试论地市级有线数字电视广播系统技术方案

2.5  个人分配密钥的传递

数字电视广播运营商必须通过非常安全的渠道将个人分配密钥（PDK）传递给用户，一般将PDK以加密形式存储或固化在智能卡中，智能卡由微处理器、Masked ROM、EEPROM、RAM等组成，用户获得智能卡后必须提供口令才能解密使用，智能卡的发卡体系可遵循金融卡发卡体系。

2.6  同密方式

同密（SimulCrypt）方式能保证多级运营商选择CAS时的灵活性，同密方式在DVB前端使用多个CAS，每个CAS可以使用不同的加密系统加密各自的授权信息并同时传输，但对节目内容的加扰必须采用同一个加扰算法和加扰CW，以保证接收端能使用不同的解码器接收用不同的CAS处理过的相同的节目。DVB前端加扰器要能够同时支持两个及两个以上CAS，加扰后的节目传输流是一套，不同的CAS在同一个DVB前端上运行，保护相同的节目，管理各自的用户，多个CAS之间需调度和共享节目计划信息、设备配置信息、设备调度信息等公共信息。

2.7  多密方式

多密（MultiCrypt）方式是将需要保密的授权信息集中于一个可拆卸的CA模块中，DVB解码器中只包含解调器、MPEG-2解码器等必须的设备，解码器通过多个通用接口可同时与多个CA模块相连并通讯，用户接收端只需要一个DVB解码器，使用通用接口协议，就可以接收任意不同的CAS控制的不同的节目。当CA模块需要更新时，解码器可以保持不变，在CA模块的设计和生产方面具有更大的灵活性，解码器中不包含任何需要保密的信息，可以对DVB解码器进行标准化设计，甚至可以把解码器直接嵌入电视机中。

3  CAS设计和实施时注意事项

应用于付费DVB业务的CAS涉及到DVB/MPEG-2压缩解压缩与编解码、加解扰、加解密、复用解复用、调制解调、机顶盒、智能卡、系统调度管理、网络管理、用户管理、节目管理、收费管理等技术，因此设计和实施CAS时应注意：（1）DVB-C系统前端除了CAS，还包括编码器、复用器、调制器、加扰器等设备，为满足DVB运营商对用户管理和收费管理的复杂要求，CAS厂商有必要和其他厂商的加扰器和SMS等系统或设备进行集成，并且为便于DVB-C系统和CAS的升级和维护，DVB-C系统的集成最好由CAS厂商完成。（2）CAS要基于DVB/MPEG-2标准设计和实施，要符合广电总局制定的DVB系统的CAS规范。（3）要确保CAS的开放性和模块化，必须要能集成多种前端设备和STB，其STB和智能卡应支持双向功能和多种寻址方式。（4）CAS必须要有足够高的安全性和可靠性。（5）要考虑分级运营模式，并综合考虑集成化和本地化的功能。（6）DVB-C运营商设计、选择和实施CAS，不单是设计或选择一个系统或产品，更是选择一个长期的合作伙伴（CAS厂商），DVB-C运营商和CAS厂商必须要有一个共同的长久战略，必须要能共同应对复杂环境和新技术挑战。DVB-C运营商必须要仔细考察CAS厂商的技术实力和研发能力，调研其CAS是否能支持或通过无缝升级实现百万级规模的用户系统，等等。

4  EPG系统方案

用户收看DVB数字电视节目的方式不同于模拟电视节目，在DVB系统中，多个节目被复用到一个MPEG-2传输流（MPTS）中，每个节目只占有MPTS中的部分包，一个物理的频道包含多个节目的SPTS，要观看其中的某个节目，必须从MPTS中提取（解复用）该节目对应的传输包，然后再进行解码。EPG（电子节目指南）对业务提供商和用户都具有十分重要的意义，DVB-C系统必须在前端将必要的业务信息（SI）插入TS中，SI应携带EPG所需的全部数据，用户终端STB从TS中取出SI即可构成（实现）EPG，由EPG把节目播出时间表和节目介绍等信息直观地显示出来，以帮助用户按照自己的喜好选择收看数字电视节目。

4.1  MPEG-2的节目说明信息（PSI）

DVB系统的MPEG-2传输流（MPTS）中包含了多个节目的SPTS，每个SPTS又包含多个基本码流（ES），ES被打包（分组）成固定长度的包，称为打包的基本码流（PES），每个PES都有一个PID（包识别符）。MPEG-2使用PSI来传送节目和PID的相互关系、节目的组成结构、各个包的作用和标识等，PSI提供了解复用和解码的信息，PSI能自动设置和引导解码器对TS进行解复用和解码。PSI由节目关联表（PAT）、条件接收表（CAT）、节目映射表（PMT）和网络信息表（NIT）等组成，每个表分成若干段映射（变换）到TS中传输。

