有线数字电视系统

有线数字电视系统,技术交流杨仲军,概述,有线电视技术发展趋势：数字化网络化高清化智能化,内容提要,重点介绍数字有线电视系统分四个部分：一、数字电视技术的发展二、数字电视技术的相关标准三、数字有线电视系统四、应用介绍,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。,数字电视是电视发展的必然趋势,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。,数字电视是电视发展的必然趋势,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,数字电视是电视发展的必然趋势,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。,一、数字电视技术的发展,（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。,数字电视的技术优势,（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。,数字电视的技术优势,（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，数字电视的标准已经考虑了与ATM以及IP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。,数字电视的技术优势,（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。,数字电视的技术优势,数字电视的技术优势,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。,一、数字电视技术的发展,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。,一、数字电视技术的发展,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。,数字有线电视在我国面临良好的发展机遇,（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。,数字有线电视在我国面临良好的发展机遇,（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。,二、数字电视技术的相关标准,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、墨西哥采用。,二、数字电视技术的相关标准,2DVBDVB（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。,二、数字电视技术的相关标准,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。,二、数字电视技术的相关标准,3ISDB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。,二、数字电视技术的相关标准,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。,数字电视广播流程,节目制作：内容采集编辑信号处理：信源编码广播传输：信道编码接收显示：数字信号还原显示,数字电视节目的传输,数字电视节目传输有三种方式数字卫星电视（DVB-S）数字有线电视（DVB-C）数字地面无线广播（DTMB）,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。,三、数字有线电视系统,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）,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,数字电视系统的接收端,数字电视一体机机顶盒+传统电视机,数字有线电视前端,平台硬件设备组成：数字电视信源系统业务系统存储播出系统复用加扰系统编码调制系统其它辅助系统。数字电视系统的应用系统条件接收系统(CAS)用户管理系统(SMS)电子节目指南系统(EPG)数据广播系统(股票系统)自动更新系统(Load系统),数字有线电视系统组成示意图,前端组成实例,数字电视系统构成框架图,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流的编码系统。