第12章 数字电视信号的发射与接收

12.1数字卫星电视信号的发射系统12.2数字电视卫星接收系统12.3数字有线电视的前端系统与接收机12.4数字地面电视广播系统12.5数字电视机顶盒12.6IP数字广播接收卡第12章数字电视信号的发射与接收卫星广播电视系统主要由上行发射站、星载设备和地面接收系统组成。上行发射站用于将节目制作中心送来的信号发送给卫星，并对卫星进行遥控、遥测、发出指令；星载设备包括收发星载天线、星载转发器、控制设备和电源等；地面接收系统包括接收天线、集体接收设备、个体接收机、不同功率容量的无线电转播台和有线电视系统等。

目前世界各国卫星电视广播普遍采用C波段3.7～4.2GHz和Ku波段11.7～12.75GHz。其中C波段的上行信号频率在6GHz左右，下行信号频率在4GHz左右，分24个频道；Ku波段的上行信号频率在14GHz左右，下行信号频率在12GHz左右，也分为24个频道。

12.1数字卫星电视信号的发射系统上行站系统电视信号的有两种传输方式，即单载波

(SCPC)方式和多载波

(MCPC)方式。SCPC方式每个载波只传输一套广播电视信号，传输几套电视信号，转发器就要具备几个载波，它的优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传输多套广播电视信号，其优点是一个转发器只有一个载波，不存在多载波的谐波干扰，频带和功率的利用率较高，其缺点是多套节目要在同一地点上星，只有通过地面传输设备将不同节目传送到地面站，经复用后才能上星。

12.1数字卫星电视信号的发射系统1.上行站系统电视信号的传输方式

12.1数字卫星电视信号的发射系统(1)单载波方式SCPC方式上行站系统如图12-1所示。

图12-1SCPC方式上行站系统

12.1数字卫星电视信号的发射系统在该系统中，视频、音频和数据一起送到节目复用器，在节目复用器中混合成一个符合MPEG-2标准的节目码流。SCPC系统采用1:1备份方式，通过同轴射频倒换开关倒换，除传送一套电视节目外，还可传送3套数字广播节目。图中IRD1和IRD2是数字解码器，HPA1和HPA2是高功率放大器。

12.1数字卫星电视信号的发射系统(2）多载波方式MCPC方式上行站系统如图12-2所示。图12-2MCPC方式上行站系统

12.1数字卫星电视信号的发射系统各节目源首先在各自的编码器和节目复用器中分别进行编码压缩和复用，形成节目码流后再送到传输复用器，各个节目码流在传输复用器中混合成一个传输码流。节目复用器或传输复用器输出的传输包送到卫星信道适配部分。这部分实现3个功能：复用适配和能量扩散、前向纠错编码(FEC)和基带成形、四相移相键控(QPSK)调制。QPSK调制器输出的70MHz中频调制信号经上变频器变成14GHz(Ku波段)的射频信号，再经过高频功率放大器放大后，由发射天线发送到星载转发器。星载转发系统由星载收发天线、星载转发器和电源组成，总的要求是体积小、重量轻、效率高。(1)星载收发天线为了减小重量和体积，一般收发共用一副天线。要求天线可靠、在空间环境变化的情况下保持性能不变。(2)星载转发器星载转发器实际上是一部高灵敏度、宽频带的大功率空间中继站。星载转发器接收各地球站传送来的电视信号，先进行宽带低噪放大，后经下变频器变频，再经过增益控制和强功

率微波放大等系列处理，然后由卫星天线向地面指定区域辐射。转发器的性能是决定卫星广播质量的关键，应以最低的附加噪声和失真,转发广播电视信号。12.1数字卫星电视信号的发射系统

12.1数字卫星电视信号的发射系统2.星载转发系统(3)星载电源星载电源大多采用硅太阳能电池。由于电池的向阳面和背阳面温差达2000C，并不断受到各种辐射和微粒的轰击，使用7年之后，其输出功率减少30％。因此，太阳能电池的寿命是决定星载转发器寿命的重要因素之一。

12.1数字卫星电视信号的发射系统12.2数字电视卫星接收系统数字卫星电视信号的接收方法与模拟卫星电视信号的接收方法相同，包括室外部分和接收机两大部分。如图12-3所示.图12-3数字卫星电视信号的接收示意图室外部分主要有天线、馈源和高频头等部件。接收机（室内部分）主要由调谐器、解调器、解复用器、解码器、视频编码器、音频D/A转换器和控制电路等部件组成1.天线卫星接收系统一般采用抛物面天线，利用抛物面天线将数字卫星电视信号——电磁波接收下来，并反射给设置在抛物面天线焦点上的馈源。2.馈源馈源从本质上讲，是一个小型天线接收(辐射)器，可单独作为天线使用。馈源将抛物面天线反射过来的电磁波信号，馈送给低噪声的下变频器LNB(俗称高频头或室外单元)。12.2.1卫星接收系统的室外部分高频头由低噪声微波放大器(LNA)、镜像频率抑制的带通滤波器、下变频器和前置中放组成，用来将天线接收的卫星信号进行低噪声放大和一次变频，将其转换成频率为950～2150MHz的第1中频信号后，通过射频电缆传送至室内的卫星电视接收机。在卫星电视接收机内经进一步放大、变频、解调等一系列处理后，输出图像信号、伴音信号和VHF/UHF波段中某一电视频道的射频信号，最后通过电视机呈现出电视图像和伴音，如图12-1所示。高频头是卫星接收系统的关键部件之一，它直接决定接收机的灵敏度。目前的高频头常与馈源组成一体化结构，从而减少了中间连接，降低了插入损耗，有利于提高整机的信噪比。卫星接收系统常用的高频头有C波段和Ku波段两种。C波段高频头的频率范围为3.7～4.2GHz，Ku波段高频头有几种类型，其频率范围分别为10.7～11.8GHz、11.7～12.2GHz、11.7～12.75GHz等。12.2.1卫星接收系统的室外部分3.高频头1.数字卫星接收机的组成由图12-3可知，数字卫星接收机部分主要由调谐器、QPSK解调器、解复用器、MPEG解码器、视频编码器、音频D/A转换器及控制电路组成。2.各部分的组成和功能(1)调谐器

