有線數(shù)字電視

武漢有線數(shù)字電視環(huán)網(wǎng)射頻信號管理方案(201*-05)

201*-06-08新聞來源：武漢廣電網(wǎng)

金偉

武漢廣電數(shù)字網(wǎng)絡有限公司工程技術(shù)部副經(jīng)理，工程師

前言

武漢有線HFC網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)從單純提供模擬電視的傳輸平臺向承載模擬電視、數(shù)字電視、有線寬帶接入、互動電視等多業(yè)務的綜合信息網(wǎng)的轉(zhuǎn)變。有線電視運營商怎么建設一個多業(yè)務的前端呢？如何為開展高級業(yè)務規(guī)劃網(wǎng)絡建設呢？如何才能順利開展各種高級業(yè)務而不需要對網(wǎng)絡進行改動，或者說在開展某種業(yè)務時不影響已有業(yè)務呢？關(guān)鍵在于有線電視前端機房的設計和建設。因此，建立一個有前瞻性的機房對各種業(yè)務順利開展有非常重要的做用。那么，什么是一個有前瞻性的機房呢？就是機房的信號管理規(guī)范、預留，合理規(guī)劃各種業(yè)務的逐步開展，而且在增加業(yè)務時，要盡量不影響已經(jīng)開展的業(yè)務。通過總結(jié)機房建設的實際經(jīng)驗，我們認為在機房設計中要做到以下幾點：

通過總結(jié)機房建設的實際經(jīng)驗和教訓，我們認為在機房設計中有幾點比較重要：1．在設計時最好做到一次性設計，可分步實施；

2.信號規(guī)劃要合理，必須為數(shù)字電視、VOD、CMTS、網(wǎng)絡管理等高級業(yè)務預留足夠的接入口；3.在各種業(yè)務擴容及需要增加帶寬時，也應該有足夠的接入口；

4.當增加下行光傳輸設備時，有預留足夠的端口以便驅(qū)動。比如增加下行光發(fā)射機，需要驅(qū)動信號。否則的話，就需要重新調(diào)整信號，這樣就可能會中斷服務和給工作人員造成很大的工作量；

(a)主要信號必須熱備份,并且設備能自動切換(比如說機房前放大器),否則信號一旦中斷,就導致整

個網(wǎng)絡服務中斷；

(b)選用模塊化的混合分配器,可以很好的增加服務、檢測故障以及便于纜線管理；

(c)選用模塊化的混合分配器每個端口要能獨立調(diào)整信號,可以很好地檢測故障、便于纜線管理；本方案采用RF信號集成平臺來規(guī)范機房的RF信號，作用在于：

⑴有利于開展高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)業(yè)務，為有線電視網(wǎng)絡運營商帶來利潤；

⑵有利于前端機房線纜的管理、維護，實現(xiàn)機房的規(guī)范化管理，達到電信級的標準；⑶為將來開展各種增值業(yè)務（如：VOD、TEL等）預留好端口；⑷建立一個安全、穩(wěn)定、高性能的前端機房。實際情況

當前，武漢市有線網(wǎng)絡現(xiàn)已覆蓋全市，通過1550nm光纖環(huán)網(wǎng)將信號送到各個分前端機房。為了開展數(shù)字電視整體平移，公司決定建設一套純數(shù)字電視1550nm光纖環(huán)網(wǎng)。并且能承載VOD、CM、互動電視及高清電視等多業(yè)務。節(jié)目源在新的局十一樓中心機房，包括模擬電視和數(shù)字電視。所以，武漢有線的電視信號在整體轉(zhuǎn)換過程中將分為兩種：模數(shù)混傳的電視信號和純數(shù)字電視信號。因此，HFC傳輸網(wǎng)絡就分為兩個平臺。在中心機房將這兩種信號混合分配后，分兩個平臺傳輸?shù)礁鱾�分前端，在分前端分別接收后再分別傳送到普通用戶和已經(jīng)整轉(zhuǎn)用戶。

這里著重分析新建純數(shù)字電視環(huán)網(wǎng)的組成對RF信號處理的需求：（1）中心房的RF信號需求

局十一樓新中心機房的為純數(shù)字信號。有2臺1550nm光發(fā)射機將純數(shù)字信號傳輸?shù)骄嚯x較遠的分前端。

同時，在局十二樓機房中將配備1310光發(fā)射機20臺左右，將光信號傳送至漢口地區(qū)的各分前端機房和局大樓附近的光站。這些發(fā)射機均需要相應的驅(qū)動RF信號。同時，在多以為開展的初期階段，將IPQAM等多業(yè)務設備部署在前端機房。

