DVB-C系统在数字电视中的应用

DVB-C系统在数字电视中的应用

数字电视广播(DVB)已经成为数字电视世界范围内的数据广播的同义词。近年来DVB业务已经广泛应用于我国各个省市的数字电视业务中。本文旨在描述DVB-C系统所包含的内容，并且介绍一些技术上的背景材料，这些技术能够使各县市级电视台的DVB-C系统应用成为可能。

1 DVB的起源

DVB是由DVB项目维护的一系列国际承认的数字电视公开标准。DVB项目是一个由300多个成员组成的工业组织，它是由欧洲电信标准化组织(ETSI)、欧洲电子标准化组织(CENELEC)和欧洲广播联盟(EBU)联合组成的联合专家组(JTC)发起的。他们的工作使DVB标准的发展和DVB业务的早期引入成为可能。整个行动既不由政治团体资助，也不受其控制，相反是自主发展目标、政策和规则，这些都是基于以下的认识之上：今天的广播和电子媒体环境需要以市场为导向来向新的技术发展。

2 DVB-C简介

DVB系统传输方式有如下几种：卫星(DVB-S及DVB-S2)、有线(DVB-C)、地面无线(DVB-T)、手持地面无线(DVB-H)。我们在此文中主要讨论有线(DVB-C)的传输方式对数字电视的影响，而DVB-C也是国内主要数字电视服务商及机顶盒厂商应用的主流，包括湛江市的数字电视系统。

DVB-C即数字电缆电视，也称有线数字电视广播，它和地面电视、卫星电视一样，都要对视音频进行编码和压缩。它较模拟电视的优点首先是数字传输抗干扰能力强，信噪比高，获得高质量的图像，再则由于采用数字压缩，对于一套电视节目来说，它占用的频带就较模拟电视窄的多。举例湛江数字电视，以往模拟电视的一个频道带宽，改造成DVB-C系统后，就可以传6-8套数字电视节目，整个传输网络可以达到200-300套节目，这是以往的数字电视所不能做到的。而且使用DVB-C的数字电视系统便于开展数据传输等增值业务，这是数字电视传输网络前途无量的希望所在。

3 数字电视DVB-C系统的组成

目前湛江市数字电视和国内主流的数字电视服务商一样，都是采用基于DVB-C技术的有线数字电视广播系统，此系统主要由DVB前端设备、CAS加

密体系、EPG系统、宽带传输网络、用户终端DVB接收系统五大部分组成。

3.1 DVB前端系统

DVB前端是DVB-C系统的信息交换中心，负责信号的接收、处理和控制，完成信号输入、信号处理、信号输出和条件接收、节目管理、用户管理、系统管理等功能。为提高DVB-C系统的安全可靠性，DVB前端中重要的设备可采用“用1备1”自动切换的热备份，一般的设备可用“用N 备1”自动切换备份。DVB前端主要有以下部分组成：信号源、视频服务器、自动播控系统、实时编码器、传输流复用器、EPG子系统、CA服务器、QAM调制器、混合器、系统监控管理软件。

3.2 CAS的多级分层密钥加密体系

条件接收系统CAS（Conditional Access System）技术在数字电视平台的应用扮演着很重要的角色。数字电视平台的CAS是实现广播运营者对广播接收者进行接入的控制，决定接收者是否拥有接收相关电视节目的权限。因此，CAS 技术是建立在商业目的上，既保证用户自由选择接收节目内容的需求，又保护了广播运营者的利益，即确保了授权者与被授权者的利益。

在DVB前端CAS将经节目级复用器复用后的节目内容DVB/MPEG-2视频、音频和辅助数据传输流（SPTS）与一个加扰伪随机序列做XOR运算，这个伪随机加扰序列的生成由控制字发生器提供的控制字（CW）确定。由业务密钥（SK）加密处理后的CW在授权控制信息（ECM）数据流中传送，由用户个人分配密钥（PDK）加密处理后的SK在授权管理信息（EMM）数据流中传送，而PDK存放在用户智能卡中。已加扰的DVB/MPEG-2视频、音频和辅助数据传输流（SPTS）与ECM和EMM数据流以及节目说明信息（PSI）和业务信息（SI）等数据流，经系统级复用器复用为MPTS传输流，从发送端经传输信道传送给接收端STB。对于已经缴费的用户，其智能卡就会被授权，STB从接收到的已加扰传输流中经系统级解复用器解复用出ECM和EMM数据流后送给智能卡，智能卡首先读取PDK，用PDK对EMM解密，取出SK，再用SK对ECM 解密，取出CW以生成解扰伪随机序列，由解扰器对已加扰传输流进行解扰后，再进行节目级解复用。CAS通过在DVB前端对节目进行加扰处理、对用户进行寻址控制、在用户终端进行可寻址解扰，确保已付费的授权用户能收视节目，未授权用户则无法收视。

加密算法和加密体系是确保CAS安全有效工作的关键，可通过更换加密算法、提高加密算法强度和密钥长度、或者密钥的多级分层来保证CW和CAS的

安全。以四层加密体系（CW、SK、PDK、智能卡）为例，CW用于加扰节目内容，SK用于加密CW并通过ECM传送给用户终端，PDK 用于加密SK并通过EMM传送给用户终端，而PDK也以加密形式存储在智能卡中。在用户终端，已授权用户用智能卡按照相反的次序依此解出PDK、SK、CW，最终完成对节目内容的解扰。

鉴于CAS的重要性和安全性，国内多数数字电视服务商采用招标形式向市场上订购，而且采用2-3家CAS厂家同时运作的模式。比如湛江数字电视目前就是采用3家CA厂商同密运作，目的就是为了防止个别厂家垄断加密算法，促进市场竞争和技术竞争。

3.3 EPG系统

电子节目指南（EPG）系统给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式，用户还可以通过该功能收看一个或多个频道，甚至所有频道近期将播放的节目。同时，EPG可提供分类功能，可以帮助用户浏览和选择各种类型的节目。所以电子节目指南对业务提供商也有很重要的意义。

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。

3.4 宽带传输网络

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，我国广电四级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。目前湛江数字电视分布式HFC接入网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。

3.5 用户终端DVB接收系统

用户终端接收DVB-C数字电视节目由带智能卡的DVB接收机顶盒和电视机来完成。DVB接收机顶盒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。DVB接收机顶盒的软硬件平台分为硬件、底层软件、中间件和应用软件4层。底层软件提供各种硬件驱动程序以及实时操作系统，中间件使应用软件不依赖于具体的硬件平台。DVB接收机顶盒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。