[转帖]DVB-C数字电视系统采用集成前端的探索

HT-BEYOND · 发表于 2006-7-22 13:42:32

山西广电网络投资有限公司高晓强 
 
　　一、世界各国的数字电视状况 
　　美国联邦通信委员会(FCC)规定美国国家电视网要在2006年普及数字电视，全面停止模拟信号。 
　　日本《更改电波法》规定到2011年，日本将全面停止模拟广播电视信号，全部更改为数字广播电视信号。 
　　英国政府决定全国由模拟电视向数字电视过渡的时间从2006年开始，预计2010年结束，届时英国将全面停止模拟广播电视信号，全部更改为数字广播电视信号。进入21世纪以来，我国也加快了数字电视广播的进程，一些大中城市的电视台已经逐渐开始实施数字电视播出，国内外的产品已经大规模地走向市场。虽然根据业内的测算，我国如果全面实现数字电视要经过10－30年左右的时间，但是越来越多的城市已经具备了数字电视播出的条件。本文倡导的数字电视集成前端系统，整体地提出了从编码、复用、调制到CA系统的整体解决方案。 
　　二、数字电视的标准 
　　目前，美国、欧洲和日本各自形成三种不同的数字电视标准。美国的标准是ATSC（Advanced Television System Committee先进电视制式委员会）；欧洲的标准是DVB（Digital Video Broadcasting 数字视频广播）；日本的标准是ISDB（Integrated Services Digital Broadcasting 综合业务数字广播）。 
　　1、ATSC标准 
　　ATSC数字电视标准由四个分离的层级组成（图1所示） 
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图1 ATSC的结构 
 
　　层级之间有清晰的界面。最高层为图像层，确定图像的形式，包括像素阵列，幅型比和帧频。第二层是图像压缩层，采用MPEG-2图像压缩标准。第三层是系统复用层，特定的数据被纳入不同的压缩包中，如节目1图像，节目2声音，或者辅助数据，采用MPEG-2系统标准。最后一层是传输层，确定数据传输的调制和信道编码方案。 
　　2、ISDB标准 
　　ISDB是日本的DIBEG（Digital Broadcasting Experts Group 数字广播专家组）制订的数字广播系统标准，它利用一种已经标准化的复用方案在一个普通的传输信道上发送各种不同种类的信号，同时已经复用的信号也可以通过各种不同的传输信道发送出去。ISDB具有柔软性、扩展性、共通性等特点，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。ISDB基本结构如图2所示。 
 
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图2 ISDB基本结构 
 
　　3、DVB标准 
　　DVB 数字广播传输系统利用了包括卫星、有线、地面等所有通用电视广播传输媒体。它们分别对应的DVB标准为DVB-S、DVB-C、DVB-T等。 
　　下面着重介绍DVB-C（ETS 300 429）-数字有线广播电系统标准 
　　该标准以有线电视网作为传输介质，应用范围广。它具有16、32、64、256QAM等多种方式。采用64QAM正交调幅调制时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mb/s，还可供多套节目复用。系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电缆机顶盒。 
　　DVB 条件接收及接口标准 
　　DVB数字广播系统中有些业务传送的是加扰的条件接受信息。条件接收的通用接口，使 IRD(Integrated Receiver Decoder，综合解码接收器)能够解扰采用通用加扰算法的加扰信息。DVB数字广播系统与其他网络（例如PDH、SDH、ATM等）的连接扩展了DVB技术的应用范围，此外还有用于连接专业设备及IRD的接口。关于这些接口的DVB标准包括：DVB-CI、DVB-PDH、DVB-SDH、DVB-ATM等。其中，DVB-CI（EN 50221）是有条件接收及其它应用的通用接口标准。有条件接收可确定哪些数字接收机能够接收特定的广播电视节目。这是付费电视广播的基本部分，因而对数字电视运营的成功发展至关重要。 
　　三、 DVB标准有线传输系统DVB-C 
　　数字有线电视采用与卫星同样的'核'，即 MPEG-2压缩编码的传输流。由于传输媒介采用的是同轴线，与卫星传输相比外界干扰小，信号强度相对高些，所以前向纠错码保护中取消了内码。调制方式改成 64-QAM方式，有时也可以采用 I6-QAM，32-QAM或更高的 128-QAM，256-QAM。对于 QAM调制而言，传输信息量越高，抗干扰能力越低。在一个 8MHz标准电视频道内，如果使用 64-QAM，所传输的数据速率为 38.5Mb/s。见图3所示。 
 
