数字电视基础知识讲座ppt课件.ppt

概述 有线电视技术发展趋势 数字化网络化综合化智能化 概述 增值业务 个性化的视频服务 PPV PayPerView按次付费 VOD EPG 数据广播 扩展业务 IPPHONE INTERNET 电子商务 电子购物 远程教育 医疗 概述 今后可能采用的办法 IPovereverythingEverythingoverIP全新的网络形式 全新的技术手段 概述 依托现有的CATVHFC网络 目前采用的技术方式 DVB CCMTS 电缆调制解调器终接统 CableModem 内容提要 一 数字电视技术的发展二 有关基础知识三 数字电视技术的相关标准四 数字有线电视系统 一 数字电视技术的发展 1 数字电视是电视发展的必然趋势电视技术的革命 第一次 黑白 彩色第二次 模拟 数字 电视发展到今天 它的适用范围早已超越了广播娱乐界 广泛地扩展到文化教育 科研管理 工矿企业 医疗卫生 公安交通 军事宇航和人们日常生活的各个领域 随着信息时代的到来和数字技术的飞速发展 电视进入数字时代已是势所必然 传统的模拟电视最大的缺点是 逐级放大的传输方式容易产生噪声 长距离传输后信噪比恶化 图像清晰度受到严重损伤 图像对比度产生较大的畸变 相位失真也会造成色彩失真 对设备的非线性失真十分敏感 此外 模拟电视还具有稳定性差 可靠性低 调整繁杂 不便集成 自动控制困难 以及成本高昂等缺点 数字电视是数字化信息技术革命的产物 所谓数字电视 是将传统的模拟电视信号经过抽样 量化 编码等一系列处理转换成二进制数代表的数字式信号 然后可以很方便地进行各种处理 传输 存储和记录 也可以用电子计算机进行处理 监测和控制 采用数字技术不仅使各种电视设备获得了比原有模拟式设备更高的技术性能 而且还具有了模拟技术不能达到的新功能 电视技术 计算机技术 数字电视技术 2 数字电视的技术优势 1 采用了先进的图像压缩编码技术 因而每套节目占用的频带窄 可以更充分地利用频率资源 例如 在有线电视中 原来的一个模拟电视频道 可以用来传送6 8套标准清晰度的数字电视节目 对用户来说 这意味着可选择的节目将更加丰富 同时 节目大容量的低廉传输和广范围的收视使网络运营费用大幅度降低 2 图像清晰度高 音频效果好 抗干扰能力强 数字电视信号的信噪比和连续处理的次数无关 在传输过程中 不会降低信杂比 因此数字电视信号的传播不像模拟信号会在传输过程中噪声逐步积累 它不受地理因素的限制 几乎可以无限扩大覆盖面 因此 数字电视清晰度高 在接收端看到的电视图像及声音质量非常接近演播室水平 3 伴音质量大幅度提高 目前的模拟电视 伴音是单声道的 只有个别电视台刚开始试播双声道的丽音 而数字电视可以提供5 1的环绕立体声 4 数字电视采用大规模集成电路 结构更加简单 成本进一步降低 可靠性比模拟电视更高 5 易于实现信号的存储 而且存储时间与信号的特性无关 同时保证了现有模拟电视画面的格式 普通电视机前加装数字电视机顶盒即可接收数字电视节目 电视台的电视节目制作设备也可沿用 6 由于采用数字技术 数字电视有利于实现电视广播与计算机网络的融合 从而可以大大扩展服务内容 目前数字电视的标准已经考虑了与ATM的互操作性 对用户来说 这意味着可以从被动地收看变成主动地准交互 本地交互 交互地收看 而且随着节目源的丰富 用户可以获得更多的游戏娱乐节目 获得各类针对性的信息资讯 如财经信息等 其它服务 如 付费节目 随次计费节目 电影选播系统 歌唱点播 新闻选取 电视在线教育 电视购物 数字电子游戏 居家银行及互联网浏览等新颖服务 7 很容易实现加密 解密和加扰 解扰技术 便于开展各类收费业务 而且条件接收系统的应用 可以实现对用户的良好管理 确保了资金的有效回报 上述电视数字化的技术优势 无论是对于消费者 还是对于相关企业 甚至是对于整个电子产业 广播行业 都意味着一场巨大的变革 对于消费者而言 数字电视不只是图像更清晰 声音更逼真 屏幕更大及频道更多 而且集电视 电脑 电信的功能为一体 使电视的用途由单一性向多元化发展 成为千家万户进入信息高速公路的便捷通道 对于电视机厂家 电视台 电视制作和传播媒体而言 数字电视的出现既是一种挑战又是一种机遇 但它所带来的电视市场扩容潜力将无可估量 