有线电视数字机顶盒的关键技术详
有线电视数字机顶盒的关键技术详
1．有线电视数字机顶盒的基本原理
有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，示意图如图1所示，调谐模块接收射频信号并下变频为中频信号，然后进行A/D转换变为数字信号，再送入QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG传输流串行或并行数据。

解复用模块接收MPEG传输流，从中抽出一个节目的PES数据，包括视频PES、音频PES以及数据PES。

解复用模块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，其输出是已解扰的PES。

视频PES 送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MEPG视频数据进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。

音频PES送入音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码
作系统，在美国应用较广。

另外，随着Linux的兴起，嵌入式的Linux已渐渐成熟。

它不仅为机顶盒厂商提供一种选择，而且由于Linux的开放性和先进的结构，会对现有的实时操作系统构成巨大的威胁。

3．中间件
中间件是一种将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机来构成，如HTML虚拟机、JavaScript 虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等等。

一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件
系统组成，可以将其分为4层，从底向上分别为：硬件、底层软件、中间件、应用软件。

硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统内核以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖于硬件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平台。

成熟的商用中间件产品有Opentv的EN2、Liberate的TVNavigatorforDTV、Enreach的EnreachTVforDTV、Canel+的Mediahighway 和Intellibyte的IBEPG、IBSIManager、IBBrowser等。

这些产品在市场上都占有一席之地，但彼此并不兼容。

目前，标准组织已经认识到这个事实，并且开始着手建立公开的中间件标准。

DVB提出了基于Java虚拟机的中间件标准DVB-MHP（多媒体家庭平台）；ATSC成立T3/S17技术专家小组委员会来为机顶盒定义软件环境，该软件环境称为DTV应用软件环境（DASE）。

ATVEF （先进电视发展论坛）也创建了一种称为AdvancedTelevisionEnhancementForumSpecifi cationforInteractiveTelevision的规范。

4．加解扰技术
加解扰技术用于对数字节目进行加密和解密。

目前，国际上有两种标准：OpenCable定义的POD和DVB定义的SimulCrypt和MultiCrypt标准。

OpenCable定义的POD是一个通过PCMCIA接口与机顶盒相连的模块，该
模块除了解扰功能外，还要完成与前端的交互功能。

DVB的MultiCrypt也是采用PCMCIA接口与机顶盒连接，但它只有解扰功能。

DVB的SimulCrypt则只需要机顶盒具有ISO7816的SmartCard接口既可，但需要机顶盒具有硬件解扰引擎。

下面简述DVB的有条件接入的基本原理。

有条件接入的基本原理如图4所示。

节目在播出前，要经过加扰处理，加扰过程是将复用后的传送流（TransportStream）与一个伪随机加扰序列做模2加，而这个伪随机序列的生成由控制字发生器提供的控制字（ControlWord，简称CW）确定。

有条件接入的核心实际上是控制字传输的控制。

在MPEG传输流中，与控制字传输相关的有两个数据流：授权控制信息（ECMs）和授权管理信息（EMMs）。

由业务密钥（SK）加密处理后的控制字在ECMs中传送，其中还包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。

对控制字加密的业务密钥在授权管理信息中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（PDK）的加密处理，EMMs中还包括地址、用户授权信息、如用户可以看的节目
或时间段、用户付的收视费等。

用户个人分配密钥（PDK）存放在用户的智能卡（SmartCard）中。

在用户端，机顶盒为了再生出解扰随机序列，必须获取相关的条件接收控制信息。

首先，机顶盒根据PMT和CAT表中CA_descriptor，获得EMM和ECM的PID值。

然后，从TS流中过滤出ECMs和EMMs，并送通过SmardCard接口送给SmartCard。

SmardCard 首先读取用户个人分配密钥（PDK），用PDK 对EMM解密，取出SK，然后利用SK对ECM 进行解密，取出CW，并将CW通过SmartCard 接口送给解扰引擎，解扰引擎利用CW就可以将将已加扰的传输流进行解扰
5．电缆调制解调器
到目前为止，各种研究机构对电缆调制解调器进行了广泛的研究，这些研究成果最终形成了几个国际性组织定义的标准：IEEE定义的IEEE802.14协议、DAVIC定义的DAVIC协议和MCNS定义的DOCSIS协议。

在这些协议中，MCNS标准的目的最为简单和明确，就是在有线网络上透明地传输IP数据包，因此该协议对IP的支持最好；DAVIC的目的主要是给用户提供交互式的数字视音频服务，同时也兼顾提供数据传输，该协议对数字视频的支持是最好的；IEEE802.14的目的是建立一个基于HFC的城域网，并使该网络能支持各种业务，包括固定比特率CBR、可变比特率VBR以及有效比特率ABR服务，该目的使得它对ATM 有很好的支持。

不同的目的使得各个标准间存在很大的差异，这些差异主要体现在各个标准定义的物理层、MAC层的帧格式和MAC协议。

IEEE802.14对ATM信元有很好地支持，并能通过ATM信元很好地支持OoS。

在传输ATM 信元方面，该协议与MCNS相比有较小的延迟和延迟抖动。

但在支持IP方面，由于必须通过AAL5来支持，因而在传输IP分组的吞吐量方面比MCNS标准低，这一点对DAVIC标准同样适用。

在MAC层，MCNS标准的上行信道访问方式和碰撞解析算法比IEEE802.14和DAVIC都简单，使得用户端设备比较简单，再加上对IP 有最好的支持，使MCNS标准在目前的市场上最为看好。

但也正是因为其简单，在采用MCNS 的CableModem进行话音和视频业务时还有一些缺陷，具体地说，在使用MCNS标准的CableModem支持IP电话和可视电话方面，还需要增加支持QoS的机制。

但随着DOCSIS1.1的发布，该标准已逐步完善起来。

在对数字视频业务的支持上，DAVIC由于对数字电视广播的兼容和具有带外信道的优势，在数字机顶盒的标准中有重要影响。

事实上，北美的OpenCable标准就是将MCNS与DAVIC 有机地结合的产物，而欧洲的EuroBox和EuroModem实际上就是采用DAVIC标准。

而最早开始制定的IEEE802.14协议，已渐渐地被市场抛弃。