最全面的数字电视系统

1,数字电视系统,金立标,中国传媒大学,2,第一部分数字电视基础知识,3,数字通信基础知识,数字电视系统基本构成,4,数字通信基础知识,1.1、基本概念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。,5,1.1、基本概念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，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s/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比特的符号数。,数字通信基础知识,6,1.2、模拟信号的数字化抽样：时间上连续的取值变为有限个离散取值。量化：幅度上无限多种连续的样值变为有限个离散值。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,7,数字通信基础知识,1.2、模拟信号的数字化,模拟信号,数字信号,8,数字通信基础知识,1.3、信源编码,9,数字通信基础知识,1.3、信源编码,10,数字通信基础知识,1.3、信源编码数据压缩的可能性压缩过程：去除图像中与信息无关或对图像质量影响不大的部分，即冗余部分。电视信号中存在很多这样的冗余部分，这就为压缩提供了可能性。电视信号的冗余性表现在以下几个方面：空间相关冗余时间相关冗余,11,数字通信基础知识,1.3、信源编码数据压缩的方式MPEG-1MPEG-2MPEG-4/7H.264,12,1.4、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：编码时将数据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，恢复出原始次序。,数字通信基础知识,13,数字通信基础知识,1.5、调制传输基带信号变为频带信号，频谱搬移；便于远距离传输；QPSK、QAM。,14,数字电视基本概念,2.1数字电视数字电视就是在信源、信道、信宿三个方面全面实现数字化。传输分类：数字卫星电视、数字有线电视、数字地面广播电视。清晰度分类：普及型数字电视(PDTV）、标准清晰度数字电视（SDTV）、高清晰度数字电视（HDTV）。普及型数字电视的比特率为12Mbps，显示清晰度约300线；标准清晰度数字电视比特率为38Mbps，清晰度为350600线；高清晰度数字电视的比特率为1820Mbps，显示清晰度为8001000线。,15,2.2数字化电视数字化电视：在现有的模拟彩色电视的基础上采用了一些数字化处理技术，采用这些技术获得更好的图像、声音质量，增加了电视机的功能；从本质上来讲，数字化电视仍然属于模拟电视的范畴。,数字电视基本概念,16,2.3、数字化电视的主要优点：采用场频加倍技术和逐行扫描，去除行间闪烁，提高图像垂直清晰度，可以作为显示器；采用数字降噪技术，减轻了画面噪点；采用数字梳状滤波器，使得亮度与色度信号完全分离，消除了亮色串扰现象；数字化电视与数字电视之间的最大区别是数字化电视接收的是模拟电视信号，无法接收数字电视信号。,数字电视基本概念,17,2.4、数字电视的优点图像传输质量较高，距离远频谱资源利用率高提供多媒体业务，高速数据传输信号稳定可靠，覆盖范围广可以实现条件接收,数字电视基本概念,18,第二部分数字电视前端系统,数字电视前端平台,20,数字电视前端硬件平台2.1MPEG-2编码器,2.1.1TS码流的形成,PS复用,PES,ES,数据编码器,TS复用,21,数字电视前端硬件平台2.1MPEG-2编码器,PS码流：包的长度可变抗误码能力低适用于相对误码低的环境，如存储、制作DVD等TS码流包的长度固定，188字节抗误码能力较高可用于相对较差的信道环境，如传输等,22,2.1.1TS码流的结构TS码流由一个或多个PES包组成，这些PES包可以是有一个公共的时间基准，也可以是几个独立的时间基准。TS码流由TS包组成，TS包的长度固定，为188字节每个TS包由包头和净荷组成,数字电视前端硬件平台2.1MPEG-2编码器,23,数字电视前端硬件平台2.1MPEG-2编码器,2.1.1TS码流的结构,188字节,包头,净荷,适应字段,可选字段,24,2.1.2编码速率MPEG-2编码器可由用户选择，把一个频道的电视信号压缩成2MB/S、3MB/S、4MB/S、5MB/S、6MB/S和8MB/S等的数字信号。实际观测表明，压缩为6MB/S和8MB/S的图象与没有压缩的图象基本没有区别，但在压缩为4MB/S的快速体育运动图象上，则能看到图象的缺陷。,数字电视前端硬件平台2.1MPEG-2编码器,25,2.1.3编码器的使用一套节目对应一路MPEG-2编码器；输入音视频信号，输出TS流；ASI接口；SDH来的是TS流，无需MPEG-2编码器；SDH是DS-3或E3接口，需适配器转换为ASI接口；增加MPEG-2编码器，还是增加数字卫星接收机？如果卫星上的节目下来就是模拟的，那只能采用编码器。