并可推动通过数字电视的交互式特点开展各项业务的多种行业的发展 3 数字电视的发展历程与现状1994年 数字卫星电视启动 1998年 数字地面电视开始试播 欧 美 日发展较快 数字卫星电视出现最早 目前最为成熟与规范 数字有线电视和数字地面电视目前尚处于起步和试验阶段 4 数字有线电视在我国面临良好的发展机遇 1 有线电视目前在中国有9000万以上用户 2005年将达到1 2亿 经济发达地区和城市的电视用户多数通过有线收看电视节目 同时有线电视数字化的技术基础也较成熟 有线电视数字化的发展将能够支持最全面的业务 2 我国尚未放开个人和家庭直接接收卫星电视信号的限制 至于数字电视的地面广播 有关标准国际上正在制定中 美国计划于今年开播 我国则会更晚一些 而且地面广播的频率资源有限 设备投资较大 发展受到局限 而我国有线电视网络已经遍布大中城市 乃至县城和一些乡镇 总用户将近9000万 实现数字有线电视广播 增加的频道数最多 在传输链路上的投资最少 3 对于标准清晰度数字电视和家用级普及型数字电视 播放设备投资不大 国内也有条件自行研制 开发和生产 4 不需要更新已经有的电视机 只要增加一个机顶盒 就能收看数字电视节目 广大有线电视用户比较容易接受 因而市场可以很快启动 结论 尽管数字电视在国外首先发展的是卫星直播电视 但在我国 目前最有条件发展的则是数字有线电视 二 数字通信基础知识 1 1信道与带宽 传输信息的通路称为信道 可以分为两种 传输模拟信号的称为模拟信道 传输数字信号的信道称为数字信道 信道所能传送信号的频率宽度 称为带宽 数字信号本身频谱的宽度 决定了传输信道的最小频道宽度 数字通信基础知识 1 1数据传输速率 比特率 是指二进制数码流的信息传输速率 单位是 bit s简写b s或bps 它表示每秒传输多少个二进制元素 每一个二进制的元素称为比特 波特率 也就是符号率 又称调制速率 是针对模拟数据信号传输过程中 调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值 单位是B s 称为波特 baud 率 R Blog2N b s 其中R是比特率 B是波特率 N是n比特的电平数 即 进制数 数字通信基础知识 1 2信源编码 抽样 将时间上连续的取值变为有限个离散取值的过程 量化 将经抽样后幅度上无限多种连续的样值变为有限个离散值的过程 编码 把量化后的信号按照一定的对应关系转变成一系列数字编码脉冲的过程 数字通信基础知识 1 3信道编码 纠错 在信道编码过程中将附加数据加于数据流之中 在接收端通过校验位来发现有错误的数据字 并给予纠正 交织 是对纠错过程的补充 其基本原理是在编码时将数码流按已定义的规则 搅乱 在接受端再将那些 搅乱 的数据字按相反的规则重新排列 使之恢复出原始次序 数字电视前端硬件平台 2 2数字卫星接收机 2 2 1概述因为我国上星的数字电视节目的大部分采用的是QPSK调制方式 数字卫星接收机都是QPSK解调 数字卫星接收机也分为几种 有的虽然是接收卫星上的数字节目 但是输出的还是模拟的音视频信号 这就是目前大部分电视台前端系统所采用 还没有改造的 有的是直接是输出TS码流 还有一种就是既能输出模拟信号 又能输出数字的TS码流 数字电视前端硬件平台 2 2数字卫星接收机 2 2 2QPSK调制原理 数字电视前端硬件平台 2 2数字卫星接收机 数字电视前端硬件平台 2 2数字卫星接收机 数字电视前端硬件平台 2 4QAM调制器 2 4 1调制方式的选择DVB S中 采用的是QPSK调制解调方式 DVB C中 采用的是QAM调制解调方式 DVB T中 采用的是OFDM多载波调制 每个载波再采用QPSK或者QAM调制 数字电视前端硬件平台 2 4QAM调制器 2 4 2调制速率16QAM调制中 一个符号用4个比特来表示 64QAM调制中 一个符号用6个比特来表示 256QAM调制中 一个符号用8个比特来表示 64QAM的调制符号率在8NHz最高可以达到6 89MBps 这样它的最高数据传输速率为6 89 6 41 34Mbps 由于其中有RS编码 去掉冗余 有效传输数据速率为41 34 188 204 38 1Mbps 数字电视前端硬件平台 2 4QAM调制器 2 4 2QAM调制原理正交调幅 QAM 