有线电视数字式前端

一、从模拟到数字

　　通信的数字化是本年代最大的技术挑战，同样，在有线电视中，数字化也意味着重要的革命。在过去的几年里。 越来越多的视／音频传输都采用了数字方式。因为数字意味着服务质量好，并且对多种不同的服务进行处理、压缩和综合。这就要求用新的观点来对待图像处理、信息集成、网络结构和管理。
　　
　　信息的数字化使我们从新的角度来 看图像质量。在模拟领域中，信／杂比、线性和非线性失真是重要参量。而在数字领域里，图像质量的评价是用客观的方法。
　　
　　由于信息可以被压缩，才使大量的 服务成为现实。越来越多的服务可在一个物理信道中进行。在模拟领域中。服务的综合是复合许多不同类的信息于同 一信号中(如图像信号，垂直回程插入 或Nicam音频)。而在数字领域中要容易得多。确实，所有的信息都是数字的。如：视频、音频、数据均可作为同一类 数据流来进行复用，而且仅需用一个物理信道来运载。
　　
　　数字化对有线电视前端有着很大的影响。这种影响不汉体现在设备上。而且体现在管理上，这正是下面我们要讨论的。

二、数字前端和技术背景

　　数字电视的真正出现是由于国际上专门集团的建立们引起的(如欧洲的DVB)：DVB所建立的许多标准。其后得到了ETSI的批准。在世界范围内有相似的标准分别由美国的ATSC及日本的JCTEA所定义：
　　
　　所有这些标准都是基于视／音频压缩及其映射入传输流(TS)的MPEG―2标准：
　　
　　MPEG―2定义了如何从“基元流(ES) (如：视／音基元流)”形成“传输流TS”。 每一个基元流都以带有自己的识别符“包”插入传输流。或称之“包识别符PID”： 而经物理信道传输的是传输流TS.
　　
　　如果传输流仅含一套节目一个视／音的组合――我们称之为“单一节目传输流”或SPTS。但是也可以许多节目复用到同一个传输流小。这种流称之为“多节目传输流”或“MPTS”。
　　
　　电视节目以外的其他服务(即数据) 也可用MPTS传输。于是MPTS成为多种不同服务的综合。而所有这些服务均在同一物理信道中进行。
　　
　　而物理信道可以是基带的电连接，已调电信号或是光信号，如：DVB定义了的用电话线传输、有线电视传输、开路传输或卫星传输。
　　
　　除了“净荷”数据外，还传送附加数据。这些附加数据用于说明传输流TS的内容。它使机顶盒能自动的调谐到所需 的节目。或者给出用户所需的额外信息。如：EPG(电子节目表)信息、记帐信息、内容分类、时间等等。
　　
　　MPEG-2定义了“节目特定信息”表 “PSI”，这些表主要说明了诸多ES如何用PID向TS映射机顶盒的调谐信息。其余的表由DVB定义。
　　
　　这些表是“服务信息表”―SI。这些表包含着额外的用户信息，如EPG和节目名字。ATSC和JCTEA也定义了SI表，但是ATSC的SI表完全不同于DVB的SI表。

　　DVB定义的SI表不仅包含本传输流的信息，也包含了参考其他传输流的信息。

三、数字前端的方框图

　　
　　前端设计师们对模拟前端已经非常 熟悉了。引入“数字”对他们而言，是种新挑战。首先，“数字”可能要综合很多种不同的服务于同一物理信道中，这些 服务可以是TV，或是音频广播节目、英特网、付费电视服务、远程银行或家庭 购物等等。
　　
　　所有这些服务均可映射到一个传输流中(或说是一个物理信道)。然而这些服务在前端里应用不同方式来处理，因此管理不再一致了。事实上，可以得出这样的结论：它不像模拟前端那样，“物理信道”与某种“服务”之间的固定关系已无实际意义。

　　仅从一个角度上讲，数字前端与模拟前端极其相似，那就是我们也可将数字前端分成3个主要部分：输入部分，处理部分和输出部分。而管理系统是单独的方框，它控制整个前端。

四、数字前端的输入

1．卫星接收：通常是QPSK调制的。

2．开路接收：是较新的 应用，采用COFDM(编码正 交频分多路)调制。COFDM的优点是能抗衰落与反射，并且可以用于“单频网络”(SFN)：

3．电信输入：电信主要是用于连接 许多本地的有线电视前端间的主干线：通常采用PDH、SDH的接口。近来，ATM也成为有线电视应用中一种新的传输方式。

4．光环网：可用作有线电视的主干线。

5．节目：本地节目除了来自外部的 输入，也有本地产生的服务。用编码器 将本地节目插入到传输流中去，另外视频服务器也用来插入节目或NVOD。

6．解扰：某些输入信号是已加扰的，未经授权是无法解扰的，有线网络的运营者若想在前端用自己的加扰系统。则首先必须解扰。

五、在数字前端的处理

　　数字前端的主要优点之一。也是CATV提供者所面对的主要挑战，即对数字信号的处理。这些处理使附加服务丰富灵活，使CATV提供者方便地控制 系统成为可能。下面详述这些处理，它使数字技术得到了充分的发挥。