调谐器由前置放大器、变频器、锁相环(PLL)、带通滤波器、中频放大器、AGC电路和移相器、I2C总线等组成。前置放大器用来接收来自天线高频头的950～2150MHz的第一中频信号(RF信号)，进行低噪声前置放大和滤波，然后送往变频器。主CPU通过I2C总线控制PLL电路，调谐时，主CPU读出预置在存储器中的频道参数，通过I2C总线送到PLL电路，使PLL输出随频道参数改变的信号，控制变频器完成二次变频，将输入的卫星信号转换成第二中频信号。12.2.2数字卫星接收机中频放大器采用宽带放大形式，用于放大中频信号的幅度，使之达到A/D转换所需的信号电平。由于A/D转换器要求输入信号的幅度基本保持稳定，在中频放大器中加入了自动增益控制(AGC)电路。当中频信号输入端的信号强度发生变化时，AGC自动控制前置放大器和中频放大器的增益，使输出的中频信号电平基本保持稳定。调谐器的输出端有一个900移相器，可将中频放大器输出的信号分成两个相位相差900的中频信号，即表示同相位的I信号和表示正交相位的Q信号。这两个信号同时送到双A/D转换器，两个A/D转换器分别采样I信号和Q信号，并重组信息，将I信号和Q信号转换成两组字长6bit的数字信号，再送到QPSK解调器进行解调，还原成调制前的数信号。12.2.2数字卫星接收机(2)QPSK解调器解调器包括A/D转换器、QPSK(四相相移键控)解调器、Viterbi解码器和前向纠错单元。QPSK解调器由多相滤波器、数字振荡器、窄带AGC、鉴相器、环路滤波器等组成。A/D转换器输出的I、Q信号中的基带信号以固定的采样速率输入到QPSK解调器，解出基带信号。多相滤波器对基带采样信号进行升余弦平方根滤波。多相滤波器的输出端接有一个高精度的数字窄带AGC电路，使QPSK解调器输出的信号以最佳分配方式送到Viterbi解码器，在Viterbi解码器中用去交织算法解出不同比率的卷积编码，经过里德一索罗门解码，产生以188Byte为一块的数据码流，再用伪随机序列进行解扰处理后，输出符合MPEG-2标准的传输码流，送到解复用器和解码器作进一步处理。12.2.2数字卫星接收机(3)解调器STV0299B芯片STV0299B芯片内包含两个A/D转换器、多标准QPSK和BPSK解调器、具有内码和外码解码器的前向纠错(FEC)单元、奈奎斯特平方根升余弦滤波器和允许宽范围偏移跟踪的去旋转器。STV0299B解调器的特征如下：①具有频率漂移补偿的宽载波环跟踪范围；②共信道干扰时具有很低的比特误码率(BER)；

③有一个滚降值为0.35或0.2的数字奈奎斯特平方根升余弦滤波器；

④片内集成了双6bitA/D转换器和双数字AGC；具有锁定指示的数字定时恢复；⑤具有锁定指示的数字载波环，宽范围的去旋转器和跟踪环(TYP45MHz)；12.2.2数字卫星接收机⑥信道码率范围可达90Mbit/s，符号率范围为1～50MSymbol/s；⑦内码为Viterbi解码器，卷积码深度M=7，收缩码率为1/2、2/3、3/4、5/6、6/7和7/8；⑧外码为里德一索罗门解码器，具有16个奇偶字节，纠错能力可达8字节，并带有能量扩散解扰器；⑨片内灵活的时钟系统允许外接4～30MHz范围的时钟信号；⑩具有I2C总线接口、DVB公共接口，以及并行和串行数据输出接口；

12.2.2数字卫星接收机STV0299B的工作原理如下：它接收来自射频调谐器的I、Q信号，由片内的双A/D转换器将它们转换成两路6bit数字信号，再由滚降值为0.35或0.2的奈奎斯特滤波器对其进行数字滤波。STV0299B芯片内有两个嵌入的自动增益控制(AGC)，第1个AGC使调谐器增益受脉宽调制输出信号控制：第2个AGC完成数字信号带宽的功率分配最优化。经过上述处理的数字信号再由数字载波环路等进行解调，由Viterbi解码器、卷积去交织器和里德一索罗门解码器等完成前向纠错。12.2.2数字卫星接收机(4)解复用器和MPEG-2解码器解复用器和MPEG-2解码器是数字卫星接收机的核心部分，这两个部分都采用超大规模的专用集成电路。①传输流的解复用器由于传输码流是一种包含了多种成分的复用码流，对于多载波(MCPC)而言，传输码流中包含了若干套节目，每个节目又包含了音频、视频和传输数据；对于单载波(SCPC)而言，传输码流中包含了音频、视频和传输数据等部分。目前的MPEG-2解码器只能解码单个音频或视频信号。因此，解码前必须对传输码流解复用，将其分解成只包含音频或视频的基本码流。12.2.2数字卫星接收机解复用器包括传输流解复用器和节目流解复用器。传输流解复用器用来将多路单载波中的多套节目分解成只含有一套节目的节目流，节目流解复用器用来将节目流分解成只含有音、视频和传输数据的基本码流。解复用过程实际上是一个分析处理过程，信息包标识符(PID)处理器通过对传输数据包进行分析，取出所选择节目的PID表的入口，得到所选节目的音、视频PES，从而将音、视频码流分解开来。②MPEG-2解码器MPEG-2解码器包括音频解码器、视频解码器、在屏显示(OSD)控制器、信道接口、视频显示接口和音频PCM接口等电路。12.2.2数字卫星接收机视频解码器为MPEG-2主类和主级解码器，视频解码器通过检测视频码流中的包头，提取控制信息，并按照MPEG-2编码格式对视频图像数据进行解码运算、反量化和反离散余弦反变换

(DCT)等解压缩处理，将其还原成编码压缩前的原始图像数据，然后输出符合ITU-R601建议格式的视频数据。音频解码器的解码过程与此相似，解码后输出脉码调制(PCM)立体声数据。音频解码器的解码过程与此相似，它分析音频PES包，能用448kbit/s的码率和相应的采样率对MPEG音频的一层和二层的两个声道解码，输出PCM立体声数据。

