数字电视前端系统培训

数字电视前端系统培训,潍坊东升电子201143,数字前端系统主要由如下几部分组成前端硬件平台CASEPGBOSS呼叫中心监控系统增值业务,ASI构架系统图,IP构架系统图,前端硬件平台信源部分复用器加扰器QAM调制器混合器冗余设备,信源部分卫星节目(数字卫星接收机)上级传来的数字信号(QAM解调器)上级来的模拟信号(模拟解调器+编码)自办节目(视频服务器)等等,卫星节目（DVB-S）DVB：digitalvideobroadcast（欧洲的数字视频广播标准）是于1993年建立起来的一种面向市场的数字服务体系结构，旨在推广基于MPEG2编码国际标准的电视服务。目前全世界已有25个国家超过300个组织加入到DVB项目中DVB-S：数字卫星直播系统标准。是为了满足卫星转发器的带宽及卫星信号的传输特点而设计的。采用四相相移键控调制（QPSK）调制方式。DVB-C：数字有线广播系统标准。该标准以有线电视网作为传输介质，应用范围广。有线电视系统分为两部分：CATV前端和综合解码接收机（IRD）。采用MPEG-2压缩编码的传输流，由于传输介质采用的是同轴电缆，与卫星传输相比抗外界干扰能力强，信号强度相对较高。调制方式有16、32、64QAM三种方式，对于QAM调制而言，传输信息速率越高，抗干扰能力越低。采用64QAM正交振幅调制时，一个PAL通道的传输码率为41.34Mb/s，还可供多套节目复用。DVB-T：数字地面广播系统标准，现在中国一般不用此标准。而是主要用中国自主研发的CTTB（中国地面广播）包括清华大学的DTMB（DigitalTelevisionTerrestrialMultimediaBroadcasting）地面数字多媒体电视广播，采用的是时域正交频分复用（TDS-OFDM）的多载波方案和上海交大的ADTB-T单载波方案,卫星天线卫星天线就是常说的大锅，是一个金属抛物面，负责将卫星信号反射到位于焦点处的馈源和高频头内KU波段天线较小，C波段天线较大高频头高频头（LNB亦称降频器）是将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星接收机。高频头的噪声度数越低越好。分类：KU波段（亚洲卫星本振一般11300MHz、中九为10750MHz）、C波段（本振5150MHz）和双极化、单极化及单本振、双本振数字卫星接收机定义：将高频头输出信号转换为音频视频信号或者射频信号或还原成原始数字信号等的电子设备现在工程上用的卫星接收机，一般有很多的输出接口，一台接收机可能同时输出多套节目,上级传来的数字信号一般使用QAM解调器，若为加密节目则用大卡QAM解调器是一种专门用来还原QAM信号的解码器，其输出的信号为数字信号上级来的模拟信号用模拟解调器把模拟信号还原成模拟的音视频信息，然后用编码器编码成符合MPEG-2标准的数字信号编码器（encoder）：将模拟信号按MPEG-2实时编码，可同时将多个模拟节目编码复合成一个多节目流。自办节目将录像机或视频服务器播放的模拟节目用编码器转换为数字信号后进复用器或用的纯数字设备直接输出数字信号进复用器,复用器(multiplexer或MUX)下图为复用器的前后面板,复用器原理图,定义:将来自若干单独分信道的独立信号复合起来，在一公共信道的同一方向上进行传输的设备。可以理解为信号源来的单一的节目流或是多个节目的复合节目流,按照规划重新分配组合的一个设备.从中再添加上一些自己的信息(EPG信息)功能输入多节目码流（MPTS）节目分析PID过滤、PID映射等PSI/SI提取、插入和修改PCR校正,MPEGPSI和DVBSI介绍,PSI（programspecificallyinformation节目特定信息）,PAT(ProgramAssociationTable节目关联表)用途描述当前传输流中PMT的PID信息PID=0 x0000(0)PMT(ProgramMapTable节目映射表)用途描述节目的音视频PID、PCR_PID,Service_ID,音视频ECM_PID信息PID没有固定值是人为规划的ECM_PID是加入后加扰器又插入的里面的CAT(ConditionalAccessTable条件接收表)描述了CA相关信息PID=0 x0001(1)产生CAT表在后面的加扰机里插入CA的PID,SI（ServiceInformation服务信息）,SDT(ServiceDescriptionTable业务描述表)描述节目名称、节目提供者名称等补充信息PID=0 x0011(17)EIT(EventInformationTable事件信息表)描述事件信息，包括事件名称、事件起始和持续时间、事件内容简介等信息PID=0 x0012(18)BAT(BouquetAssociationTable业务群关联表)描述业务群的名称、业务群ID,以及业务群包含的节目信息。