是幅度调制和相位调制的结合 既调幅又调相 QAM是将调制符号调制到一对正交载波上 是二维调制技术 数字比特序列被分成两个序列 以16QAM为例 每4个调制比特分为两组 每组两个比特 分别去调制同相正交载波 然后将两路已调信号相加发送 数字电视前端硬件平台 2 4QAM调制器 2 4 2QAM调制原理框图 数字电视前端硬件平台 2 4QAM调制器 2 4 2QAM星座图 数字电视前端硬件平台 2 4QAM调制器 2 4 3调制器与复用器现在我们可以跟前面的复用器结合起来考虑 如果采用64QAM调制方式 最高有效数据传输速率可以达到38 1Mbps 那么采用的复用器如果可以容纳38Mbps的速率 一路节目的数据速率为4Mbps 那么就可以复用9套节目 如果一路节目的数据速率为6Mbps 那么可以复用6套节目 也就是说 复用的节目数越多 那么每套节目的数据速率越低 这要根据实际情况 根据不同的节目要求去处理 数字电视前端硬件平台 2 5加扰器 加扰器所完成的主要功能有以下这些 对指定节目或者TS流进行DVB加扰处理与CA有关的PSI SI信息 可以是PSI SI动态再生在TS流中插入EMM 授权管理信息 和ECM 授权控制信息 数据流 生成加扰控制字CW关于其详细的工作原理在后面的CA系统中给予介绍 数字电视前端硬件平台 小结 还有其他的一些设备这里没有具体介绍 像切换矩阵 视频服务器等等 因为这些设计不到什么技术 仅仅是系统集成 所以这里不再叙述 一个完整的数字电视系统 应该包括上面介绍的一些基本设备 当然还要加上相应的软件平台 下面将给予介绍 数字电视前端软件平台 3 1EPG系统 3 1 1 EPG主要功能为用户提供节目指南 可以与用户之间实现互动操作将节目单上的原始信息存入数据库从数据库中提取原始数据 生成DVB SI规定的表 也就是生成SI信息按照一定的周期将SI信息送入复用器复用器将这些表于其他节目的TS流复用在一起 然后通过QAM调制器后送入HFC网 数字电视前端软件平台 3 1EPG系统 3 1 2 EPG工作原理DVB SI标准的SI信息主要是给用户端提供设置信息 从而可以使接收机能够自动调谐接收特定的节目并对节目进行分组 SI中有传送的节目信息 包括节目的种类 节目的时间 节目的来源等等 这些信息包含在4个表中 网络信息表 NIT 业务描述表 SDT 节目信息表 EIT 时间日期表 TDT 数字电视前端软件平台 3 1EPG系统 3 1 2 EPG工作原理网络信息表主要提供接收端所需的接收频率 符号率 调制方式等等 业务描述表主要提供复用器中与节目或者业务有关的节目名字等参数 节目信息表给出各类节目的时间安排 时间与日期表提供节目开始的具体时间 由于TDT表有具体的时钟信息 因此有时也可作为IRD的解码时钟的更新 数字电视前端软件平台 3 2DVB CA系统 3 2 1有条件接收基本概念条件接收子系统 是解码器的一部分 其作用是对电子密钥进行解码并恢复出原来用于控制解扰序列的所需要的信息 加扰控制字 CW 用于解扰器中的密钥 加密 加密是指为了加扰信号而进行的连续不断的改变电子密钥的处理 电子密钥一般通过信道安全地传送给用户授权控制信息 ECM 授权控制信息是一种特殊形式的电子密钥信号和信道寻址信息 授权管理信息 EMM 授权管理信息是一种授权用户对某个业务进行解扰的信息 用户授权系统 它在用户管理系统的指导下 负责对ECM和EMM数据流进行组织 使之序列化并传输到用户管理中心 用户管理系统 它是向用户发放电子密钥 寄送帐单及收费的商业中心 数字电视前端软件平台 3 2DVB CA系统 3 2 2 有条件接收的工作原理 框图 加密TS流 数字电视前端软件平台 3 2DVB CA系统 3 2 2 有条件接收的工作原理 发送端 首先由控制字发生器产生加扰控制字 CW 提供给加扰器和加密器A 加扰器根据提供的控制字 CW 对来自复用器的TS流进行加扰运算 加扰器的输出结果就是经过加扰打乱了的TS流 控制字就是加扰所用的密钥 加密器A接收到控制字 CW 之后 根据用户授权系统提供的业务密钥对控制字进行加密运算 加密器A的输出结果就是加了密的控制字 称为授权控制信息 ECM 业务密钥在送给加密器A的同时 也送给了加密器B 它能够自己产生密钥 