（2）分前端機房的RF信號需求

各分前端在接收到總前端送過來的雙路光信號后，解調(diào)成RF信號，并通過射頻開關(guān)實現(xiàn)主、備信號倒

換。RF信號通過放大和分配驅(qū)動分前端光設備，同時，考慮CMTS、IPQAM等多業(yè)務設備的接口。解決方案

在這里我們的設計理念是：一次性設計，分步實施。也就是說，我們在進行設計之時，考慮到將來出現(xiàn)的各種情況，對節(jié)目擴容、網(wǎng)絡擴容、業(yè)務開展、業(yè)務擴容做好充分的準備，并在設計當中體現(xiàn)出應對這此情況的優(yōu)勢，即在不影響服務、不中斷信號的情況下進行節(jié)目擴容、網(wǎng)絡擴容、開展增值業(yè)務、業(yè)務擴容，達到電信級的機房。1．1具體方案

武漢有線目前正準備改造新的中心機房之初，我們就對對機房進行新的規(guī)劃和設計，并以此為契機，為轉(zhuǎn)變成多業(yè)務運營商打下堅實基礎(chǔ)。因此，在進行網(wǎng)絡改造時，我們將考慮將來可能要開展電話、遠程抄表等高級業(yè)務的情況。綜合各種考慮因素，在規(guī)劃時，我們必須在前端機房和分前端機房的上下行要進行如下規(guī)劃：

正向下行信號規(guī)劃時，必須為各種高級業(yè)務（如：CMTS、TEL等）做好端好端口預留。反向上行信號方面，首先對RRX輸出的RF信號進行業(yè)務分離，然后再將CMTS信號、TEL信號等其它信號各個進行混合，然后進入相應的控制網(wǎng)絡。下面，著重介紹正向下行信號的處理方案。1．2中心機房的方案描述

在新機房，正向下行的信號源為純數(shù)字信號和六套基本模擬信號，分別通1310nm和1550nm傳輸?shù)奖镜?/p>

用戶和分前端，在分前端再將信號傳輸?shù)綌?shù)字電視用戶。結(jié)合我們的設計理念，我們正向光發(fā)射機輔助口前連接一個2混合器，作為高級業(yè)務（如HSD、VOD、TEL等）的注入口；具體如下圖所示：圖01

如圖01，為新機房數(shù)字下行信號分配原理圖。首先，根據(jù)信號源的需求和特點，將110M、556M、855.25M、6套模擬信號和IPQAM27的信號進行4混合，再和DTV（純數(shù)字信號）混合。然后，將混合后的信號進行4分配，其中2路作為本地1310的信號源，另外2路作為骨干1550的信號源。在1310方面，兩路信號分別入2個互為備份的前放大器，再連接一個RF切換開關(guān)對它們進入熱備份，且切換時間少于50ms，這樣就實現(xiàn)網(wǎng)絡安全性，隨后，再信號進行合理的分配，將信號分配給本地1310nm光發(fā)射機，且在光發(fā)射機的輔助輸入口，本方案連接一個4混合器作為高級業(yè)務（CMTS、VOD）的端口預留。在1550方面，同樣將2路信號分別進入2個互為備份的放大器，再加上RF切換開關(guān)進行保護，然后再通過一個直接耦合器預留一個端后分配信號1550nm光發(fā)射機。IPQAM的信號在業(yè)務開展的初期可能直接從前面的信號源處注入，當業(yè)務開展起來后，可以再重新進入規(guī)劃，從光發(fā)射機之前的高級業(yè)務預留端口處注入。1．3分前端機房的方案

HFC傳輸網(wǎng)從數(shù)據(jù)流向上說，分為下行信號和上行信號。下行信號滿足用戶收視和多業(yè)務信號的下行廣

播，上行信號是雙向用戶的回傳信號。在分前端，下行RF信號通過放大和分配驅(qū)動下行光發(fā)射設備，同時，將CMTS下行信號混入下行其中，如圖2所示：

這是分機房下行信號分配原理圖。分機房光接收機解調(diào)后的RF信號現(xiàn)經(jīng)過一個可以調(diào)節(jié)電平的四分配將信號分為四路，預留兩路。另兩路輸入射頻放大器并連接切換開關(guān)實現(xiàn)主、備互為備份。然后進行分配，設計機房產(chǎn)生16路RF信號驅(qū)動16路光發(fā)射機，這些發(fā)射機預計可為80臺光站提供光源。可覆蓋4萬戶。另外預留16路信號的能力。共可覆蓋8萬戶。加之前面四分配的預留，一個分機房最終可擴展到64路，共可驅(qū)動84臺發(fā)射機，覆蓋用戶達16萬之多。