12.2.2数字卫星接收机视频解码器和音频解码器都使用外部存储器作为缓冲器，它包含4个缓冲器，即视频有效负载、视频PES头、音频有效负载和音频PES头缓冲器。视频和音频有效负载缓冲器是视频信道和声道缓冲器。PES头缓冲器保存最近的头信息，外部微处理器可以在任何时候读PES头缓冲器中的内容，提取时间标记来同步视频和音频。视频显示接口用于视频色差信号Cr和Cb的垂直抽取；片内的FIR滤波器用于Y、Cr和Cb的水平抽取，然后通过视频接口输出到视频编码器。OSD控制器允许在解码的视频顶部叠加文本和图形，这些叠加的文本和图形可在输出前与解码的视频在数字上混合。叠加数据总是以相同的尺寸显示，而不管分辨率或视频数据的方式。12.2.2数字卫星接收机（4）控制电路控制电路由主CPU、程序存储器(EPROM或FLASH)、数据存储器(DRAM，SDRAM)、总线驱动器和各种接口电路组成。控制电路是机器的控制中心，其主要的作用是控制和协调各部分电路的工作，完成整机系统的初始化和测试、安全处理、通信口协议处理及节目特定信息（PSI）表的管理等任务。按照设计的程序完成机器的各种功能，以及通过操作面板接口和红外遥控器IR接口与使用者进行人机对话。12.2.2数字卫星接收机(5)视频编码器

视频编码器是一种高性能的PAL/NTSC编码器，其作用是将由视频解码器输入的4:2:2格式的视频数据进行D/A转换，按照ITU-R601建议的要求，将视频信号变换成符合NTSC或PAL制式的模拟电视信号，并以复合视频信号CVBS或S视频信号输出。(6)音频D/A转换器音频D/A转换器的作用是将由音视解码器输出的PCM音频数据转换成具有左、右声道的模拟立体声音频信号。

12.2.2数字卫星接收机(7)以太网接口

为系统提供了一个以太网接口，使系统能以高速方式与PC机进行通信。数字卫星接收机有了以太网接口后，就能按以太网的通信协议与PC机进行高速数据通信，就可将接收到的各种数据(包括IP数据)送到计算机中，以便计算机进行进一步处理，从而实现数字卫星接收机的增值业务。计算机也能利用以太网接口将程序和数据快速下载到数字卫星接收机中，便于对数字卫星接收机的控制程序进行实时调试。12.2.2数字卫星接收机(8)智能卡读卡电路

智能卡读卡电路由专用于IC卡的接口电路和IC卡座组成，用来处理CA信息，利用得到的授权控制信息（ECM）启动解扰单元，解密并接通授权的用户。除IC卡座外，该电路的核心器件为IC卡接口TDA8004。它作为系统控制电路与智能卡之间的接口，在主CPU的控制下，可完成IC卡的电源保护和读卡功能。(9)操作显示面板操作显示面板由键盘矩阵及扫描电路、数码显示器及其驱动电路、红外遥控接收器和数码显示器等组成。键盘和红外遥控接收器主要提供给用户操作机器、实现人机对话功能。数码显示器则主要用来显示当前节目的频道号。12.2.2数字卫星接收机(10)开关电源数字卫星接收机的电源通常采用脉宽调制式开关稳压电源。这种电源具有功耗小、转换效率高、工作可靠、保护完善和稳压范围宽等特点。数字卫星接收机的电源一般输出3.3V、5V、20V和30V四路电压。3.3V电压用来向解复用器、解码器、解调器等电路供电；5V电压主要用来向音频D/A转换器、音频放大器、调谐器等电路供电；20V电压经过二次稳压后，在主CPU的控制下输出14/18V电压，用来向LNB(高频头)供电；垂直极化方式时供14V电压，水平极化方式时供18V电压；30V电压用来向调谐器中的AGC电路供电。有些接收机还要提供12V电压。12.2.2数字卫星接收机3.数字卫星电视信号的接收特点(1)数字卫星电视信号的下行频率多使用Ku波段(12GHz左右)，降雨对信号传输的影响较大，Ku波段(112.7～12.75GHz)是卫星广播的优选波段，也是我国即将使用的卫星广播的主要频段。Ku波段具有频率范围宽、信号容量大、发射功率不受限制、接收天线口径小(<1m)、地面杂波干扰小等优点，但降雨对信号传输的影响较大，其降雨衰耗(简称雨衰)远大于C波段。暴雨情况下的雨衰可能超过20dB(C波段的最大雨衰一般不会超过ldB)，这就要求采取一定措施以减小雨衰对接收信号的影响。12.2.2数字卫星接收机(2)信号场强较弱，但抛物面接收天线的口径不需要很大，虽然Ku波段下行卫星信号的转发功率不受限制，但由于压缩后的数字卫星电视信号频带变窄，原来只能传送一路模拟电视信号的36MHz频带宽度，在单路单载波（SCPC）的情况下，可以用来传送5套数字卫星电视信号(间隔1MHz)。这样一来，36MHz带宽上的能量被5套电视信号使用，其结果是使地面的实际信号场强小于模拟卫星电视信号的场强，给接收带来困难。由于Ku波段抛物面天线的增益远高于C波段，特别是当接收信号的强度达到接收机门限后，其接收效果与天线口径无直接关系，所以接收Ku波段数字卫星电视信号的天线直径不超过lm就能获得满意的接收效果。顺便指出，Ku波段的接收天线口径增大后，对减小雨衰的影响有好处。12.2.2数字卫星接收机(3)可接收的数字卫星电视信号的节目套数大大增加，但“寻星”过程变得更困难,所谓“寻星”，就是使抛物面接收天线对准远在35656km转发数字电视信号的地球同步卫星。目前可以接收数字电视信号的卫星有4～5颗，每颗卫星上适合我国接收的免费数字电视信号的节目一般有十几套到几十套，远比模拟卫星电视信号多得多。但接收数字电视卫星信号时的“寻星”过程远比接收模拟卫星电视信号困难得多，其原因有以下几点。①对于某一套数字卫星电视信号的节目而言，地面场强比模拟卫星电视信号弱得多，抛物面天线对不准欲接信号的卫星时，或接收到的信号达不到卫星接收机的门限电平，将收不到任何图像和伴音，这一点与模拟卫星电视信号不一样。对模拟卫星电视信号而言，接收的场强信号弱时，仅影响图像和伴音信号的质量，如图像雪花点多、清晰度差，伴音杂波大、听不清。但据此可以方便地、一点点地微调，直到图像和伴音清晰为止。12.2.2数字卫星接收机②为了提高频谱利用率，在一个模拟电视频道内传输多套数字卫星电视节目，因此数字卫星电视信号必须采用高压缩率的编、解码技术。不难推知，数字电视信号压缩得越厉害，即它所占用的频带越窄，其传输质量就越难以保证。为了在较窄的频带条件下传输而又不丢失信息，势必提高其传输码率。例如，传输21套节目的一个卫星转发器的传输码率高达27.5Mbit/s。传输码率越高，对接收条件的要求越苛刻，对接收机性能的要求也越高，否则，就会出现较多的误码，给正常解码带来困难。12.2.2数字卫星接收机③数字卫星电视信号是数据流信号，为了保证其传输的可靠性，采用了多种检错、纠错编码措施，如里德·索罗门编码、卷积编码、交织编码等，但这些措施会给接收带来不便。实际接收时，即使场强超过数字卫星接收机的门限电平，还必须依次输入相应接收代码，才能正常进行解码，得到电视图像和伴音。否则，仍然看不到图像和听不到伴音，如同收不到信号一样。（4）数字卫星电视相当多的节目被加密，只有被授权使用时才能接收到。接收加密电视节目时，必须提前办理授权手续，获得专用解码器，并输入正确的密钥或插入相应的智能卡才能接收到正常的电视图像和伴音。12.2.2数字卫星接收机12.3数字有线电视的前端系统与接收机

