新员工管理_数字电视与机顶盒基础知识培训课件

研发二部2009年6月 新员工入门 数字电视与机顶盒 前言 各位好 本幻灯将帮你更轻松地进入数字电视系统的知识领域中 在开始学习之前 我们建议您先看看以下的说明 以达到更好的学习效果 1 这个幻灯是主要是为从未接触过数字电视广播知识的同事整理的 首要的目的是让各位尽快地建立起对整个数字电视系统的整体概念 因此对于许多的问题并不会作很详细的介绍 前言 2 对于在幻灯中介绍到的各个关键知识点 如果您觉得还有深入了解的兴趣 或者理解有问题 请作好记录 下来通过上网查阅 请教同事 查阅图书等方式来学习了解 3 如果您发现该幻灯存在任何编写不合理的地方 请将意见反馈给我们 我们将不断改进 谢谢 数字电视 首先让我们看看 什么是数字电视 数字电视 数字电视 的含义并不是指我们一般人家中的电视机 而是指电视信号的处理 传输 发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备 几个概念要弄清楚 能够直接接收并处理外来数字电视信号的电视机称为数字电视机 接收模拟电视信号 仅在图像还原过程中采用数字处理技术的电视机 经常被称为 数码电视 但这并不是真正意义上的数字电视 由于目前能够直接接收并处理外来数字电视信号的电视机仍未普及 大部份家庭中仍使用只能接收模拟电视信号的电视机 如要继续使用这些电视机 可以利用 数字电视机顶盒 Set topBox 把数字电视信号转换成模拟电视信号 这样就能以模拟电视机接收数字电视了 数字电视具体传输过程是 由电视台送出的图像及声音信号 经数字压缩和数字调制后 形成数字电视信号 经过卫星 地面无线广播或有线电缆等方式传送 由数字电视设备接收后 通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音 等下我们会讲到 数字电视机顶盒按照以上传播的途径不一样分为DVB S DVB T DVB C等 如果您明白 模拟 信号与 数字 信号的差异 可直接跳过此页 模拟 信号是这样的一种信号 它的物理值具有绝对的表征意义 例如一个电压波形 当它是1V时 与当它是1 02V时 是被视为两个完全不同的值 数字 信号是这样的一种信号 它的物理值不直接拥有表征意义 例如在某些数字电路中 一个电压波形 当它低于0 5V时 无论到底是多大 都表征 0 而当它高于0 5V时 则被视为 1 也就是说 数字信号 其实是利用了真实世界中的某种物理量 如电压 人为地划分成若干区间 当该物理量的值落在某一区间内时 就将其判定为某一约定好的数字值 这就是数字信号与模拟信号的本质差异 当数字信号受到干扰时 只要其当前值仍然落在其应该在的区间内 那么其表征的值就没有受到影响 这就是数字信号抗干扰能力强的原因 数字电视特点 相信您已经有一些疑问了 到底数字电视有哪些优点呢 首先说说数字信号的优点 1 数字信号具有比模拟信号强得多的抗干扰能力 数字信号在传输过程中 基本上不产生新的噪声 2 从通信的角度上看 频率是一种资源 射频的频带是有限的 数字电视系统能比传统模拟电视更有效地利用带宽 在相同的带宽下 数字电视能传输的节目是模拟电视的几倍 也使得数据量很大的高清节目的传播更容易 3 易于实现信号的存储和处理 便于开展各种综合业务和交互业务 数字电视特点 4 很容易实现加密 解密和加扰 解扰技术 特别是开展各类收费业务 从运营商角度来说 可以更好地控制用户 改变整个经营思路和方法 从运营商的角度来讲 节目是有成本的 如播放电影 投入了更多版权费等成本 势必要提高收费 如果是模拟电视 运营商无法知道一个用户是否看了电影频道 则无法区别对待 如果对每个用户均提价 则不看电影的用户就有意见了 因此一些高成本的业务就无法开展 而在数字电视系统中 由于使用了加扰技术 运行商通过技术手段可以对每个用户进行区分对待 区分收费 每个用户可以自由选择自己想看的节目 因此将使整个运营更加的有活力 有需要且愿意付款的用户可以享受更多的节目 而运营商也将在这样的过程中获得更多的收益 数字电视特点 关于机顶盒 