當前，武漢有線開展了互動電視和CM寬帶上網(wǎng)以為，雙向的實現(xiàn)是采用CableModem方式，即在分前端機房部署CMTS，上聯(lián)數(shù)據(jù)交換設備實現(xiàn)有線電視電纜的雙向承載。分前端每臺CMTS平均覆蓋10000戶，按照一臺光站覆蓋200戶，每臺發(fā)射機帶5臺光站計算，一臺CMTS下行信號最多提供10臺光發(fā)射機輔助輸入口的驅(qū)動信號，這里實際設計16路是足夠滿足一臺CMTS的最大容量的。分前端擴展多臺CMTS是將再分配成另外一個16路，可靈活的實現(xiàn)CM用戶的空間分割。1.4實際效果

依據(jù)以上設計思想，我們定購了美國ADC公司的各種功能模塊，這些模塊可以很好的實現(xiàn)各種功能。通

過實際的安裝、運行和實際使用的情況看，基本達到了設計要求。

擴展閱讀：有線數(shù)字電視機頂盒原理

1．有線電視數(shù)字機頂盒的基本原理

有線電視數(shù)字機頂盒的基本功能是接收數(shù)字電視廣播節(jié)目，示意圖如圖1所示，調(diào)諧模塊接收射頻信號并下變頻為中頻信號，然后進行A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，再送入QAM解調(diào)模塊進行QAM解調(diào)，輸出MPEG傳輸流串行或并行數(shù)據(jù)。解復用模塊接收MPEG傳輸流，從中抽出一個節(jié)目的PES數(shù)據(jù)，包括視頻PES、音頻PES以及數(shù)據(jù)PES。解復用模塊中包含一個解擾引擎，可在傳輸流層和PES層對加擾的數(shù)據(jù)進行解擾，其輸出是已解擾的PES。視頻PES送入視頻解碼模塊，取出MPEG視頻數(shù)據(jù)，并對MEPG視頻數(shù)據(jù)進行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號，再經(jīng)視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊，取出MPEG音頻數(shù)據(jù)，并對MPEG音頻數(shù)據(jù)進行解碼，輸出PCM音頻數(shù)據(jù)到PCM解碼器，PCM解碼器輸出立體聲模擬音頻信號，經(jīng)音頻輸出電路輸出。8A-f/I-U0j:~*[4C

有線電視數(shù)字機頂盒的關(guān)鍵技術(shù)"_1_.E3u%z

該機頂盒由以下幾部分組成：數(shù)字電視廣播接收前端、MPEG解碼、視音頻和圖形處理、電纜調(diào)制解調(diào)器、CPU以及存儲器、以及各種接口電路。數(shù)字電視廣播接收前端包括調(diào)諧器和QAM解調(diào)器，該部分可以從射頻信號中解調(diào)出MPEG傳輸流；MPEG解碼部分包括解復用、解擾引擎和MPEG解壓縮，其輸出為MPEG視音頻基本流以及數(shù)據(jù)凈荷。視音頻和圖形處理部分完成視音頻的模擬編碼以及圖形處理功能。電纜調(diào)制解調(diào)模塊由一個雙向調(diào)諧器、下行QAM解調(diào)器、上行QPSK/QAM調(diào)制器和媒體訪問控制（MAC）模塊組成，該部分實現(xiàn)電纜調(diào)制解調(diào)的所有功能。CPU與存儲器模塊用來存儲和運行軟件系統(tǒng)，并對各個模塊進行控制。接口電路則提供了豐富的外部接口，包括通用串行接口USB、高速串行接口1394、以太網(wǎng)接口、RS232、視音頻接口等等。

該框圖所描述的有線電視數(shù)字機頂盒是一種功能齊全的機頂盒，實際上，在具體實現(xiàn)時，廠商可以根據(jù)需要對其進行裁減。

2．實時操作系統(tǒng),uV:Ca6|7A;~!R5b

大家對PC的操作系統(tǒng)都比較熟悉，如DOS、Windows98、WindowsNT、Unix、MacOS。與這些操作系統(tǒng)不同，機頂盒中的操作系統(tǒng)不是非常的龐大，但卻要求可以在實時的環(huán)境中工作，并能在較小的內(nèi)存空間中運行。這種操作系統(tǒng)稱為實時操作系統(tǒng)。

