧芯片、解調(diào)芯片、解碼芯片、顯示芯片四個(gè)芯片模塊構(gòu)成，如果把其中2個(gè)，3個(gè)，甚至四個(gè)模塊集成在一起，一般稱機(jī)頂盒或一體機(jī)單芯片解決方案。三網(wǎng)融合下機(jī)頂盒面臨安全挑戰(zhàn)

三網(wǎng)融合帶給了機(jī)頂盒與芯片歷史性的發(fā)展機(jī)遇，同樣也帶來了一場(chǎng)變革性的風(fēng)暴。DVBCN網(wǎng)友認(rèn)為廣電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)融合，正好為CA的CW網(wǎng)絡(luò)共享提供了恣意滋生的環(huán)境。在智能卡與機(jī)頂盒通訊的過程中，CW非常容易被竊取，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳播出去。有了CW之后，第二臺(tái)機(jī)頂盒就不再需要智能卡就能共享第一臺(tái)插有智能卡的機(jī)頂盒中的節(jié)目，而且通過互聯(lián)網(wǎng)共享CW，還可以帶動(dòng)第三臺(tái)、第四臺(tái)、第n臺(tái)機(jī)頂盒。這種CW共享可以通過局域網(wǎng)傳播，也可以通過廣域網(wǎng)傳播，所以對(duì)于廣電運(yùn)營(yíng)商來說，收視費(fèi)的流失將是不可避免的。

“寡頭集中”和“百家爭(zhēng)鳴”芯片市場(chǎng)浮躁

在芯片領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外廠商的芯片選擇很多，中國(guó)本土廠商的芯片也有一定的實(shí)力。三網(wǎng)融合產(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)已沒有問題，關(guān)鍵在于形成良性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵在于能為用戶提供豐富的內(nèi)容服務(wù)，關(guān)鍵在于業(yè)務(wù)模式的突破。

鑒于此，廣電目前正積極地進(jìn)行模轉(zhuǎn)數(shù)和單向機(jī)頂盒向雙向轉(zhuǎn)換，但是廣電普遍存在的問題就是機(jī)頂盒市場(chǎng)混亂，各種加密技術(shù)多如牛毛，不同的加密導(dǎo)致網(wǎng)與網(wǎng)之間難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。談到機(jī)頂盒的混亂，內(nèi)蒙古廣電應(yīng)該感到自豪。據(jù)了解，內(nèi)蒙古所有機(jī)頂盒全部采用STM5105，是全國(guó)唯一統(tǒng)一采用單一機(jī)頂盒芯片及硬件方案的網(wǎng)絡(luò)公司。在當(dāng)時(shí)的情況下，這確實(shí)是一個(gè)絕佳的選擇。照這個(gè)規(guī)則去做，機(jī)頂盒想亂都難。這就引伸出了一個(gè)問題，如果這樣定制機(jī)頂盒，機(jī)頂盒芯片不就只有一家獨(dú)大、其它家就要關(guān)門了嗎？如果一開始選用了先進(jìn)的芯片還好，但要選了一款比較落后的芯片呢？這就需要考驗(yàn)運(yùn)營(yíng)商的判斷能力了。要知道，芯片技術(shù)是可以按照“摩爾定律”不斷發(fā)展進(jìn)步的，如果固定一個(gè)型號(hào)，就沒有了競(jìng)爭(zhēng)，這樣也同樣可以導(dǎo)致落后。比如，內(nèi)蒙古如果現(xiàn)在仍選用5105，顯然就落后了，如此再進(jìn)行大面積的升級(jí)置換所產(chǎn)生的費(fèi)用也是極為昂貴的。

DVBCN網(wǎng)友表示：“像機(jī)頂盒這樣的芯片，如果有充分的競(jìng)爭(zhēng)，完全可以接近低端臺(tái)式機(jī)的性能。機(jī)頂盒芯片廠家把大量的時(shí)間花費(fèi)在機(jī)頂盒軟件方面，忽視了主業(yè)。反過來，如果機(jī)頂盒芯片落后，芯片中的軟件又對(duì)其芯片起到了保護(hù)作用。說到底，還是機(jī)頂盒芯片的競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則不透明，影響了有實(shí)力的芯片廠家進(jìn)入市場(chǎng)參與競(jìng)爭(zhēng)，這對(duì)廣電運(yùn)營(yíng)商來說并不是一個(gè)好事情。更重要的是這種封閉的技術(shù)不利于數(shù)字電視技術(shù)的快速發(fā)展，更不利于運(yùn)營(yíng)商開展增值業(yè)務(wù)。

泰信的工程師認(rèn)為芯片廠家必須開放統(tǒng)一的軟件接口，就像PC機(jī)開放的BIOS一樣。這樣，機(jī)頂盒芯片廠家只需把這個(gè)接口之下的軟硬件做好即可，無需再向上介入更多地軟件開放。在這種開放環(huán)境下，各個(gè)芯片廠家就沒有了上層軟件的捆綁保護(hù)，能否生存，就看各自的真本事了。無論是寡頭集中，還是百家爭(zhēng)鳴都是這個(gè)行業(yè)浮躁的表現(xiàn)，未來隨著數(shù)字電視的發(fā)展開放將是必然趨勢(shì)，主要還是取決于芯片的技術(shù)加強(qiáng)，靠捆綁來掩蓋技術(shù)缺陷始終不是解決問題的正確方式。芯片的進(jìn)步是PC機(jī)行業(yè)的原動(dòng)力，也應(yīng)該是機(jī)頂盒行業(yè)的原動(dòng)力。創(chuàng)造一個(gè)開放的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，讓“摩爾定律”在數(shù)字電視界起效，將會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。

三網(wǎng)融合下芯片廠商的突圍之路

三網(wǎng)融合終端的主要載體是機(jī)頂盒，三網(wǎng)融合對(duì)芯片提出了新的要求：一是高清，二是雙向，三是支持視頻電話功能，未來還會(huì)有很多層出不窮的增值業(yè)務(wù)出現(xiàn)。而支持視頻電話功能就涉及編碼，因此不管是通過主芯片實(shí)現(xiàn)，還是通過主芯片+外圍器件來實(shí)現(xiàn)，重要的是哪一個(gè)方案能達(dá)到成本最優(yōu)化。不一定非得要集成，因?yàn)閷⒍嘈酒�集成必然�?huì)面臨一些設(shè)計(jì)、工藝等方面的難題，這樣良品率會(huì)降低

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