并且能够对授权系统提供的业务密钥进行加密 加密器B的输出结果就是加了密的业务密钥 称为授权管理信息 EMM 上面所产生的ECM和EMM信息都送往MPEG 2复用器 与其他的TS流一起进行打包 形成TS流再输出 数字电视前端软件平台 3 2DVB CA系统 3 2 2 有条件接收的工作原理 接收端 解调后的加扰数据流经过解扰器解扰 然后送往解复用器解复用器根据TS流的包结构 提取出ECM和EMM控制信息 提取出来的ECM和EMM信息分别被送往智能卡的解密器A和解密器B 然后恢复出加扰控制字 CW 把CW送往解扰器 恢复控制字的过程非常短暂 一旦恢复出正确的控制字后 解扰器便能正常解扰 把加扰TS流变成正常的TS流 数字电视前端软件平台 3 2DVB CA系统 3 2 2 有条件接收的工作原理 分析 三层保护 加扰 打乱TS流用业务密钥对控制字加密对业务密钥进行加密 数字电视前端软件平台 3 2DVB CA系统 3 2 3条件接收的主要特点 1 公共的加扰和解扰算法 2 公共接口 3 同密加密 4 多密加密 数字电视前端软件平台 3 3SMS系统 3 3 1SMS系统简介 用户管理系统是整个收费电视系统的重要组成部分 用户管理系统实现数字电视广播条件接受用户的管理 包括对用户信息 用户设备信息 用户预订信息 用户授权信息 财务信息进行记录 处理 维护和管理 数字电视前端软件平台 3 3SMS系统 3 3 1SMS体系结构数据库 应用服务 客户端应用程序 数字电视前端软件平台 3 3SMS系统 功能 用户管理模块 用户管理模块是整个条件接收用户管理系统的重要组成部分 用来管理用户信息 用户预定授权和节目编号等信息 并将相关数据自动传给CA系统 用户维护 具体功能是用户注册 用户暂停 用户恢复 用户注销 IC卡登记 机顶盒登记 密码 IPPV金额 合同和用户投诉等 节目预定 用户按照系统提供的方式 按照单频道 全部频道 节目编号 预定和取消电视节目 进行的账册和查询 IPPV查询 数字电视前端软件平台 3 3SMS系统 授权管理模块 用户信息 具有对全体 集合 单独用户发送B mail的功能 对特殊用户赋予某种收视权利和取消相应的权利的功能节目信息 处理有关节目提供商的功能IC卡信息 处理有关IC卡方面的功能 数字电视前端软件平台 3 3SMS系统 控制管理模块 控制管理模块是为了保证系统正常运行必须具备的运行环境和运行控制的功能 具体功能有 维护节目提供商 节目提供商频道 节目提供商对应的销售单价等 数字电视前端软件平台 3 3SMS系统 环境管理模块 环境管理模块用于管理有关节目分类 节目分类与节目提供商的对应关系 分类管理模块 在环境管理模块的基础上 实现按节目内容进行分类销售方式 具体有 按照节目分类方式 按照节目主题方式 按照节目主题级别方式 数字电视前端软件平台 3 3SMS系统 节目管理模块 节目档案管理 通过对节目进行编号 分类 主题等技术手段的处理 将节目整理成易于查询 使用 易于分类统计的数据文件 主要有建立节目编码规则 建立节目分类 主题和级别的相互关系 确定每个节目成熟率 节目单制作 通过播出计划生成节目播出单 对节目重播 节目异日重播 节目和广告在时间上的连接处理 数字电视前端软件平台 3 3SMS系统 统计报表处理 用户管理系统能够根据要求提供统计报表和统计图 系统的报表有任意时间段的营业报表 用户信息统计表 用户预定汇总表 银行信息处理 数据通讯 通过银行提供的服务器将有关的信息实时或者非实时地传到用户管理系统 并保证数据在传输过程中的完整性 安全性和正确性 数据处理 对于合同用户 当其账号下金额满足要求时 系统向该用户发送授权 当其账号下金额不满足要求时 系统有黑名单的处理功能 对于非合同用户 用户到银行缴款预定节目提供商的某频道 或全部频道节目 系统有数据校验功能 专门处理由于人为的原因造成的错误信息 最后 将从银行取来的正确数据 转换成用户管理系统使用的数据 修改资金帐产生准EMM 同时产生财务上需要的银行对帐表 数字电视前端软件平台 3 4NMS系统 主要功能 对编码器 复用器 切换矩阵 调制器 卫星接收机进行监控 参数配置和管理动态编辑PSI SI 察看和设置播出节目信息通过网管完成编码器 复用器 卫星接收机的在线软件升级对本地及远端解码器进行监控管理 