,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。,4、复用加扰系统,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、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：随机化RS码卷积交织QAM调制,数字通信理论在设计通信系统时都是假设所传输的比特流中“0”与“1”出现的概率是相等的，各为50%，实际应用中的通信系统以及其中的数字通信技术的设计性能指标也是以这一假设为前提的。但TS码流经过编码处理后，可能会在其中出现连续的“0”或连续的“1”。这样一方面破坏了系统设计的前提，使得系统有可能会达不到设计的性能指标，另一方面在接收端进行信道解码前必须首先提取出比特时钟，比特时钟的提取是利用传输码流中“0”与“1”之间的波形跳变实现的，而连续的“0”或连续的“1”给比特时钟的提取带来了困难。,随机化,编码调制系统,随机化,为了保证在任何情况下进入DVB传输系统的数据码流中“0”与“1”的概率都能基本相等，传输系统首先用一个伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱处理。伪随机序列是由一个标准的伪随机序列发生器生成的，其中“0”与“1”出现的概率接近50%。由于二进制数值运算的特殊性质，用伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱后，无论原TS码流是何种分布，扰乱后的数据码流中的“0”与“1”的概率都接近50%。扰乱改变了原TS码流，因此在接收端对传输码流纠错解码后，还需按逆过程对其进行解扰处理，以恢复原TS码流。,随机化,从信号功率谱的角度看，扰乱过程相当于将数字信号的功率谱拓展了，使其分散开了，因此扰乱过程又被称为“能量分散”。随机化器一般采用伪随机二进制序列(PRBS)信号发生器来实现。数据随机化的基础是线性移位寄存器和m序列理论。m序列是最常见的一种伪随机序列，它是周期最长线性反馈移位寄存器序列的简称。,随机化,RS码,RS码不但能纠正随机错误，也能纠正突发性错误，是一种功能极其强大的纠错编码。RS的编码和解码过程都是通过一个特定的有限域的算术运算来实现。在DVB-C系统中，MPEG-2传送包经过能量扩散随机化处理后，采用T=8、截短的RS编码，并将16个校验字节加到每一个已经随机化的MPEG-2传送包上。即采用截短的RS（204,188）码。,卷积交织,任何纠错编码的纠错能力都是有限的，当信道中的干扰较严重，在传输信号中造成的误码超出纠错能力时，纠错编码将无法纠正错误。因此，如果在信道中存在着诸如火花放电等强烈的冲激噪声，将会在码流中造成连续的误码。这些连续误码落在RS码中，就可能超出RS码的纠错能力而造成信息失真。,卷积交织,为避免这种情况，加入了数据卷积交织环节。通过数据卷积交织改变了信号的传输顺序，将连续发生的误码分散到多组RS码中，落在每组RS码中的误码数量就会大大减少，不会超出RS码的纠错能力，RS码能够将其纠正过来。实践证明，数据卷积交织提高了系统的纠错能力，特别是对冲激噪声的纠错能力。卷积交织器、去交织器均由移位寄存器实现。,QAM调制,比较不同调制方式的重要指标有两个：一是频带利用率，即在单位频带内所能传输的最大比特率；二是功率利用率，即在误码率到达要求时所需的最小信号与噪声的功率比值。对于实际的通信系统而言，这两种指标常常是不能偏废的，但允许有所侧重。,QAM调制,多进制调制之所以能提高其频带利用率，通常是以降低其功率利用率为代价的。因为随着M的增大，在信号的矢量图中，各信号点之间的最小距离会相应减小，因而当信号受到噪声和干扰的损害时，接收信号的错误概率将会增大。,QAM调制,单独使用幅度或相位携带信息时，不能最充分地利用信号平面，这可以从矢量图中信号矢量端点的分布直观地观察到。MASK时，矢量端点在一条轴线上分布，MPSK时矢量端点在一个圆上分布。随着M增大，这些矢量端点之间的最小距离也随之减小。如果我们能充分的利用整个平面，将矢量端点重新合理地分布，则有可能在不减小最小距离的情况下增加信号矢量的端点数目。基于上述概念，引入了幅度和相位相结合的QAM调制方式。因为这种调制方式和常规的多进制调制相比，既有较高的频带利用率，且有较好的功率利用率。