数字电视前端系统组成解析

许珍

摘要：本文对数字电视前端系统的构成及相关重要设备做出浅析，便于相关部门及同事参考。

关键词：数字电视；前端系统；解析

数字电视前端系统是有线电视网络的信息源、交换中心，是位于信号源和传输系统之间，对传输信号进行各种技术处理的设备组合，它是系统信号处理的中枢，是整个有线电视系统的核心。前端主系统由信号输入、信号处理、信号输出等部分组成。信号输入系统主要完成对来自不同网络的各个信号的接收，然后把它们变化成符合MPEG-2标准的TS流。信号处理是把输入的TS流经过复用器变成多节目的TS流，然后经过CA加密的处理，送到输出部分。信号输出则是把含有多套节目的TS系统调制成RF信号输出给整个HFC网络。数字电视前端包括许多关键性的数字设备和技术，如MPEG-2压缩编码器、数字多路复用器、加扰器、QAM调制器、网络适配器、卫星接收机等，前端设备的性能对整个系统的信号质量起着决定性的作用。下

信号输入部分的主要功能，就是把来自不同渠道、不同格式的视音频信号，进行数字化、压缩编码或码流适配，统一为符合DVB-C标准的MPEG-2传输流格式和ASI接口的传输流，输出到处理部分。在有线数字电视系统中，设备与设备间，设备与线路间的传输接口，被规定为ASI（异步串行接口）。它的传输速率为270Mbit/s，可以轻松的承载8Mhz的带宽，64QAM调制的数据流。涉及的设备有光收机、卫星接收机、编码器等将它们转换为统一的格式送入信号处理部分。

卫星接收系统采用接收與解码为一体的带有TS输出的数字卫星接收机（IR=D），将卫星数字电视信号接收下来，直接进行QPSK解调经接收机ASI接口输出的符合MPEG-2编码的TS流。

信号处理部分包括传输码流（TS）的监视、解扰、复用与业务信息（SI）处理等，它是数字电视前端的核心。这部分主要完成对所有节目进行解扰、截取、复用等处理。业务信息随时更新，以保证正确的引导机顶盒的正常工作，并且所有应用数据均能正确的插入。对所有输入的节目码流进行切换、调度、分组、复用（再复用）；插入（更新）节目专用信息PSI、业务信息SI、电子节目指南EPG、各种管理信息（ECM、EMM）等，把它们与节目信号一起复用进数字传输通道；对条件接收节目进行加扰；进行节目管理、用户管理和系统管理。在数字前端中增加一套节目是以虚拟方式进行的。数字切换矩阵也叫路由器，它有若干个输入口和输出口，可以实现任意输入端口的信号从任意输出端口输出，可以实现输入与输出节目的强大调配功能。数字电视的一个载波频道，可以载运6套以上电视节目，载运哪几套，组合是灵活的，完全由切换矩阵实现。在数字电视播出中，增加一套节目，不是像模拟那样加一台调制器，可以在虚拟状态下进行，只要把要增加的节目从矩阵输入端接入，切换到一个复用器上，复用进某个频道就可以了。信号处理部分的管理必须采用集成的管理系统，均以异步串行接口作为接口标准，这样容易以后增加设备，具有良好的兼容性。

复用是数字前端中的一个重要组成部分，复用器是一种综合系统，通常包含一定数目的数据输入，n个地址输入（以二进制形式选择一种数据输入）。它将所有接收到的信号以多个ASI传输流的方式加到复用器的输入，再将所需要的节目从传输流中提取，然后再将提取的所有节目建立一个新的TS传输流，再加上附加信息以便引导机顶盒的正常接收和解码。复用器有一个单独的输出，与选择的数据输入值相同。多路复用器即数据选择器，用来将 N 个输入通道的数据复用到一个输出通道上，多路复用器在数字系统中有着非常重要的应用。复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息（SI），它可实现在1个物理频道上传输4-8套数字电视节目。光电复用器从字面上解释就是光路信号与电路信号的复合装置，一般的光猫即光纤收发器（光猫与光纤收发器不同，光纤收发器只有信号转换，没有协议转换，而光猫还包含有协议转换），是一种将电信号转变为光信号的装置，复用器就是将多电信号复合到光路上去，另一种是多种光路复合，但这种复合调制将使用不同波长的光进行多路信号的传输，到达后再解调。复用器可以通过前面板设置参数，单独使用，也可以由前端系统主控机通过以太网进行控制，再复用处理，易于操作，非常可靠，在对数字多路复用器选型时应考虑它的扩展是否灵活。

加扰器的作用是在前端系统的控制字CW的控制下，连续不断的对被传送的全部内容（视、音频流和数据流）进行扰乱，使不用恰当的解码器和密钥就不能收到正确的信号。加扰器的作用就是产生伪随机序列与原始的传输流进行XOR运算，改变被传输信息的特征，使信号变为不可预测的数据流。

QAM调制器信道编码的目的是保证信号传输的可靠性，对经过信道编码的数字电视信号进行调制，输出中频信号，使其具有很高的抗干扰能力，便于在有线电视网络中传输。QAM调制器实际包含基于DVB-C标准的信道编码和QAM调制两部分功能。QAM调制器的原理是发送数据在比特/符号编码器（也就是串–并转换器）内被分成两路，各为原来两路信号的1/2，然后分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。接收端完成相反过程，正交解调出两个相反码流，均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数信号并映射回原来的二进制信号。作为调制信号的输入二进制数据流经过串–并变换后变成四路并行数据流。这四路数据两两结合，分别进入两个电平转换器，转换成两路4电平数据。

类似于其他数字调制方式，QAM发射的信号集可以用星座图方便地表示，星座图上每一个星座点对应发射信号集中的那一点。星座点经常采用水平和垂直方向等间距的正方网格配置。数字通信中数据采用二进制数表示，此种情况下星座点的个数一般是2的幂。常见的QAM形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。星座点数越多，每个符号能传输的信息量就越大。但是，如果在星座图的平均能量保持不变的情况下增加星座点，会使星座点之间的距离变小，进而导致误码率上升。因此高阶星座图的可靠性比低阶要差。endprint