12.3.1数字有线电视的前端系统数字有线前端由节目源（输入部分）、处理和复用、输出调制器和管理系统4个主要部分组成。其组成框图如图12-4所示。图12-4数字有线前端的组成框图12.3.1数字有线电视的前端系统节目码流在传输复用器中混合成一个传输码流。节目复用器或传输复用器输出的传输包送到信道适配部分。这部分实现3个功能，包括复用适配和能量扩散、前向纠错编码(FEC)、基带成形和QAM调制，然后，节目码流经有线电视网络传到各个用户。下面是各部分的组成及功能。12.3.1数字有线电视的前端系统

1．输入部分

输入部分包括带TS码流输出接口的数字卫星接收机和数字开路信号接收机、数字通信干线适配器、MPEG-2编码器等。输入部分接收来自各个节目源的数字节目，这些节目源包括卫星电视广播、数字通信干线、开路数字电视广播以及经过MPEG-2编码压缩的本地节目。这些节目都以TS传输码流的形式输入，经标准的异步串行（ASI）接口到切换矩阵，通过切换矩阵进行相应的输入选通。2.处理和复用部分处理和复用部分主要用来监视节目源送来的传输流(TS流)是否正确，分析TS流的构成，并对其进行相应的处理和复用。对于输入DVB-C前端的TS流，首先要检查它的同步是否丢失，同步字节是否出错，TS流是否连续，节目关联表（PAT）、节目映射表(PMT)、信息包标识符(PID)是否正确。然后要分析每个传输流中所包含的节目以及每个节目的构成成分及比特率，再根据需要进行节目选择并重新组合，复用成多个新的TS流。由于来自不同节目源的SI(服务信息表)与DVB-C分配系统所需要的PSI、SI不同，所以必须更新PSI、SI的内容，经过取和舍，重新组合、复用成新的TS流后，其节目关联表PAT、节目构成表PMT必须更新。而且不同节目源的TS流的PID之间可能会有冲突，因此新的TS流中的PID也需要重新定义。12.3.1数字有线电视的前端系统对于经过MPEG-2编码压缩的本地节目所形成的TS流，则需要进行SI的编辑，使之具备完整的服务信息，以便终端机顶盒能正确接收。TS流经过上述处理后，便送入复用器进行复用。复用分一般复用和统计复用两类。一般复用是将多个TS流的信息汇总成一个比特率更高的TS流输出，它并不改变各TS流中所含节目信息的比特率。因此输出TS流的比特率覆盖了所用输入节目的比特率之和，各节目通常都占用恒定的比特率。而统计复用则可分析各输入节目的具体情况，按需分配，使有限的比特率，能尽可能合理地在所有节目间进行动态分配，以达到压缩总比特率而尽量不影响节目质量的目的。所以输出TS流中各节目占用的比特率是在动态变化的。12.3.1数字有线电视的前端系统⑥

全频道天线3.加扰和接口适配有线数字前端一般都带有条件接收(CA)系统，用来对复用后的TS流进行加扰处理。由于来自数字卫星接收机和数字地面接收机的节目中有一部分是有条件接收的节目，若要沿用原来的加扰重新产生有条件接收表(CAT)，则应在得到原CA的授权下用本前端中的CA系统所产生的ECM/EMM来取代原来的ECM/EMM（授权控制信息/授权管理信息发生器）。此时条件接收表(CAT)只需更新，无需重新加扰。若要对这些节目重新加扰，就应和未经过加扰的透明节目以及经过MPEG-2编码压缩的本地节目一样，采用自身的CA系统，并给出ECM/EMM及相应的CAT表。12.3.1数字有线电视的前端系统⑥

全频道天线为了防止QAM调制器输入溢出，必须对复用后的传输流的比特率进行控制，这就要在复用器的输出接口和QAM调制器的输入接口之间进行适配。对于有条件接收的节目，如果CA信息是在复用后加入的，则应考虑给CA信息留出适当的空包，可避免因CA的加入而造成QAM调制器输入溢出。12.3.1数字有线电视的前端系统4.管理系统

管理系统是控制数字有线前端的关键，它不仅要进行出错管理、性能管理、配置管理等多项管理，还要监视与控制整个前端的所有设备，使之协调工作，以提供CATV网正常运行所需的信号。对于带有CA系统的数字有线前端，对管理系统的要求也更为复杂。它要求服务与客户相关并且与时间相关。因此通常由独立的CA系统管理宋完成。12.3.1数字有线电视的前端系统5.QAM调制器QAM调制器由输入物理接口，扰码，信道编码(FEC)和填充选择，字符/符号转换和差分编码及映射，QAM调制和数字滤波，DAC，带通滤波，上变频器以及时钟、同步及控制系统等部分组成。其中输入接口将高速串行TS码流转换成可由QAM调制器进行处理的并行数据。扰码器用伪随机系列对TS流进行扰码。信道编码包括Viterbi编码、Reed-Solomon编码、卷积交织等处理，其方法与DVB-S完全相同。QAM是将输入调制器的TS码流中的每个字节转换成6bit或8bit一组的符号，接着将开始的2bit进行差分编码，再与剩余的4bit转换成QAM星座图中的点。经过QAM调制后的信号再进行D/A转换、带通滤波、上变频等处理，最后转换成RF信号输出。12.3.1数字有线电视的前端系统12.2.2数字有线电视接收机传统彩色电视接收机电路结构、技术指标及其他性能都是适应接收残留边带调幅、隔频道传输。而有线电视系统均采用窄带调幅、邻频传输。不难推知，普通彩色电视机接收有线窄带、邻频电视信号将会遇到一定的问题。这些问题主要表现在以下几个方面。1.传统彩色电视机接收有线电视信号存在的问题12.2.2数字有线电视接收机（1）接收不到增补频道的电视信号为了充分利用频谱资源，有线电视传输中增补了Z1～Z16、