1、基带处理

数字前端的基带处理给前端带来了很大灵活件，具体处理如下：

a　监测：检查与分析(TS)传输流的完整性(正确性)。

b　节目选择：有时在输入的MPTS 中的某些节目并不需要从前端再输出。 因此必须能删除这些节目。

c　传输流的重新复用：将多个输入 的MPTS(或SPTS)流复用成一个新的 MPTS输出。

d　服务信息(SI)：当改变传输流的 内容时，主要的问题就是处理服务信息SI(当要去掉一套节目时，在SI中有关 该节目的服务信息也应去掉，而且必须 对每一有关传输流进行处理)。

e　加扰：在前端加条件接入。必须 指出，如果想在前端引入CA，这对前端 的管理系统有很大的影响(需增加与CA 系统的通信。增加事件的日程等)。

　　通常，我们把处理看成将某些输入 的MPTS(或SPTS)传输流变成某些输出 的MPTS(或SPTS)传输流。而当对传输 流进行“加入”、“删除”或“综合”时，不 应忘记处理传输流中的服务信息(S1)。 有线电视网络的经营者可以建立新的节目或服务的“捆绑”，而这些“捆绑”就是 在传输流中建立服务信息SI表。应注意 的是，SI信息应始终保持在整个“捆绑”中相互一致，有时甚至是在整个前端中保持相互一致。

2、处理服务信息

　　当把一套节目从输入的传输流中去掉，输入传输流中的服务信息SI也必须改变。这种对SI的处理应该是自动的。 即自动检测对输入传输流的变动。并 自适应地对输出传输流进行相应的处 理。有时SI信息量是很大的。(可大到几 Mb／s)。假若这些信息需要与前端设备进行通信，那么在前端各设备间必须有 一个大带宽的通信网络。
　　
　　SI(服务信息)一致性的问题。所有 的TS流都包含SI服务信息。但是这个 TS流的SI服务信息不仅与本传输流自 身所含的服务有关，而且与其他流有关。TSl的SI要参考TS2和TS3等等。这对同一个“捆绑”中的其他传输流也是如此。在DVB中有关其他传输流的这个信息。典型的是存在“其他”表中。显然。在前端从一个传输流把这种信息分布给 其他传输流是一个难题。假若在一个传输流小要增加或删除一个节目。甚至于更新一个EPG，那么其他传输流也应该得到这些更新信息。

3、条件接收和加扰

　　条件接收使运营者能够给传输数据 “加密”。于是，只有得到授权的用户才能接收服务。在付费电视中。仅有付费 的订户。才能看到节目。
　　通常用户信息及授权是编程在一个 “智能卡(SmartCard)”里。接收时，将该 卡插入机顶合(STB)中。CA的典型应用 是计费电视NVOD。电子影院。或者是 区域性的选择节目：
在DVB前端中。信息用DVB的共 用加扰算法进行加扰。“加密”是“条件接 收系统”提供的。该系统把加扰的“密钥” 加密了。并且管理着所有的送给用户的 和来自用户的有关条件接收信息。CA系统同时还管理机顶合里的“智能卡”上 的内容。
　　现行的CA建立要求最近定义的“同 密”标准。该标准定义了CA应完成的任务，以及前端各有关部分(加扰、CA系统)所使用的规程。用了这些标准的规程 在同一个前端中。对每个传输流可以使用不止一种CA系统。但只用一种加扰方式。

六、从数字前端的输出

　　在输出端。信号重新又调制成RF信 号。在DVB―C中。典型的是用QAM调 制；数字前端处理部分的输出也可再经 卫星(QPSK)或开路(COFDM)传输。

七、对数字前端的集中管理系统

　　前端管理系统是控制复杂化了的数 字前端的关键：差错管理、设置管理、性能管理和安全性管理是当今CATV运作环境的基本要求。这些是用CATV管 理系统来监测和控制的：集中的管理系 统把前端的3个部分(输入、处理和输出) 捆绑在一起。为CATV运营者提供协调的工具：数字前端是相当复杂的。所以对它的管理要比管理模拟前端困难得多。

(1)服务数量从模拟的30-40增加 到200-300，因为在一个模拟信道里可 传许多数字服务。
(2)服务的类型可以有很多种(TV 节目，声音广播节目，NVOD服务，英 特网等)，所有这些服务都应在前端不同 的方式上进行处理。
(3)由于大量的服务，要对前端进 行好的全面的监管是很困难的。
(4)考虑到这些特点，将来的前端 管理系统将从简单的“设备监管”走向分 层管理系统。可能的分层是：

a　物理层：设备监管，处理报警和 设备的备份。
b　服务层：针对服务，而与设备无关。

　　前端引入CA则对其管理系统有很大的影响，许多服务(事件，完全的节目或节目组)都与用户或用户组有关。在CA的情况下，经营者需要指出什么样 的用户可以使用哪些服务，把节目的内 容(与时间有关)与用户的可接收性相关 联起来，不是一件容易的事，必须有一 个排时系统来产生与每一事件有关的正 确的接收信息。

八、分布式前端的网络

　　由于数字化增加了前端的复杂性， 迫使运营者去优化投资。于是出现了集中处理的新型网络结构。主中心前端进行 总的信号处理，如：卫星传输流的接收。传输流的编辑和条件接收的提供。本地前端(或子前端)仅执行本地区所要求的 专用处理，如：更新网络的特定信息或 加入本地的服务(如本地的TV节目)等。
　　传统的方式是用通信网络从中心前端向各本地前端分配信号。然而，“黑 皮”的光纤网络更适合此用途，因为它传输每一个比特的成本要比传统的通信网络低得多。

九、结论

　　有线电视确实在向数字化迈进。因 为数字化为有线电视领域提供了进行大量新服务的可能性。它对有线电视前端系统，特别是对管理系统的影响是非常大的。

(1)在过去5年中、有线电视前端已 经开始向数字化转移，且这一趋势不会停止。

(2)“数字化”在前端将从仅仅是分离 的设备迈向完整的数字系统。整个前端将由高度自动化的管理系统来进行管理。

(3)由于前端变的更为复杂了，所以网络中前端的集中化也成为必须的了。

(4)数字化的实现是一个不断前进的过程：在今后10年内。大量的前端仍将是模拟与数宁相结合的。