,数字电视前端硬件平台2.1MPEG-2编码器,26,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,2.2.1概述我国上星的数字电视节目采用的是QPSK调制方式，数字卫星接收机都是QPSK解调。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，不是真正的数字接收机。数字卫星接收机是直接输出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。,27,2.2.2QPSK调制原理,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,28,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,29,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,30,2.2.3节目速率上星的节目采用QPSK调制解调方式，采用的基本码率4.42MBPS，以及RS(204，188)、3/4卷积码、QPSK调制方式。其中4.42为符号率，也就是码率；由于采用QPSK，所以一个符号需要用2个比特来表示；RS编码为（204，188），表示有效数据为188个字节，有（20418816）个字节用于冗余纠错。卷积码的效率为3/4。由此可以算出节目的传输速率：4.4223/4188/204=6.11Mbps,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,31,2.2.4SCPC/MCPCSCPC是单路单载波传输方式，每个载波只传输1套广播电视信号，这样一个转发器内同时存在多个载波，其特点是各套节目可在不同地点上星。MCPC是多路单载波传输方式，每个载波可同时传输多套广播电视信号，特点是1个转发器只有1个载波，频带和功率的利用率较高，多套节目要经复接后在同一地点上星。,数字电视前端硬件平台2.2数字卫星接收机,32,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.1复用器的作用对多路节目（也就是多路节目的TS流）复用，复用成一路TS流，使得多路节目能够在一个频道中传输。在复用的过程中，插入PSI信息和SI信息，重新组合，并且重新分配PID值。用于接收端的解复用和电子节目指南（EPG）。,33,2.3.2、复用器的原理（1）MPEG-2中的PSI信息节目特定信息ProgramSpecificInformation（PSI）,使用了四个表来定义码流的结构：节目关联表（PAT）：描述多路节目的复用信息；节目映射表（PMT）：描述单路节目的复用信息；网络信息表（NIT）：描述网络传输的物理信息；条件访问表（CAT）：描述条件接收系统的信息。,数字电视前端硬件平台2.3复用器,34,2.3.2、复用器的原理节目关联表包含了与多路节目复用有关的控制信息：用于指出TS流中包括哪些节目，每个节目的编号及相应的PMT的位置（PID）；同时还提供网络信息表（NIT）的位置。PAT丢失，将导致接收端无法解码TS流中的任何节目。PAT所在的TS包的PID=0。,数字电视前端硬件平台2.3复用器,PAT(PID=0),NIT(PID=16),35,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.2、复用器的原理节目映射表包含了与单路节目复用有关的控制信息：指出某一套节目由哪些节目流构成，以及这些流的类型（视频、音频、数据）及位置，即对应的TS包的PID值。同时给出该节目的节目时钟参考（PCR）字段的位置PMT所在的TS包都有自己独特的PID。,节目1PMT,36,数字电视前端硬件平台2.3复用器,2.3.2、复用器的原理条件接收表（CAT）给出有关条件接收系统的信息，指定授权管理信息（EMM）所在的TS包的PID值及其它相关参数。CAT所在的TS包的PID=1。网络信息表（NIT）提供与多组传送流、物理网络及网络传输相关的信息，如调谐频率、编码方式、调制方式等参数。PID由PAT指定。,37,数字电视前端硬件平台2.3复用器,39,2.3.2、复用器的原理（2）复用的含义复用有两层意思：第一层是通过复用的方式传送一个或更多个基本比特流从而形成节目传送，属于单一节目复用；第二层是将不同节目的传输流（TS）复用为一个含有多个节目的传输流（TS），属于系统级复用。,数字电视前端硬件平台2.3复用器,40,2.3.3复用器的选择复用多少套节目合适复用器的码率容量QAM调制器的调制方式节目质量的要求,数字电视前端硬件平台2.3复用器,41,2.3.3复用器的选择（举例）例如，一个复用器可以容纳25Mbps的数据速率，现在考虑一路节目给它多高的数据速率。如果一路节目给4Mbps，那么就可以容纳6路，也就是可以复用6套节目；如果一路节目给2Mbps，那么就可以复用12套节目。