Z17～Z35频道，所占用的带宽也为8MHz。普通彩色电视机欲接收有线电视台的全部或大部分增补频道，有两种方法：一种是更换能覆盖增补频道的高频调谐器；另一种方法是增设机上变换器（有线电视机顶盒），把增补频道的节目转换到普通彩色电视机可以收看到的标准频道上。机上变换器与普通彩色电视机的连接示意图如图12-5所示。即串接在有线电视的用户端口与电视机的天线输入插孔之间。图12-5机上变换器与电视机的连接示意图

机上变换器的内部电路结构方框图如图12-6所示。这种机上变换器实际上是一种带遥控器的扩容性的上变频器。有线电视信号送至机上变换器输入口，经低通滤波器只允许系统带宽内的信号通过后与第一本振混频；第一本振频率是可调的，当用户用手中的遥控器选择频道时，实际上就改变了它的振荡频率值(通常是被选频道频率上加一个固定的高中频)，从而混频出一个调制在高中频上的欲接收频道的电视信号，经放大、带通滤波(8MHz带宽)再放大后进入第二混频器；第二本振频率是固定的，故得到调制在输出频道上的欲接收的频道信号，从而完成频道变换的作用。12.3.1数字有线电视的前端系统图12-6机上变换器电路结构方框图

（2）不能接收数字电视信号及交互电视信号随着数字电视技术的日臻成熟和完善，数字电视惊人的速度在世界范围内普及。数字电视信号是一种数据流的传输，完全不同于模拟电视信号，普通彩色电视机是无法接收的，即使是市场上炒得很热的“高清”电视机、“数字化”电视机等也都无法接收数字电视信号。接收数字电视信号有两种方法，一是普通电视机＋机顶盒的方法，这也是目前阶段——由模拟电视向数字电视过渡阶段最好的一种方法；二是采用能接收数字电视信号的新型电视机。目前，既能接收模拟电视信号，也能接收数字电视信号的兼容性电视机已经进入市场。12.3.1数字有线电视的前端系统2.数字有线电视信号机顶盒接收方式机顶盒的种类较多，这里所说的机顶盒是指利用有线电视网络作为传输平台，利用传统的彩色电视机作为用户终端，提高现有彩色电视机的性能或增加其功能，主要用来接收数字有线电视信号、有线加密电视信号，并能进行视频点播(NVOD)和交互式电视业务的机顶盒。在模拟电视信号向数字电视信号的过渡时期，利用机顶盒的方式接收数字电视信号是一种最好的选择。数字电视机顶盒无论从功能上讲，还是从技术含量上讲，都取得了相当大的进展，主要驱动力是丰富多彩的数字电视节目、为个人服务的加扰电视节目、视频点播节目及其他交互性的电视节目。利用机顶盒接收数字有线电视信号时，机顶盒与普通彩色电视机的连接示意图如图12-5所示。12.3.1数字有线电视的前端系统将有线电视用户终端盒的输出端接到普通彩色电视机的天线插孔(机顶盒和电视机分别有视、音频输出及输入插口时，也可对应地相互连接)，接通电源所有连接全部完成。使用随机顶盒的遥控器即可接收有线电视网络传输的模拟及数字电视节目。无论从使用方便性上讲，还是从制作成本上讲，以及用户的接受程度上讲，不仅在模拟电视信号向数字电视信号过渡时期，而且在今后模拟电视机和数字电视机并存的一个相当长的时期内，机顶盒都是模拟电视机接收数字电视信号的最佳选择。有关机顶盒的种类、技术特点、电路组成及各部分的作用等，12.4节作详细介绍。12.3.1数字有线电视的前端系统3.数字有线电视信号兼容性彩色电视机显然，采用能够接收D/A信号的兼容性彩色电视机是接收数字有线电视信号最为便捷的方法之一。九十年代末生产的大、中屏幕彩色电视机大都具有与CATV兼容的功能，已能很好的接收邻频传输的有线电视信号。近几年推出的“高清”、液晶及等离子彩色电视机，均采用了大量数字技术，使图、伴音的质量及其功能都有了很大进步，均可接收PAL、NTSC、SCEAM三大制式的模拟电视信号及邻频传输的有线电视信号；有的可以接收数字卫星电视信号；有的可进入互联网进行节目点播；还有的则保留了数字高清晰度电视的接口，可通过外接装置接收高清晰度电视节目，基本具有了兼容电视机的要求。12.3.1数字有线电视的前端系统兼容性电视接收机的结构和工作过程是相当复杂的。目前一种采用单芯片处理器的数字有线电视接收机，如清华同方DVB-C2000型数字CATV接收机以单片解复用解码器STi5518为核心组成。除信息传输媒体和解调方式不同外，其余部分的组成框图与数字卫星接收机基本相同。DVB-C2000型主板除STi5518外，还有一体化电缆调谐器和QAM调制器DCF8712、64Mbit同步动态存储器(SDRAM)W986416DH、16Mbit快闪存储器(FLASH)MB29LVl60BE、音频D/A转换器HT82V731、音频放大器LM833N、视频滤波网络、智能卡读卡驱动电路等，其逻辑框图如图12-7所示。12.3.1数字有线电视的前端系统4.清华同方DVB-C2000型数字CATV接收机图12-7数字有线接收机组成框图12.3.1数字有线电视的前端系统一体化调谐解调器DVB-C2000机采用的是专为数字有线接收机设计的、完全兼容于欧洲数字电缆标准ETS300429的一体化的DCF8712调谐解调器。包括VHF/UHF调谐器，可选的天线有源分配器（环穿），数字信号的频道滤波器，增益受控的中频放大器、QAM解调器等。QAM解调器为STV0297单片解调器，该芯片内包含两个A/D转换器、多标准QAM解调器、以及具有内码和外码解码器的前向纠错(FEC)单元、奈奎斯特平方根升余弦滤波器和允许宽范围偏移跟踪的去旋转器。