通过之前的介绍 我们对数字电视应该有了一个基本的了解 由于数字电视有许多优点 因此 现在中国和世界各国都在进行各种形式的模拟电视到数字电视的转换 机顶盒就是现阶段用户终端用模拟电视机实现收看数字电视的必备设备 其市场发展同整个数字电视的发展密切相关 关于机顶盒 机顶盒 SetTopBox简称STB 从广义上说 凡是与电视机连接的网络终端设备都可称之为机顶盒 机顶盒的定义 包括模拟机顶盒和数字机顶盒等 关于机顶盒 从狭义上说 就是我们将在本文中不断提到的机顶盒 就是现在模拟电视转数字电视中的数字机顶盒 它将接收到压缩的数字信号转成电视内容 并在模拟电视机上显示出来 信号可以来自有线电缆 卫星天线 宽带网络以及地面广播 接收的内容除了模拟电视可以提供的图像 声音之外 更在于能够接收数据内容 包括电子节目指南 因特网网页 字幕等等 关于机顶盒 关于机顶盒 让我们先来看看普通家用数字机顶盒什么样子 机顶盒在整个数字电视产业链中的位置 机顶盒是实现数字电视固定接收的必备设备 短时间内不会被马上替代 因此机顶盒在整个数字电视产业链中有着重要的位置 关于机顶盒 一 根据传输媒介的不同分类地面数字电视 DVB T 有线数字电视 DVB C 包括光纤 铜轴和两者的混合网 HFC 卫星数字电视 DVB S IPTV机顶盒基于IP协议的电视广播服务等等 HFC即HybridFiber Coaxial的缩写 是光纤和同轴电缆相结合的混合网络 机顶盒的分类 DVB DigitalVideoBroadcasting数字视频广播 T TerrestrialC CableS Satellite IPTV InternetProtocolTelevision 机顶盒的分类 二 根据清晰度分类 标准清晰度数字电视机顶盒SDSTB StandardDefinition 高清晰度数字电视机顶盒HDSTB HighDefinition DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视 SDTV 水平 机顶盒的分类 三 按照是否可以解加扰分类1 免费机顶盒FTASTBFTA FreeToAir指仅能接收免费节目的机顶盒2 条件接收机顶盒CASTBCA ConditionalAccess条件获取3 CI机顶盒CI CommonInterface通用接口 机顶盒的分类 讲了数字电视和机顶盒 我们还是先看看数字电视系统的整体组网图吧 该图附有解说动画 请播放幻灯观看 机顶盒的分类 CA 用户管理系统 EPGServer 节目源 可有多种来源 复用器 将多个节目合并到一路TS流中传输 CA控制加扰器对码流进行加扰 这样没有交费开通业务的用户就收看不到节目了 QAM调制器 将加扰器传过来的信号调制成QAM信号 并移频至某一射频频点上 通过HFC网络广播出去 由于有多个QAM输出多路射频信号 中间还需要一个混频器将多路信号混合在一根同轴电缆上传输 混频器 机顶盒接收到信号 从其中过滤出需要的节目码流 进行解扰 输出到电视机上观看 本地监视解码器 是局方用来对复用后的码流进行监控的 电子节目指南产生器 有了它就可以在电视上直接看到节目预告了 适配器 用户管理系统 SMS 控制CA对交费的用户进行相应的授权 实现对用户 业务的管理 使整套系统可运营 机顶盒的分类 机顶盒的构成 从数字电视机顶盒的构成上看 主要包括硬件和软件两大部分 机顶盒的构成 从硬件上看 最基本的机顶盒一般都有以下组成部分 主芯片 CPU 闪存 Flash 内存 SDRAM DDR 调谐器 Tuner 智能卡接口 以及音视频输出等几大部分 机顶盒的构成 机顶盒硬件构成 机顶盒的构成 机顶盒的构成 主芯片中央处理单元 CPU 是运行软件的主处理器 在机顶盒中 CPU通常与MPEG解码芯片组集成 随着芯片技术的发展 越来越多的厂家将机顶盒的功能更多地集成在一个主芯片里 例如现在大部分厂商都将CPU 解码器 解复用器 图形处理器与视音频处理器甚至tuner功能集成在芯片中 形成一体化的芯片解决方案 有效地降低了器件成本并提高了可靠性 