有线电视中数字电视前端设计

有线电视中数字电视前端设计
在有线电视中，技术上先进的数字电视系统必然会取代模拟电视系统。

模拟电视传输质量不容易保证，频道数有限，难以提供高速信息服务，特别是很难提供大范围的条件接收和用户管理功能。

采用数字方式，则可以有效地克服这些缺点。

数字电视系统的优点在于：
（1）大大提高现有电视节目的音像质量。

数字电视采用数字传输和误码保护技术，在加工制作、复制、存储和传输交换过程中受噪波和失真的叠加影响少，接收端的信号质量可与发送端的原始信号质量相比拟。

（2）传输的节目多。

数字电视采用先进的图像压缩编码技术，每套节目占用的频带窄，可以充分利用频谱资源。

例如在有线电视中，传输1套模拟电视的8 MHz频道可以传输4~8套具有标准清晰度的数字电视（SDTV）节目。

（3）容易开展各种综合业务和交互式业务。

电视系统全面数字化加强了广播电视、通信与计算机业务的一体化，原本是完全不同媒体的广播、电视、通信和计算机在全部数字化后，图像、声音、图文、数据等都以数字方式按一定规则被复接成数据流进行传送，可实现视频点播（VOD，NVOD）、高速上网、电视购物、电子游戏等增值服务。

（4）容易加密/加扰，开展信息安全/收费业务。

条件接收系统（CA）是数字电视收费的技术保障系统。

条件接收的基本目的是在电视系统中对用户进行授权控制及授权管理，从而实现收费系统的有偿服务。

由于数字信号的易操作性，在前端对信号加密和加扰都比较容易实现。

数字传输收费系统保密性高，信号质
量好，操作方便。

以上这些优点使得发展数字电视的意义已远远超出了数字电视本身。

但数字电视是一个复杂的系统工程，在加快发展我国数字电视的同时，鉴于数字电视产业发展的自身规律和我国的特定国情，必须分阶段、分层次循序渐进地推进，逐步从模拟系统向数字系统过渡。

前端系统是有线电视网络的信息源、交换中心，是整个有线电视系统的核心。

数字电视前端包含的内容更加广泛，是电视数字化的重要环节之一。

数字电视前端包括许多关键性的数字设备和技术，如MPEG- 2压缩编码器、数字多路复用器、数字调制器等。

数字电视集成了许多领域的新技术，如数字视频/音频技术、通信技术、条件接收技术、网络技术及微电子技术等。

因此，数字电视前端的管理模式比模拟前端复杂，在进行数字电视前端设计之前，必须了解和掌握它的组成及设备功能。

2 有线电视中数字电视前端的组成
数字电视前端不同于传统的模拟电视前端，对应于一个频点（即8 MHz模拟电视频道）的数字电视前端组成如图1所示。

(1)信号源
我国从1996年开始通过卫星传输数字电视信号，目前，中央电视台的12
套节目和全国省市区电视台30几套节目都使用DVB-S数字电视技术标准。

利用卫星的一个转发器传送多套数字压缩电视信号有SCPC（Single Channel Per Carrier，即单路单载波）方式和MCPC（Multiple Channel Per Carrier，即多路单载波）方式。

SCPC方式的每个载波只传输1套广播电视信号，这样一个转发器内同时存在多个载波，其特点是各套节目可在不同地点上星。

MCPC方式的每个载波可同时
号进行调制，输出中频信号，使其具有很高的抗干扰能力，便于在有线电视模拟网中传输。

(5)上变频器
上变频器主要是将调制器输出的数字中频（IF）信号变为射频（RF）信号后输出。

上变频器在有些设备中是与调制器综合在一起的。

(6) MPEG-2数字编码器
MPEG-2编码器就是将模拟音视频信号（A/V）按照MPEG-2标准进行压缩编码，然后转换成数字传输流的一种设备。

模拟电视节目可用MPEG-2编码器压缩为2~15 Mbps，一般采用6 Mbps可获得较好的效果。

编码器具有视频实时数字预处理、时基校正等功能，对各种类型和不同图像质量的PAL/NTSC模拟电视信号按MPEG-2 的标准进行数字化编码，产生标准的数字电视节目传输流。