DCF8712可直接与传输流解复用器接口，可提供串行或并行方式的MPEG传输码流。DCF8712通过I2C总线接口实现调谐和频带交换，以及对解调器的初始化和控制。12.3.1数字有线电视的前端系统(2)主芯片STi5518STi5518是一种高集成度的单片解复用和解码器。该芯片集成了高性能的32位CPU，能用于传输流解复用和解扰，支持MPEG-2视频和音频解码，支持3D环绕和MP3，具有先进的显示和图像特征，内置数字视频编码器。该芯片包含了低成本交互式接收机的绝大部分电路，如图12-8所示。12.3.1数字有线电视的前端系统

图12-8STi5518功能框图12.3.1数字有线电视的前端系统①内置速度达81MHz的32bitCPU；2KbyteI存储器、2KbyteD存储器和4KbyteD存储器(SDRAM)；②片内的视频解码器支持MPEG-2MP·ML；音频解码器支持MPEG-2多声道解码、3×2声道PCM输出、IEC60958-IEC61937数字输出、DTS数字输出和MP3解码；③内置PAL/NTSC/SECAM编码器，支持RGB、CVBS、Y/C和YUV输出(带10bitDAC)；④分配SDRAM存储器接口：可支持1(2)×16Mbit或l×64Mbit、125MHzSDRAM，对SDRAM、ROM和外围器件可编程；前端接口：串行、并行和ATAPI接口，硬件扇区滤波器，集成的CSS解扰和跟踪缓冲器；⑤支持Modem；具有44bit可编程I/O口；具有(红外遥控)IR发射器/接收器；具有2个UART、2个smart卡、I2C控制器、3个PWM输出、3个捕捉定时器；⑥片内的传输流解复用器支持：并/串行输入，DES和DVB解扰，32个PID。12.3.1数字有线电视的前端系统(3)系统控制电路

系统控制电路由主CPU、程序存储器(FLASH)、数据存储器(SDRAM)和各种接口电路组成。主CPU就是嵌入在STi5518中的32bit高性能CPU；程序存储器为HY29F800T，是一个8MbitFLASH；数据存储器为HY57V651620D，是一个64Mbit的SDRAM。①嵌入式CPUCPU嵌入在STi5518芯片内部，与片内各部分电路的连接采用内部总线，与FLASH、SDRAM这些外部存储器连接则采用外部数据线、地址线和控制线，在本机中，该CPU主要用于系统控制、传输码流的输入输出和解扰等控制。

12.3.1数字有线电视的前端系统②FLASH29F800T是8Mbit的快闪存储器，数据线、地址线和控制线完全相同，这两种器件的引脚也是脚对脚兼容。它们的内部构造大同小异，存储器内部都分为19个扇区，扇区分配也基本相同。不同之处在于引导区，29LV800B的引导区放在存储器的底部，而29F800T的引导区则放在存储器的顶部。这两种存储器的另一个不同之处在于它们的供电电压，29LV800B的供电电压为3．3V，29F800T的供电电压为5V。③SDRAMHY57V651620D为64MbitSDRAM，用作解码器的数据缓冲存储器和帧存储器。HY57V651620D主要由4个DRAM内核及控制电路组成，包括时钟缓冲器、命令译码器、地址译码器、数据缓冲寄存器、控制信号锁存器、方式寄存器和列地址计数器等。该器件完全同步于基准时钟的上升沿，其方式寄存器允许编程突发脉冲长度、类型和列存取延迟时间。12.3.1数字有线电视的前端系统(4)音频电路音频电路包括音频D/A转换器和音频放大器。这里音频D/A转换器采用HT82V731，这是一种可将16bit串行数据转换成模拟信号输出的16bitD/A转换器。该器件先将数据转换成由七次幂和10bit尾数组成的浮点数据，然后再用R线性电压分配器将其转换成模拟电压。音频D/A转换器的作用是将由音视解码器输出的PCM音频数据转换成具有左、右声道的模拟立体声音频信号。12.3.1数字有线电视的前端系统总之，数字有线接收机接收由CATV分配网络传输的信号，其谐器为电缆调谐器，解调器为QAM解调器。调谐器接收来自有线视数字前端的RF信号，经过前置放大、混频后变成成两路中频信I和Q信号，再由A/D转换器转换成解调器所需的数据。由于该信号是在前端经过正交幅度调制的信号，因此必须由QAM解调器进行调处理。QAM调制有16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM几种调制方式，解调也对应这几种方式进行。QAM解调除解调方式外，其信道解码部分与DVB-S有很多相同之处，有相的帧结构、相同的伪随机序列扰码、相同的RS纠错、相同的卷积交织等。输入信号经过解调和FEC处理后，就成为传输码流(TS流)再送到解复用器和解码器作进一步处理。后面的处理过程与数字卫星接收机完全一样。12.3.1数字有线电视的前端系统12.4数字地面电视广播系统数字地面电视广播系统组成主要由视频和音频编码器、复用器、信道编码器和调制器等部分组成的数字地面电视广播前端以及数字地面电视接收机。数字地面电视广播系统遵循DVB-T标准，采用COFDM(编码正交频分复用)调制方式，它是一种多载波调制方式，可以有效地克服地面广播中的多径衰落。视、音频编码器地面数字广播系统前端如图12-9所示，其数字地面电视广播系统中的视频编码器、音频编码器和辅助数据编码器也采用MPEG-2编码方式，由于DVB系统有很强的兼容性，这些编码器的组成和作用与DVB-S和DVB-C中的编码器完全相同。为了将一些重要信息选用保护率较高的纠错方法，而将非重要信息选用保护率较低的纠错方法，系统中使用了分离器，根据优先等级，将输入的码流分为两个独立的MPEG-2传输流，并通过具有相应输入数目的映射器和调制器，将这两个码流映射到信号的星座上。图12-9地面数字广播系统前端方框图12.4数字地面电视广播系统2.复用器数字地面电视广播系统中的复用器也有节目流和传输流复用器两种。视频编码器和音频编码器输出的视频和音频基本流在进入复用器之前要先要打包，加上PES包头后输出打包的基本流PES。PES包头中包含了节目说明、解码时间标志(DTS)和显示时间标志(PTS)。PES流在节目流复用器和传输流复用器中形成节目流PS和传输流TS。其中节目流的包长度是可变的，传输流的包长度是固定的188个字节，其中包头占4个字节，数据占184个字节。12.4.1数字地面电视广播前端由MPEG-2定义的节目特定信息(PSI)由4个表组成，有节目相关表(PAT)、节目映射表(PMT)、有条件接收表(CAT)和网络信息表(NIT)。PAT表说明传输流中有多少节目及其相应的PMT表的PID；PMT表说明一个节目中有多少种码流及各自的PID；CAT表说明码流是否加密，解码器利用CAT表寻找加密控制信息ECM和加密管理信息EMM；NIT表说明提供节目的网络信息。DVB系统在PSI的基础上经过扩充，就形成了DVB的业务信息(SI)标准。节目复用器或传输复用器输出的传输包经过分离器送到信道适配部分，分两层进行复用适配和能量扩散，Reed-Solomon编码、卷积交织等处理，再合成一路进行基带成形处理及COFDM调制。OFDM调制器输出的调制信号经过RF上变频器转换成射频信号，再经高频功率放大器放大后，由发射天线发送出去。12.4.1数字地面电视广播前端1.数字地面电视接收机我国的数字地面电视接收机采用DVB-T标准。由于DVB标准具有很好的兼容性，因此数字地面电视接收机除调谐器(Tuner)和解调器外，其余部分与数字卫星接收机和数字有线接收机完全相同。数字地面电视接收机采用COFDM(编码正交频分复用)解调器，解调用OFDM技术调制的码流。COFDM调制方式把一个高速率的串行数据流划分为多个比特的符号，每个符号可有数千比特，然后用这数千个比特去调制被置于一个频段内间隔很小的数千个相互正交的载波。12.3.2数字地面电视信号的接收通过合理设置这些载波的保护间隔和边带能量的位置，可使某一特定载波在邻近频道上的能量降为零，增强了抗干扰能力。大量随机调制信号的总和构成高斯分布信号，提供了较好的邻频抑制能力。保护间隔则为多径接收形成的延迟回播提供了空间，射频采样通过避开保护间隔来抑制多径接收的影响。DVB-T系统中使用2K和8K两种模式的OFDM技术。2K模式所需的快速傅里叶变换（FFT）点数较少，结构较为简单，适合于普通系统；8K模式具有更强的抵抗ISI的能力，8K模式是为建立单频网(SFN)而设立。实现SFN的好处是可大大节省地面广播的频谱资源。数字地面电视接收机中的解复用器用来将经过COFDM解调的传输码流分解成基本的音、视频码流和专用数据流，再由MPEG解码器解码。具体的解码过程与各机型选用的解码芯片有关，解码方法与卫星接收机、有线接收机基本相同。12.3.2数字地面电视信号的接收2.ST方案数字地面广播接收机

