伊春市利用数字机顶盒传输会议电视的实践

引言

数字电视技术与模拟电视技术相比，除了具有抗干扰能力强、误差小、压缩比高、传输信息量大、频率资源利用率高等优点外，最大的优点在于数字电视用户和有线电视台等内容提供商的互动性，可以为用户开展各种增值服务业务。本系统利用HFC网络，在基于数字机顶盒的电视系统上实现会议电视服务。经过八年的实践应用，该系统运行稳定可靠。供业界同仁参考、完善。

・摘 要・

现代通信正在向数字化、宽带化、智能化、综合化发展，数字技术的迅速发展已将CATV网、电话网及数据网紧密联系在一起，提供各种不同类型的信息服务，会议电视就是其中一种。本文主要介绍应用于会议电视系统中的数字机顶盒，及利用数字机顶盒传输会议电视的具体实现方法。

有线电视数字机顶盒的关键技术

数字机顶盒是实现有线电视数字化的标志之一，换言之，数字机顶盒是实现“有线电视向数字化整体平移”战略的跳板。对于有线电视网络运营服务商来说，也只能通过数字机顶盒的推广入户，才能打开数字电视的大门，使数字电视产业链的形成及有线电视由粗放型经营向集约化经营转变成为可能。

在有线电视系统中，使用数字机顶盒（STB）作为前端，连接HFC网络，用于处理来自电视、电话和数据三大网络的数据流。在下行信号中，对数据流的调制方式主要是64QAM 或256QAM，而在上行链路中通常采用对噪声抑制能力较强的QPSK调制方式。数据流经过处理后就可以送到电视机及各种外部标准接口，如并行接口、RS232、USB等。同时，使用一个条件接入模块（CA Unit ），用于数字机顶盒（STB）的安全系统中，只有那些通过授权的用户才能使用付费业务。

为了接收数字电视实现会议电视的功能，数字机顶盒内配置了专门的MPEG-2编、解码器，连接在扩展总线上，承担运算量很大的MPEG-2编、解码工作。若嵌入式处理器的运算速度再有1~2个数量级的提高，各种标准的视频压缩、解压处理都可以由软件完成，就不需要配置专门的视频编、解码器。

一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可以分为4层，从底层向上分别为：硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台，实现音视频的解码；底层软件提供操作系统以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖硬件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平台。

1、数字电视机顶盒硬件组成

有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，如图1所示，调谐模块接收射频信号并下变频为中频信号，然后进行转换变为数字信号，再送入QAM解调模块进行解调，输出MPEG传输流串行或并行数据。解复用模块接收MPEG传输流，从中抽出一个节目的PES数据，包括视频PES和音频PES。视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MEPG视频数据进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。

(1)调制解调模块

数字机顶盒工作在有线电视网络状态下，有线电视网采用模拟传输，因此必须对数字信号进行调制和解调才能在模拟信道传输，调制解调器是系统关键的组成部分，在技术上类似现在的电话调制解调器的原理，但采用了更高的调制方法，下行多采用64QAM或256QAM，在DVB-C(Digital Video Broadcast by Cable)中采用64QAM做为标准调制方法，以MC92305QAM 解调芯片为例，在7M模拟带宽上采用64QAM调制的数字信号速率可达42Mbit/S，采用HFC网时采用QPSK做为调制方案。QAM或QPSK调制器将MPEG格式的数据流调制在一个标准的PAL信道内，与其它视频调制信号一起合路发送出去。

(2) 编解码模块

由于采用模拟通道，为保证数据传输的可靠性和低误码率，前向纠错编码是必不可少的，DVB 采用Reed Solomon编码，RS码是一类纠错能力很强的多进制BCH码。

(3)MPEG II的解码模块

数字机顶盒的核心是数字视频技术，MPEGII的解码模块可以称为CPU以外的核心模块，MPEG II数字传输中采用交织编码，首先需要对码流进行去交织，视频、音频和数据码流的分离工作，以及视频码的解码工作。经以上各步骤MPEGII码流成为视频(CCIR656 格式)和音频数字信号。MPEG多路复用器将各路节目流、数据流复合在一起，以188字节为一帧的MPEG2数据格式发送到射频调制器并提供电子节目单(EPG)。

