有線數字視頻廣播（DVB-C）系統綜述（一）

[提要]本文系統、全面地闡述了有線數字視頻廣播系統所涉及的技術，以及DVB-C系統的構成，並針對DVB-C終端接收設備——機頂盒，在工作原理、模塊構成和關鍵技術方面做了較爲詳細的介紹 

　　隨着世界經濟技術的發展，寬帶已成爲當今社會最令商人興奮的話題。電子商務、視頻點播、網上購物、遠程教育等一些在早幾年對我們而言還十分陌生的詞彙，如今己經家喻戶曉、耳熟能詳了。因爲寬帶的概念是伴隨着互聯網的普及出現的，所以人們總是不由自主地將兩者關聯起來，於是電信網絡理所當然地成爲了寬帶服務的主要載體。從撥號上網到ISDN、DDN、ADSL，再到現在的光纖直通，電信網絡的寬帶改造如火如荼地進行着。與此同時，人們不由自主地將目光投向了有線電視網，實際上這一現成的寬帶網早已鋪進了千家萬戶，通過它可以做的事情太多了，而我們卻一直只是在用它傳輸模擬信號，數字化應用的開發幾近於空白。 
　　1 有線數字視頻廣播系統的發展現狀和前景分析 
　　數字視頻廣播的概念是在20世紀80年代由歐洲率先提出的。之後，歐美國家的企業和研發機構用了近8年的時間，完成了數字視頻廣播技術的研發以及標準的制訂，並先後於1998年11月和1999年春天分別開播了數字電視。據悉，美國已經宣佈在2006年淘汰模擬電視，歐洲也表示要在2010年實現數字電視的全面普及。 
　　由於我國目前沒有發展衛星電視廣播的個體接收，人們收看電視主要是通過地面無線廣播和有線電視廣播兩種方式。在用戶羣方面，接收地面電視廣播的用戶，大部分分佈在農村，這部分電視觀衆已購置的模擬電視機，要全部增加數字視頻廣播終端設備變爲數字電視接收機還有一個過程，而8000萬戶有線電視用戶大部分爲城市人口，對數字視頻廣播的需求較強。在節目源方面，有線數字視頻廣播除少量自辦節目外，大多數爲中央電視臺和各省（市）電視臺的衛星數字電視信號，這是一種採用MPEG—2壓縮編碼技術的標準清晰度的數字電視信號，如果有線電視臺將前端設備稍加改造，便可將這種數字電視信號直接傳送給用戶。在市場方面，國際有線數字視頻廣播標準基本統一在DVB—C標準之下，發展有線數字視頻廣播系統的不確定性要小很多，市場風險也小。在技術方面，有線數字視頻廣播系統對網絡的抗干擾能力、頻譜利用率等的要求較低，技術難度和設備的複雜性也相對較低。在系統投資方面，在已經建成的有線電視網上播出數字節目增加的系統設備投資要少於同樣的地面廣播。因此，我國視頻廣播的數字化將從有線數字視頻廣播開始。 
　　據不完全統計，截至2000年底，全國電視機擁有量爲3.26億臺，電視人口覆蓋率90％以上。有線電視用戶已超過1億，並以每年500萬戶左右的速度增長。有線數字視頻廣播技術的引入，可以爲有線電視用戶提供上百套的數字電視節目和新型的寬帶多媒體業務，擴大了有線電視網的服務空間，充分挖掘其雙向傳輸能力，真正實現寬帶高速接入，孕育着巨大的市場發展空間。如果按現有3.26億臺電視機爲基數計算，每年以5％的數量進行數字化更新，則每年需求有線數字視頻廣播終端接收機600萬臺，有線數字視頻廣播還將推動DVD的發展和以數字技術爲核心的信息家電的迅速發展，有線數字視頻廣播已經成爲我國二十一世紀開端的一個新的經濟增長點。 
　　2001年國家廣電總局已頒佈行業標準：《有線數字電視廣播信道編碼和調製規範》，該標準等同於DVB-C標準。行標的制訂有利於我國有線數字電視的推進。 
　　2　DVB標準數字視頻廣播技術 
　　DVB標準提供了一套完整的、適用於不同媒介的數字電視廣播系統規範。DVB選定ISO／IEC MPEG—2標準作爲音頻及視頻的編碼壓縮方式，對信源編碼進行了統一，隨後對MPEG—2碼流進行打包形成傳輸流（TS），進行多個傳輸流複用，最後通過衛星、有線電視及開路電視等不同媒介傳輸方式進行傳輸。 
　　2.1　DVB標準的核心 
　　系統採用MPEG壓縮的音頻、視頻及數據格式作爲數據源。 
　　系統採用公共MPEG—2傳輸流（TS）複用方式。 
　　系統採用公共的用於描述廣播節目的系統業務信息用（SI）。 
　　系統的第一級信道編碼採用 R-S前向糾錯編碼保護。 
　　調製與其它附屬的信道編碼方式，由不同的傳輸媒介來確定。 
　　使用通用的加擾方式以及有條件接收界面。 
　　2.2　DVB音頻特點 
　　DVB系統的音頻編碼使用 MPEG—1 Layer Ⅱ（第二層）音頻編碼，也稱做MUSICAM。音頻的 MPEG—1 Layer Ⅱ編碼壓縮系統利用了聲音的低聲音頻譜掩蔽效應，這一人體生理學效應允許我們對於人耳不太敏感的頻率進行低碼率編碼，這一技術的採用可以大大地降低音頻編碼速率。MPEG—1 LayerⅡ音頻編碼可用於單音、立體聲、環繞聲和多路多語言聲音的編碼。 
　　2.3　DVB視頻特點 
　　對於視頻，國際上採用標準的MPEG—2壓縮編碼，MPEG—2視頻編碼系統由一個大家族構成，每一個系統之間都有兼容性和共同性，根據圖像清晰度的不同，它分成四種信源格式或稱“級”（LEVEL），從錄像帶（VCR）的低圖像清晰度，到高清晰度電視。除了根據圖像清晰度定義的“級”以外，DVB視頻標準還定義了“類”（PROFILE）的概念，每一個不同的“類”（PROFILE）能夠提供構成編碼系統的壓縮工具和壓縮算法。 
　　（1）“類”（PROFILE） 
　　目前在MPEG—2系統中存在5個“類”（PROFILE）。 
　　“類”的最初級叫做簡單類（SIMPLE PROFILE）、隨後是主類（MAIN PROFILE）、信噪比可分級類（SNRSCALABLE PROFILE）、及空間頻譜可分級類（SPACIALL SCALABLE PROFILE）。最後爲高級“類”（HIGH PROFILE）。 
　　在“類”中存在兩種圖像取樣方式，即：4：2：2和4：2：0格式。 
　　（2）“級”（LEVEL） 
　　根據圖像節目源清晰度由低到高的不同，DVB MPEG—2標準分成4個“級”。最低爲低級（LOW LEVEL），隨後是主級（MAIN LEVEL）、1440高級（HIGH—1440 LEVEL）和高級（HIGH LEVEU，則採用了更高的每行1920的取樣方法。 
　　目前在世界上最常用的MPEG—2標準是MP＠ML，即；MAIN PROFILE＠ MAIN LEVEL（主類／主級），它是第一代數宇有線電視和數字衛星電視的基礎，節目提供者可以提供625線質量的節目，圖像的長寬比可以是4：3或16：9，至於碼流率，它是由節目提供者根據節目質量來選定的，圖像質量越高，所需碼流率越高，反之則越低。（