数字视频论文 华东理工大学

1、- 24 -华东理工大学课程论文华东理工大学2012-2013学年第1学期数字视频技术课程论文2012.12班级： 学号： 姓名： 开课学院：信息学院 任课老师：木昌洪 成绩： 论文题目：DVBC标准数字电视系统的组成和技术分析 数字视频技术的任务是使学生掌握视频信号的数字化处理技术，掌握数字视频的压缩及其标准，使学生具备进行数字视频处理的必备的基础知识和能力，为从事实际工作打下必要的理论与实践基础。具体要求如下：1.分析目前数字电视技术的相关标准有哪些；2.分析DVB-C标准数字电视前端硬件平台组成，并对各个部分进行阐述。3.分析DVB-C标准数字电视前端软件平台组成，并对各个部分进行阐述。

2、4.分析DVB-C标准传输系统的信道编码技术。5.分析DVB-C标准数字电视终端硬件平台组成，并对各个部分进行阐述。6.分析DVB-C标准数字电视终端软件平台组成，并对各个部分进行阐述。7.分析DVB中的业务信息（SI）及其功能。8.将以上内容研究结果总结成论文。提交论文电子版和论文打印版教师评语： 教师签名： 年 月 日摘 要世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字电视是这一变革中的关键环节。伴随着电视广播的全面数字化，传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合，从而形成全新的、庞大的数字电视产业。这一新兴产业已经引起广泛的关注，各发达国家根

3、据自己的国情，已分别制定出由模拟电视向数字电视过渡的方案和产业目标。数字电视被各国视为新世纪的战略技术。数字电视成了继电信引爆IT之后的又一大“热点”。数字电视，是从电视节目录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视。它具有许多优点，如：可实现双向交互业务、抗干扰能力强、频率资源利用率高等，它可提供优质的电视图像和更多的视频服务(如交互电视、远程教育、会议电视、电视商务、影视点播等)。本文旨在描述DVB-C标准数字电视系统的组成及所包含的相关内容，并且介绍一些技术上的背景材料。如何有效可靠地实现这些关键技术对DVB-C系统的高效运作具有重要的意义。首先，本文将简介分析目前

4、数字电视技术的种类和发展现状及其相关标准。其次，本文将分别详细讲述并分析DVB-C标准数字电视前端和终端硬件和软件平台的组成。再次，本文将阐述DVB-C标准传输系统的信道编码技术。最后，本文将分析DVB中业务信息（SI）及其功能。将对服务信息传输规范DVB-SI标准进行了深入研究,实现了较为简单的EPG功能,为用户收看电视节目和享受信息服务提供一个良好的导航机制,使用户能方便快捷地找到自己关心的节目,查看节目的详细信息。电视数字化是电视发展史上又一次重大的技术革命。数字电视不但是一个由标准、设备和节目源生产等多个部分相互支持和匹配的技术系统，而且将对相关行业产生影响并促进其发展。数字电视的应用

5、，将为人们提供更加适合人类自然视域的画面结构、优质的电视图像和更多形式的电视服务，并在相关的工业技术领域产生深远的影响，因而发达国家均把数字电视看作是对人类社会信息发展具有极其重要意义的“战略技术”。关键词：数字电视, DVB-C，信道编码, SI，机顶盒 目录绪论.11.全面认识数字电视技术.2 1.1 数字电视技术的发展.2 1.2数字电视相关概念、原理、分类及影响.21.2.1 数字电视概念.21.2.2 数字电视的基本原理.21.2.3数字电视的分类.31.2.4 数字电视的优点.31.2.5 数字电视带来的变化.4 1.3国内外数字电视技术的发展现状及趋势.5 1.4目前数字电视技术

6、的相关标准.5 1.4.1 目前国际上数字电视的三大标准5 1.4.2 关于数字电视技术的具体标准6 1.5 数字电视发展方向.6 2. DVB-C系统在数字电视中的应用6 2.1 DVB的起源、目标、主要标准及核心.6 2.1.1 DVB的起源.7 2.1.2 DVB的主要目标.7 2.1.3 DVB的主要标准及核心.7 2.2 DVB-C系统简介8 2.3 DVB-C标准数字电视系统的相关标准83. DVB-C标准数字电视系统的组成.8 3.1 DVB-C前端系统平台9 3.1.1 DVB-C前端系统简介.9 3.1.2 DVB-C前端系统的设计原则.9 3.1.3 DVB-C前端硬件平台

7、组成10 3.1.4 DVB-C前端软件平台组成11 3.2 DVB-C终端系统平台.13 3.2.1 用户终端DVB-C接收系统.13 3.2.2 DVB-C终端硬件平台组成14 3.2.3 DVB-C机顶盒的软件总体设计164. DVB-C标准传输系统的信道编码技术.175. DVB中的业务信息（SI）及其功能.20 5.1 DVB-SI的概念20 5.2 SI的主要用途.20 5.3 DVB-SI表的结构20 5.4 数字电视业务的实现.22 5.4.1 电子节目指南系统（EPG）.22 5.4.2 OTA在线升级功能.22 5.4.3 数字视、音频播出业务.22 5.4.4 NVOD准