二 数字电视技术的相关标准 正如模拟电视有PAL NTSC和SECAM等制式一样 数字电视也要制定本身的标准 目前数字电视标准有三种 美国的ATSC 欧洲的DVB 日本的ISDB 其中前两种标准用得较为广泛 1 ATSCATSC AdvancedTelevisionSystemCommittee 是美国高级电视系统委员会的简称 与1995年经美国联邦通讯委员会正式批准作为美国的高级电视 ATV 国家标准 ATSC标准规定了一个在6MHz带宽内传输高质量的视频 音频和辅助数据的系统 在地面广播信道中可靠地传输约19Mbps的数字信息 在有线电视频道中可靠传输38Mbps的数字信息 使该系统能提供的分辨率是常规电视的5倍之多 ATSC被加拿大 韩国 阿根廷 中国台湾 墨西哥采用 亚洲及中北美洲的许多国家也正在考虑使用 2 DVBDVB DigitalVideoBroadcasting 即数字视频广播 是欧洲广播联盟组织的一个项目 目前已有220多个组织参加 DVB项目的主要目标是要找到一种对所有传输媒体都适用的数字电视技术和系统 因此 它的设计原则是使系统能够灵活的传送MPEG 2视频 音频和其他数据信息 使用统一的MPEG 2传送比特流复用 使用统一的服务信息系统 使用统一的加扰系统 可有不同的加密方式 使用统一的RS前向纠错系统 最终形成一个通用的数字电视系统 不同传输媒体可选用不同的调制方式和通道编码方法 其中DVB S采用QPSK DVB C采用QAM DVB T采用COFDM 所有的DVB系列标准完全兼容MPEG 2标准 同时制定了解码器公共接口标准 支持条件接收 提供数据广播系统等特性 目前 DVB已经扩展到欧洲以外的国家和地区 世界上现有30个国家 200多家电视台开始了DVB各种广播业务 100多个厂家生产符合DVB标准的设备 欧洲的DVB重点放在SDTV 其COFDM制式的地面广播正在欧洲各国陆续开播 卫星的MPEG2 DVB S广播已于1996年开播 3 ISDB日本数字电视ISDB Integrated ServicesDigitalBroadcasting 标准于1993年9月制定 其核心内容包括 既传数字电视节目 又传其它数据的综合业务服务系统 视频编码 音频编码 系统复用均遵循MPEG 2标准 传输信道以卫星为主 迫于欧洲和美国的发展形势 已将原定于2005年才开始数字电视广播的计划改为2000年开始 并提出了ISDB T制式 使数字电视地面广播再次出现三大制式并存的局面 日本已于1996年10月开始了名为PerfecTV的卫星数字电视广播 并计划于2000年发射数字电视广播卫星BS 4 全面进入数字电视时期 ATSC和DVB标准在信道的传输方式 数字音频压缩标准 节目信息表上都有所差别 同时美国ATSC标准关注的是UHF和VHF频道的数字地面HDTV 在6MHz信道内只提供19 3Mbps的固定码率 而欧洲DVB以单一系统方式针对SDTV和HDTV 可用于所有广播媒体 在设计上码率可变 在8MHz内可选择4 9 31 7Mbps不同的传输码率 在支持条件接收方面 ATSC还没有进行相应的工作 上述三个标准的比较 在传输方面 美国首先考虑的是地面广播信道 而欧洲和日本考虑卫星信道 在图像规格方面 美国考虑地面广播HDTV 欧洲强调图像可分级性 日本强调多种数字业务集成 不只传一种HDTV信号 数字调制方式方面 美国地面广播采用8 VSB或16 VSB 欧洲和日本地面广播采用OFDM 数字有线电视 安徽合肥 技术交流 上 zip 我国的基本情况 卫星 已经确定采用DVB S有线 正在试行DVB C地面 6个标准的比较实验之中 尚未决定 三 数字有线电视系统 数字电视概述 数字电视是一个从节目采集 编辑 制作 存储 发射 到传输 接收 显示整个过程的数字化系统解决方案 涵盖了从节目源至用户端的一切环节 是一个完整的系统概念 不能简单地理解为数字处理电视接收机 数字有线电视系统示意图 Internet DVB C前端 卫星频道 混合设备 自录频道 电缆 DVB视频服务器 HFC 数据服务器 播控中心 数字有线电视系统组成示意图 系统组成 数字有线电视前端 HFC 用户接收端 复杂系统 机顶盒 一 前端系统 基本组成 数字电视信源系统 