广电数字电视网终端单向机顶盒双向改造方案

2011年第3期
0引言
当前国家正在加快推进电信网、广播电视网和互联网的三网融合。

传统的电视广播方式已经不能满足人民文化娱乐生活需要。

为了发展电视的增值业务，提高市场占有率，国家广播电影电视总局（以下简称广电）正在积极进行数字电视双向网络改造。

早期数字电视网络改造时，在数字电视网络终端主要是通过赠送机顶盒的方式实现的。

这种机顶盒绝大多数仅能实现单向传输，无法满足当前数字互动电视的发展，因此实现数字电视网络双向改造是当务之急，也是必由之路［1］。

针对当前广电机顶盒的现状本文提出了两种改造方案，一种是对有条件改造的机顶盒进行双向改造，另一种是对不满足改造条件的机顶盒直接用双模机顶盒更换。

1改造现有满足条件的机顶盒
单向机顶盒是指电视用户仅能接收电视节目，而不能自主选择电视节目的机顶盒。

这种机顶盒没有互动功能，也就是不能为用户提供点播功能，因此极大地影响了用户收看数字电视的积极性。

针对这种困境，广电对有条件改造的机顶盒进行了双向改造，其双向改造主要以回传的方式来实现。

当前实现机顶盒回传的方式主要有以下几种：通过PSTN（公共交换电话网络）的电话方式来回传，通过基于cable modem的光纤同轴电缆网络回传及基于以太网方式回传［2］。

由于当初机顶盒供应商已考虑未来的改造并为其预留有相应的资源接口，因此现在实际改造中应用最多的是基于以太网回传的方式，其改造方案如图1所示。

该方案是在原来机顶盒主板上加装一块IP网卡，这样单向机顶盒就被扩展成了既能接收数字视频广播节目，又能提供IPTV（交互式网络电视）点播上网等服务。

采用此方案改造后，上行信号必须通过网卡发送。

所以机顶盒必须加装网卡及网卡输出接口RJ-45，同时主板也需进行相应的修改。

该方案的优点是信号上行方案技术成熟，技术难度小；上行带宽可达10M，用户比较满意。

2通过双模机顶盒来置换
对一些不满足条件的单向机顶盒可以直接用双模机顶盒来置换，改造方式快，便于以后电视网络升级。

2.1双模机顶盒的概念
双模数字电视机顶盒是指在一个机顶盒嵌入式系统中同时具有Cable Modem和IP功能。

双模机顶盒融合了网络技术，拓展了电视机的原有的功能，把计算机技术和电视技术结合了起来［3］，让用户在一个平台上真正享受到交互式娱乐和信息服务。

2.2双模机顶盒的硬件构成
双模机顶盒主要有高频头、主芯片、内存、智能卡读卡器及音视频解码器和回传通道等几部分组成。

其结构图2所示。

广电数字电视网终端单向机顶盒双向改造方案
李龙兴
（兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃省兰州市730070）
摘要国家广播电影电视总局当前正积极推进数字电视网络从前端到终端的双向改造。

针对广电数字电视网终端单向机顶盒，文章提出了两种改造方案。

一种方案是对目前具备双向改造条件的单向机顶盒通过增加一块IP网卡来改造；另一种方案是对不满足双向改造条件的单向机顶盒通过采用双模机顶盒来置换。

关键词双向机顶盒；数字电视网改造；数字互动电视；以太网技术
图1利用以太网技术方案改造单向机顶盒
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高频头是将调谐器、解调器和信道解码器等集成在一起，并用金属屏蔽起来，形成独立的通用器件。

调谐器由前置放大器、变频器、锁相环（PPL）、带通滤波器、中频放大器、自增益控制电路和移相器等组成。

前置放大器用来接收高频数字电视信号，进行低噪声前置放大和滤波，然后送入变频器再进入锁相环产生中频信号。

中频放大器采用带宽放大方式，用于放大中频信号的幅度使之达到D/A（数/模）转换所需的信号电平。

为了取出有用的信号，去除临近频道及其他干扰信号，在中频放大器前加入了带通滤波器，用于消除邻近干扰，抑制镜像噪声，提高载噪比。

为了使D/A转换所要求的输入信号的幅度基本稳定，在中频放大器中加入了自增益控制（AGC）电路。

调谐器输出端有一个移相器，用来使中频信号产生90o相移，并与未相移的中频信号同时输出。

这两路信号同时送到双D/A转换器进行转换并进行重组，然后将转换好的两组数字信号送入解调器进行解调，最后进入信道解码器进行解交织和R-S码（里德-索罗门码）解码，还原成最初的信号。