其次，就是考虑我们所用QAM调制器的调制方式，是采用16QAM，还是采用64QAM，还是采用256QAM，最后就是考虑所采用符号率，从而可以计算出数据速率。,数字电视前端硬件平台2.3复用器,42,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。,43,2.4.2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的符号率在8MHz最高可以达到6.89MBps，那么最高数据传输速率为6.89641.34Mbps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,44,2.4.2QAM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,45,2.4.2QAM调制原理框图,数字电视前端硬件平台2.4QAM调制器,46,2.4.2QAM星座图,数字电视前端硬件平台2.4QAM调制器,47,数字电视前端硬件平台2.4QAM调制器,利用星座图分析故障（1）理想星座图符号点均在决策边框内的中心点，说明有良好的相位噪声、热噪声等，因此MER值好。,48,数字电视前端硬件平台2.4QAM调制器,（2）热噪声引起的损伤现象：符号点随机的向外扩展（相对于中心点）,49,数字电视前端硬件平台2.4QAM调制器,（3）相位噪声引起的损伤（上下变频器）现象：四个边角的符号向内旋转，使方形的星座图变为圆,50,数字电视前端硬件平台2.4QAM调制器,（4）相干干扰（如CTB、CSO等互调失真、侵入噪声产物）现象：符号云的中心被掏空，形成圆串,51,数字电视前端硬件平台2.4QAM调制器,（5）I/Q不平衡（前端I/Q调制器、基带放大器、滤波器造成）现象：星座图不成方形，I、Q轴即宽、高不等,52,2.4.3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2.4QAM调制器,53,数字电视前端硬件平台2.5加扰器,加扰器的主要功能：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。,54,数字电视前端设计总结,需要注意的问题调制器的输出电平调整：数字调制器的输出电平比模拟调制器的输出电平低10dB。一般前端模拟与模拟相邻频道、数字与数字相邻频道之间电平差不要超过0.5dBV。调制器的频率设置：模拟电视调制器的频率是按图像载波频率设置的，而数字电视调制器的频率要按照该频道的中心频率来设置。,55,组网举例,CCTV-1的传送,56,组网举例,如果原来已经建立了数字电视传输系统，自办节目无须再配置编解码器等设备。将本地几套自办节目编码后的单节目码流由ASI口输入原有复用器，然后再将复用后的多节目码流输给CHINIC10K302复用器，形成复用器的级联，如图所示：,57,组网举例,58,数字有线电视网络的技术指标,59,1、有线数字电视系统指标,在全数字传输系统中，若只传输数字电视，不传输模拟电视，由于数字电视信号是离散的信号，衡量其质量的标准只能用被传送数字电视信号的取值（或状态）判断的正确与否来评价，因此把误码率、载噪比作为系统的主要指标。在传输通道存在非线性失真的情况下，数字频道与数字频道之间，数字频道与模拟频道之间的互调、交调产物，不再呈离散分布。也不会形成象模拟频道之间的CSO、CTB那样，在图像载频附近呈谱线形分布。而是呈白噪声性质，在被干扰的频道内弥散分布。,60,1、有线数字电视系统指标,1.1、系统输出口载波电平数字信号电平定义为：在有效带宽内所选射频或中频信号的均方根值(RMS)功率(功率的均方根？)。QAM调制的数字电视信号，没有图像载波电平可取，整个限定的带宽内是平顶的，无峰值可言。所以，QAM数字频道的电平是用被测频道信号的平均功率来表达的，称为数字频道平均功率。数字调制信号与带宽紧密相关，因而数字调制信号电平在频谱仪上不是由测量仪器直接读出，而是要考虑等效信号带宽、仪器的分辨带宽和修正系数，然后从计算得出，所以具体的数字信号电平还与符号率、QAM调制数有关。,61,1、有线数字电视系统指标,1.1、系统输出口载波电平目前数字信号和模拟信号共存的传输环境中，数字信号的电平，既不能太高，也不能太低。提高数字信号载波电平可较大地提高抗干扰的能力，有利于用户接收端机顶盒的解调；数字信号载波电平的提高会带来两个问题，一是数字频道会对邻频模拟频道产生干抗，另外增加了非线性产物。,62,1、有线数字电视系统指标,1.1、系统输出口载波电平一般规定数字信号载波电平应比模拟图像载波电平低10dB。具体值可以根据实际的传输和接收效果进行适当的调整，可以低15dB，也可以低20dB。根据理论分析和实际工程需要，认为系统输出口的数字信号载波电平应为4767dBV（比模拟电视信号的要求低10dB）。,63,1、有线数字电视系统指标,1.2、系统输出口频道间电平差系统输出口频道间载波电平差（dB）包括两个方面的指标：一是任意频道间载波电平差根据我国行业标准GY/T106-1999规定，在系统输出口上，被分配的任意频道之间的载波电平差小于（或等于）10dB，在任意60MHz频率范围内，载波电平差小于（或等于）8dB。