,数字电视具体平台设备构成,数字电视系统的前端设备数字/模拟卫星接收：节目源编码：模拟节目转数字节目视频服务器：播出自办数字节目复用：多路复用到模拟频道中加扰：加密，条件接收系统调制：调制模式QAM64,6、条件接收系统（CAS）,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。,CA条件接收系统,7、用户管理系统SMS,用户信息管理：处理和维护用户的主要信息，开户、销户等资源管理：主要内容是业务服务所需的设备和产品，如IC卡、机顶盒等产品管理：对节目提供商的节目进行商品化的管理用户业务管理和支援：用户订购产品信息、保证用户业务正常进行的管理计费、缴费：计算用户应缴的费用及对用户缴的费用进行管理授权管理：对用户信用度的确认、用户业务与IC卡的有效性的确认等帐务管理及财务报表：对财务进行分析和管理以及财务中的各种报表系统管理：保证系统正常运行所需的附加功能,数字电视电子节目指南EPG,全面符合国家标准（SI/EPG）EPG系统是面向网络和数据库编辑系统节目管理系统播出控制系统支持当前/下一个和节目表两种方式方便、快捷地编辑节目信息（1周）实用的节目管理体系实时刷新并播出节目信息获得最新的节目信息显示电视节目,节目切换分类查询，时间查询,数字电视EPG系统三个部分,前端，编辑，播出,数字电视EPG系统框图,关于MEPG标准,MPEG是ISO/IEC的联合工作组，英文为MovingPictureExpertGroup。80年代末成立，现已完成MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等标准。MPEG起因是过去在视音频和数据方面的标准化工作互相协调不足，而技术发展迅速，尤其是多媒体技术发展，有必要对其信息表达、编码进行统一规范，因此应运而生。,关于MEPG标准,MPEG与过去的电信领域和消费电子领域标准化过程在操作上的最大区别是先组织标准化组，再选择技术，即标准在先，产品在后；MPEG的另一个特点是编码端开放，为产品技术发展留出空间，这一点在标准化方面当时是领先的，它更关注数据结构，因此在技术上要求高，标准化难度大。,关于MEPG标准,MPEG的组织由多个工作组构成，甚至于每个部分为一个工作组，活动极频繁。由于技术的多样性和发展的不确定性，MPEG采取了一种以最终结点时间定义的方式进行项目的组织与运行。,关于MEPG标准,MPEG-1MPEG-1的名称为CodingofMovingPicturesandAssociatedAudioforDigitalStarageMediaatuptoabout1.5Mbit/S，即达到1.5Mbps的数字存储媒体所用的运动图像及其相关声音编码。MPEG-1分五部分，其中系统、图像和声音部分，93年通过成为标准，第四部分一致性测试95年通过，第五部分软件仿真为技术报告。,关于MEPG标准,第一部分主要规定了基于MPEG-1图像和声音流合成为一个数据流的方案，它包含了多个流的时间信息，以便同步，使之易于存储或传送。第二部分表达了可用于图像压缩的编码结构和数据格式。可支持625行和525行图像信号压缩至1.5Mbps的流中。选用了一系列的算法以达到高压缩率。首先是选择合适的空间分辨率（即352*288），然后采用基于图像方块的运动补偿算法以消除时间冗余度，运动补偿基于当前帧与过去帧及未来帧信息进行运算，取差后再进行离散余弦变换（DCT）去除空间冗余，再量化。最后将运动矢量和DCT信息结合进行变长编码。,关于MEPG标准,第三部分表达了可用于声音压缩的编码结构和数据格式。可支持32K、44.1K和48KHz的采样频率，它利用人耳听觉的掩蔽效应，（即强单音对其相进频率的掩蔽），对单声道和立体声编码。编码过程为，首先将输入信号分为24个子频带，并做亚米样，同时听觉模型（计算掩蔽模型）创建一个数据集去进行子带参量量化和编码，最后由量化器和编码器完成。第四部分主要规定了对数据流和解码器与标准1、2、3部分的测试方法。可用于制造商、节目商等。第五部分严格说不是标准，而是技术报告，它给出了1、2、3部分仿真的全部源代码。,关于MEPG标准,MPEG-2MPEG-2，名为GenericCodingofMovingPicturesandAssociatedAudioInformation。主要用于数字电视。由九部分组成，其中前5部分与MPEG-1名称功能相同，其余几部分为扩展。,关于MEPG标准,第一部分系统描述了视音频和数据流的复用，并规定了不同用途节目流结构和传输流结构。第二部分视频比MPEG-1支持更多的图像格式，直至高清和4：2：2；支持更高的图像码率。并可用于级联编解码，（演播室使用和交换节目用）。