业务系统 存储播出系统 复用加扰系统 条件接收系统 用户管理系统 编码调制系统 回传处理系统 其它辅助系统 前端组成实例 1 数字电视信源系统 包括数字卫星信号的接收系统 模拟信号的编码系统 SDH网络信号的分接 转换系统 该系统以后还将逐步具备传输来自宽带IP等多种网络节目源的能力 它的特点是将信号进行一定格式转换 使之成为符合DVB C标准的TS流信号 它对节目的内容不加以编辑和存储 只起到节目转发的作用 数字卫星接收机可以直接输出TS流 模拟信号源需要转换成TS流 数字电视压缩编码系统 概念将模拟的视音频信号数字化 并实时传输到视频服务器或直接到复用器 采用广播级MPEG 2的编码方式 数字电视节目复用系统将多路单节目数字视频流复合成单路多节目数字视频流 并符合DVBASI传送标准 调整节目带宽实现多节目的数字广播 并确保与CA系统的良好配合 数字电视压缩编码系统 设备A D转换器在符合抽样定理的前提下 对模拟图像中像素点的亮度 色度进行采样 然后将时间离散化的信号按一定的量化间隔量化 达成幅度离散化 最后以特定规则编码 形成数字信号 但此时的信号码率过高 数字复合NTSC为143Mbps PAL为177Mbps 数字分量ITU R601为270Mbps 数字电视压缩编码系统 音视频编码器按照MPEG II编码标准 对A D输出信号进行压缩 输出符合ASI 异步串行接口 标准的TS码流 支持以下编码格式 2 业务系统 播出前端对素材和信息进行编辑和整理 采用DVB DATA标准 我国数字电视广播系统中的数据广播标准正在制定 对信息进行封装 完成播出TS流的打包 接收端机顶盒集成相应接收模块完成对数据信息的解析 目前 国内的业务系统包括数据广播 Internet接入 实时股票信息等等 3 存储播出系统 包括节目素材上载与收录系统 节目存储与节目库管理系统 节目预编 审核系统 准视频点播 NVOD 系统和专业频道管理播出系统 该系统的特点是可以对多种格式节目进行上载 收录存储多种传输方式的节目 并将其转换成TS流文件 并且支持手动和自动采集方式 对节目库中存储的文件进行分类编目 提供高效的文件检索功能 对 延时 播出的节目进行监审 编辑的功能 通过准视频点播 NVOD 系统和专业频道管理播出系统完成节目播出 4 复用加扰系统 此部分将上述1 2 3系统传来的信号 根据码率进行节目 数据信息复用并完成加扰 形成若干个频道的码流 根据使用设备的不同 系统的结构有所差别 有些复用器内置加扰模块 信号在复用器的内部可以完成加扰 有些复用器内部不具有加扰模块 需要外接独立加扰设备 复用器多路复用器是整个系统的核心部分 相当于交通枢纽中心 把不同方向运载的货物经过复用器 根据用户的不同需求重新装到不同的车上从不同的路径运到不同的用户手中 复用器是以模块方式组成复用器支持PID的重新映射将加密控制信息注入到指定的节目内容中进行加密和控制具有PSI SI信息编辑能力支持多种条件接收系统 复用器还能对多家CA系统的同时支持 真正实现Simulcrypt方案 框图 5 条件接收系统 CAS 此系统主要完成对信号的加扰控制和加密管理信息的分发 保证节目提供商和有线电视网络运营商的利益 条件接收系统 条件接收系统是数字电视收费的技术保障系统 根据数字信号加密保密性强的特点 可以按不同分组情况对不同数字电视节目频道进行收费管理 从而从根本上解决电视节目收费难的困扰 其技术途径是通过对数字电视信号进行数字加扰 实现传输码流中所含的视频和音频信息以及数据信息的加扰 同时将加扰处理的控制字经加密后形成加密信息随传输流一起传送 在用户端 未经授权的用户将不能对付费节目进行解扰 而无法收看该节目 条件接收系统 从欧洲数字电视商业化成功的经验来看 条件接收系统是推动数字电视走向市场成功的重要环节 条件接收是现代信息加密技术在数字电视领域的具体应用 一方面实现了节目信息的分类和管理 一方面可实现节目的有偿服务 保证良性循环 进一步促进服务水平的提高 因此 国际上数字电视方面的标准化组织 如 在标准中都已建立了条件接收的框架 而一些先进国家也在研究 制定本国条件接收的技术和标准 条件接收系统 由于条件接收所带来的巨大的社会效益和经济效益 国外一些公司相应投入巨资开发条件接收系统 目前已有Video