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卫星电视前端系统设备的构成

来源:重庆千羽科技发展有限公司    作者:刘洋    发布时间:2013-07-19    浏览量:

  卫星数字电视的前端比模拟电视前端所包含的内容更加广泛,一般由卫星数字电视接收机、视频服务器、编解码器、复用器、QAM调制器、各种管理服务器以及网络控制设备等组成。数字电视前端系统一般可分为四个主要部分,即信号输入部分、信号处理部分、信号输出部分和系统管理部分,每一个部分都有其特定的功能,最终组成完整的数字电视前端。下图是有线数字电视前端组成框图。

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  1.信号输入部分
  
  有线数字电视前端的信号输入部分包括:接收本地播出的数字电视信号、模拟和数字卫星电视信号、演播室送来的自办节目信号、Internet数据流、SDH网络的数字电视信号等。

  DVB/MPEG-2卫星数字电视接收机(解码器)负责对DVB-S卫星数字视频广播节目进行QPSK(四相相移键控信号)解调(即:从已调波中取出音频调制信号的过程),输出标准的数字电视节目传输流TS。而TS码流输入器则负责接收、选出上级广电SDH(同步数字传输体系)光纤传输网的多节目传输流(MPTS)中相应节目,并与其他TS流复用成一路MPTS。

  DVB/MPEG-2实时编码器负责对模拟视音频信号源进行数字化采集和MPEG-2压缩编码,输出符合DVB标准的MPEG-2数字视/音频基本流(ES),再进行视频实时数字预处理、时基校正、打包等处理,打包后的视/音频ES流称为视/音频PES流,然后将视/音频PES流复用为单节目传输流(SPIS),再将其送至DVB/MPEG-2传输流复用器。

  MPEG-2编码器由视/音频接口、视/音频压缩编码和复用三个模块组成。视/音频接口模块是将模拟视/音频输入信号转换为数字格式输入至编码模块,视频接口支持模拟复合信号、S-Video模拟信号、YCbCr模拟色差分量信号和SDI串行数字分量信号,并支持PAL,NTSC和SECAM三大制式。音频接口支持一路模拟立体声或两路单声道模拟音频。

  视频编码采用广播级MPEG-2实时压缩编码,编码后的视频ES基本流送往视频打包器打包成视频PES流,然后送往节目复用器。音频编码由音频编码软件将音频接口输入的模拟音频信号按MPEG-2标准进行编码,得到的音频ES基本流送往音频打包器打包成音频PES流,打包后的音频PES流也送往节目复用器。节目复用器将视频PES流、音频PES流和辅助数据PES流复用成单节目传输流(SPIS)。

  视频服务器负责将接收或采集到的不同信息源、不同格式(文本、数据流、视/音频)的信息转换为符合DVB/MPEG-2标准的TS传输流数据,并采用大容量硬盘阵列存储和传输DVB/MPEG-2TS传输流数据。视频服务器还负责对采编节目素材数据库进行有效的管理,并由自动播控系统控制,实现多路节目的自动(或人工手动)播出。

  数字转换器用于将DVB-S卫星数字广播节目或DVB-CHFC网络数字信号进行直接转发,而不需对数字信号进行解压、编码等再处理。如对MPEG-2数字电视信号即可直接输出TS流,不需再压缩编码,对DVB数字广播等,也可直接输出数据流。

  数字转换器主要由5大模块组成:即调谐器将卫星数字信号或有线数字电视信号进行频率变换后,送数字解调器;数字解调器S进行QPSK解调或QAM(正交幅度调制)解调,输出均为数字信号;数据处理器对QPSK或QAM解调的数字信号进行处理,以便获得所需TS流;接口模块将TS流转换为DVB标准ASI和SPI接口信号;解码器将数字电视信号进行MPEG-2解码,再PAL编码,输出模拟A、V和S-video信号,供监视用。

  数字节目插入器(DPI)用于在输入数字卫星电视节目MCPC传输流或DVB ASI多节目传输流中,同时输入一路本地电视信号(PAL/NTSC)经MPEG-2压缩编码。本地电视信号也可以将MCPC的多套数字节目中的一套取代,从而实现本地节目的插入。

  2.信号处理部分
  
  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,它是数字前端的核心。

  在这部分主要完成的是对所有节目进行解扰、截取、复用等处理。业务信息随时更新,以保证正确地引导机顶盒的正常工作,并且所有的应用数据均能正确地插入。在模拟前端中,若要增加一套节目,只需简单地将一台接收机与一个调制器相连接就可以了:在数字前端中,增加一套节目是以虚拟方式进行的,该节目是被加到某个复用器中。至于在整个通路中的什么地方加入的并不重要,机顶盒会自动地用每个传输流的业务信息找到它。另外,信号处理部分的管理,必须采用集成的管理系统,在所有的前端处理部分,均以异步串行接口(ASI)作为标准接口,这样以后就能容易地增加任何厂商所提供的设备,具有良好的兼容性。

  传输流解扰器可以是基于嵌入的内置解扰,也可以是开放标准的,像DVB的公共界面或美国的OpenCable标准。在这两种标准中,那些与某种CA系统有关的特定因素都与机顶盒的合用部分无关,而是放在可插/取的PCMPIA卡上。这种TS解扰技术的最大优点是,能很容易改变CA系统,并不需要变换完全的解扰设备。如果将这种TS解扰器做成一个带有ASI输入、输出接口的小插件,可以方便地把它插到前端的任何接收设备中去。

