數字電視前端系統組成解析

許珍

摘要：本文對數字電視前端系統的構成及相關重要設備做出淺析，便于相關部門及同事參考。

關鍵詞：數字電視；前端系統；解析

數字電視前端系統是有線電視網絡的信息源、交換中心，是位于信號源和傳輸系統之間，對傳輸信號進行各種技術處理的設備組合，它是系統信號處理的中樞，是整個有線電視系統的核心。前端主系統由信號輸入、信號處理、信號輸出等部分組成。信號輸入系統主要完成對來自不同網絡的各個信號的接收，然后把它們變化成符合MPEG-2標準的TS流。信號處理是把輸入的TS流經過復用器變成多節目的TS流，然后經過CA加密的處理，送到輸出部分。信號輸出則是把含有多套節目的TS系統調制成RF信號輸出給整個HFC網絡。數字電視前端包括許多關鍵性的數字設備和技術，如MPEG-2壓縮編碼器、數字多路復用器、加擾器、QAM調制器、網絡適配器、衛星接收機等，前端設備的性能對整個系統的信號質量起著決定性的作用。下

信號輸入部分的主要功能，就是把來自不同渠道、不同格式的視音頻信號，進行數字化、壓縮編碼或碼流適配，統一為符合DVB-C標準的MPEG-2傳輸流格式和ASI接口的傳輸流，輸出到處理部分。在有線數字電視系統中，設備與設備間，設備與線路間的傳輸接口，被規定為ASI（異步串行接口）。它的傳輸速率為270Mbit/s，可以輕松的承載8Mhz的帶寬，64QAM調制的數據流。涉及的設備有光收機、衛星接收機、編碼器等將它們轉換為統一的格式送入信號處理部分。

衛星接收系統采用接收與解碼為一體的帶有TS輸出的數字衛星接收機（IR=D），將衛星數字電視信號接收下來，直接進行QPSK解調經接收機ASI接口輸出的符合MPEG-2編碼的TS流。

信號處理部分包括傳輸碼流（TS）的監視、解擾、復用與業務信息（SI）處理等，它是數字電視前端的核心。這部分主要完成對所有節目進行解擾、截取、復用等處理。業務信息隨時更新，以保證正確的引導機頂盒的正常工作，并且所有應用數據均能正確的插入。對所有輸入的節目碼流進行切換、調度、分組、復用（再復用）；插入（更新）節目專用信息PSI、業務信息SI、電子節目指南EPG、各種管理信息（ECM、EMM）等，把它們與節目信號一起復用進數字傳輸通道；對條件接收節目進行加擾；進行節目管理、用戶管理和系統管理。在數字前端中增加一套節目是以虛擬方式進行的。數字切換矩陣也叫路由器，它有若干個輸入口和輸出口，可以實現任意輸入端口的信號從任意輸出端口輸出，可以實現輸入與輸出節目的強大調配功能。數字電視的一個載波頻道，可以載運6套以上電視節目，載運哪幾套，組合是靈活的，完全由切換矩陣實現。在數字電視播出中，增加一套節目，不是像模擬那樣加一臺調制器，可以在虛擬狀態下進行，只要把要增加的節目從矩陣輸入端接入，切換到一個復用器上，復用進某個頻道就可以了。信號處理部分的管理必須采用集成的管理系統，均以異步串行接口作為接口標準，這樣容易以后增加設備，具有良好的兼容性。

復用是數字前端中的一個重要組成部分，復用器是一種綜合系統，通常包含一定數目的數據輸入，n個地址輸入（以二進制形式選擇一種數據輸入）。它將所有接收到的信號以多個ASI傳輸流的方式加到復用器的輸入，再將所需要的節目從傳輸流中提取，然后再將提取的所有節目建立一個新的TS傳輸流，再加上附加信息以便引導機頂盒的正常接收和解碼。復用器有一個單獨的輸出，與選擇的數據輸入值相同。多路復用器即數據選擇器，用來將 N 個輸入通道的數據復用到一個輸出通道上，多路復用器在數字系統中有著非常重要的應用。復用處理可以重新組織與更新它所取得節目的服務信息（SI），它可實現在1個物理頻道上傳輸4-8套數字電視節目。光電復用器從字面上解釋就是光路信號與電路信號的復合裝置，一般的光貓即光纖收發器（光貓與光纖收發器不同，光纖收發器只有信號轉換，沒有協議轉換，而光貓還包含有協議轉換），是一種將電信號轉變為光信號的裝置，復用器就是將多電信號復合到光路上去，另一種是多種光路復合，但這種復合調制將使用不同波長的光進行多路信號的傳輸，到達后再解調。復用器可以通過前面板設置參數，單獨使用，也可以由前端系統主控機通過以太網進行控制，再復用處理，易于操作，非常可靠，在對數字多路復用器選型時應考慮它的擴展是否靈活。

加擾器的作用是在前端系統的控制字CW的控制下，連續不斷的對被傳送的全部內容（視、音頻流和數據流）進行擾亂，使不用恰當的解碼器和密鑰就不能收到正確的信號。加擾器的作用就是產生偽隨機序列與原始的傳輸流進行XOR運算，改變被傳輸信息的特征，使信號變為不可預測的數據流。

QAM調制器信道編碼的目的是保證信號傳輸的可靠性，對經過信道編碼的數字電視信號進行調制，輸出中頻信號，使其具有很高的抗干擾能力，便于在有線電視網絡中傳輸。QAM調制器實際包含基于DVB-C標準的信道編碼和QAM調制兩部分功能。QAM調制器的原理是發送數據在比特/符號編碼器（也就是串–并轉換器）內被分成兩路，各為原來兩路信號的1/2，然后分別與一對正交調制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調出兩個相反碼流，均衡器補償由信道引起的失真，判決器識別復數信號并映射回原來的二進制信號。作為調制信號的輸入二進制數據流經過串–并變換后變成四路并行數據流。這四路數據兩兩結合，分別進入兩個電平轉換器，轉換成兩路4電平數據。

類似于其他數字調制方式，QAM發射的信號集可以用星座圖方便地表示，星座圖上每一個星座點對應發射信號集中的那一點。星座點經常采用水平和垂直方向等間距的正方網格配置。數字通信中數據采用二進制數表示，此種情況下星座點的個數一般是2的冪。常見的QAM形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。星座點數越多，每個符號能傳輸的信息量就越大。但是，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點，會使星座點之間的距離變小，進而導致誤碼率上升。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。endprint