(4)数字视频编码器和音频DAC

数字机顶盒的“外设”是电视机和音响系统，数字的音视频信号必须转换为模拟音视频信号，以 MC44724为例，MC44724可以将ITU601、656标准4:2:2 并行视频数据转换为PAL或NTSC格式的视频、S-Video、Y/Cb/Cr 或R/G/B，扩展的VBI(Vertical Blanking Interval)信息输入口用于显示图文信息。现代音响系统都支持DolbyProLogic和LucasfilmHomeTHX家庭影院系统，需在音频DAC之前用数字音频信号处理芯片对数字音频信号进行处理，目前有专用处理芯片和采用数字信号处理芯片DSP进行处理两种方式。

(5)加解扰模块和版权保护模块

在有线电视运营中，付费电视是一种主要的业务，要求数字机顶盒必须具备电视信号的加解扰功能，由于采用数字信号，加解扰比模拟信号加解扰容易和保密度高，另一方面，采用数字信号在版权保护上加大了难点，目前采用Macrovision generator 进行活动图像的保护。

在数字电视技术中，软件技术比硬件占有更为重要的位置，因为电视节目内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，都需要软件来实现。

2、数字电视机顶盒软件系统

在机顶盒中，软件系统是一个重要的组成部分。主控制器的工作通过软件的执行来完成。

机顶盒的软件基本结构如图所示。操作系统一般采用实时操作系统。在这个操作系统中主要完成进程调度、中断管理、内存分配、进程间通信、异常处理、时钟提取等工作。硬件驱动部分提供硬件设备的驱动，包括I2C总线、异步串行通信口、并行通信口、非易失内存、键盘、遥控器、调谐器、信道解码模块等。图形接口主要用于完成图形显示功能，以便于为用户提供友好的图形用户界面。音频解码和视频解码驱动用于控制音频解码和视频解码硬件的工作。解复用和数据表提取模块主要是对码流解复用和数据表提取操作的控制。应用程序编程接口将所有与硬件相关的底层函数映射到一个统一的接口上，并且提供一些与硬件无关的公用处理函数，比如网络协议、图形格式分析、业务信息数据表分析等。条件接收驱动用于完成条件接收处理的工作和软件接口。应用程序编程接口为应用程序提供了一个公共的编程接口，把应用程序与硬件屏蔽开，使得应用程序与硬件无关。这样，就便于实现应用程序的可移植性。

数字机顶盒传输会议电视的实践应用

电视会议利用视频摄像和显示设备，经过信号压缩及编解码处理，通过通讯线路传输而在两地或多个地点之间实现交互式实时图像通讯。它利用摄像机和麦克风将一个地点的活动图像和声音实时地传至远端。可连接图文摄像机、投影机和录像机等各种视音频设备，能传送实物图像、图纸、文件和预先制作的视频资料。远端的声音、图像也同样实时传至本地。电视会议还提供专用数据通道，用于连接数据设备如计算机、电子白板等。由此系统在进行视音频交互通讯同时，能同时实现数据的异地实时共享。模拟图像经专用设备转换成数字信号，进行数据压缩，而后通过数字信道进行传输。其简要框图如下。

1、用户需求分析

（1）、会场分布：中心会场设在市内，19个分会场遍布各区局网络分公司。

（2）、功能要求：所有会场可同时开会，实现多点视频会议。也可将各会场分为不同小组分别开会。日常工作中，各会场可以方便地与任一其它会场连通。

（3）、网络要求：简单、方便、可靠。

（4）、数据功能：可进行数据传输、共享。

2、会议电视组网方案

（1）、以市内为中心组成的HFC星形网：主会场设在市内，配置1台机顶盒终端。各分会场各配置一台机顶盒终端。在市内设立网络控制中心， 网控中心负责全网多点会议的设置、召开、管理和会议控制。

网控中心配置终端网管，对全网所有会议电视终端的工作状态实时监控、管理。

市内为网管中心，实现集中管理。全网运行更安全、可靠。

（2）、终端设备

会议电视终端设备主要包括视频输入/输出设备、音频输入/输出设备、视频编解码器、音频编解码器、信息通信设备及多路复用/信号分线设备等。其基本功能是将本地摄像机拍摄的图像信号、麦克风拾取的声音信号进行压缩、编码，合成为64Kbps至1920Kbps的数字信号，经过传输网络，传至远方会场。同时，接收远方会场传来的数字信号，经解码后，还原成模拟的图像和声音信号。