如果这些电平的差值较大，则载波电平大的频道可能对电平小的频道产生非线性干扰。,64,1、有线数字电视系统指标,1.2、系统输出口频道间电平差另一指标是相邻频道间载波电平差，一般应小于（或等于）3dB。对数字频道，这些指标完全适合，同时数字频道与相邻模拟频道间最大电平差为13dB。,65,1、有线数字电视系统指标,1.3、调制误差率为了对接收到的信号做单一的“品质因数”分析，定义符号误差矢量幅度的平方和与理想符号矢量幅度的平方和之比的分贝值为调制误差率（MER）。MER是对叠加在数字调制信号上失真的对数测量结果。,66,1、有线数字电视系统指标,1.3、调制误差率MER受多种因素的影响，包括载噪比、突发脉冲、各种失真以及IQ偏移量对信号造成的损伤。在数字调制信号中，突发脉冲、各种失真、IQ偏移量对信号造成的损伤和噪声十分相似。如果系统的MER减小，信号受到的损伤变大，出现误码的概率增加。,67,1、有线数字电视系统指标,1.3、调制误差率通常，对系统输出口，在关均衡的情况下，MER的典型值是=30dB（64QAM）/32dB（256QAM）；在开均衡的情况下，MER的典型值是=36dB（64QAM）/37dB（256QAM）。数字前端系统MER的典型值应该在35dB37dB之间（一般应超过40dB），分配网的MER典型值应该达到35dB，用户端口的MER应该大于30dB。,68,1、有线数字电视系统指标,1.4、系统噪声余量系统噪声余量是测试传输信道可靠性的指标，与直接的BER（误码率）测量相比，噪声余量测量是系统工作余量上的一种更有用的测量，因为BER曲线斜率很陡。噪声余量是接收信号的载噪比（C/N）与BER为10-4时的载噪比（Reed-Solomon解码之前）之间的差值，以dB值表示。我们可以通过在接收信号上叠加高斯白噪声来测量噪声余量。系统输出口噪声余量应大于6dB。,69,1、有线数字电视系统指标,1.5、误码率误码率是衡量数字传输系统质量的基本指标，定义为错误比特数与传输总比特数之比。误码率的高低直接反映系统质量的好坏，把它分成RS解码前的误码率和RS解码后的误码率两个指标。RS解码前(即纠错前)BER应低于10-4(这是一个极限值，在RS解码前BER高于10-4则最初图像出现马赛克，最终图像消失；BER而高于10-4时,在RS解码后图像质量与发端解码质量相同。)，RS解码后的BER在15分钟（即15分钟内错一个bit）时应低于4*10-11，24小时应低于4.2*10-13（即24小时内错一个bit）。根据IEC国际电工委员会的要求，误码率104，同时也考虑到目前对数字电视的误码率，通过前向纠错技术，可以在实际误码率10-4的情况下，获得的1010相对误码率，一般规定BER=10-4是数字有线接收机的门限值。,70,1、有线数字电视系统指标,1.6、载噪比通过射频载波电平和噪声电平，可得到C/N与BER的一一对应关系值，64QAM在理想状态下当BER=10-4时，C/N=23.62dB，实测载噪比门限在27dB左右；实际上，除了C/N值对误码率的影响，其它指标对误码率也有影响，此处的测试数据，是在其它条件充分优良的情况下得到的，再加上3dB裕量，实际系统的载噪比应达到30dB以上，所以IEC对数字系统载噪比要求为31dB。,71,1、有线数字电视系统指标,1.6、载噪比载噪比C/N指已调制信号的平均功率与噪声的平均功率之比，载噪比中的已调制信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率。在调制传输系统中，一般采用载噪比指标；而在基带传输系统中，一般采用信噪比指标。数字调制信号对网络参数的要求主要反映在载噪比上，载噪比越大，信号质量越好，反之信号质量就差，数字电视会出现马赛克，严重时会造成图像不连续甚至不能对图像解码。,72,1、有线数字电视系统指标,1.6、载噪比只要满足GY/T106-1999有线电视广播系统技术规范要求的有线网，在用户端电缆信号出口处数字频道载噪比达到30dB以上，就可传送64QAM信号。一般按照前端30%、光链路60%、用户分配系统10%，即前端载噪比为35dB，光链路载噪比为32dB，用户分配系统载噪比为40dB。,73,1、有线数字电视系统指标,1.7、相位噪声相位噪声是指单位赫兹的噪声密度（即某一偏移频率处的1Hz带宽内的信号功率）与信号总功率之比，表现为载波相位的随机漂移，是评价频率源（振荡器）频谱纯度的重要指标。相位噪声的影响在星座图上表现为星座点轨迹围绕着I-Q平面的原点旋转。通常噪声使星座点以原地点为中心的扩散。附：相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。,74,第三部分数字电视前端软件平台,75,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，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；复用器将这些表与其他节目的TS流复用在一起，然后通过QAM调制器后送入HFC网。