Guard Irdeto Media Guard以及CryptoWorks等 种系统投入商业运营 这些系统一般由前端的加扰 加密 授权管理等子系统 及用户端的机顶盒解密 解扰模块构成 支持的业务有按次付费 脉冲式按次付费 准视频点播 按时间付费 等 条件接收系统 条件接收系统开发商通过前端系统软硬件 机顶盒版权和 卡来获得利益 由于国内还开展没有数字电视广播条件接收系统的研究开发 国外公司尚处于垄断地位 目前 仅接收机软件模块授权一项 每台就需5美元以上 且需预付几十万台的费用 由于商业利益的因素 开发商不会公开其关键技术 这意味着系统的控制权和安全性仍将依赖于国外厂商 难以充分保障 同时也无法对系统自主进行功能扩展和升级 条件接收系统 国外CA的状况大部分运营商数字化 直接用户数以千万计CA有几十种之多 符合DVB的有10多种 国内常见的有5 6种没有统一的CA标准 技术上各不相同大部分CAS不完全符合DVB同密的标准IPCA成为市场的热点大运营商利用CAS垄断运营市场盗卡现象十分严重 无法解决 条件接收系统 国内CA的状况相关标准 GY Z175 2001 GY Z174 2001现参与的企业有10多家 更多的企业正在加入总局圈定试点6家大多数企业处于研发阶段 有较大的技术差距引进国外技术开发本地化产品是较好的选择从同密走向多密 多播 国家信息安全严格管理 国内CA将成为主流 条件接收系统 选择CA要考虑的问题政策面 总局 密码委 国家和产业的支持服务 当前和未来服务的可能性任何一种同收费相关的业务都需要CA厂商的支持安全性 安全的历史和商务条件数据的安全性和算法的安全性安全性在技术上的保证手段技术 系统的先进性以及技术的发展价格 当前和未来系统所要支付的费用当前的价格并不代表未来系统的费用STB和中间件 条件接收系统 缩写CAS 有条件接收系统EMM 授权管理信息ECM 授权控制信息SAS 用户授权系统SMS 用户管理系统MUX 复用器SMARTCARD 智能卡TRD 安全加密设备PPV 节目分次预订IPPV 即时购买节目OSD 屏幕显示信息 条件接收系统 CA的划分和区别基于算法的CA 但非通用加扰算法基于密钥采用DES算法的CA基于密钥采用Triple DES算法的CA基于密钥采用RSA算法的CA 如 ChinaCrypt安全性 RSA算法优于Triple DES算法Triple DES算法优于DES算法 条件接收系统 条件接收系统的关键技术 密码学算法的实现密钥的生成和传递ECM与EMM的生成SAS与SMS的管理与控制 条件接收系统 密钥体系 Keys Keys 明文 密文 明文 Key公钥 Key私钥 对称密钥 非对称密钥 条件接收系统 算法和密钥通用加扰算法 DVB标准 随机控制字CW5 20秒变换一次对称密码体系DES算法 对称密钥 64位密钥 1975年Triple DES DES的改进算法 128位的密钥缺点 必须经常更换密钥 密钥传递是大漏洞2000年以后DES Triple DES已被西方国家所弃用公共密码体系 Rivest Shamir Adleman RSA算法 加解密密钥不同特别适合开放式环境 如广播 Internet等缺点 运算速度慢 芯片成本高 条件接收系统 CAS密钥结构管理密钥私钥 唯一密钥 用于密钥更新组密钥 用于解用户EMM用户唯一密钥 用于解EMM运营商密钥 不同的运营商用户授权密钥 解用户授权EMM节目授权密钥 解节目授权ECM控制字CW 节目解扰 条件接收系统 CA的基本原理 条件接收系统 CAS系统构成ECM发生器ECM注入器EMM处理器EMM注入器系统监视器通用接口 CI 模块IPPV回传通道TRD加密机 母卡 母盘用户授权系统 SAS 机顶盒数据发生器DDG 条件接收系统 用户授权系统 SAS 用户授权系统 SAS 的功能是接收SMS发出的请求 产生并离散EMM 然后按优先级 分别存储EMM 注册所有的智能卡 管理密钥和EMM 定义产品 管理授权 SAS包括EMM发生器 EMM加密处理器 SMS接口和SAS用户界面 从SMS 用户管理系统 信息中产生EMM 授权管理信息 可满足90 000SMS需求 小时 以2千万 小时的速度按月更新EMM 支持多重SMS 多个节目商共享智能卡 可远程连接SMS 可远程连接EMM插入器 