目前流行的實時操作系統(tǒng)有WindRiverSystem公司的VxWorks、IntegratedSystemsIncorporated公司的pSOS、Microware公司的DAVIDOS-9、ST公司的OS20、前面介紹的WindowsCE、以及專為機頂盒開發(fā)的PowerTV。這些操作系統(tǒng)各有所長，在機頂盒中都有應用。其中VxWorks、pSOS、OS-9、OS20等是通用的實時操作系統(tǒng)，在其他的嵌入式應用中也有廣泛的應用，在機頂盒中，應與下面將要介紹的中間件結(jié)合使用。PowerTV是專為機頂盒開發(fā)的，將中間件集成在一起的操作系統(tǒng)，在美國應用較廣。另外，隨著Linux的興起，嵌入式的Linux已漸漸成熟。它不僅為機頂盒廠商提供一種選擇，而且由于Linux的開放性和先進的結(jié)構(gòu)，會對現(xiàn)有的實時操作系統(tǒng)構(gòu)成巨大的威脅。7w-l,m%o+G&S"^-T

&g4J/j9f9p#t"U&F&o8g3．中間件"|#n,@:~5r(G#d3^

中間件是一種將應用程序與低層的操作系統(tǒng)、硬件細節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境，它通常由各種虛擬機來構(gòu)成，如HTML虛擬機、JavaScript虛擬機、Java虛擬機、MHEG-5虛擬機等等。

一個完整的數(shù)字機頂盒由硬件平臺和軟件系統(tǒng)組成，可以將其分為4層，從底向上分別為：硬件、底層軟件、中間件、應用軟件。硬件提供機頂盒的硬件平臺；底層軟件提供操作系統(tǒng)內(nèi)核以及各種硬件驅(qū)動程序；應用軟件包括本機存儲的應用和可下載的應用；中間件將應用軟件與依賴于硬件的底層軟件分隔開來，使應用不依賴于具體的硬件平臺。

成熟的商用中間件產(chǎn)品有Opentv的EN2、Liberate的TVNavigatorforDTV、Enreach的EnreachTVforDTV、Canel+的Mediahighway和Intellibyte的IBEPG、IBSIManager、IBBrowser等。這些產(chǎn)品在市場上都占有一席之地，但彼此并不兼容。)`5O6E#r8t1|,F!j*k!T:f

目前，標準組織已經(jīng)認識到這個事實，并且開始著手建立公開的中間件標準。DVB提出了基于Java虛擬機的中間件標準DVB-MHP（多媒體家庭平臺）；ATSC成立T3/S17技術(shù)專家小組委員會來為機頂盒定義軟件環(huán)境，該軟件環(huán)境稱為DTV應用軟件環(huán)境（DASE）。ATVEF（先進電視發(fā)展論壇）也創(chuàng)建了一種稱為AdvancedTelevisionEnhancementForumSpecificationforInteractiveTelevision的規(guī)范。

4．加解擾技術(shù)

加解擾技術(shù)用于對數(shù)字節(jié)目進行加密和解密。目前，國際上有兩種標準：OpenCable定義的POD和DVB定義的SimulCrypt和MultiCrypt標準。OpenCable定義的POD是一個通過PCMCIA接口與機頂盒相連的模塊，該模塊除了解擾功能外，還要完成與前端的交互功能。DVB的MultiCrypt也是采用PCMCIA接口與機頂盒連接，但它只有解擾功能。DVB的SimulCrypt則只需要機頂盒具有ISO7816的SmartCard接口既可，但需要機頂盒具有硬件解擾引擎。下面簡述DVB的有條件接入的基本原理。/D.x/@$J3i,k1Q,W,L&b%~6^,[#]

有條件接入的基本原理如圖4所示。節(jié)目在播出前，要經(jīng)過加擾處理，加擾過程是將復用后的傳送流（TransportStream）與一個偽隨機加擾序列做模2加，而這個偽隨機序列的生成由控制字發(fā)生器提供的控制字（ControlWord，簡稱CW）確定。有條件接入的核心實際上是控制字傳輸?shù)目刂�。在MPEG傳輸流中，與控制字傳輸相關(guān)的有兩個數(shù)據(jù)流：授權(quán)控制信息（ECMs）和授權(quán)管理信息（EMMs）。由業(yè)務密鑰（SK）加密處理后的控制字在ECMs中傳送，其中還包括節(jié)目來源、時間、內(nèi)容分類和節(jié)目價格等節(jié)目信息。對控制字加密的業(yè)務密鑰在授權(quán)管理信息中傳送，并且業(yè)務密鑰在傳送前要經(jīng)過用戶個人分配密鑰（PDK）的加密處理，EMMs中還包括地址、用戶授權(quán)信息、如用戶可以看的節(jié)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（SmartCard）中。$Y0`9{%I"W"f