第三部分音频在MPEG-1基础上支持多声道编码，立体声之外的声道编码在相当于MPEG-1的辅助数据段传送，因此向下兼容MPEG-1。第四、五部分与MPEG-1相同。,关于MEPG标准,第六部分DSMCC，数字存储媒体命令与控制，它规定了一组协议用于控制和操作MPEG-1、2数据流，它可支持单机和网络环境中设备，基本方式利用客户机/服务器模型。第七部分多路音频，它不限于向下兼容MPEG-1音频，已选定为AAC。第八部分本预搞10bit量化图像编码，因工业界对此无兴趣，已停止。第九部分传输流实时接口，主要用于解码器，以适应于所有传送传输流的网络。第十部分是DMCC的一致性测试，正在进行中。,关于MEPG标准,MPEG-4MPEG-4主要针对多媒体应用而制定，其音视频等主要内容已在99年确定。具体应用目标为数字电视、交互式图形应用和交互多媒体（如Internet等），主要是在低传送速率下。MPEG-4引入了媒体对象的概念，建立在面向对象的描述体系上，因此选用了多种图像声音压缩方案，其中包括自然的和人工合成可描述的。,关于MEPG标准,MPEG-7MPEG-7正式名为MultimediaContentDescriptionInterface，目标在于创建一个多媒体内容的描述标准，以支持信息语义的翻译，内容接入和查询等。MPEG-21MPEG-21是一个多媒体体制标准，其方法是试图从消费者的角度自上而下地建立多媒体体制，目前在需求分析阶段。,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,系统监视器,ECM发生器,用户管理系统,DDG,SAS,EMM发生器,用户管理系统接口,EMM处理器,SAS用户接口,EMM插入器,TRD,TOKENMUX复用器,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。,机顶盒,1、机顶盒的基本概念机顶盒（STB，SetTopBox）的概念是比较宽泛的。从广义上说，凡是与电视机连接的网络终端设备都可称为机顶盒，从基于有线电视网络的模拟频道增补器、模拟频道解扰器，到将电话线与电视机联系在一起的“上网机顶盒”、数字卫星的综合接收解码器（IRD，IntegratedReceiveDecoder）、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒都可称为机顶盒。从狭义上说，我们可以将模拟设备排除在外，按主要功能将机顶盒分为上网机顶盒、数字卫星综合接收解码器、数字地面机顶盒，以及有线电视数字机顶盒，这些设备由于具有很好的网络功能，因此也成为信息家电的代表。,机顶盒,2、各种机顶盒的主要功能和特点（1）.上网机顶盒提起机顶盒，我们首先想到的可能是微软的“维纳斯”计划。维纳斯计划实际上是一个WindowsCE推广计划，只不过在推出WindowsCE的同时，捆绑了一个机顶盒硬件平台。它利用电话网络做为传输介质，利用电视机做为显示平台，实现Internet接入功能。因此，可以将其看成是一种非PC类的互联网接入设备。随着Internet的不断发展，互联网接入设备的前景是非常好的，但这种机顶盒占用了用户家中几乎所有的网络资源（电话线和电视机），却只能实现上网功能，对用户来说，几乎是得不偿失的。电视机的最大优势是显示视频，最大的作用还是娱乐，但这种机顶盒不论是硬件还是软件，均不支持视频应用，由于这个缺陷，注定了它的前景不会太好。在维纳斯计划推出不久，我国有许多企业陆续推出了该类产品，如康佳的“光元”网络机顶盒、海信的“家庭网络快车”DB-200M互联网机顶盒、海尔的“网神”网络机顶盒等，但市场反应颇冷淡，这也说明了这种机顶盒是没有前途的。,机顶盒,（2）.数字卫星机顶盒此类机顶盒又称为综合业务接收机，用来接收数字卫星广播节目。该类机顶盒在几年前就已商业化，有专业的IRD，也有个人用的IRD。我们所看的许多卫视节目都是有线电视台通过专业的IRD从卫星接收下来，再通过有线电视送入用户家中的。个人用的IRD在我国并不普及，但在国外卫星直播还是具有较好的市场。该类机顶盒的主要功能是接收数字电视广播，同时也支持数据广播、图文电视等应用。但由于它的传输平台是卫星信道，支持交互式应用比较困难。目前，数字卫星机顶盒基本采用DVB-S标准，国内外都有商用产品。,机顶盒,（3）.数字地面机顶盒数字地面机顶盒的功能与数字卫星机顶盒类似，所不同的只是传输介质由卫星信道变成了地面广播信道。该类机顶盒所使用频率与有线电视频率相同，但由于这种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。