8、视频点播.23参考文献.24绪 论数字电视数字电视是数字传输系统，是原有电视系统的数字化。可以完成多种业务，目前可以开展的业务范围有： 基本电视业务，如高清晰度电视、标准清晰度电视；数据业务，如数据广播（公共信息服务）、电子节目指南、图文电视；移动接收业务，如便携式接收，便携式电视机，笔记本电脑等，未来还可以升级到手机电视； 车载移动接收，如公交车、个人用轿车等，收视人群众多，广告收益大； 音频广播业务，如可以同时转播多套立体声广播； 总之，该系统不仅是一个电视广播系统，同时还是一个多媒体广播系统，在这个系统平台上，未来可以逐步发展很多增值业务，例如个性化的视频服务、PPV、VOD、EPG、数

9、据广播等，和扩展业务，例如IP PHONE、INTERNET、电子商务、电子购物、远程教育、医疗等等。随着数字电视技术的飞速发展，该系统还可以升级为带回传的双向传输系统，业务范围将不断拓展。 随着信息及其需求的爆炸性增长,信息的选择及传输速率已经成为一个重要问题,有线电视网络有其固有的高带宽特性,适合大容量的数据传输和实时性要求,使宽带数字接入成为可能。DVB系统传输方式有如下几种：卫星(DVB-S及DVB-S2)、有线(DVB-C)、地面无线(DVB-T)、手持地面无线(DVB-H)。我们在此文中主要讨论有线(DVB-C)的传输方式对数字电视的影响，而DVB-C也是国内主要数字电视服务商及机

10、顶盒厂商应用的主流。1全面认识数字电视技术 1.1 数字电视技术的发展20世纪初人们就已经开始了对机械电视的研究与实验。1923年发明了电视摄像管，标志着当时由第一代机械电视向第二代黑白电视的过渡已经具备了必要的物质条件。与此同时电子扫描理论的提出及技术的实现，无线电技术的发展，为全电子电视的发射奠定了良好的基础。1931年底，美国无线电公司（RCA）在纽约建立实验性电视系统。1932年进行了电视发射实验。同年，RCA的一名工程师提出了奇数行的隔行扫描技术。1939年首次利用这种技术进行了无线广播。1933年12月，同时发表的5篇论文，这是最早全面、系统研究电视图像信号产生、电视图像的特点、电

11、视信号传输、接受和显示的文献。最早开始研究电视广播的是欧洲几个国家，1936年英国利用240线的逐行扫描系统进行了电视广播。20世纪50年代中期诞生了彩色电视（60-70年代学者对电视信号的处理、时域处理、频域处理和压缩处理进行了大量的研究）。70年代开始了高级电视、高清晰度电视的研究有力的促进了视频信号的压缩处理和传输技术的进展。1994年，数字卫星电视启动。1998年数字地面电视开始试播。其中，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。1.2数字电视相关概念、原理、分类及影响1.2.1 数字电视概念所谓数字电视，即数字

12、电视系统的简称，是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、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比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能，使电视技术进入崭新时代。国际上的精确定义：将活动图像、声音和数据，通过数字技术进行压缩、编码、传输、存储，实时发送、广播，供观众接收、播放的视听系统。从广义上说，数字电视是数字传输系统，是原有电视系统的数字化。1.2.2数字电视的基本原理在传统的模拟电视中，模拟全电视信号通过调制在无线电射频载波上发送出去。广播信道可以是地

13、面广播、有线电视网或卫星广播。数字电视则是将电视信号进行数字化采样，其信号的数据率是很高的，演播室质量的数字化电视信号的数据率在200Mbps。要在原模拟电视频道带宽内传输如此高速率的数字信号是不可能的，因此，必须发展数据压缩技术。 实现数据压缩技术方法有两种：一是在信源编码过程中进行压缩，利用人类听觉视觉效应去除信号中的多余成分，在不影响收听收看效果的前提下尽量压缩数据率；二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。在信源编码方面，IEEE的MPEG专家组已发展制订了ISO/IEC11172(MPEG-1)和ISO/IEC13818(MPEG-2)两项国际标准。MPEG

14、-1的输入视频格式为CIF352288，主要用于CD-ROM、VCD或T1(E1)线路传输，码率为固定的1.5Mbps；MPEG-2供数字电视使用，它支持标准分辨率的169宽屏及高清晰度电视等多种格式，其码率可变，为340Mbps。 信源编码是把节目源的模拟图声信号变为数字信号，再经过MPEG-2压缩编码，形成数字信号源，并根据多个节目传输的要求，编为复用码流。MPEG-2是未来的广播电视数字压缩的国际标准。采用不同的层和级组合即可满足从家庭质量到广播级质量以及将要播出的高清晰度电视质量不同的要求，其应用面很广。从进入家庭的DVD到卫星电视、广播电视微波传输都采用了这一标准。 目前，数字电视的

