CATV機頂盒設計的原理與實現

1 引言

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

有線電視（CATV）網絡具有覆蓋范圍廣，頻帶資源豐富，建設成本低的優點，可以同時支持傳統的模擬業務、新型的數字點播（VOD）和數據信息服務。我國目前還沒有制定CATV數字電視廣播標準，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的設計原理及其解決方案。

2 設計原理及關鍵技術   

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

數字數據流經過機頂盒各芯片完成解調、解復用、譯碼功能。其原理框圖如圖1所示。

2.1 數據的調制與解調技術

目前國際上數字高清晰度電視傳輸系統中采用的調制技術主要有：四相移相鍵控（QPSK）、多電平正交幅度調制（MQAM）、多電平殘留邊帶調制（MVSB）和正交頻分復用調制（OFDM）。在有線電視中主要采用MQAM調制方式。QAM調制是一種節省頻帶的數字調幅方法（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調制方法在2400bit/s以上的中、高速調制中常被采用，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

加解擾技術用于對數字節目進行加密解密，其基本原理是采用加擾控制字加密傳輸的方法，用戶端利用IC卡解密。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關的有兩個數據流：授權控制信息（ECMs）和授權管理信息（EMMs），由業務密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中還包括節目來源、時間、內容分類和節目價格等節目信息。對控制字加密的業務密鑰在授權管理中傳送，且業務密鑰在傳送前要經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信息，如用戶可以看的節目或時間段，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。加解擾技術分為同密和多密技術。   

同密技術是將兩家或兩家以上的條件接收（CA）系統應用于同一網絡平臺之中，對有線電視臺來說是實現技術的選擇和一種競爭的環境。   

多密技術要求機頂盒采用CI技術，實現同一機頂盒可接收不同CA系統加密節目。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

整個復用過程可以描述為2個不同層次的復用。