SAS是自动化系统 只需很少的人员操作 就可实现大批量处理 包括对4千万个PPV授权进行高速处理 EMM信息放在TRD中 条件接收系统 实例 6 用户管理系统 此系统和条件接收系统使用专用的接口进行连接 主要对网络中的信号进行商品化定义 管理以及用户收看节目的权限控制和收费 用户管理系统 SMS基本功能 1 用户信息管理用户信息管理负责完成的主要功能是处理与维护用户的主要信息 2 资源管理资源管理的内容是业务服务所需设备和产品 如IC卡 机顶盒等 主要功能是对资源进行进销调存以及使用状态的管理 包括用户已经购买或租赁使用的资源 如对IC卡进行管理的信息包括 IC卡号 地址码等 对机顶盒进行管理的信息包括机顶盒号 地址码等 用户管理系统 3 产品管理产品管理主要是对节目提供商所提供的节目进行产品化的管理 管理的内容包括业务服务在系统中的注册 修改与删除 业务服务的促销 定价和有效期确认等等 4 用户业务管理用户业务管理负责用户订购产品信息的管理 5 用户业务支援业务支援管理的内容是为保证用户业务正常运行而进行的管理功能 主要包括用户业务故障单 故障维修或解决的结果等 用户管理系统 6 计费计费主要是计算应收取用户的费用 支持的计费方式有 按月计费 按次计费 包括实现对PPV计费的功能 7 收费系统在进行计费处理之后 通过收费点进行收费 以通过用户到收费点交纳现金的形式完成收费 8 帐务管理帐务管理的主要功能包括对应收和实收的关系进行管理 对用户信用进行管理 对财务清算和帐务报表的管理等 用户管理系统 9 授权管理授权管理负责用户业务开通前的授权预处理操作 主要包括对用户信用度的确认 用户业务与IC卡有效性确认等 10 报表管理报表管理主要管理系统中可以产生的各种报表 诸如财务报表 用户报表 产品报表等 可以是年报 季报或月报等等 11 系统管理为保证系统正常运行所需要的系统附加功能 7 编码调制系统 省市一级的网络运营商需要向下面的市县传送节目 所以调制前的信号需分成两路 一路直接接QAM调制器 进入本地HFC网进行传输 另一路通过接口适配器转换成DS3信号 复接到SDH网络上传送到市县的分前端 在分前端 使用网络接口适配器 将信号转换成TS流信号 再使用QAM调制器进行调制 然后混入到本地的HFC网络 编码调制系统 编码调制系统 DVB系统从总体上可分为信源编码和信道编码两部分 这三种数字电视的信源编码方式相同 都是MPEG 2的复用数据包 但由于它们的传输途径不同而采用不同的信道编码方式和不同的调制方式 DVB C的信道质量要比DVB S和DVB T好得多 因此其信道编码器在功能上模块上相对要简单一些 编码调制系统 在信道编码部分 DVB C只采用RS编码和卷积交织联合起来纠正随机性错误和突发性错误 而不必采用DVB S和DVB T系统中所使用的RS编码与卷积编码分别作为外编码和内编码的联合编码方式 在调制部分 DVB C由于噪声干扰较小 因此可以采用编码效率较高的MQAM调制方式 而不采用DVB S中所使用的QPSK调制方式 同时由于有线信道中的多径干扰不是十分严重 因此不采用DVB T中为克服地面广播所固有的多径干扰所采用的COFDM这一复杂调制技术 编码调制系统 基带接口与同步经过此单元的处理 使数据结构与信号源格式相适配 该单元中的信号帧结构应与含同步字节的MPEG 2传送层一致 SYNC1变换和随机化该单元根据MPEG 2帧结构将SYNC1字节进行反转 同时为实现频谱成形 对数据流进行随机化处理 编码调制系统 RS码编码器该单元使用截短的RS 204 188 编码 对每一个已随机化的传送包进行处理 产生一个误码保护包 卷积交织器该单元完成一个深度I 12的误码保护包的卷积交织 同步字节的周期保持不变 字节变换到m比特符号 m tuple 该单元将卷积交织器处理后的字节变换为QAM符号 编码调制系统 差分编码该单元对每符号的两个最高有效位 MSBs 进行差分编码 从而获得旋转不变的星座图 基带成形该单元将经过差分编码的m比特符号映射为I Q信号 在QAM调制前 对I Q信号进行升余弦平方根滚降滤波 编码调制系统 QAM调制和物理接口该单元对信号进行QAM调制 随后 将QAM已调信号通过IF或RF接口送至射频信道 编码调制系统 几个重要概念 随