2G"`2z)Q(g9m)V

在用戶端，機頂盒為了再生出解擾隨機序列，必須獲取相關(guān)的條件接收控制信息。首先，機頂盒根據(jù)PMT和CAT表中CA_descriptor，獲得EMM和ECM的PID值。然后，從TS流中過濾出ECMs和EMMs，并送通過SmardCard接口送給SmartCard。SmardCard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SmartCard接口送給解擾引擎，解擾引擎利用CW就可以將將已加擾的傳輸流進行解擾

5．電纜調(diào)制解調(diào)器5f&k7a2c6A0U)b1U$\\2T/u+Q&Q)]$\\

到目前為止，各種研究機構(gòu)對電纜調(diào)制解調(diào)器進行了廣泛的研究，這些研究成果最終形成了幾個國際性組織定義的標準：IEEE定義的IEEE802.14協(xié)議、DAVIC定義的DAVIC協(xié)議和MCNS定義的DOCSIS協(xié)議。3hY*k6{;l3e.V7p!W/?

在這些協(xié)議中，MCNS標準的目的最為簡單和明確，就是在有線網(wǎng)絡上透明地傳輸IP數(shù)據(jù)包，因此該協(xié)議對IP的支持最好；DAVIC的目的主要是給用戶提供交互式的數(shù)字視音頻服務，同時也兼顧提供數(shù)據(jù)傳輸，該協(xié)議對數(shù)字視頻的支持是最好的；IEEE802.14的目的是建立一個基于HFC的城域網(wǎng)，并使該網(wǎng)絡能支持各種業(yè)務，包括固定比特率CBR、可變比特率VBR以及有效比特率ABR服務，該目的使得它對ATM有很好的支持。4Y&|3v(N!p7J/}&J!S1t-?*}4j.P5r(}#p

不同的目的使得各個標準間存在很大的差異，這些差異主要體現(xiàn)在各個標準定義的物理層、MAC層的幀格式和MAC協(xié)議。+Yj1s.`6X(U;S

IEEE802.14對ATM信元有很好地支持，并能通過ATM信元很好地支持OoS。在傳輸ATM信元方面，該協(xié)議與MCNS相比有較小的延遲和延遲抖動。但在支持IP方面，由于必須通過AAL5來支持，因而在傳輸IP分組的吞吐量方面比MCNS標準低，這一點對DAVIC標準同樣適用。;L%G,j3A3j8Y1f7?2R7@"d.?&U(Q

在對數(shù)字視頻業(yè)務的支持上，DAVIC由于對數(shù)字電視廣播的兼容和具有帶外信道的優(yōu)勢，在數(shù)字機頂盒的標準中有重要影響。事實上，北美的OpenCable標準就是將MCNS與DAVIC有機地結(jié)合的產(chǎn)物，而歐洲的EuroBox和EuroModem實際上就是采用DAVIC標準。而最早開始制定的IEEE802.14協(xié)議，已漸漸地被市場拋棄。

在MAC層，MCNS標準的上行信道訪問方式和碰撞解析算法比IEEE802.14和DAVIC都簡單，使得用戶端設備比較簡單，再加上對IP有最好的支持，使MCNS標準在目前的市場上最為看好。但也正是因為其簡單，在采用MCNS的CableModem進行話音和視頻業(yè)務時還有一些缺陷，具體地說，在使用MCNS標準的CableModem支持IP電話和可視電話方面，還需要增加支持QoS的機制。但隨著DOCSIS1.1的發(fā)布，該標準已逐步完善起來。

DVB-C數(shù)字機頂盒的設計方案與實現(xiàn)方法

引言

在我國，數(shù)字電視節(jié)目在許多省市已經(jīng)開始試播，由于用戶端使用的基本都是模擬電視機，無法接收數(shù)字信號，因此需要一種接收裝置來擔當二者之間的橋梁，這就是機頂盒（SetTopBox，簡稱STB）。它是一種擴展電視機功能的一種新的家用電器。它可以把衛(wèi)星直播數(shù)字電視信號、地面數(shù)字電視信號、有線電視網(wǎng)數(shù)字信號甚至互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電視機可以接收的信號，使現(xiàn)有的模擬電視機用戶也能分享數(shù)字化革命帶來的科技成果。文中主要介紹筆者開發(fā)的基于DVB-C的有線數(shù)字電視機頂盒。