,76,3.1.2、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，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。这些信息包含在表中：节目群信息表（BAT）、业务描述表（SDT）、事件信息表（EIT）、时间日期表（TDT）、运行状态表（RST）等。,数字电视前端软件平台3.1EPG系统,77,数字电视前端软件平台3.1EPG系统,节目群关联表（BAT）：节目群指一系列相关的节目（可以不在同一传输流中，甚至可以不用同一广播方式）的集合。BAT用来描述节目群的名称、服务组成等。利用BAT可以方便地进行相关节目或某一类节目的浏览和选择。Table-ID：0 x4A（74）业务描述表（SDT）描述系统中业务的名称、业务提供者、是否有相应的事件描述、起始时间、持续时间等；SDT可以描述当前TS流的相应信息，也可以描述其它TS流的相应信息，这由SDT的表标识符（Table-ID）来区分。SDT（actualTS）：0 x42SDT（otherTS）：0 x46,78,事件信息表（EIT）包含事件或节目片断的有关数据，如名称、开始时间、时间长度、运行状态等。EIT有四种，由表标识符来区分：描述当前TS流的正在或将要播出的节目：0 x4E描述当前TS流的计划播出的节目：0 x500 x5F描述其它TS流的正在或将要播出的节目：0 x4F描述其它TS流的计划播出的节目：0 x600 x6F,数字电视前端软件平台3.1EPG系统,79,数字电视前端软件平台3.1EPG系统,运行状态表（RST）提供某一事件或多个事件的运行状态和时间，即某一事件运行或不运行的信息，可用于按时自动切换到指定的事件。Table-ID：0 x71时间和日期表（TDT）给出当前的时间和日期Table-ID：0 x70,81,3.1.3EPG系统结构EPG系统基本上由三部分构成：EPG中心、EPG信息采集、EPG信息发布。EPG采集系统连接各电视台和ChinaEPG中心，负责将各电视台的节目预告信息汇集到ChinaEPG中心EPG中心整理采集来的EPG数据，按照统一格式进行加工，建立EPG数据库，并负责数据的维护EPG发布系统连接EPG中心和各有线电视台，将定制的EPG信息按统一格式发送到各有线电视台,数字电视前端软件平台3.1EPG系统,83,有线电视广播节目规划系统,84,电子节目指南接收,85,数字电视前端软件平台3.2DVB-CA系统,86,一、基本定义,1.1、加密/解密系统在条件接收系统中存在两种类型的加密，用途如下：对授权管理信息EMM进行加密处理，然后以单独授权或分组授权的方式发送到用户接收终端的相应处理装置；对授权控制信息ECM进行加密处理，其中ECM信息中包含了对业务的访问准则信息以及用于解扰的信息。解密操作在接收机端进行。通常为了安全性，解密操作和接收机分离，在一个可分离的模块中进行，如智能卡，以利于增强系统的保密性。,87,一、基本定义,1.2、加扰/解扰系统加扰是为了保证传输安全而对业务码流进行特殊处理。通常在广播前端的条件接收系统控制下改变或控制被传送业务码流的某些特性，使得未经授权的接收者不能得到正确的业务码流。解扰是加扰的逆过程，在用户接收端的解扰器中完成。,88,一、基本定义,1.3、授权管理信息EMM授权管理信息（EMM）：一种专有的条件接收信息，指定了用户或用户组对业务或事件的授权等级。授权管理信息发生器（EMMG）：产生授权管理信息的部件，并按照合适的时间间隔重发。在前端，EMM发生器从用户管理系统取得授权信息（用户标识号、智能卡号、用户授权信息等）和密钥，编码后形成EMM数据包，加密送到复用器中传送。在接收端，EMM也用于控制解扰。,89,一、基本定义,1.4、授权控制信息（ECM）授权控制信息是一种专有的条件接收信息，包含有经安全加密的控制信息和授权信息。授权控制信息发生器（ECMG）是产生授权控制信息的部件。ECM传送加密后的密钥和节目标识、收视条件、加扰算法、提供商等。ECM是在前端形成的。把控制字发生器产生的加扰控制字，按一定的数据编码格式加密、打包，送到复用器中传送。在接收端，ECM用来控制解扰。,90,一、基本定义,1.5、加扰加扰：指在前端系统的控制字CW的控制下，连续不断的对被传送的全部内容（视、音频流和数据流）进行扰乱，使不用恰当的解码器和密钥就不能收到正确的信号。加扰的方法是由伪随机码发生器产生的伪随机序列与原始的传输流进行XOR运算，改变被传输信息的特征，使信号变为不可预测的数据流。,91,一、基本定义,1.6、控制字CW控制字CW：指用于解码器中的电子密钥。解扰的关键是必须掌握伪随机序列发生器的初始条件，初始条件受控于控制字CW，有了CW就可以恢复加扰时使用的伪随机序列，可以实现对信号的解扰。CW是CA的关键，必须可靠的传输。CW由前端加密后经网络传送到用户机顶盒的智能卡上，经解密后产生密钥。为了防止被破译，CW要不断改变，一般每隔520秒改变一次。