  传输流复用器负责将来自视频服务器、DVB/MPEG--2实时编码器和DVB-S的多路DVB/MPEG-2SPTS复用为一路MPIS,也就是将多个SPTS复用为一个MPTS,以节省和优化带宽资源,提高信道容量,实现在一个8MHz模拟PAL电视频道上传输8套数字电视节目。DVB/MPEG-2传输流复用器的每路输入SPTS中除视频PES,音频PES外,还包括辅助数据PES,输出为MPTS,MPTS中包括多个节目源的不同信号,为了区分这些信号,在系统复用器上需要加入业务信息(SI),使接收端可以识别不同的节目。

  数字前端中的DVB/MPEG-2传输流复用器在接收多路SPTS并将其复用成一路MPTS的同时,还去除零或不需要的包,必要时重新变换包识别标志(PID),并抽取和处理所收到的节目说明信息(PSI)和业务信息(SI),将其和数字前端产生的本地此类数据传输流集成起来后,送到条件接收(CA)系统进行加扰处理,CA系统将已加扰的数字电视信号输出到QAM调制器。复接器主要由3大模块组成:输入数据处理将4、6、8路ASI输入信号进行处理送至FIFO;CPU及逻辑控制中央处理器将各路数字信号复接成一路高速数据流,逻辑控制发出多个控制信号,协调控制各模块的逻辑关系及时序。

  本模块同时完成通信、键盘控制、显示等功能;输出模块ASI输出接口送出DVB标准多节目TS流。

  业务信息表与节目说明信息表对机顶盒正常工作是很关键的,那些仅与它们所在的传输流有关的表称为“现行表”,复用器重建传输流时对“现行表”进行实时处理,而那些在同一网络中有关其他传输流信息的表,则必须由其他设备处理,同时这些设备应能与系统中所有的复用器进行通信。只有这样,所有的表才能在所有的传输流中保持一致。

  另外,电子节目指南(EPG)发生器也很重要,用该发生器可以建立与排序那些EPG所需数据的表。它对机顶盒的使用是必不可少的。

  3.信号输出部分
  
  信号输出部分将已经处理的信息,利用调制器,把它变成传输网络所需的信号格式,因而调制器是前端系统的重要组成部分。在有线电视网一般采用64QAM调制器。QAM调制器负责对经过DVB/MPEG-2压缩编码、信道编码、复用、加扰等处理后的数字电视信号进行64QAM调制,以便在广电宽带传输网络中进行传输。

  64QAM调制器接收多节目数据传输流(MPTS),对其进行帧交织、RS编码和64QAM调制,输出中频调制信号到上变频器,变换为射频信号,与传统模拟电视射频信号以及扩展业务信号的射频信号一起送入混合器。

  QAM调制器可用模拟方案或数字滤波器法两种方案实现。数字滤波器是实现数字滤波的核心器件。数字滤波,包括自适应数字滤波,是数字电视系统中最基本的数字信号处理方式之一。通过对离散信号的滤波,除去信号噪声:提取信息、改变离散信号的取样率并采取某种形式或关系来修改输入信息。

  Barco公司的QAM调制器属于数字方案,赫斯曼公司的OAM调制器属于模拟方案。

  数字方案有下述优点:完美的正交调制;没有幅度不平衡:载波完全抑制:无非线性失真等。

  国家广电总局2003年12月19日发布侑线数字电视广播OAM调制器技术要求和测量方法》(GY/T198-2003)一项广播电影电视行业标准。该标准自2004年2月1日起实施。

  数字电视前端的混合器负责对QAM调制器输出的DVB-C数字电视射频信号、扩展业务信号的射频信号和传统模拟电视射频信号进行混合(即进行频分复用),混合器输出的混合射频信号送入广电宽带传输网络进行传输。

  接口转换器完成HFC网络DVB接口和SDH网络E3/DS3接口的相互转换,以便使远程网络与本地网络互连互通。广泛运用于SDH/ATM、PDH、HFC数字微波MMDS、8 GHz系统连接。接口转换器主要由3大模块组成:①输入接口,接收DVBASI或SDHE3或DS3信号,完成信号输入处理;②数据处理,进行相关数据处理,完成协议转换:③输出接口,按要求输出接口信号。

  4、系统管理部分
  
  各种管理服务器主要完成一些用户信息管理和计费工作,以及影视材料的管理工作和安全保密等,控制网络部分主要完成各种服务器中的各种信息传递工作及后台的影视材料和数据的交换。在进入数字前端输出部分前的最后处理是“加扰授权”,而加扰器的工作是与CA系统密切相关的,加扰器应可支持现在市场上的主要CA系统并基于开放性标准的,传输流的输入与输出采用ASI口,它的设计是基于DVB的“同密”标准的。用“同密”标准,就可以在同一个传输流中,使用两种或两种以上不同的CA系统,这一特点能使系统管理很方便增加新的和停用旧的CA系统。在系统保持原有的功能下,可增加许多采用其他CA系统的新的机顶盒。