4.2  DVB的业务信息（SI）

MPEG-2在PSI中提供了不少有关节目组成和相互关系的信息，这些信息在接收端解码器能自动地进行设置，从而正确地对传输流（TS）进行解复用和解码，但是PSI不能提供有关业务和节目的识别信息，因此在DVB系统中采用了SI对MPEG-2的PSI进行进一步的扩展。DVB的SI是指在符合MPEG-2标准的传输流中插入的某些特殊信息，这些信息占用某些特定的PID（包识别符）及Table_Id（表识别符），供解码器按PID提取这些信息。除包含PSI信息外，SI由许多业务信息表（SI-table），如束状关联表（BAT，或称业务群关联表）、网络信息表（NIT）、业务描述表（SDT）、事件信息表（EIT）等组成，每种SI-table提供相应的业务信息，它们分成若干段映射到TS中传输。在实际应用中，DVB-C系统前端将PSI和SI表插入TS包后构成传输流（TS）传输给用户，用户接收端解码器根据PSI对TS进行解复用和解码，利用SI提供的信息构成（实现）EPG，根据包识别符和表识别符提取有关业务和节目的识别信息。

4.3  EPG与SI的关系

MPEG-2的PSI只包含与当前TS有关的信息，PSI规定了不同节目和节目中的不同成分如何复用成一个统一的码流，DVB的SI是对MPEG-2的PSI进行的扩展，SI可以包括非当前TS中的一些业务信息和事件，允许用户进行更多的选择和了解其他的业务，携带SI的TS包具有指定的PID。SI的作用是作为EPG的载体来传输EPG，利用BAT、NIT、EIT和SDT等SI-table提供的信息可以构成（实现）EPG。EPG信息主要包括：（1）节目单信息，分为两类：（a）总的概述信息：传输节目的天数、传输频道的数目和名称、传输的节目数、节目业务提供商的标识和名称、传输网络的标识和名称。（b）细节的信息：节目名称、节目情节介绍、节目的多语种简介、节目开始和结束时间、节目内容背景资料、视角切换、节目分类、节目预订、家长分级控制的级别。（2）当前播放节目信息：当前时间、当前节目名称、所在频道名称、节目类型。总之，EPG为用户收看DVB系统的数字电视节目和享受信息服务提供了强大的检索引擎和导航机制，使用户能方便快捷地找到自己关心的节目，查看节目的附加信息。

4.4  EPG系统组成

EPG系统分为DVB前端EPG子系统和用户终端EPG子系统，EPG系统的功能与节目业务提供商向用户提供的业务有关，交互式EPG系统要求数字电视STB必须要有中间件，其EPG显示形式由DVB前端的SI Server提供的页面决定。本地式EPG系统要求节目信息以SI的形式复用于MPEG-2传输流（TS）数据中，TS数据经信道传输后，接收端解码器对TS数据进行解复用和解码，在机顶盒RAM中形成专用的SI数据库，EPG应用程序将检索SI数据库并根据用户输入的指令显示用户关心的节目信息，其EPG显示形式由机顶盒中的EPG应用程序决定，DVB前端只提供SI-table。

5  宽带传输网络

5.1  网络结构

DVB-C系统的宽带传输网络分为五个层次，即国家级SDH干线网、省级SDH干线网、地市级SDH干线网、县级SDH干线网和城域HFC接入网。目前，广电四级SDH干线网已基本建成，并即将实现互联互通，作为接入网的城域HFC宽带传输网与SDH干线网通过分插复用器（SDM）等进行连接，组成完整的广电宽带传输网络。HFC接入网负责将各类信号传输给终端用户，早期的集中式HFC网络一般为星树型拓扑结构，它只有一个前端，所有信号都由前端通过光纤和同轴电缆向下传输。目前分布式HFC接入网大多采用两级光纤链路级联的环-星-树型拓扑结构，其总前端和多个分布式分前端通过第一级环型光纤链路，组成物理环型自愈网，沿顺时针、逆时针方向同时发送同一光信号，采用发端并发、收端用光开关切换的工作方式，使第一级环型光纤链路具备双向自愈能力。第二级星型光纤链路将各类信号送到各光节点，然后进入树型电缆分配系统。分布式HFC接入网具有完整的冗余保护体系，有较高的安全可靠性、良好的拓展性和良好的网络性能指标，可以为开展双向化交互式数字电视业务提供良好的城域宽带传输网络平台。

5.2  频谱设置

扬州市城域HFC接入网带宽目前为860MHz，其频谱设置规划暂为：5-65MHz提供给上行多功能业务，65-87MHz为保护带，87-108MHz提供给FM声音，110-550MHz提供给模拟电视，550-750MHz提供给数字电视与数据业务，750-860MHz（可升级至1000MHz）提供给扩展业务。数字视频信号采用MPEG-2 MP@ML数字压缩编码和64-QAM调制方式，1个8MHz 模拟PAL电视频道可以传送6-8套数字电视节目，550-750MHz的200MHz带宽内可以传送近200套数字电视节目。

6  用户终端DVB接收系统

用户终端接收DVB-C数字电视节目可由带数字电视接收卡的PC计算机或带智能卡的DVB接收机顶盒和电视机来完成。

6.1  用户终端CA模块

用户终端DVB接收系统的CA模块负责接收并处理DVB前端发送来的ECM、EMM，通过标准的通讯接口与智能卡进行数据交互，获取解扰CW传给解扰器完成解扰工作，智能卡主要处理ECM和EMM，并存放PDK等授权信息。