,机顶盒,目前，世界上有三种数字电视地面广播标准：欧洲的DVB、美国的ATSC和日本的ISDB-T（综合业务数字广播）系统的DTTB（数字地面电视广播）方案。DTTB实际上是DVB-T的变种，ATSC的接收设备称为DTV，DVB的接收设备称为标准数字电视。但在一个较短的时期内，DTV和标准数字电视不可能降到模拟电视的价位，还必须通过数字地面机顶盒将数字地面广播的节目显示在模拟电视机上。,机顶盒,数字地面机顶盒的关键技术是编码正交频分复用CODFM，该技术可有效地解决数字地面广播中所存在的多径接收、邻频干扰等问题。在模拟电视广播系统中，多径接收会造成图像重影，在数字电视广播系统中，某些特定相位的多径信号可能因信号间相位叠加，导致接收失败。另外，数字广播信号与模拟广播信号之间以及数字广播信号之间会存在邻频干扰，数字广播若要利用邻频技术提高带宽利用率，频道内的有效辐射功率则必须低于模拟电视广播的有效辐射功率，并且应保持频谱功率密度恒定。正交频分复用COFDM克服了上述的问题，它将串行数据流划分为多个比特的码元，每个码元可有数千比特，然后用这些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。通过设置这些载波的保护间隔和边带能量的位置，使某一特定载波在邻近频道上的能量为零，从而提供较好的邻频抑制能力。,机顶盒,我国已计划在十年内以数字电视取代现有的模拟电视机，并对全国的电视台进行数字化改造，这个过程是相当长的，因此，在这个过渡时期，数字地面机顶盒的市场应该是非常大的。,机顶盒,（4）.数字有线电视机顶盒数字有线电视机顶盒的基本原理与数字卫星机顶盒、数字地面机顶盒相同，只是信号传输介质是有线电视广播所采用的全电缆网络或光纤/同轴混合网。但由于有线电视网络较好的传输质量以及电缆调制解调器技术的成熟，使得该类机顶盒可以实现各种交互式应用，并被业界广泛看好。事实上，该类机顶盒可以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、Internet接入、电子邮件、IP电话和视频点播等。,机顶盒,（A）电子节目指南电子节目指南给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式，用户还可以通过该功能收看一个或多个频道，甚至所有频道上近期将播放的节目。同时，EPG可提供分类功能，可以帮助用户浏览和选择各种类型的节目。,机顶盒,（B）准视频点播也称为增强/先进的PPV，是一个特殊的广播应用。NVOD用户和服务提供者之间没有真正的交互，服务提供者将节目的标题广播下来，用户仅仅可选择所提供的频道，该机制是由EPG来支持的。NVOD的功能包括：预览：在用户购买前，对想购买的节目进行预览；选择：在EPG中选择一个已购买的节目；暂停：停止播放该节目；恢复：在暂停后恢复观看该节目；快进/快退：对该节目实现快进/快退操作。,机顶盒,（C）数据广播DVB定义了四种数据广播方式：数据管道（datapipe）、数据流（datastream）、多协议封装（MultipleProtocolEncapsulation）和数据/对象轮流传送（Data/ObjectCarousel）。在数据管道方式中，数据直接在MPEG传送流的净荷中传送。可以使用该方式在符合DVB标准的广播网络中进行简单的、异步的、端到端的数据传输业务。,机顶盒,数据流方式可以在数字电视广播系统中实现面向流的、端到端的数据传输。数据流可以是异步的、同步的、或同步化（synchronized）的数据传输。异步数据流是不需要定时的数据流（例如RS232数据）；同步数据流是对定时有要求的数据流，这里“定时要求”的含义是接收端可以再生发送端的数据和时钟，重新构造出同步数据流（如E1、T1）；同步化的数据流也是有定时要求的数据流，这里“定时要求”的含义是数据流中的数据可以与其他数据流中的数据同步播放（如视频和音频）。数据流中的数据在MPEG-2标准的PES中传送。,机顶盒,多协议封装对需要在数字电视广播系统中传送符合通信协议的数据报（Datagram）的数据业务提供了技术支持。利用这种数据广播方式，可以在有线电视系统中实现高速Internet数据接入。要传送的数据报被封装在DSM-CC段中。数据/对象轮流传送（Data/ObjectCarousel）可以支持需要周期性地传送数据模块的各种应用。数据模块的大小是已知的，数据模块可以被更新、被加入和被移去。多个模块可以被组成一个组（Group），多个组还可以组成超组（SuperGroup）。