FSK（频移键控）调制器即频移键控数据调制器，主要用来将要传输的数据信号转换成射频载波以便能在电视网上传输。

FSK调制器传输原理与普通的Modem相同，都是将数据调制后在同轴电缆的一个频率范围内传输，接收时要用FSK解调器进行解调。

FSK调制器的输出频率可以根据不同的网络系统设定为不同的值，其载波频率可在一定范围内进行调节。

主芯片集成了CPU和图形管理器，可以运行各种软件完成各种功能，如解复用、解压缩、解扰、解码及网页浏览等功能。

内存主要分为Flash、SDRAM和EEPROM。

Flash用来存储机顶盒的系统软件、启动软件、应用程序及一些用户信息。

Flash在系统掉电时仍能保留内容。

SDROM常称为执行内存，主要用来存储程序运行时产生的一些中间数据。

EEPROM存储器主要用来读取一些数据量小而需经常读写的数据。

智能卡读卡器和智能卡是数字互动电视条件接收的具体体现形式。

所谓的条件接收是一种加密认证系统，电视运营商为了开展增值业务、增加收入、实现良性循环，而对部分节目进行加密处理，电视用户通过付费才能收看加密节目。

现在机卡多采用分离方式，这也是未来数字电视节目条件接收主要方式。

这里的“机”指机顶盒或者数字电视接收机，“卡”指能够对加密的电视节目进行解密处理功能的装置。

机卡分离的目的是把具有加密数字电视信号的功能和解加密电视信号的功能相互独立，通过两个物理上分离的设备分别实现两种不同的功能，其之间的关系如图3所示。

智能卡是一种内嵌有微处理器、存储器的高保密性的可编程器件。

一般智能卡内具有嵌入式卡操作系统，用于进行卡内程序、数据管理和安全保护机制。

智能卡与外部的通信通过异步总线连接，传输的数据须经卡内系统鉴定核实后才能送到专门的解密器件，卡内存储器不能直接从外部访问，可以防止外界非法攻击。

在智能卡的背面有卡的唯一编号，这是付费和授权的依据。

智能卡读卡器是通过读取CA 智能卡中的数据来对付费电视节目进行解扰，从而实现用户对加密电视节目的正常接收，该功能是双
图2双向机顶盒的硬件构成
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模机顶盒不可或缺的部分。

2.3双模机顶盒的软件结构
双模机顶盒中的软件从横向可以分成3个主要的层：应用层、中间层及驱动层，纵向可以分为DVB 系统和IPTV系统［4］。

其结构如图4所示。

1）应用层
双模机顶盒软件系统中最上层的应用程序可分为IP和DVB两部分。

IP部分的应用程序是指基于中间件的HTML引擎、Java虚拟机等，提供给用户各种可下载的应用服务，如互动游戏、信息浏览等；DVB部分的应用程序主要是处理各种DVB-C的业务信息，向用户提供节目指南（EPG），用户浏览这些信息并可选择自己喜欢的节目。

另外基于条件接收系统，这部分还可以实现电子邮件、短消息等功能。

2）中间层
中间层简称中间件，是双模机顶盒软件系统中非常重要的一部分，它为各种应用提供运行环境和软件接口。

中间件作为机顶盒中的一个独立的软件层，将应用软件与底层硬件和操作系统隔离开，对操作系统和驱动程序定义了统一的接口，同时对应用程序也定义了统一接口。

中间件当中的Java虚拟机、HTML引擎一般属于IP系统，他们为双模机顶盒实现各种基于IP网络的应用程序提供了运行环境。

而数据广播引擎主要为DVB系统的数据广播业务提供服务。

3）驱动层
在双模机顶盒的驱动层中，操作系统内核、硬件驱动、图形接口和音视频解码为IP部分和DVB共享。

操作系统一般采用实时操作，主要完成进程调度、中断管理、内存分配、进程间通信等工作；硬件驱动提供外围硬件设备的驱动；图形接口主要用于完成图形显示功能，给应用程序提供各种图形函数，以便机顶盒为用户提供友好的用户界面；音视频解码能适用各种格式的音视频解码如MPEG-2、MPEG-4、H.264等视频格式，支持各种音频格式。

驱动层当中的网络协议栈是IP系统的底层驱动，需要完成相关网络协议的功能和支持；条件接收模块以及解复用和数据表提取模块属于DVB系统，前者用于完成条件接收处理的工作和软件接口，后者主要完成对码流解复用和数据表提取操作的控制。

3结束语
目前广电数字电视网双向改造正在大规模进行，如何充分利用广电以前的网络资源，减少网络双向改造投资是广电运营商最关心的问题。

最好的技术不一定是当前最适合的技术，因此本文提出的数字电视终端网络双向改造方案能较好地解决该问题，适合当前广电数字电视网络双向改造的现状。

参考文献
1马成彬，陈晓东.单向低成本机顶盒实现双向应用的方法探讨［J］.中国数字电视，2008，（3）：102-105.
2王进华，杨超华，王斌.CATV双模机顶盒的研究与设计［J］.广播与电视技术，2007，34（4）：119-121.
3刘心松，汪权峰.交互式综合型机顶盒研究与分析（J）.
小型微型计算机系统，2000（10）：1069-1072.
4刘修文，袁士刚.数字电视技术实训教程［M］.北京：机械工业出版社，2008.
李龙兴（1980—），男，硕士研究生，主要研究方向为数字电视网络传输。

收稿日期：2010-12-03
图3机卡分离关系图图4双模机顶盒软件结构图。