,92,一、基本定义,1.7、同密同密：是一种加扰方式。该方式通过同一种加扰算法和控制字使多个条件接收系统一同工作。这种方式便于多级运营管理，为多级运营商选择CA系统提供灵活性（不必大家都使用同一CA系统）。而每台机顶盒也只须选用一种CA系统，不必装多个CA系统。这样便于不同的CA开发商在同一网络中公平竞争。,93,一、基本定义,1.8、多密多密：也是一种加扰方式，也称公共接口CI方式。是针对接收端机顶盒而言的。在多密方式下，每台机顶盒通过公共接口CI对不同的CAS解密。即用同一台机顶盒接收不同CA系统的加密节目（可同时接收多种CAS加扰节目）。当CA更换时，仅需更换CA模块，不必换盒。从而实现机卡分离。机顶盒是通用的，卡是由不同运用商管理的。,94,一、基本定义,1.9、用户个人分配密钥PDK用户个人分配密钥PDK：是一个数列，是机顶盒的唯一地址码。由CA系统自动生成并严格控制，存放在用户智能卡中。在用户端，智能卡通过PDK对EMM和ECM解密，取出CW，实现对加扰传输流的解扰。,95,二、DVB-CA原理,96,二、DVB-CA原理,2.1、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）。,97,二、DVB-CA原理,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。,98,二、DVB-CA原理,2.2、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,99,三、DVB-CA的应用模式,3.1、基本功能条件接收（CA）系统是指用来控制用户对广播电视节目或服务进行接收的系统，即用户只能收看经过授权的广播电视节目或服务；它是实现个性化服务的关键，其基本目的是在数字电视系统中对用户进行授权控制及授权管理，从而实现有偿服务。,100,三、DVB-CA的应用模式,CA系统所需要的基本功能如下：1)实现产品级的授权2)节目播出控制（条件禁播和条件准播）3)分级授权4)支持IPPV5)支持回传处理6)支持OSD7)支持Email8)支持同密标准9)具有良好的防（反）盗版措施,101,三、DVB-CA的应用模式,3.2、节目平台与服务平台的CA系统基本架构节目平台的加扰节目码流传送到服务平台后，可采用解密和不解密两种模式向最终用户传输。解密模式中，节目平台的节目码流传送到服务平台后被解扰，还原为非加扰的节目码流，再被本地CA系统加密后，传送到用户。解密模式的条件接收系统结构如下图所示。,102,三、DVB-CA的应用模式,103,三、DVB-CA的应用模式,不解密模式中，当节目平台和服务平台采用相同的CA系统时，节目平台的节目码流传送到服务平台后不解扰，直接传送到用户。不解密模式的系统结构如下图所示。,104,三、DVB-CA的应用模式,105,四、解密模式,4.1、单一CA系统模式CA系统中，EIS（事件信息调度器）、ECMG、EMMG等几个主要组成部分是必需的，它们与加扰器共同实现对节目的加扰。加扰器可以嵌在复用器中，成为复用器的一个部件；也可以在复用器之外，成为独立加扰器。如下图所示,106,四、解密模式,单一CA系统模型,107,四、解密模式,4.2、同密CA系统模式同密的目的是为了使两家或两家以上的CA系统同时对同一数字电视节目进行加扰。在同密的CA系统中，存在两种或两种以上的ECMG和EMMG，分别生成各自的ECM和EMM信息。同密CA系统模型如下图所示。,108,四、解密模式,同密CA系统模型,109,五、不解密模式,5.1、基于密钥的CA系统的不解密模式用户将收视节目平台节目的申请送交给服务平台的SMS，服务平台SMS将该申请信息提交到节目平台的SMS，节目平台SMS通过节目平台的CA系统发出该用户的收视授权。服务平台收到节目平台的加扰节目码流后，无改变地转播到用户。用户终端中采用分区的智能卡，节目平台CA系统的密钥和服务平台CA系统的密钥分别被植入到不同的智能卡分区中，用户终端根据加扰节目码流中的CA系统标识决定采用哪个密钥进行解扰。,110,节目加扰和用户授权的实现方式如下：1）在节目平台SMS与服务平台SMS之间建立专线联接，服务平台SMS将本地用户收看节目平台节目的申请信息发送到节目平台SMS中；2）节目平台的CA系统根据节目平台SMS的指令控制对节目平台节目TS流的加扰，并生成与节目加扰有关的ECM和与用户收视节目平台节目有关的EMM，与节目平台节目TS流一起传送到服务平台。3）服务平台的CA系统根据服务平台SMS的指令控制对本地插入的节目TS流的加扰，并生成与节目加扰有关的ECM和与用户收视本地插入的节目有关的EMM，插入到节目TS码流中。,五、不解密模式,111,基于密钥的CA系统的不解密模式,五、不解密模式,112,五、不解密模式,5.2、基于算法的CA系统的不解密模式用户将收视节目平台节目的申请送交给服务平台的SMS，服务平台SMS将该申请信息提交到节目平台的SMS，节目平台SMS通过服务平台的CA系统发出该用户的收视授权。服务平台收到节目平台的加扰节目码流，插入用户的收视授权后，转播到用户。