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图3 DVB-C传输系统 
 
　　四、 DVB-C数字电视集成前端系统设想 
　　1．系统特点： 
　　本文所倡导的基于DVB－C数字电视集成前端系统，主要特点有： 
　　● 对有线网的质量要求较低，无须对现有的有线电视网进行任何改造和投资，只要有线电视台安装本系统，用户在计算机上安装接收卡或在家中电视机添加机顶盒即可； 
　　● 投资少，前端系统多种模块集成一体化，可同时接入8路模拟视音频信号或数据信号，价格为国内外同功能产品价格的几分之一到十分之一； 
　　● 可扩展性强，结构紧凑且可灵活组合，升级扩展性极佳；系统采用开放型结构，在线路负荷范围内，节目资源可以任意地加减，服务项目可以任意地增删； 
　　● 人机性能佳，系统配有集中式网络设备管理器，监控、设置方便，交互式节目管理器，操作简单，并有TFT液晶显示器实时显示； 
　　● 数据量大、传输速度快，由于有线电视网的数据通路宽，数据可海量地传输，用户除了接收电视节目外还可搜集、查询大量的多媒体信息。各种信息的传输速度大大提高，至少是电话线接收速度的1000倍。用户可通过CATV网高速从信息中心下载，将不会再有“塞车”的感觉，真正搭上了信息快速直通车； 
　　2．系统结构 
　　该系统需包括一个数字电视频道节目传输所需的多种设备，诸如：主机、MPEG-2编码器模块、64QAM调制器模块、DVB-S接收模块、再复用器模块和TS流输入模块等。每台前端中需留有八个输入模块备用插槽，可根据用户需求在一个3U机箱内组合以上各种模块。 
　　该系统可采用集中监控管理的模式，便于对所有传输模块和节目进行监控。 
系统结构设想请见下图。 
 