PID=0 x0011(17)TDT/TOD(TimeandDateTable/TimeOffsetTable即时间和日期表/时间偏移表)描述当前的格林威治时间信息和本地偏移时间信息PID=0 x0014(20)这个一般都会有卫星GPS时钟服务器NIT(NerworkInformationTable网络信息表)传递了与通过一个给定的网络传输的复用流/TS流的物理结构相关的信息，以及与网络自身特性相关的信息。(即包括流信息,原始网络信息,网络信息,QAM信息等)PID=0 x0010(16)机顶盒的自动搜索就是按NIT表的信息进行的NIT的版本的变换,可触发机顶盒的重新搜索节目,下面的这个图表明了网络(NIT)、传输流(PAT)、业务(PMT/SDT/BAT)和事件(EIT)的关系,EPG系统基础知识,为什么要EPG系统,目的生成PSI/SI数据流的结构所有在DVB系统下的数据都是以独立的TS进行传输的；一个模拟频点中，可以传递多个以pID为分隔的数据流；数据流包括音视频、数据、控制信息（其中PSI/SI就是重要的组成部分）等；机顶盒要知道这些个数据的类型，和如何处理，则必需要知道这些信息，而PSI和SI是存放这些信息的重要组成部分PSI：programspecifiedinformationSI：ServiceInformation,PSI、SI的作用,什么是PSI/SI数据是机顶盒用于知道码流之中具体的控制和服务信息PSI的构成PATPMTCATPSI的作用知道PSI后，就可以正确播放音视频流，实现音视频流的获取。供STB展现用；（PAT、PMT）知道PSI，可以正确对待加扰的音视频流；（CAT）,PSI、SI的作用,什么是PSI/SI数据SI的构成NITBATSDTEITTDT/TOTSI的作用NIT、SDT让机顶盒了解此网络中的直到service层面上的信息，包括：网络由多少流组成，每一个流的频点、符号率、调制方式等重要信息，每一个流由几个service组成，以及Service的信息等；,PSI、SI的作用,SI的作用EIT的作用，让机顶盒知道节目在每一个频道的具体编排时间，以及节目的名称和介绍等。TDT/TOT，让机顶盒可以有一个与前端系统进行时间同步的一个参考BAT，一个网络可以有多个业务群，业务群也可以跨网络，一个BAT就是描述一个业务群的service集合的,PSI/SI的组成,由表构成，表中可以插入各种描述符，表中各域以及描述符一起构成了传输流中得信息。Table的基本域是表的基本的描述，每一种Table都有自己不同的域。描述符插入在table中，起到提供进一步控制信息的作用；可以根据应用的不同，可以选择不同的描述符进行插入；描述符是重要的，与业务紧密相关的信息；对于运营商特殊的需求，往往可以定义私有的描述符，通过前端和机顶盒一致性约定以实现；,基本运营中所需要的表和描述符,基本运营中所需要的表和描述符,加扰器下面是加扰器的前后面板,加扰器工作原理,加扰器基本功能在条件接收系统（CAS）的控制下对TS中指定的节目或基本传输流进行加扰，使授权用户能够正常收看，而使非授权用户无权收看，从而实现系统运营商有条件收费管理,加扰器其它功能输入支持单节目码流（SPTS）和多节目码流（MPTS）；输入净码率154Mbit/s，码率可以自适应；输入TS包长188和204自适应；支持同密；支持EMM和ECM数据插入；支持处理与CA有关的PSI/SI表信息；支持集中网管和远程监控；,CAS（条件接收系统）,发展历史我国条件接收系统经历了三代产品：第一代多属于国外产品：安全隐患第二代国内早期CAS厂商开发的产品：均为国外产品的仿制品第三代完全自主研发的条件接收系统：双向网络、增值业务、版权保护以及三网融合,CAS工作原理,条件接收系统的三层结构：第一、控制字CW对视音频及数据信号比特流进行加扰；第二、业务密钥SK对控制字CW进行加密；第三、个人分配密钥PDK对业务密钥SK进行加密。