Tuner调谐解调器部分的作用是将传输过来的调制数字信号解调还原成传输流 TS 调谐解调器的不同就构成了不同的数字机顶盒 例如用于QPSK解调的卫星机顶盒 DVB S 用于QAM解调的有线数字机顶盒 DVB C 以及用于OFDM解调的地面传输数字机顶盒 DVB T 存储器内存主要分为Flash寸存储器和SDRAM内存 Flash用来存贮机顶盒的系统软件 驱动软件 应用程序以及一些用户信息 在系统断电时内容还可保留 同时Flash可以通过在线的方式 RS232 USB等 对其上所载的软件进行更新 达到机顶盒软件升级的目的 SDRAM DDR主要是用来存储应用数据 机顶盒的许多功能都需要内存来实现 例如图形处理 视音频解码和解复用等 不同的应用需求 内存的大小配置也各不相同 音视频输出接口机顶盒音视频接口主要输出音视频到电视机或者其他设备上 常见的有Modulator RCA SCART HDMI等输出接口 不同的地区对接口有不同的需求 机顶盒的构成 智能卡接口通过读卡器读取CA智能卡 SMARTCARD 中的数据用于数字电视节目的解扰 特别是在付费电视发展的今天 这是大多数STB必不可少的部件 除了标准的读卡器外 在有些STB中也采用通用接口CI CommonInterface 来完成对CA智能卡的读取 CI是一个由DVB组织为机顶盒和分离的硬件模块之间定义的标准接口 这种起源于PCMCIA的技术应用 使机顶盒可以批量生产 也为机顶盒带来了变化 有着广泛的应用前景 机顶盒的构成 数字机顶盒的软件 机顶盒作为一个客户端系统 除了要具有硬件平台外还需要配备不同的软件系统才能使其完成各种任务 机顶盒中的软件可以分成三个主要的层 应用层 中间解释层和驱动层 每一层都包含了诸多的程序或接口等 机顶盒的构成 应用层可以分成驻留应用程序和可下载应用程序两部分 不同的STB软件设计理念使这两个部分包含的应用程序也不尽相同 合理规划这两部分的组成将有助于提高STB的可靠性和相应时间 目前国内机顶盒中的应用较少 主要以EPG 数据广播 股票 简单的下载游戏等为主 而数字电视的魅力并不在于看电视 而在于这种基于数字电视平台的业务应用 这些应用将会改善人们的一些日常生活习俗 随着双向网络的建设 交互式应用的普及 基于交互式的应用软件也将越来越多 这也会给运营商带来难以预料的增值收入 机顶盒的构成 中间解释层中间解释层将STB的应用程序指令翻译成CPU能识别的指令 从而通过驱动层去调动硬件设备完成相应的操作 该层包括嵌入式操作系统 中间件 CA驻留软件等 虽然中间件的使用可以给STB软件的设计和应用带来极大好处 但高昂的使用费用 对硬件需求的增加以及技术上的不成熟使中间件在国内鲜有应用 目前许多软件设计者采用直接调用驱动层的软件来编写应用程序 这虽然可以满足一时的需求 但随着应用需求的增加 在STB中使用中间件才是一个很好的解决方案 机顶盒的构成 驱动层驱动层包括机顶盒硬件的驱动程序和API ApplicationProgrammingInterface 应用程序编程接口 接口 它主要用于完成对硬件设备的操作 机顶盒的构成 数字电视机顶盒的主要技术 信道解码 信源解码 上行数据的调制编码 嵌入式CPU MPEG 2解压缩 机顶盒软件 显示控制和加解扰技术是数字电视机顶盒的主要技术 机顶盒的主要技术 1 信道解码数字电视机顶盒中的信道解码电路相当于模拟电视机中的高频头和中频放大器 在数字电视机顶盒中 高频头 TUNER 是必须的 不过调谐范围包含卫星频道 地面电视接收频道 有线电视增补频道 根据DTV目前已有的调制方式 信道解码应包括QPSK QAM OFDM VSB等解调功能 2 信源解码模拟信号数字化后 信息量激增 必须采用相应的数据压缩标准 数字电视广播采用MPEG 2视频压缩标准 适用多种清晰度图像质量 音频目前则有AC 3和MPEG 2两种标准 信源解码器必须适应不同编码策略 正确还原原始音 视频数据 机顶盒的主要技术 3 上行数据的调制编码开展交互式应用 需要考虑上行数据的调制编码问题 目前普遍采用的有3种方式 采用电话线传送上行数据 