DVB-C數(shù)字機頂盒的硬件設計LSI201*主芯片介紹

DVB-C數(shù)字機頂盒采用LSILogic公司的SC201*作為主芯片。SC201*采用最新的1.27mmPBGA封裝，將LSIL641x8傳輸譯碼器和L64105MPEG-2音視頻解碼器集成在一塊芯片里，集成度高，內(nèi)置工業(yè)標準的TinyRISC108MHzMIPSCPU，5層圖形引擎，DMA控制器，以及統(tǒng)一的OSG存儲器和A／V存儲器；集成有多標準的編碼器、可獨立編程的視頻DAC，音頻DAC。

SC201*接收來自信道解碼器的TS流后，送到內(nèi)部的L641x8模塊中，由L641x8對數(shù)據(jù)進行解復用，形成音頻和視頻PES分組數(shù)據(jù)，通過A／V接口輸出給

L64105MPEG-2解碼器進行解碼。L64105將PES分組進行解碼，輸出數(shù)字視頻和數(shù)字音頻信號各兩組。一組數(shù)字視頻和一組數(shù)字音頻信號直接輸出。另外一組數(shù)字視頻信號送到視頻編碼器中，被轉(zhuǎn)換成全電視信號(CVBS)或S端子信號(Y／C)，經(jīng)過外部低通濾波后，便可直接送到電視機中。另一路數(shù)字音頻信號送到音頻DAC中，轉(zhuǎn)換成立體聲模擬信號，經(jīng)外部低通濾波后輸出。

SC201*提供了多種外圍設備接口，包括兩個UART接口、兩個智能卡接口、I2C接口、IEEEl284接口、紅外接口、圖文電視接口、通用I／O控制以及調(diào)制解調(diào)器接口。通過這些接口，SC201*可以和多種外圍設備相連，其功能更加強大。另外，SC201*還有一個硬盤接口，可以將節(jié)目下載到硬盤中，以后再看。DVB-C機頂盒的硬件總體設計

為了實現(xiàn)有線數(shù)字機頂盒的功能，從技術(shù)實現(xiàn)上要達到以下要求：

（1）接收CATV網(wǎng)絡上110MHz～855MHz頻率范圍內(nèi)的射頻信號，并轉(zhuǎn)換為中頻信號。

（2）實現(xiàn)QAM解調(diào)制功能，將調(diào)制信號恢復為數(shù)字基帶信號。（3）完成信道解碼處理，實現(xiàn)前向糾錯功能。

（4）完成TS傳送流解復用、MPEG-2解碼功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)電視信號解碼和音頻DAC功能，輸出符合要求的模擬音視頻信號。本設計實現(xiàn)了以上所有功能，設計總框圖如圖1所示。

圖1SC201*機頂盒系統(tǒng)總框圖

1、數(shù)字高頻頭：接收CATV電纜上的射頻信號，由高頻頭電路將射頻信號下變頻為中頻信號，并將中頻信號送到內(nèi)部得解調(diào)制芯片，由解解調(diào)制芯片完成QAM解調(diào)制及FEC前向糾錯芯片，而后以并行或串行方式送出TS(傳送流信號)。2、SC201*：LSIlogic公司的傳送流處理芯片。

3、CPU_SDRAM：提供SC201*內(nèi)嵌CPU運行時所需要的存儲空間。

4、AV_SDRAM：提供SC201*內(nèi)部MPEG解碼器對PES流進行處理時所需的存儲空間。5、BOOT_FLASH:存放系統(tǒng)BOOT程序、引導系統(tǒng)正常啟動。6、SYS_FLASH:存放系統(tǒng)工作軟件，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

7、串口：串口模塊電路對SC201*的串行I/O口進行電平轉(zhuǎn)換，提供標準的RS232串行接口，提供RS232調(diào)測接口。

8、SMARTCARD:實現(xiàn)授權(quán)、加密、收費等功能。9、用戶接口：提供給用戶簡單得輸出、輸入接口，如系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示接口、按鍵接口、遙控接口等。

10、USB：提供給用戶一個USB1.1兼容的接口，最高數(shù)據(jù)率12Mb/s；可以用于支持U盤，保存節(jié)目或者播放U盤上的節(jié)目。

11、IDE：提供給用戶一個標準的IDE接口。掛接硬盤后可以用來實現(xiàn)保存節(jié)目或者播放硬盤上的節(jié)目。

DVB-C機頂盒的軟件總體設計

DVB-C機頂盒軟件實現(xiàn)方案基于穩(wěn)定性、可靠性和可擴展性的原則進行設計，所有軟件系統(tǒng)應該達到功能完備，使用簡便和便于擴充幾個特性。跟據(jù)上述分析，機頂盒軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2機頂盒軟件模塊層次圖