6.2  用户终端EPG子系统

用户终端EPG子系统负责SI数据的接收和解析、SI数据库的建立、EPG界面的显示等。解码器从接收的TS传输流中解析出SI数据，并在本地建立SI数据库，用户通过EPG界面与本地SI数据库进行交互。为了方便用户的随机接入，SI数据是重复发送的，用户终端不停地接收、解析来自DVB前端的SI数据，若DVB前端的SI数据改变，本地SI数据库就进行刷新，否则重复接收的SI数据就被丢弃。EPG应用程序运行于STB中，上层的EPG的API屏蔽了下层的软硬件，编写EPG应用程序时可以不考虑底层的具体实现，只需要调用相应的API函数。下层的DVB-SI的API也起同样的作用，下层的解复用模块从TS传输流中解出DVB-SI数据，再由SI数据解析模块生成SI数据存于本地SI数据库中，由DVB-SI的 API提供的接口向上层提供服务。用户所看到的画面是电视节目图像和EPG界面的叠加，画面从前到后分为三层，依次为图形层、视频层和背景层，图形层是在图像上叠加文字显示，EPG画面在图形层上构建，由许多EPG图形元素（如文本框、选择按钮等）叠加而成，视频层为当前正在收看的电视节目图像，背景层为EPG应用程序菜单的背景图像。用户从机顶盒的EPG界面中，可以按照分类、编号或名称浏览所有数字电视频道，查看每个频道的节目预告，可以根据自己的喜好，浏览某一类频道或某一类节目。可以显示所有当前正在播出的节目的名称、类型、开始与结束时间和内容介绍，可以选定正在播出的节目并直接进入收看状态，在收看节目的同时，可以随时查阅本频道及本节目的EPG信息。还可以查阅若干个月内的节目预告，并预订若干个将要播出的节目。

6.3   DVB接收卡

用户终端可通过计算机及其DVB接收卡（PC-DTV）接收DVB前端发送的数据流，获得各类高级通信和信息服务，如Internet 信息浏览、DVB-C广播、数字音频广播、IP数据广播、VOD、实时股市行情、电子商务、网络游戏、远程教育等服务。

6.4   DVB接收机顶盒

用户终端也可采用DVB接收机顶盒（STB），它能使电视机从被动接收模拟电视转为交互式接收数字电视和数据广播。STB的软硬件平台分为硬件、底层软件、中间件（Middleware）和应用软件4层。底层软件提供各种硬件驱动程序以及实时操作系统（RTOS），中间件使应用软件不依赖于具体的硬件平台。STB的最基本功能是接收数字电视节目，其中调谐模块接收射频信号并变换为中频信号，然后进行A/D变换为数字信号，再送入QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG-2传输流数据，送给解复用模块，解复用模块从MPEG-2MPTS传输流数据中抽出一个节目的PES数据流，包括视频PES、音频PES和辅助数据PES，解复用模块中包含一个解扰引擎，可在TS传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，解复用模块输出的是已解扰的PES。视频PES送入视频解码模块，取出MPEG-2视频数据并对MPEG-2视频数据进行解码后送到模拟PAL/NTSC编码器，编码成模拟视频信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块，取出MPEG-2音频数据并对MPEG-2音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出模拟音频信号，经音频输出电路输出。

6.5  综合解码接收机

综合解码接收机(IRD)也是数字电视的接收设备，可接收DVB-S系统、DVB-T系统和DVB-C系统的数字电视信号，经过信道解码、信源解码将传送的数据流转换到压缩前的形式，再经D/A和视频编码送往普通电视接收机。IRD对含多组视频PES、音频PES和辅助数据PES的MPEG-2MPTS传输流数据进行解码，IRD主要包括解调器、解扰器、解复用器和智能卡CA模块等，根据发送端提供的服务，IRD能实现CA、VOD（视频点播）、数据浏览等功能。IRD可分为卫星IRD、有线IRD和地面广播IRD。IRD还可分为家用和商用两种，前者适用于家庭接收数字电视。后者适用于DVB-C系统的DVB前端接收数字电视，有传输流（TS）数据输出端口供连接到再复用器供调制和传输。

7  结束语

随着广播电视的采编、制作到播出、传输、发射等各个环节全面数字化进程的不断加速，一个全新的多媒体信息化时代即将到来，作为地市级广播电视传输媒体，为适应广电行业产业化和市场化发展的需要，我们必须重视广电宽带传输网络双向化和数字化技术的研究，充分利用广电宽带传输网络的基础设施和频率资源，在经营传统的模拟电视广播业务的同时，尽快设计和构建有线数字电视广播系统，尽快开办有线数字电视广播业务，并同步建立起适合有线数字电视广播系统的经营管理模式，以抢占多媒体信息化业务的市场商机，尽快做大、做宽、做强地市级广电产业。