有线数字视频广播（DVB-C）系统综述

 
许波 南京宽频科技
　　[提要]本文系统、全面地阐述了有线数字视频广播系统所涉及的技术，以及DVB-C系统的构成，并针对DVB-C终端接收设备——机顶盒，在工作原理、模块构成和要害技术方面做了较为具体的介绍 。

　　随着世界经济技术的发展，宽带已成为当今社会最令商人兴奋的话题。电子商务、视频点播、网上购物、远程教育等一些在早几年对我们而言还十分生疏的词汇，如今己经家喻户晓、耳熟能详了。因为宽带的概念是伴随着互联网的普及出现的，所以人们总是不由自主地将两者关联起来，于是电信网络理所当然地成为了宽带服务的主要载体。从拨号上网到ISDN、DDN、ADSL，再到现在的光纤直通，电信网络的宽带改造如火如荼地进行着。与此同时，人们不由自主地将目光投向了有线电视网，实际上这一现成的宽带网早已铺进了千家万户，通过它可以做的事情太多了，而我们却一直只是在用它传输模拟信号，数字化应用的开发几近于空白。

　　1 有线数字视频广播系统的发展现状和前景分析

　　数字视频广播的概念是在20世纪80年代由欧洲率先提出的。之后，欧美国家的企业和研发机构用了近8年的时间，完成了数字视频广播技术的研发以及标准的制订，并先后于1998年11月和1999年春天分别开播了数字电视。据悉，美国已经公布在2006年淘汰模拟电视，欧洲也表示要在2010年实现数字电视的全面普及。

　　由于我国目前没有发展卫星电视广播的个体接收，人们收看电视主要是通过地面无线广播和有线电视广播两种方式。在用户群方面，接收地面电视广播的用户，大部分分布在农村，这部分电视观众已购置的模拟电视机，要全部增加数字视频广播终端设备变为数字电视接收机还有一个过程，而8000万户有线电视用户大部分为城市人口，对数字视频广播的需求较强。在节目源方面，有线数字视频广播除少量自办节目外，大多数为中心电视台和各省（市）电视台的卫星数字电视信号，这是一种采用MPEG—2压缩编码技术的标准清楚度的数字电视信号，假如有线电视台将前端设备稍加改造，便可将这种数字电视信号直接传送给用户。在市场方面，国际有线数字视频广播标准基本统一在DVB—C标准之下，发展有线数字视频广播系统的不确定性要小很多，市场风险也小。在技术方面，有线数字视频广播系统对网络的抗干扰能力、频谱利用率等的要求较低，技术难度和设备的复杂性也相对较低。在系统投资方面，在已经建成的有线电视网上播出数字节目增加的系统设备投资要少于同样的地面广播。因此，我国视频广播的数字化将从有线数字视频广播开始。

　　据不完全统计，截至2000年底，全国电视机拥有量为3.26亿台，电视人口覆盖率90％以上。有线电视用户已超过1亿，并以每年500万户左右的速度增长。有线数字视频广播技术的引入，可以为有线电视用户提供上百套的数字电视节目和新型的宽带多媒体业务，扩大了有线电视网的服务空间，充分挖掘其双向传输能力，真正实现宽带高速接入，孕育着巨大的市场发展空间。假如按现有3.26亿台电视机为基数计算，每年以5％的数量进行数字化更新，则每年需求有线数字视频广播终端接收机600万台，有线数字视频广播还将推动DVD的发展和以数字技术为核心的信息家电的迅速发展，有线数字视频广播已经成为我国二十一世纪开端的一个新的经济增长点。

　　2001年国家广电总局已颁布行业标准：《有线数字电视广播信道编码和调制规范》，该标准等同于DVB-C标准。行标的制订有利于我国有线数字电视的推进。

　　2　DVB标准数字视频广播技术

　　DVB标准提供了一套完整的、适用于不同媒介的数字电视广播系统规范。DVB选定ISO／IEC MPEG—2标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一，随后对MPEG—2码流进行打包形成传输流（TS），进行多个传输流复用，最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输。