整個機頂盒軟件的結(jié)構(gòu)采取開放式的模塊化結(jié)構(gòu)。其中硬件抽象層可以增加軟件的硬件無關(guān)性；操作系統(tǒng)抽象層用于實現(xiàn)操作系統(tǒng)層的可移植性，以支持多種RTOS；中間件移植層用于各種商業(yè)化的中間件軟件的移植。

從底下往上看，整個體系從硬件層到應用層分為以下幾個層次：

1、硬件抽象層：通過提煉一些硬件操作的特性，將一些與硬件相關(guān)緊密的操作抽象出來，從而將操作系統(tǒng)和硬件層分開，這使得BSP和Driver的設計更簡潔，有利于提高軟件的可重用性和易移植性。

2、BSP層：用于將引導操作系統(tǒng)，對操作系統(tǒng)提供板級支持。同時提供一些近設備的驅(qū)動。3、操作系統(tǒng)及硬件驅(qū)動層：提供操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件驅(qū)動。操作系統(tǒng)主要提供內(nèi)存管理、任務調(diào)度、時鐘管理、資源共享和互斥等功能。硬件驅(qū)動層在操作系統(tǒng)和硬件抽象層的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對硬件的驅(qū)動。

4、中間件：是一種將應用程序和操作系統(tǒng)、硬件細節(jié)隔離開來的軟件環(huán)境，通常它都是由一些虛擬機器構(gòu)成的，如HTML虛擬機、JavaScript虛擬機、MHEG-5虛擬機、Java虛擬機等。這使得應用不依賴于特定的硬件平臺。著名的中間件提供商有：OpenTV和Canal+。5、DVB引擎：實現(xiàn)DVB/DAVIC協(xié)議的解析。包括MPEG2解碼器、SI引擎和DSM-CC數(shù)據(jù)接口。

6、應用層。建立在上述各個模塊的基礎(chǔ)上的應用程序片。包括：頻道管理、系統(tǒng)自檢、電子節(jié)目導航、軟件下載與升級管理和家長控制等模塊。操作系統(tǒng)的選型

機頂盒作為一個典型的嵌入式系統(tǒng)，對其操作系統(tǒng)有更高的穩(wěn)定性和實時性要求，一般選用實時嵌入式操作系統(tǒng)，這里我們選用uCOS-Ⅱ操作系統(tǒng)：一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務操作系統(tǒng)。由于uCOS-Ⅱ?qū)儆陂_放源碼操作系統(tǒng)，所以開發(fā)包投入可以免除，而且去了版稅。同時該操作系統(tǒng)在工業(yè)控制，消費電子和國防等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用，實踐證明該操作系統(tǒng)在穩(wěn)定性和可用性上是完全適合在本方案中是選用的。

隨著三網(wǎng)融合的開展，廣電加大了模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)換的進程，諸多因素引起了數(shù)字電視和數(shù)字電視芯片市場迅速擴大。

三網(wǎng)融合帶動芯片市場升溫

市場研究機構(gòu)iSuppli日前預計，今年電視芯片市場營收將為121億美元，同比增長30%,去年電視芯片市場營收為93億美元。iSuppli顯示器電子首席分析師ShyamNagrani表示，數(shù)字電視芯片市場的增長與數(shù)字電視的迅速普及是同步進行性的。201*年，全球數(shù)字電視出貨量將達到2.3億臺，這幾乎相當于201*年出貨量7740萬臺的三倍。隨著三網(wǎng)融合的開展，廣電加大了模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)換的進程，諸多因素引起了數(shù)字電視和數(shù)字電視芯片市場迅速擴大。

中國是電視生產(chǎn)出口和消費大國，在模擬電視時代，視頻類的芯片主要由歐美日等發(fā)達國家掌握，中國電視產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化初期，視頻類產(chǎn)品的主要芯片還是靠進口，但是隨著數(shù)字化進程的深入，中國本地IC企業(yè)得到充分的發(fā)展環(huán)境。數(shù)字電視芯片產(chǎn)業(yè)主要由調(diào)諧芯片、解調(diào)芯片、解碼芯片、顯示芯片四個芯片模塊構(gòu)成，如果把其中2個，3個，甚至四個模塊集成在一起，一般稱機頂盒或一體機單芯片解決方案。三網(wǎng)融合下機頂盒面臨安全挑戰(zhàn)

三網(wǎng)融合帶給了機頂盒與芯片歷史性的發(fā)展機遇，同樣也帶來了一場變革性的風暴。DVBCN網(wǎng)友認為廣電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)融合，正好為CA的CW網(wǎng)絡共享提供了恣意滋生的環(huán)境。在智能卡與機頂盒通訊的過程中，CW非常容易被竊取，然后通過網(wǎng)絡傳播出去。有了CW之后，第二臺機頂盒就不再需要智能卡就能共享第一臺插有智能卡的機頂盒中的節(jié)目，而且通過互聯(lián)網(wǎng)共享CW，還可以帶動第三臺、第四臺、第n臺機頂盒。這種CW共享可以通過局域網(wǎng)傳播，也可以通過廣域網(wǎng)傳播，所以對于廣電運營商來說，收視費的流失將是不可避免的。