用户终端中采用分区的智能卡，节目平台CA系统的算法和服务平台CA系统的算法分别被植入到不同的智能卡分区中，用户终端根据加扰节目码流中的CA系统标识决定采用哪个算法进行解扰。,113,五、不解密模式,节目加扰和用户授权的实现方式如下：1）在节目平台SMS与服务平台SMS之间建立专线联接，服务平台SMS将本地用户收看节目平台节目的申请信息发送到节目平台SMS中；2）节目平台的CA系统根据节目平台SMS的指令控制对节目平台节目TS流的加扰，并生成与节目加扰有关的ECM；,114,五、不解密模式,3）在节目平台SMS与服务平台CA系统之间建立专线联接，服务平台的CA系统根据节目平台SMS的指令生成与用户收视节目平台节目有关的EMM，插入到接收的节目平台节目码流中；4）服务平台的CA系统根据服务平台SMS的指令控制对本地插入的节目TS流的加扰，并生成与节目加扰有关的ECM和与用户收视本地节目有关的EMM，插入到本地节目TS码流中。,115,基于算法的CA系统的不解密模式,五、不解密模式,116,机卡分离,机卡分离方案要求机顶盒本身不存在于加密有关的软硬件，机顶盒必须要有加密的统一接口。欧洲DVB标准使用的是公共接口（CI:CommonInterface）美国使用的是（POD:PointofDeployment）。由于机顶盒的制造与加密智能卡无关，这种方法也俗称为“机卡分离”。公共接口使用PCMCIA卡，俗称“大卡”而智能卡俗称小卡。目前大卡的价格较高，约40美元以上，其中15-20美元为专利费，到明年专利失效后价格有可能有大幅度的降低。如有必要可以预留大卡接口。,117,广电宽带城域网及HFC网络技术,118,（1）模拟信号和数字信号并存对电视信号目前仍以模拟为主，模拟信号到数字信号的过渡时间年左右的时间。数字电视信号已经起步，首先是在卫星转播电视信号上采用了数字压缩编码信号的传输，下一步将在有线电视网络上传输数字电视信号，并且将逐步取代模拟电视信号；今后将逐步过渡到全数字化。,广电宽带城域网改造特点,119,（2）频分复用和时分复用并存多路模拟信号采用频分复用（FDM）方式，多路数字信号则常采用时分复用(TDM)方式。由于模拟信号和数字信号并存，在宽带综合网中将充分利用频分复用和时分复用各自的优势，力求以有限的频带来传输更多的节目和信息，力求以最低的经济代价来换取更多的服务。,广电宽带城域网改造特点,120,（3）光缆和电缆并存，按照光纤向用户端延伸程度以及每个光节点覆盖用户数目可分为：光纤到馈线（FTTF）方式，每个光节点覆盖2000至5000个用户，光纤之后使用35级延长放大器。光纤到路边（FTTC）方式，每个光节点覆盖500个用户左右，使用12级延长放大器。许多城市新建光缆网络即以FTTC为目标设计。光纤到楼（FTTB）方式，光节点覆盖用户为50100户，一般只用1级延长放大器或不用放大器，目前正在一些城市试验。,广电宽带城域网改造特点,121,（4）信号分配和信息交换并存下行信号中的广播信号是进行信号的单向分配，而不是信号的交换，是一个单向通信系统，占据的频带相对宽。交互信道是适用于电话、数据和信令的双向信息交换通信系统，占据的频带相对窄得多。,广电宽带城域网改造特点,122,开展业务、实现“三网融合”,（一）基本业务1、电视业务模拟电视一般应传送中央、省及本地重要节目，总数应不少于20套。有线电视网络应逐步增加数字电视广播节目，数字电视节目总数建议应达到45套以上。,123,开展业务、实现“三网融合”,2、广播业务常规的模拟调频广播的使用频段为87-108MHz，可以传送15套以上的调频广播，行标要求不得少于5套。为提高声音广播的质量，建议有条件的地区采用MPEG1-AudioLayerII或多信道数字声格式来开展数字声广播，以达到更好的传送和收听效果。,124,开展业务、实现“三网融合”,3、数据广播业务股票浏览器、信息广播等。在DVBC系统中，可用传输流（TS）的方式来广播数据。已经建设基于IP数据交互信道的地区，也可用IP多点广播的方式开展数据广播业务。,125,开展业务、实现“三网融合”,（二）扩展业务扩展业务的含义：是指以模拟或数据广播方式的服务为主，具有简单数据回传的交互式业务，是广播电视业务的扩展部分。扩展业务的范围：如图文电视、专业频道、教育频道、电子报刊、电视购物、Web浏览乃至准视频点播（NVOD）等业务。扩展业务的收费：扩展业务的收费一般采用包月方式，收费标准可根据开展的业务和当地情况确定。,126,开展业务、实现“三网融合”,（三）增值业务增值业务的含义：是指充分利用有线电视网的大容量、宽频带和双向化，开展数据通信、计算机联网等具有双向交互传输功能的交互式业务和多媒体业务。增值业务的开展：在网络运营经验和技术累积较成熟时开展会议电视、可视电话、视频游戏、视频点播（VOD）等增值业务。增值业务的收费：增值业务的收费标准原则上应按提供的服务按市场规律确定。,127,开展业务、实现“三网融合”,（四）三网融合1、技术融合在技术体制上，改造后的广电城域网能保证综合业务的逐步开展。在网络范围、网络结构、网络规模上，城域网要逐步与通信网络接轨。