DataCarousel所广播的数据在DSM-CCDataCarousel中传输。,机顶盒,DVB的数据广播规范具有很强的数据业务支持能力，机顶盒实现对上述数据广播业务的支持，其作用类似一个在用户家中的数据通信网关。机顶盒本身可以不对接收数据的有效负载进行处理，只是通过解复用实现数据分流，将相应的数据送给处理终端。,机顶盒,（D）软件在线升级软件在线升级是数据广播（DataCarousel）的应用之一。数据广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。（E）Internet接入和电子邮件有线电视数字机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现Internet接入功能，并可以提供以太网接口，用来连接PC。使用电缆调制解调器的速度与电话调制解调器相比，提高了100倍，最高可达到10Mbps，所以非常具有竞争力。目前市场上最为火爆的电缆调制解调器是MCNS定义的DOCSIS标准。,机顶盒,（F）IP电话通过电缆调制解调器，还可以实现IP电话功能。用户在使用该功能时，只需将普通电话与机顶盒的RJ11接口相连即可。电缆调制解调器可以保证传输语音时的服务质量（QoS）。,机顶盒,（G）视频点播为每个用户提供视频点播功能，让用户能在他所希望的时间和地点收看他想看的节目，是服务提供商的主要目标。有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信道和广播信道，为实现该功能提供理想的技术基础。,机顶盒,3、有线电视数字机顶盒的关键技术（1）.有线电视数字机顶盒的基本原理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。系统框图如下。,机顶盒系统框图,机顶盒,图中，调谐模块接收射频信号并下行变频为中频信号，然后进行A/D转换为数字信号，再送入QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG传输流的串行或并行数据。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、音频PES以及数据PES。解复用模块中包含一个解扰引擎，可在传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，其输出是已解扰的PES。视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MPEG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。,机顶盒,一个功能齐全的机顶盒由以下几部分组成：数字电视广播接收前端、MPEG解码、视音频和图形处理、电缆调制解调器、CPU、存储器以及各种接口电路。数字电视广播接收前端包括调谐器和QAM解调器，该部分可以从射频信号中解调出MPEG传输流；MPEG解码部分包括解复用、解扰引擎和MPEG解压缩，其输出为MPEG视音频基本流以及数据净荷。视音频和图形处理部分完成视音频的模拟编码以及图形处理功能。电缆调制解调模块由一个双向调谐器、下行QAM解调器、上行QPSK/QAM调制器和媒体访问控制（MAC）模块组成，该部分实现电缆调制解调的所有功能。CPU与存储器模块用来存储和运行软件系统，并对各个模块进行控制。接口电路则提供了丰富的外部接口，包括通用串行接口USB、高速串行接口1394、以太网接口、RS232和视音频接口等。,机顶盒,（2）.实时操作系统大家对PC的操作系统都比较熟悉，如DOS、Windows98、WindowsNT、Unix、MacOS。与这些操作系统不同，机顶盒中的操作系统不是非常的庞大，但却要求可以在实时的环境中工作，并能在较小的内存空间中运行。这种操作系统称为实时操作系统。,机顶盒,目前流行的实时操作系统有WindRiverSystem公司的VxWorks、IntegratedSystemsIncorporated公司的pSOS、Microware公司的DAVIDOS-9、ST公司的OS20、WindowsCE以及专为机顶盒开发的PowerTV等。这些操作系统各有所长，在机顶盒中都有应用。其中VxWorks、pSOS、OS-9、OS20等是通用的实时操作系统，在其他的嵌入式系统中也有广泛的应用。当开发机顶盒时，实时操作系统应与下面将要介绍的中间件结合使用。PowerTV是专为机顶盒开发的，并将中间件集成在一起的操作系统，在美国应用较广。另外，随着嵌入式