　　2.1　DVB标准的核心

　　系统采用MPEG压缩的音频、视频及数据格式作为数据源。

　　系统采用公共MPEG—2传输流（TS）复用方式。

　　系统采用公共的用于描述广播节目的系统业务信息用（SI）。

　　系统的第一级信道编码采用 R-S前向纠错编码保护。

　　调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定。

　　使用通用的加扰方式以及有条件接收界面。

　　2.2　DVB音频特点

　　DVB系统的音频编码使用 MPEG—1 Layer Ⅱ（第二层）音频编码，也称做MUSICAM。音频的 MPEG—1 Layer Ⅱ编码压缩系统利用了声音的低声音频谱掩蔽效应，这一人体生理学效应答应我们对于人耳不太敏感的频率进行低码率编码，这一技术的采用可以大大地降低音频编码速率。MPEG—1 LayerⅡ音频编码可用于单音、立体声、环绕声和多路多语言声音的编码。

　　2.3　DVB视频特点

　　对于视频，国际上采用标准的MPEG—2压缩编码，MPEG—2视频编码系统由一个大家族构成，每一个系统之间都有兼容性和共同性，根据图像清楚度的不同，它分成四种信源格式或称“级”（LEVEL），从录像带（VCR）的低图像清楚度，到高清楚度电视。除了根据图像清楚度定义的“级”以外，DVB视频标准还定义了“类”（PROFILE）的概念，每一个不同的“类”（PROFILE）能够提供构成编码系统的压缩工具和压缩算法。

　　（1）“类”（PROFILE）

　　目前在MPEG—2系统中存在5个“类”（PROFILE）。

　　“类”的最初级叫做简单类（SIMPLE PROFILE）、随后是主类（MAIN PROFILE）、信噪比可分级类（SNRSCALABLE PROFILE）、及空间频谱可分级类（SPACIALL SCALABLE PROFILE）。最后为高级“类”（HIGH PROFILE）。

　　在“类”中存在两种图像取样方式，即：4：2：2和4：2：0格式。


　　（2）“级”（LEVEL）

　　根据图像节目源清楚度由低到高的不同，DVB MPEG—2标准分成4个“级”。最低为低级（LOW LEVEL），随后是主级（MAIN LEVEL）、1440高级（HIGH—1440 LEVEL）和高级（HIGH LEVEU，则采用了更高的每行1920的取样方法。

　　目前在世界上最常用的MPEG—2标准是MP＠ML，即；MAIN PROFILE＠ MAIN LEVEL（主类／主级），它是第一代数宇有线电视和数字卫星电视的基础，节目提供者可以提供625线质量的节目，图像的长宽比可以是4：3或16：9，至于码流率，它是由节目提供者根据节目质量来选定的，图像质量越高，所需码流率越高，反之则越低。

　　2.4　MPEG—2码流复用及业务信息

　　音视频及数字信号首先经过MPEG—2编码器进行数据压缩，通过节目复用器形成基本码流（ES），基本码流经过打包后形成有包头的基本码流（PES）。代表不同音频、视频信号的PES流被送入传输复用器进行系统复用，复用后的码流叫做传输流（TS），传输流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。为了便于理解DVB传输系统的服务信息，我们对传输码流的结构进行粗略的介绍，每个传输码流数据包的长度定义为188个字节长，如图1所示。



图1 传输码流结构图

　　每个传输流数据包的前4个字节为包头（Header），包头后面就是需要传送的有用信息，包括音频、视频或数据信息，通常是184个字节长度，有时在有用信息（Usefull Data）中插入一段适配区域（Adaptation Field），用于补充长度不完整的传输流，放置解码时钟（PCR）。传输流的包头是识别传输流的要害，大小为32位，其结构及含义如图2所示。



图2 包头各位的结构及含义

　　在包头的32位数据中，长度为13位的PID码非凡重要，它是辨别码流信息性质的要害，是节目信息的“身份证”，不同的电视节目和业务信息（SI）对应有不同的PID码。对于一台解码接收机而言，为了找到它所要接收的电视节目，它首先会通过PID码找到业务信息（SI）所对应的不同表格（Table），然后通过这些业务信息表格查到所要接收节目的PID码和对应的时钟PCR，将节目进行还原。

　　除PSI（Program Specific Information，节目说明信息）外，业务信息（SI）主要包含：

　　BAT：Bouquet Association Table，节目业务群关联表

　　NIT：Network Informatio Table，网络信息表

　　SDT：Service Description Table，节目业务描述表

　　EIT：Event Information Table，节目段信息表

　　RST：Running Status Table，运行状态表

　　TDT：Time and Date Table，时间及日期表

　　TOT；Time Offset Table，时间偏移表

　　ST；Stuffing Table，填充表

　　PAT：Program Allocation Table，节目关联表

　　CAT：Conditional access Table，有条件接收表

　　PMT：Program Map Table，节目映射表