ST方案数字地面广播接收机也是以单片解复用解码器STi5518为核心组成。主板除STi5518外，还有地面广播调谐器和COFDM解调器、64Mbit同步动态存储器(SDRAM)HY57V641620、16Mbit快闪存储器(FLASH)SST39VFl60、音频D/A转换器UDAl330、音频放大器LM358、视频滤波网络、智能卡读卡驱动电路等。其逻辑框图同数字有线接收机组成框图12-7所示。12.3.2数字地面电视信号的接收(1)一体化调谐解调器①组成ST方案数字地面接收机采用专为数字地面接收机设计的TDTH9251DH，完全兼容于欧洲数字电缆标准ETS300744。其前端包括VHF/UHF调谐器，可选的环穿功能，用于数字信号的频道滤波器，增益受控的中频放大器等；COFDM解调器为单片解调器MT352。数字地面广播调谐器提供低阻抗的IF输出驱动模拟IF放大器/解调器，支持各种方式下的DVB-T技术条件。TDTH9251DH可直接与传输流解复用器接口，可提供并行方式的MPEG传输码流。TDTH9251DH通过I2C总线接口实现调谐和频带交换，以及对解调器的初始化和控制。12.3.2数字地面电视信号的接收②COFDM解调器COFDM解调器采用MT352，该芯片是一种单片编码正交频分复用解调器，完全兼容于ETC300744标准。它能以2K、8K方式用于6MHz、7MHz、8MHz频道，能对所有传输方式进行寻址。该芯片成熟的引擎控制所有的捕捉目标和跟踪操作，以及通过2线总线控制调谐器，可自动扫描数字TV频道的任何频率范围，从而保证了最小的干扰、最大的灵活性、最快的捕捉和最快的自动扫描能力；能自动检测所有的OFDM信号参数，包括方式、防护和频谱倒置，其频率捕捉范围对于由调谐器和广播引起的偏移有足够的补偿；最佳的多路处理算法提供了极好的单频网络性能；能自动抑制同频和邻频干扰。12.3.2数字地面电视信号的接收

2.主芯片STi5518STi5518是一种高集成度的单片解复用和解码器。关于该芯片的详细介绍，见12.2.2节数字有线接收机的叙述。12.3.2数字地面电视信号的接收3.系统控制电路系统控制电路由主CPU、程序存储器(FLASH)、静态数据存储器(SDRAM)和各种接口电路组成。主CPU就是嵌入在STi5518中的32bit高性能CPU；数据存储器为HY57V651620D，是一个64Mbit的SDRAM；程序存储器39VFl60，是一个16MbitFLASH。32bitCPU嵌入在STi5518芯片内部，与片内各部分电路的连接采用内部I2C总线，与FLASH、SDRAM外部存储器连接采用外部数据线、地址线和控制线。在这里CPU主要用于系统控制、传输码流的输入输出和解扰等控制。39VFl60是一种快闪存储器，它的存储容量为16Mbit。整个存储器分成34个扇区，引导区放在底部。12.3.2数字地面电视信号的接收4.音频电路