,CAS应用模型,CAS安全机理,前端加密（主要分为两大部分）一是前端信号加扰部分；二是前端加密部分：SK加密CW，得到ECM；PDK加密SK，得到EMM。ECM：授权控制信息，包含时间、节目价格、节目授权控制等信息；EMM：授权管理信息，包含智能卡号、授权时间、授权等级等用户授权信息。,终端机顶盒解密智能卡PDK解密EMM，得到SK；SK解密ECM，得到CW；CW完成解扰；ECM、EMM解密过程都是在智能卡的解密系统中完成,CAS安全机理,结论：CAS系统是实现数字电视节目加密、收费的主要工具，自身的安全性非常重要。单独基于密钥或者算法的CAS系统由于加密强度低，所以安全性较差。（例如单独的密钥循环体系等）,CAS安全机理,CAS安全机理,（1）算法防止算法被破解两种措施：加长密钥多重算法密文算法2（算法1（明文，密钥1），密钥2）相对于单一算法的CA系统，多重算法未知量更多，使破解的难度大大增加！,CAS安全机理,（1）算法如果万一出现了算法被破解的情况，治理措施更换智能卡算法：空中升级（升级数据加密传输）；通过营业厅专用设备进行升级。,CAS安全机理,（2）密钥最直接破解CA系统的方法之一就是获得CA系统的密钥。如何更好的预防密钥被盗取多级密钥体系密钥独立性（运营商根密钥的产生）,CAS安全机理,（2）密钥如果万一出现了智能卡密钥被盗取的情况，治理措施：没有获得智能卡的根密钥，通过更换智能卡根密钥的方式治理；获得智能卡的根密钥，没有获得智能卡的私密钥，通过停用盗版卡、更换智能卡根密钥的方式治理；获得了根密钥和私密钥，通过更换智能卡的方式治理。,主要厂家（有卡）：永新视博、天柏、数码视讯等无卡咱们主要用的北京邦天的cableguard系统,QAM调制器传输信息两种方式：基带传输和调制传输（1）基带传输信源直接生成，频率较低，传输信道低频处损耗很大，难以长距离传输；（2）调制传输将基带信号搬移到信道损耗较小的高频处，适合长距离传输。,工作原理,（1）输入接口（2）码流处理（3）QAM调制（4）上变频处理（52866MHz）,QAM（QuadratureAmplitudeModulation）数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，上变频处理，输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送。它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛的应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。QAM主要指标（测量仪器数字场强仪）星座图：星座显示是矢量示波器显示的数字等价形式，它可显示QAM信号的同相(I)分量和正交(Q)分量。符号是一个特定调制系统中所传输的最小信息成分。对于QAM-64，一个符号代表6个位，在坐标上显示为较集中的一个点。如下图所示星座图较好,BER(BitErrorRate比特误码率)是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。如果有误码就有误码率通常以科学计数法表示，如误码率为3E-7，表示在10的7次方个传送位中有3个误码，此比率是采用少数的实际传送码来实际分析并统计而推估的值，越低的BER代表越好的信号质量。其机房的典型目标值为1E-09，对于数字电视而言，这时观看效果清晰、流畅；准无误码为BER为2E-04，偶然开始出现局部马赛克，还可以观看；临界BER为1E-03，大量马赛克出现，图像播放出现断续；BER大于1E-03完全不能观看。,MER（调制误差率）MER的经验门限值对于64QAM为23.5dB，对于256QAM为28.5dB，低于此值，星座图将无法锁定。另外对于网络不同部分的MER指标也存有一些经验值：64QAM时在前端要求38dB，分前端36dB，光节点34dB，用户端26dB。所以要求使用QAM分析仪对MER指标进行测量。MER可以被认为是信噪比测量的一种形式，它将精确表明接收机对信号的解调能力，因为它不仅包括高斯噪声，而且包括接收星座图上所有其它不可校正的损伤。如果信号中出现的有效损伤仅仅是高斯噪声，那么MER等于信噪比。,平均功率平均功率在数字电视广播时用于表征频道信号功率强弱，也称信道功率，与模拟电视峰值电平概念和测量手段完全不同。数字电视频道平均功率和带宽有关，带宽越宽信道平均功率越高。