“寡頭集中”和“百家爭鳴”芯片市場浮躁

在芯片領(lǐng)域，國內(nèi)外廠商的芯片選擇很多，中國本土廠商的芯片也有一定的實力。三網(wǎng)融合產(chǎn)品的硬件設計已沒有問題，關(guān)鍵在于形成良性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵在于能為用戶提供豐富的內(nèi)容服務，關(guān)鍵在于業(yè)務模式的突破。

鑒于此，廣電目前正積極地進行模轉(zhuǎn)數(shù)和單向機頂盒向雙向轉(zhuǎn)換，但是廣電普遍存在的問題就是機頂盒市場混亂，各種加密技術(shù)多如牛毛，不同的加密導致網(wǎng)與網(wǎng)之間難以實現(xiàn)互聯(lián)互通。談到機頂盒的混亂，內(nèi)蒙古廣電應該感到自豪。據(jù)了解，內(nèi)蒙古所有機頂盒全部采用STM5105，是全國唯一統(tǒng)一采用單一機頂盒芯片及硬件方案的網(wǎng)絡公司。在當時的情況下，這確實是一個絕佳的選擇。照這個規(guī)則去做，機頂盒想亂都難。這就引伸出了一個問題，如果這樣定制機頂盒，機頂盒芯片不就只有一家獨大、其它家就要關(guān)門了嗎？如果一開始選用了先進的芯片還好，但要選了一款比較落后的芯片呢？這就需要考驗運營商的判斷能力了。要知道，芯片技術(shù)是可以按照“摩爾定律”不斷發(fā)展進步的，如果固定一個型號，就沒有了競爭，這樣也同樣可以導致落后。比如，內(nèi)蒙古如果現(xiàn)在仍選用5105，顯然就落后了，如此再進行大面積的升級置換所產(chǎn)生的費用也是極為昂貴的。

DVBCN網(wǎng)友表示：“像機頂盒這樣的芯片，如果有充分的競爭，完全可以接近低端臺式機的性能。機頂盒芯片廠家把大量的時間花費在機頂盒軟件方面，忽視了主業(yè)。反過來，如果機頂盒芯片落后，芯片中的軟件又對其芯片起到了保護作用。說到底，還是機頂盒芯片的競爭規(guī)則不透明，影響了有實力的芯片廠家進入市場參與競爭，這對廣電運營商來說并不是一個好事情。更重要的是這種封閉的技術(shù)不利于數(shù)字電視技術(shù)的快速發(fā)展，更不利于運營商開展增值業(yè)務。

泰信的工程師認為芯片廠家必須開放統(tǒng)一的軟件接口，就像PC機開放的BIOS一樣。這樣，機頂盒芯片廠家只需把這個接口之下的軟硬件做好即可，無需再向上介入更多地軟件開放。在這種開放環(huán)境下，各個芯片廠家就沒有了上層軟件的捆綁保護，能否生存，就看各自的真本事了。無論是寡頭集中，還是百家爭鳴都是這個行業(yè)浮躁的表現(xiàn)，未來隨著數(shù)字電視的發(fā)展開放將是必然趨勢，主要還是取決于芯片的技術(shù)加強，靠捆綁來掩蓋技術(shù)缺陷始終不是解決問題的正確方式。芯片的進步是PC機行業(yè)的原動力，也應該是機頂盒行業(yè)的原動力。創(chuàng)造一個開放的競爭環(huán)境，讓“摩爾定律”在數(shù)字電視界起效，將會對產(chǎn)業(yè)的進步產(chǎn)生巨大的推動作用。

三網(wǎng)融合下芯片廠商的突圍之路

三網(wǎng)融合終端的主要載體是機頂盒，三網(wǎng)融合對芯片提出了新的要求：一是高清，二是雙向，三是支持視頻電話功能，未來還會有很多層出不窮的增值業(yè)務出現(xiàn)。而支持視頻電話功能就涉及編碼，因此不管是通過主芯片實現(xiàn)，還是通過主芯片+外圍器件來實現(xiàn)，重要的是哪一個方案能達到成本最優(yōu)化。不一定非得要集成，因為將多芯片集成必然會面臨一些設計、工藝等方面的難題，這樣良品率會降低

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