采用以太网卡传送上行数据和通过有线网络传送上行数据 机顶盒的主要技术 4 嵌入式CPU嵌入式微处理器 MicroprocessorUnit MPU 由通用计算机中的CPU演变而来 与通用计算机中的CPU不同的是 在嵌入式应用中 将微处理器装配在专门设计的电路板上 只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件 去除其他的冗余功能部分 这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求 机顶盒的主要技术 嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏 当数据完成信道解码以后 首先要解复用 把传输流分成视频 音频 使视频 音频和数据分离开 在数字电视机顶盒专用的CPU中集成了32个以上可编程PID滤波器 其中两个用于视频和音频滤波 其余的用于PSI SI和Private数据滤波 CPU是嵌入式操作系统的运行平台 它要和操作系统一起完成网络管理 显示管理 有条件接收管理 IC卡和Smart卡 图文电视解码 数据解码 OSD 视频信号的上下变换等功能 为了达到这些功能 必须在普通32 64位CPU上扩展许多新的功能 并不断提高速度 以适应高速网络和三维游戏的要求 机顶盒的主要技术 5 MPEG 2解码MPEG 2是数字电视中的关键技术之一 目前实用的视频数字处理技术基本上是建立在MPEG 2技术基础上 MPEG 2是包括从网络传输到高清晰度电视的全部规范 MPEG MovingPictureExpertGroup 运动图像专家组 该组织成于1988年 专门研究运动图像及其伴音的编解码 存储 传输等 该组织制定的很多标准成为现在国际通用的标准 MP LL用于VCD 可视电话会议和可视电话用的H 263和H 261是它的子集 MP ML用于DVD SDTV MP MH用于HDTV MPEG 2图像信号处理方法分运动预测 DCT 量化 可变长编码4步完成 电路是由RISC处理器为核心的ASIC电路组成 机顶盒的主要技术 MPEG 2解压缩电路包含视频 音频解压缩和其它功能 在视频处理上要完成主画面 子画面解码 最好具有分层解码功能 图文电视可用APHA迭显功能选加在主画面上 这就要求解码器能同时解调主画面图像和图文电视数据 要有很高的速度和处理能力 OSD ONSCREENDISPLAY 是一层单色或伪彩色字幕 主要用于用户操作提示 在音频方面 由于欧洲DVB采用MPEG 2伴音 美国的ATSC采用杜比AC 3 因而音频解码要具有以上两种功能 机顶盒的主要技术 DVB知识 DVB知识 众所周知 模拟电视有NTSC PAL和SECAM三种标准 目前 数字电视也陷入这种局面 美国 欧洲和日本各自形成三种不同的数字电视标准 美国的标准是ATSC AdvancedTelevisionSystemCommittee先进电视制式委员会 欧洲的标准是DVB DigitalVideoBroadcasting数字视频广播 日本的标准ISDB IntegratedServicesDigitalBroadcasting综合业务数字广播 DVB知识 1996年4月法国第一个开始数字电视商业广播 全世界的数字电视广播迅猛发展 其中尤以DVB S广播技术的应用发展最普及和迅猛 DVB S标准甚至被美国这样的数字技术超级发达的国家采用 随DVB S之后 DVB C也在逐渐普及 特别是在中国这样的要控制媒体的国家里 DVB C或其变种技术必是数字电视广播技术的主体 DVB T技术在DVB S和DVB C之后 也被欧洲 亚太甚至美国等地的不少国家用于商业广播 DVB知识 由于DVB得到了广泛的采用 数字机顶盒有时候就被代称成为DVB DVB知识 欧洲DVB标准和美国ATSC标准的主要区别如下 系统层和视频编码 DVB和ATSC标准都采纳MPEG 2标准的系统层和视频编码 但是 由于MPEG 2标准并未对视频算法作详细规定 因而实施方案可以不同 与两个标准都无关 音频编码 