模拟电视场强仪只对分辨率带宽300kHz内的窄带峰值信号进行采样，完全不能表征在宽带（如数字电视8MHz）内的能量，仅当该数字频道的带内平坦度相当好时可以近似换算。对于64QAM调制，通常建议其数字频道平均功率要调整为比同系统的模拟频道峰值电平低10dB；对于256QAM要低6dB。产生这样的要求，是基于两个原因：数字信号抗干扰能力强，对载噪比要求比模拟信号低，所以数字电视信号可用比模拟信号低得多的幅度进行传送，这样每个数字频道的传送功率降低，整个通带内总传送功率就降低，干线放大器的总体输入功率就会降低，因此在同一个线路中可以传送比原来更多信号，更多内容。另一个主要原因是：通常64QAM调制的数字频道，其频道内统计峰值电平比平均功率高约10dB，256QAM高约6dB。为避免放大器失真，产生互调干扰，干扰其他频道信号，需要使数字频道的峰值电平调整到同模拟频道的峰值电平相同大小的程度，这样64QAM数字频道平均功率同比模拟频道峰值电平就低10dB。,码流监测（码流分析仪）TR101290三层协议分析和检测项目TS码流实时测试按TR101290差错优先级分类如下：第一优先级：可解码性差错（共6个）传输码流同步丢失：（TransportStreamsyncloss）连续检测到连续5个正常同步视为同步，连续检测到2个以上不正确同步则为同步丢失错误。传输流失去同步，标志着传输过程中会有一部分数据丢失，直接影响解码后的画面的质量。同步字节错误：（Syncbyteerror）同步字节值不是0X47。同步字节错误和同步丢失错误的区别在于同步字节错误传输数据仍是188或204包长，但同步字头的0X47被其他数字代替。这表明传输的部分数据有错误，严重时会导致解码器解不出信号。节目相关表错误：（ProgramAssociationTableerror）标识节目相关表PAT的PID为0 x0000，PAT错误包括标识PAT的PID没有至少0.5s出现一次，或者PID为0 x0000的包中无内容，或者PID为0 x0000的包的包头中的加密控制段不为0。PAT丢失或被加密，则解码器无法搜索到相应节目；PAT超时，解码器工作时间延长。,节目映像表错误：（ProgramMapTableerror）节目映射表PMT标识并指示了组成每路业务的流的位置，及每路业务的节目时钟参考（PCR）字段的位置。PMT错误包括标识PMT的PID没有达到至少0.5s出现一次，或者所有包含PMT表的PID的包的包头中的加密控制段不为0。PMT被加密，则解码器无法搜索到相应节目；PMT超时，影响解码器切换节目时间。连续计数错误：（Continuitycounterror）连续计数错误：TS包头中的连续计数器是为了随着每个具有相同PID的TS包的增加而增加，为解码器确定正确的解码顺序。TS包头连续计数不正确，表明当前传输流有丢包、包重叠、包顺序错现象，会导致解码器不能正确解码。包识别错误：（PacketIdentifiererror）检查是否每一个PID都有码流，没有PID就不能完成该路业务的解码。,第二优先级：损伤可解码性差错（共6个）数据传输错误：（Transporterror）TS包头中的传送包错误指示为“1”，表示在相关的传送包中至少有1个不可纠正的错误位，只有在错误被纠正之后，该位才能被重新置0。而一旦有传送包错，就不再从错包中得出其他错误指示。节目时钟参考间隔错误PCR用于恢复接收端解码本地的27MHz系统时钟，如果在没有特别指明的情况下，PCR不连续发送时间一次超过100ms或PCR整个发送间隔超过40ms，则导致接收端时钟抖动或者漂移，影响画面显示时间。节目时钟参考抖动错误PCR的精度必须高于500ns或PCR抖动量不得大于500ns。PCR抖动过大，会影响到解码时钟抖动甚至失锁。循环冗余校验错误：（CyclicRedundancyCheckerror）在PSI和SI的各种表中出现循环冗余检测码CRC出错，说明这些表中的信息有错，这时不再从出现错误的表中得出其他错误信息时间标记错误：（PresentationTimeStampserror）播出时间标记PTS重复发送时间大于70ms，则对帧图像正确显示产生影响。PTS只有在TS未加扰时方能接收。,条件接收错误：（CATerror）TS包头中的加密控制段不为0，但却没有相应的PID为0 x0001的条件接收表CAT，或在PID为0 x0001的包中发现非CAT表。