3 有线电视中数字电视前端的设计
有线电视中数字电视前端与模拟电视前端的设计有着很大的不同。

在模拟电视前端中，8 MHz带宽只能传送1套电视节目，只需将1台卫星接收机与1个调制器相连接就可以了。

在数字电视前端中， 8 MHz带宽可以传送4~8套数字电视节目，传送节目的套数与哪些条件、设备有关，是设计中必须考虑的因素。

（1）与信道编码和QAM调制器有关
在有线网络传输中，一个8 MHz模拟电视频道最多可传输6.9 Msps的数字调制信号，即8/（1+0.15）=6.9 Msps。

采用64 QAM调制方式，前向纠错FEC为RS（204，188），最多可传输有效数字信号6.9×6×188/204＝38.1 Mbps。

如采用256 QAM调制方式，最多可传输有效数字信号为6.9×8×188/204＝50.8 Mbps。

虽然传输有效数字信号增多，但抗干扰能力下降，所以目前普遍采用64 QAM调制
器，即对应于一个8 MHz模拟电视频道，调制器的输入码率惟38.1 Mbps。

（2）与节目信号的传送方式和有效传输码率有关
在卫星信道传输中，我国上星的DVB-S节目多数为SCPC方式，符号率为4.42 Msps，采用RS（204，188）编码、3/4卷积码、QPSK调制方式，1套节目的有效传输码率为4.42×2×3/4×188/204＝6.11 Mbps，复用器可传送6套节目，即6.11×6＝36.66 Mbps，距最多传输码率38.1 Mbps还有裕量，复用器会自动以填空包加以补足。

如传输码率超过38.1 Mbps，设有7套节目信号，第7套将不予传送。

因此，一个频点只能传送1套模拟电视信号，但能传送6套4.42 Msps数字电视信号。

由此可见，传送全国30几套省市区的数字电视节目，也只占用6个8 MHz 的模拟电视频道。

对采用MCPC方式传输的信号，如中央电视台8套节目，符号率为41.53 Msps，传输码率是57.4 Mbps，超过38.1 Mbps，复用器就选择其中的几路信号传送。

有线电视中数字电视前端设计与模拟电视前端设计的另一个不同是数字电视前端中需要卫星接收机的台数与接收节目信号的传送方式有关。

SCPC方式接收1套节目需要1台数字卫星接收机，而MCPC方式1台数字卫星接收机就可接收多套数字电视节目，因此在设计时要根据接收电视节目的套数确定所需要的接收机的台数。

有线电视中数字电视前端的设计还应注意：
一是关于调制器的输出电平调整。

在整个有线电视前端系统的信号输出部分，模拟信号和数字信号是混合输出的，由于两者的调制方式不同，它们输出电平的标准也不同。

模拟电视的载波调制是VSB即残留单边带调幅制，数字有线电视的64 QAM调制具有类似双边带的特征，它们的峰值功率和平均功率是不同的，
通常数字调制器的输出电平比模拟调制器的输出电平低10 dB。

另外，模拟与模拟频道、数字与数字频道之间输出电平的大小和平坦度直接影响到网络的系统指标。

对前端来说，除按线路设计控制输出电平外，高低电平差的大小也要控制好，频道间电平差越小，系统平坦度就越好。

一般前端模拟与模拟相邻频道、数字与数字相邻频道之间电平差不要超过±0.5 dBμV。

二是关于调制器的频率设置。

由于模拟信号和数字信号的调制方式不同，它们输出频率的设置也有所不同，模拟电视调制器的频率是按图像载波频率设置的，而数字电视调制器的频率要按照该频道的中心频率来设置。

4 结束语
有线电视中对数字电视前端的设计除了设备（硬件）之外，管理（软件）也很重要。

在大型网络中，网络管理是数字电视前端的一个重要功能，主要对前端数字设备进行监控，对保证信号质量、降低维护成本等有十分重要的意义。

按国际标准化组织ISO的定义，网络管理是指关于规划、监督、设计和控制网络资源的使用和网络的各种活动，网管设计的要求是使网络性能达到最优。

和传统的模拟电视相比，数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置，电视内容的重现及电子节目指南（EPG），用户管理系统和CA系统的建立等都要由软件来实现。

因此，数字电视前端设计远不能满足于硬件设备的完成，建立一个数字化的安全高效管理体系，才是我们要追求的目标。