①视频、音频的输入、输出

视、音频（A、V）的输入设备基本为摄像机和麦克风，摄像机为数字摄像机，系统视频输入口应不少于4个。根据会场的规模1台到3台，视频信号同麦克风的声音信号经视音频分配器和视音频切换器，接入到系统。

视、音频输出电路根据输出信号和会场的规模不同而不同。当只有一台显示器时，输出信号在接接到显示器上；当有几台显示器时，输出信号为A、 V时，用一台视音频分配器把一路 A、 V分成几路A、V供几台显示器或用调制器把A、V调制成射频信号（RF）用分配器分成几路供几台显示器；输出信号为RF时，直接用分配器把信号分成几路供几台显示器。最简单的系统只有下行信号而没有上行信号。

②视频解码器

其一方面对视频信号进行制式转换处理以适应不同制式系统直通；另一方面对视频信号进行数字压缩编码处理，以适应窄带数字信道的传送，还支持多点会议电视系统的多点控制单元多点切换控制。视频编解码器宜以全公共中间格式(CIF)或1/4公共中间格式(QCIF)的方式处理图像。在特定条件下，也可采用CTX或CTX PLUS等其他编解码方式，但必须与CIF，QCIF兼容，便于按用户的不同要求选用合适的编解码方式。

③音频编解码器

其主要对模拟音频信号进行数字化编码处理，已进行传送。音频编解码器应具备对音频信号进行PCM，ADPCM或LD－CELP编解码的能力。

④多路复用/信号分线设备：其将视频、音频、数据信号组合为传输速率为64-1920Kbps的数据码流，成为用户/网络接口兼容的信号格式。在广电网中，采用多信道视频／音频编码器1715VC和STM－16同步插分复用设备来传输，171 SVC就是采用混合差分脉码调制（HDPCM）技术，每个STM叫传送2路视频信号和4路音频信号。另外，MPEGII压缩技术（同上述帧间编码原理同）也是当前电视编码的标准，电视信号可压缩到1．5～15Mb／S，通常压缩到8Mb／S； STM－1可传输近20套MPEGII压缩的数字电视信号。

（3）、多点控制单元（MCU Multipoint Control Unit）

在广电网中，MCU主要是指视音频分配器和视音频切换器，对会场的视、音频进行直接切换、控制。

3、系统硬件总体构成

根据目前会议电视的实际情况，考虑现有设备状况，我们可以在各会议室里各配置一台机顶盒的会议终端产品，各分公司只要配备一台电视机就可以参加视频会议。同时，会议终端产品具备视频输出。具体实现办法如下图所示。

4、系统的软件实现

我们将会议电视进行加密。即将会议电视内容放入数字机顶盒中传给各分公司，只使指定的部分用户能够收看，达到加密的目的。即在数字前端将会议电视节目单设一项，名为“会议电视”，“会议电视”的观看权不授予普通用户，使普通用户无法观看会议电视节目，将“会议电视”只授予且仅授予上述各会议室，使其仅能收看会议电视节目。其截图如图5 图6所示。

结束语

通过上面的介绍，我们可以看出，该系统具有极大的优越性和灵活性。主要表现在：（1）设备利用率高，可以充分利用广电部门现有的设备；（2）电视会议召开地点灵活，而且易于扩大规模；（3）电视会议召开费用低；（4）保密性和安全性好。作为一项有着巨大市场空间的电视增值业务，大力发展和使用数字机顶盒来传输会议电视这一先进通信工具，为伊春广电网络带来不可估量的社会效益和经济效益。■

参考资料：

1 刘修文. 数字机顶盒技术讲座 第二讲 数字机顶盒的组成【J】. 中国有线电视, 2004-08

2 张卫锋. 基于DVB的数据广播和客户端数字机顶盒的开发【D】.浙江大学, 2002.

3 王迎,詹卓平. 数字编解码器在广播中的应用【A】. 2005年广播电视技术论文汇编 , 2005.

4 文庆. 会议电视与流媒体融合【N】.中国计算机报, 2002.