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图 
 
　　（1）MPEG-2视音频编码器：符合ISO/IEC 13818标准，压缩码率为2 ~ 15Mbps可调。具有视频实时数字预处理、时基校正等功能，输入各种类型和质量的PAL/NTSC模拟电视信号。 
　　（2）DVB-S接收器：可直接接收卫星天线的RF信号，解码输出数字卫星节目。接收频率范围950～2150MHZ,符号率2～45Msymb/s。 
　　（3）TS流输入模块：ASI串行口270Mbps,SPI并行口0～60Mbps。 
　　（4）再复用器：可接收8路TS码流，每路输入比特率0 ~ 60Mbps，可对节目进行选择、再过滤，并生成节目服务信息等。 
　　（5）QAM数字调制器：基于DVB-C标准，64QAM调制，输出中频可直接接入模拟电视网络。输出频率可调，出厂设置为32.25MHZ(对应模拟电视38MHZ中频)。 
　　此外本系统还可支持条件接收系统和数据广播业务，也便于升级扩展，增加用户需要的功能。系统可扩展对所有传输模块和节目进行监控，实时解码节目并用TFT液晶显示器监视。用户界面可设为OSD面板式操作菜单，用本机键盘操作，也可通过远端网络管理来控制。 
　　五．DVB-C前端组合模块所达到的技术指标 
　　（1）数字卫星电视接收解码器 
　　数字卫星电视接收解码器能够直接接收DVB-S广播信号，调谐至要求的转发器频段，经过QPSK解调和FEC解码，获取TS数据，从而可通过数字电视前端传输平台向其它网络如HFC转发，同时它也能够解析节目信息、解码数字信号并实时监视。需符合以下指标： 
　　● DVB-S标准 ETSI/EN 300 421 
　　● C/KU波段，SCPC/MCPC兼容 
　　● 接收门限Eb/No≤4dB 
　　● 符号率支持2～45MS/s 
　　● F type输入，输入阻抗 75欧 
　　● 输入频率 950～2150MHz 
　　● 输入电平 -65～-25dBmV 
　　● 输出TS数据，SPI接口 
　　● 能解析节目信息 
　　（2）TS码流输入器 
　　TS码流输入器可将国家电视传输光缆网的传输压缩电视节目（复合TS码流）用TS码流输入器接收，按用户需求选出相应节目后与其他TS流复接成一路多节目TS（MPTS），在输出带宽允许的范围内复接的节目数量不受限制。 
　　● 符合ISO/IEC 13818-1，ETSI/EN300 
　　● TS输出方式为SPI，或ASI 
　　● 数据吞吐率：在SPI方式达400Mbps 
　　在ASI方式超过200Mbps 
　　● 多种TS输入数据类型和方式，如SPI和ASI 
　　● 空包插入，根据输出带宽整合码率 
　　（3）MPEG-2视音频编码器 
　　MPEG-2视音频编码器能够提供高质量视频、音频有效压缩的MPEG-2编码器。这个模块对模拟视频音频信号进行数字化、压缩编码，输出MPEG-2 TS数据。内嵌微处理器使其能够方便地改变压缩参数和数据速率并对进行实时监控。本模块安装在数字电视前端中，可满足不同的视频服务和专业视频应用的需要。 
　　● 符合ISO/IEC 13818标准 
　　● 视频输入：PAL/NTSC； CVBS，Y/C；1Vp-p，75Ω 
　　● 图像分辨率50Hz，720×576；60Hz，720×480 
　　● 高质量视频压缩，符合MPEG-2 MP@ML 
　　● 视频压缩根据需要可选VBR/CBR 
　　● 视频实时数字预处理 
　　● 视频数字时基校正 
　　● 音频输入：单声道，双声道，立体声，0～20KHz，0～4Vp-p 
　　● 音频采样率32KHz，44.1KHz，48KHz 
　　● 音频采样精度18bit/Samp，256倍过采样 
　　● 音频压缩码率 64～384Kbps 
　　● 输出TS速率2～15Mbps 
　　（3）TS多路再复用器 
　　TS多路再复用器基于高速TSBus，可将不同来源如MPEG-2 编码器和DVB-S的多路MPEG-2/DVB 单节目TS（SPTS）或多节目TS（MPTS）数据复接成一路多节目TS（MPTS），在输出带宽允许的范围内复接的节目数量不受限制。同时，它还可对输入的所有节目进行过滤，重新生成PSI/SI。此模块需符合以下指标： 
　　● 符合ISO/IEC 13818-1，ETSI/EN300 468，ETR290 
　　● 数据总吞吐率超过100Mbps 
　　● 可输入SPTS或MPTS，单路数据速率0～60Mbps 
　　● 多种TS输入数据类型和方式，如SPI和ASI 
　　● 自动空包插入，根据输出带宽整合码率 
　　● 自动/手动PID映射 
　　● 节目自动过滤 
　　● MPEG-2/PSI和DVB/SI重新生成 
　　● TS输出方式为SPI，可选ASI 
　　（4）64QAM数字调制器 
　　64 QAM数字调制器是一种高性能的数字调制器，它接收TS再复用数据流，对其进行帧交织、RS编码及QAM调制，输出调制中频信号直接到发射台的上变频器，从而使得数字视音频信号和其它业务数据进入有线或MMDS网络传输。QAM调制方式显著提高信道容量，如一个8MHz频道最大容量为52.2Mbps。 
　　● 符合DVB-C标准 ETSI/EN 300 429 
　　● 星座范围4、8、16、32、64、128、256QAM 
　　● 符号率支持0～6.96MS/s 
　　● TS输入接口SPI 
　　● 输出中频可选36.125MHz，37.75MHz，44MHz等 
　　● 中频输出增益可调 
　　● 载噪比高，相位、幅度误差极低 
　　● 可选ASI数据输出 
　　六．数字电视广播系统应用设计 
　　我们利用本文设想举例来说明如何设计一个数字电视广播系统。如在有线电视网络或MMDS信道的若干个8MHz模拟频道中传输36套DVB-S节目及24套自办电视节目。 
　　在一个8MHz模拟电视频道中，最多可传输6.96Mbaud的数字调制信号。采用64QAM调制方式，FEC为RS(204，188)，最多可传输38.48Mbps有效数字信号。 
　　我国上星的DVB-S 节目多采用4.42Mbaud、RS (204，188)、3/4卷积码、QPSK调制方式，故一套节目的有效传输码率为4.42×2×3/4×188/204 =6.11 Mbps。采用64QAM调制方式，1台配置6路数字卫星电视接收解码器的数字电视前端占用1个频道可传送6套卫星节目，这样，6台数字电视前端占用6个模拟频道就可传送36套DVB-S节目。模拟电视节目可用MPEG-2编码器压缩为2～15Mbps，一般采用6Mbps可获得较好的效果。采用1台配置6路编码器的数字电视前端占用1个频道来传送6套模拟节目，这样，4台数字电视前端占用4个模拟频道就可传送24套自办电视节目。 
　　根据我国标准，QAM调制器中频信号的中心频率修改为 35.25MHz(对应模拟电视38MHz的图像中频)，从而使QAM中频信号可以象模拟信号一样直接接入CATV等系统。这样，采用64QAM调制方式, 占用10个8MHz带宽模拟电视频道，即可以传送60套高质量的数字电视节目。

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