2、网络融合在数字化的前提下，广电城域网改造时必须保证通过自身不断的平滑升级，逐步实现与Internet和其他网络的互连互通。,128,开展业务、实现“三网融合”,3、业务融合业务融合表现在改造后的广电城域网具有传输和交换数据、图象和话音的能力。在诸如快速Internet访问、股票交易、IP电话、网上购物、远程教学、电视会议、可视电话等综合业务上交叉渗透。4、终端融合为保证用户方便操作、适合接入不同网络、接受各类数据信息，随各种智能家电、网络家电的出现，用户终端要不断从单电产品向多电合一产品过渡，逐步实现用户通过一个终端获取各种信息。,129,一、广电宽带城域网的结构,（一）基本定义1、广电城域宽带网(BroadbandMetropolitanAreaNetworkforBroadcast&Television)是由广播、交互两个信道组成的用射频电缆、光缆、微波、数据电缆或及其组合来传输、分配和交换图像、声音及数据信号的城域宽带、多业务有线广播电视网络,简称城域网(MAN:MetropolitanAreaNetwork)。城域网的五个要素：信道构成、物理介质、作业任务、处理对象和功能特点。,130,一、广电宽带城域网的结构,2、广电城域宽带网的两种信道（BC&IC）参照ITU-建议J.112中给出的数字视频广播有线电视分配系统模型，广电城域宽带网在业务提供商和用户之间建立了两种信道：广播信道（BC）和交互信道（IC）。广播信道（BC）是一个单方向传输宽带广播式信号（包括视频、音频及数据）的传输信道。利用广播信道构建的传输和分配平台称为广播平台（即以往所称的“A平台”）。交互信道（IC）是一个双向传输交互式信号、建立在业务提供商和用户之间的、用来为用户提供业务的传输信道。利用交互信道构建的传输、分配和交换平台称为交互平台（即以往所称的“B平台”）。交互信道又分为反向交互通道和正向交互通道。,131,一、广电宽带城域网的结构,（二）城域网广播信道基本结构模型GB/T6510-1996电视和声音信号的电缆分配系统明确有线电视电缆分配系统由前端、干线、用户分配网络三大部分组成。城域网广播信道基本结构模型常它由一个总前端和若干分前端、一级和二级光链路干线、用户分配网络三大部分组成。,132,一、广电宽带城域网的结构,（二）城域网广播信道基本结构模型一级光链路采用“路由走向环型、物理连接星型”拓朴结构；二级光链路一般采用星型拓朴结构，按需也可组成环型拓朴。大型城域网中可能存在三级光链路。结构模型中使用的组成部分和相应名称保持了与以往有线电视标准、规范的一致性。城域网广播信道主要用于开展广播业务，如模拟和数字电视、音频广播及数据广播。,133,134,一、广电宽带城域网的结构,（三）城域网交互信道中的骨干网和接入网概念和基本结构模型（参考下列）公用电信网三个组成部分及“接入网（AN）”定义宽带IP网三层结构及骨干网和接入网的定义广电城域网交互信道中的骨干网和接入网概念广电城域网交互信道基本结构模型,135,一、广电宽带城域网的结构,1、公用电信网组成部分（1）长途网：长途端局以上部分；（2）中继网：长途端局与市话局之间以及市话局之间的部分；将长途网和中继网合在一起称为核心网(CoreNetwork)或转接网(TransitNetwork)，也称为网路。（3）接入网AN（AccessNetwork）：端局至用户之间的部分，即核心网余下的部分，主要完成使用户接入到核心网的任务，也称作接入环路。,136,一、广电宽带城域网的结构,2、宽带IP网三层结构及骨干网和接入网的定义宽带网络的建设分为骨干网、城域网和接入网三个层次。所谓骨干网就好比城市与城市之间的高速公路，城域网相当于市区内的快车道，接入网即将快车道延伸至小区乃至各家各户。宽带IP网骨干网指的是核心层加汇聚层，在一个中等规模的城市里，城域网交互信道结构可以省略汇聚层，即核心交换机兼有汇聚交换机的功能。,137,一、广电宽带城域网的结构,（1）宽带城域网的骨干层负责数据的快速转发；与全国相应骨干网互联，提供城市的高速数据出口。,138,一、广电宽带城域网的结构,（2）宽带城域网的汇接层负责汇集分散的接入点，进行数据交换，提供流量控制和用户管理功能。主要完成的功能是给业务接入节点提供业务的汇聚、管理和分发处理。,139,一、广电宽带城域网的结构,（3）宽带城域网的接入层负责提供各种类型用户的接入。主要利用多种接入技术，迅速覆盖用户，进行带宽和业务分配，实现用户的接入，接入节点设备完成多业务的复用和传输，利用光纤、双绞线、同轴电缆等连接到用户。,140,一、广电宽带城域网的结构,3、有线电视城域网交互信道骨干网和接入网城域骨干网是指有线电视城域网交互信道中由主中心和多个分中心组成的完成核心层加汇聚层功能构件的集合。城域接入网是指有线电视城域网交互信道中从分中心至用户数据终端之间完成接入层功能构件的集合。,141,一、广电宽带城域网的结构,3、有线电视城域网交互信道骨干网和接入网构筑有线电视城域网交互信道的目的在于发挥有线电视城域网传输介质的宽带优势，开展双向交互性的扩展和增值业务。CATV宽带综合网中既传输模拟广播电视信