CAT表将指出授权管理信息EMM包的PID并控制接收机的正确接收，如果CAT表不正确，就不能正确接收。第三优先级：不影响可解码性差错（共10个）第三等级错误并非是TS传输流的致命错误，但会影响一些具体应用的正确实施。网络信息表错误：（NetworkInformationTableerror）会导致解码器无法正确显示网络状态信息。SDT表错误：（ServiceDescriptionTableerror）会导致解码器无法正确显示信道节目的信息。缓冲器错误：（Buffererror）；未引用PID错误：（UnreferencedPacketIdentifier）服务描述表错误：（ServiceDescriptionTableerror）事件信息表错误：（EventInformationTableerror）运行状态表错误：（RunningStatusTableerror）时间和日期错误：（TimeandDateTableerror）空闲缓冲器错误：（Emptybuffererror）数据延迟错误：（Datadelayerror）,PCR分析尽管PCR间隔错误和PCR抖动错误列在第二优先级中，但与第一优先级的参数具有同样重要的地位。节目PCR抖动（精度）分析PCR精度（PCR_AC）是一个重要的PCR抖动测试指标。其含义是接收PCR中所含27MHz时钟的不准确度，但不包含任何传输定时损伤。在MPEG-2标准中，假设在传输中所有参量的延迟都是一样的，编码器和解码器之间的延迟均相同，则解码器利用接收到的PCR值，通过锁相环PLL锁定本地系统时钟，使解码器服从于编码器，从而产生解码与播放的同步信号。但是在实际中，如果由于时钟的突然变化或再复用时对PCR的修改或传输码率的变化或传输网络抖动等原因，改变了固定的延迟，就有可能引起已有的PCR值与实际接收到的PCR应该具有值之间的差异，这就是PCR的抖动，PCR抖动是相对于平均值的偏移。平均值有时也称为内插值，不是真正接收到的值，而是无抖动时的理想值。对于DVB标准，PCR抖动量范围为500ns（即PCR的精度必须高于500ns）。节目PCR间隔分析指两个连续的PCR之间最大的间隔时间，按TR101290测试标准的规定，同一节目里两个连续PCR的时间间隔不能超过100ms。在数字电视广播应用中，PCR的时间间隔应不大于40ms。解码器要能够对PCR间隔在100ms以内的节目正确操作。,混合器电视信号混合器将两套以上的不同频率的射频信号混合在一起形成一路宽带的射频信号多频道节目输出的器件为混合器。电视信号混合器是为有线电视多频道的邻频前端系统设计的专用混频设备，电路结构采用传输变压器式耦合方式，用于1000MHz邻频宽带传输系统，关键磁性材料采用原装进口，谐波输出低，反射损耗大，驻波小，相互隔离度高，插入损耗低，输入频带宽，16路信号输入，混合成1路信号输出，1路信号监测，每一路指标都相同，输入频道互换性好，19英寸标准机箱，便于安装，广泛应用于各类有线电视系统，卫星电视系统，小区闭路电视、监控系统，宾馆、酒店、部队、学校教育视听系统等，能很好的满足大、中型有线电视系统的配置要求。,BOSS（运营管理支撑系统）现在CAS一般没有用户管理的SMS，只存在简单的用做测试用的微型的专门用来授权的软件用户管理系统SMS是一个贯穿计费、客服、账务、产品、资源管理各个环节，支撑数字电视业务运营的核心系统。系统设计基于不同角色的权限管理，用户可按照实际运营的需要分配不同的角色和权限，在共享一个软件平台的基础上，实现运营商内部各个部门、不同代理商、下级运营商的不同功能。其主要是通过控制CA来完成对用户的管理。,BOSS（运营管理支撑系统）下图是山脉BOSS系统的一些功能,呼叫中心呼叫中心又名CallCenter或客户服务中心，其早期的呼叫中心应用就是今天的热线电话、咨询电话，由受过训练的话务员专门接听处理数字电视用户的各类问题如咨询、投诉、建议等。就像平时经常打的10086一样。,多功能码流处理平台PSM1000,57,ProStream1000正面板,LevelMagic,再编码/码流拼接,内置EIS支持加扰/加密,先进的统计复用,WEB操作界面,任意至任意任意至多样的再编码/转码,ProStream1000备板图,59,任意化的输入/输出接口及码流格式基于IP的广域化闭路统计复用通用PCR生成通告插播,先进的多层次备份机制PID优先排序DVB通用加扰与所有通用的CA系统同密AES加扰与解扰选择性加密,再编码/转码编码时移电视与点播应