DVB标准采纳了MPEG 2的音频压缩算法 而ATSC标准则采纳了AC 3的音频压缩算法 信道编码 两者的扰码器 Radomizers 采用不同的多项式 两者的里德 所罗门前向纠错 FEC 编码采用不同的冗余度 DVB标准用16B 而ATSC标准用功20B 两者的交织过程 Interleaving 不同 在DVB标准中网格编码 Trellixcoding 有可选的不同速率 而在ATSC标准中地面广播采用固定的2 3速率的网格编码 有线电视则不需采用网格编码 调制技术 卫星广播系统中DVB标准采用QPSK 而ATSC标准不涉及卫星广播 有线电视系统中DVB标准采用任选的16 32 64QAM 而ATSC标准采用16VSB 两者完全不同 地面广播系统中DVB标准采用具有QPSK 16QAM或64QAM的COFDM 2K个或8K个载波 而ATSC标准采用8VSB DVB知识 DVBlogo DVB知识 DVB 数字视频广播DigitalVideoBroadcasting的缩写 是由DVB项目维护的一系列国际承认的数字电视公开标准 DVB项目是一个由300多个成员组成的工业组织 它是由欧洲电信标准化组织EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute ETSI 欧洲电子标准化组织EuropeanCommitteeforElectrotechnicalStandardization CENELEC 和欧洲广播联盟EuropeanBroadcastingUnion EBU 联合组成的联合专家组JointTechnicalCommittee JTC 发起的 DVB知识 1993年 欧洲成立了国际数字视频广播组织 DVB组织 DVB组织决定新的技术必须是建立在MPEG 2压缩算法上的数字技术 必须是以市场为导向的数字技术 DVB的宗旨是要设计一个通用的数字电视系统 在此系统内的各种传输方式之间的转换有最简单的方式 尽可能的增加通用性 DVB标准提供了一套完整的 适用于不同媒介的数字电视系统规范 DVB数字广播传输系统利用了包括卫星 有线 地面在内的所有通用电视广播传输媒体 它们分别对应的DVB标准 DVB S DVB C DVB T等 DVB知识 1 DVB标准的核心 1 系统采用MPEG 2压缩的音频 视频及资料格式作为资源 2 系统采用统一的MPEG 2传输 TS 复用方式 3 系统采用统一的用于描述广播节目的系统服务信息 SI 4 系统的第1级信道编码都采用里德 索罗门 R S 前向纠错编码保护 DVB知识 5 调制方式与其他附属的信道编码方式 由不同的传输媒介来确定 6 使用通用的加扰方法及条件接收接 7 鼓励欧洲以外地区使用DVB标准 推动建立世界范围的数字视频广播标准 这一目标得到了ITU卫星广播的支持 8 支持数字系统中的图文电视系统 DVB知识 2 DVB传输系统DVB标准的传输系统分为两部分 1 信源编解码 SourceCoding 2 信道编解码 ChannelCoding DVB知识 信源编码 指将信号源中多余的信息除去 形成一个适合用来传输的信号 目的 提高信源的效率 去除冗余度 DVB标准采用MPEG 2码流 首先对音频和视频进行复用 然后再将多个数字电视节目流进行传输复用 在接受端进行相应的解复用和解码 DVB知识 信道编解码 为了抑制信道噪声对信号的干扰 往往还需要对信号进行再编码 编成在接收端不易为干扰所弄错的形式 这称为信道编码 目的 1 要求码列的频谱特性适应通道频谱特性 从而使传输过程中能量损失最小 提高信号能量与噪声能量的比例 减小发生差错的可能性 提高传输效率 2 增加纠错能力 使得即便出现差错 也能得到纠正 DVB知识 DVB标准的信道编解码包括3部分 a 前向纠错编码 译码 b 调制 解调 c 上 下变频 卫星传输采用QPSK 4相相移键控调制 方式 有线传输采用QAM 正交振幅调制 方式 地面传输采用COFDM 编码正交频分复用 或16VSB 美国 16电平残留边带调制 方式 DVB知识 DVB S 数字卫星直