音频电路包括音频D/A转换器和音频放大电路。该方案的音频D/A转换器采用UDAl330，这是一种可将16bit串行数据转换成模拟信号输出的数模转换器。UDAl330可用在两种方式中，即L3方式和静态脚方式。在L3方式中，所有数字音频处理都必须通过L3接口受控，包括系统时钟设置的选择。在两种静态方式中，UDAl330能工作在256/fs和384/fs系统时钟方式。UDAl330的具体工作过程如下：先将数据转换成由7次幂和10bit尾数组成的浮点数据，然后再用线性电压分配器将其转换成模拟电压。音频D/A转换器的作用是将由音视解码器输出的PCM音频数据转换成具有左、右声道的模拟立体声音频信号。音频放大电路由双运放LM358及其外围电路组成。从音频D／A转换器输出的模拟音频信号分别经过左、右声道音频滤波网络滤波后，送到双运放LM358，经放大后作为左、右声道立体声音频信号输出。12.3.2数字地面电视信号的接收5.电源

数字地面广播接收机的电源和其他数字接收机一样，也采用开关式稳压电源。开关式稳压电源的电路原理基本相同，都由输入滤波电路、逆变器和输出稳压电路等部分组成。数字地面广播接收机常用的开关电源一般输出3.3V、5V、12V和30V四路电压。3.3V、5V、12V这几路电压分别用来向解复用器、解码器、解调器、音频D/A,转换器、音频放大器、调谐器等电路供电；30V电压用来向调谐器和AGC电路供电。12.3.2数字地面电视信号的接收12.5数字电视机顶盒到目前为止，由于对机顶盒没有规范的定义，因此对它的理解有多种。从广义上说，凡是与传统电视机相连接的，以增加其某些功能为目的的，习惯放置于电视机顶上的“盒子”一电子设备，均可称其为机顶盒STB(SetTopBox)。例如，从早期带遥控功能的模拟电视频道增补器、解扰器，到近期的利用电话线和电视机上网的上网机顶盒、接收卫星电视信号的接收机以及接收数字电视信号的机顶盒等等。按应用范围不同分类可以分成以下几类。12.5数字电视机顶盒

1.网络视频机顶盒根据用途不同，又分为网络电视机顶盒(WebTV)和视频点播(VOD)机顶盒。网络电视机顶盒使模拟彩色电视机用户通过公众电话交换网

(PSTN)或双向CATV实现上网收发电子邮件、游戏娱乐、网上学习等；视频点播机顶盒是一种基于宽带网的上网和双向视频点播功能的机顶盒。2.数字电视机顶盒数字电视机顶盒主要用来接收数字电视信号及各种数据信息，通过解调、解复用、解码和音、视频编码(或者通过相应的数据解码和模块)，转换为模拟电视信号，使用户使用传统的普通彩色电视机就能收看数字电视节目和各种数据消息，无上网功能。数字电视机顶盒可分为以下几类。

(1)有线数字电视机顶盒。支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，如数字电视广播接收、电子节目指南(EPG)、准视频点播(NVOD)、按次付费观看(PPV)、软件在线升级、数据广播、互联网接入、电子邮件、IP电话和视频点播等，被业界广泛看好。有线数字电视机顶盒基本采用DVB-C标准。

12.5.1常用数字电视机顶盒种类与特点(2)卫星数字电视机顶盒或称综合业务接收机(IRD)。接收卫星数字电视广播，同时也支持数据广播、图文电视等应用。基本采用DVB-S标准，有专业型和家用型之分。(3)地面数字电视机顶盒。功能同IRD，使用的频率同有线电视的频率。但由于无线信道的情况比有线电视网络复杂得多，所以它的信号传输技术与数字有线电视机顶盒也有较大差别。12.5.1常用数字电视机顶盒种类与特点3.多媒体机顶盒

多媒体机顶盒也称综合业务机顶盒、全功能数字机顶盒。这种机顶盒可认为是上两种机顶盒的综合，支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，包括收看普通数字电视节目及数字加密电视节目，点播多媒体节目和信息、电子节目指南(EPG)、收发电子邮件、互联网浏览、网上购物、远程教育等，其应用的平台是双向数字CATV网络。随着数字电视的发展，特别是有线数字电视的普及及其扩展业务、增值业务、有条件接收频道的开播，加之用户对各种信息需求的不断增强，大大促进了机顶盒的发展，已逐步演变成以电视机为显示终端的数字信息接收和处理的综合性高科技设备，成为模拟电视向数字电视过渡时期、充分利用传统电视机的最好的方案。为了促进有线数字电视机顶盒的有序发展，广播电影电视总局发布了《关于我国现阶段有线电视综合业务用户终端的意见》。12.5.1常用数字电视机顶盒种类与特点《意见》首先规定了数字CATV-STB有关DTV部分应考虑将来在两方面的可扩展性;一是在信道解调方面，从DTV-CATV的QAM(正交调幅)解调，扩展到支持卫星DTV的QPSK(正交四相相移键控)和地面DTV(由相应国家标准确定的信道编码和调制方式)的解调；二是在信道解码方面，从支持SDTV(标准清晰度电视)到HDTV(高清晰电视)的解码。其次又进一步规范了数字CATV-STB的接口协议，规定其必须满足“TSl02201DVBIRD的DVB-IRD(接口技术规范)”。12.5.2广电总局关于数字电视机顶盒的几项主要规定主要接口包括：①在VHF/UHF频段的射频输入榆出接口；②CM接口，包括PSTN或CATV、SMATV(卫星共用天线电视)接口；③视频信号输出接口；④音频信号输出接口；⑤数据信号输出接口；⑥控制信号的物理接口；⑦可拆卸的条件接收模块接口。12.5.2广电总局关于数字电视机顶盒的几项主要规定《意见》在数字DATV-STB的结构和业务部分中强调：数字CATV-STB应采用开放式结构，不搞自我独立封闭的体系，应遵循国家、行业标准，并参考公认的国际先进标准，保证厂家同类产品的相互兼容；数字DATV-STB可以接收模拟电视、DTV和加密DTV，进行VOD或MVOD和收发数据信息(如电子银行、电子商务、因特网浏览、网络购物、远程教育和电子邮件的收发等)。12.5.2广电总局关于数字电视机顶盒的几项主要规定有线数字电视机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术的最新发展水平。目前数字电视机顶盒的关键技术主要有以下几种。信道解调与检纠错技术及信源解码与解压缩技术；数字信号在产生及传输中都有规范性的编码、压缩、检纠错、调制及复用技