15、传输途径可分为三种：数字卫星电视、数字有线电视和数字地面开路电视。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，它们的信道编码也采用了不同的调制方式。例如，欧洲DVB数字电视系统中，数字卫星电视系统(DVB-S)采用正交相移键控调制(OPSK)；数字有线电视系统(DVB-C)采用正交调幅调制(QAM)；数字地面开路电视系统(DVB-T)采用更为复杂的编码正交频分复用调制(COFDM)。1.2.3数字电视的分类数字电视可以按以下几种方式分类： (1)按信号传输方式分类：可以分为地面无线传输(地面数字电视)、卫星传输(卫星数字电视)、有线传输(有线数字电

16、视)三类。 (2)按产品类型分类：可以分为数字电视显示器、数字电视机顶盒、一体化数字电视接收机。 (3)按清晰度分类：可以分为低清晰度数字电视(图像水平清晰度大于250线)、标准清晰度数字电视(图像水平清晰度大于500线)、高清晰度数字电视(图像水平清晰度大于800线，即HDTV)。VCD的图像格式属于低清晰度数字电视(LDTV)水平，DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视(SDTV)水平。 (4)按显示屏幕幅型分类：可以分为4：3幅型比和16：9幅型比两种类型。 (5)按扫描线数(显示格式)分类：可以分为HDTV扫描线数(大于1000线)和SDTV扫描线数(600800线)等。1.2.4数字

17、电视的优点数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点： (l)信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其杂波幅度只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以，在数字信号传输过程中，不会降低信杂比。(2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成图像的明显损伤。 (3)数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有0、l两个电平，l电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是l电平就可，

18、大一点、小一点无关紧要。 (4)易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大规模集成电路(半导体存储器)的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理,获得各种新的电视图像特技效果。 (5)由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。 (6)数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中行、场消隐时间，可实现文字多工广播(Teletext)。 (7)压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区内(地面广播)，观众将以极大的概率实现无差错接收(发0收0，发 l

19、收l)，收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量。 (8)很容易实现加密解密和加扰解扰技术，便于专业应用(包括军用)以及广播应用(特别是开展各类收费业务)。 (9)具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步转移模式(ATM)的网络中传输，也便于与计算机网络联通。 (10)可以与计算机融合而构成一类多媒体计算机系统，成为未来国家信息基础设施(NII)的重要组成部分。1.2.5 数字电视带来的变化数字电视带来的变化可以从三个方面来说明：量的变化：数字电视带来最直接而且最先感受到的就是节目内容的增加。在一个8MHz带宽的模拟频道内原来只能传送一个普通的模拟电视节目，采用数字电

20、视技术后在原来一个模拟频道内可传送DVD（数字视频光碟）质量的节目5至6个，高清晰度电视（HDTV）质量的节目1个或2个（随着编码技术的提高，传送数量还会进一步提高）。质的变化：用户不光能看电视，还能听广播，查看大量的信息资讯服务。清晰度高，音频效果更好 ，抗干扰能力更强。方式的变化：双向数字电视具有交互功能，观众可以根据节目菜单自主点播电视节目，享受丰富多彩的增值业务。 1.3国内外数字电视技术的发展现状 数字电视的发展有着广阔的前景，纵观全球，在过去的一年中全球各国都在大力发展数字电视及相关产业，并取得了很大进展。由于客观情况、标准、制式等不同，各国的数字电视发展状况也不尽相同，但一些数字

21、电视发展比较迅速的国家，特别美国、日本、欧洲等国数字电视发展模式、发展趋势、技术标准的选择对我国有一定的指导和借鉴意义。 数字有线电视在我国面临良好的发展机遇。2005年有线电视在中国用户达到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。 我国尚未开放个人和家庭直接接受卫星电视信号的限制，至于数字电视的地面广播，有关标准国际上正制定中。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，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。 对于标准清晰度数字电视和家用级普及型数字电

22、视，国内也有条件自行研制、开发和生产。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。 1.4目前数字电视技术的相关标准 1.4.1目前国际上数字电视的三大标准 正如模拟电视有PLA、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和日本的ISDB。其中前两种标准用的较广泛。 ATSC（Advanced Television System Committee）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

23、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的传输约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用电视的5倍之多。ATSC被加拿大、韩国、阿根廷、中国台湾、墨西哥采用，亚洲及中北每周的许多国家也在考虑使用。DVB（Digital Video Broadcasting）即数字视频广播，是欧洲广播联盟组织的一个项目，目前已经有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，适用统一的MPEG

24、-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。日本数字电视ISDB（Integrated-Services Digital Broadcasting）标准于1993年9月制定。其核心内容包括：既传数字电视节目，又传其他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在此出现三大制式并存的局面，日本已于1996年10月

25、开始了名为Perfec TV的卫星数字电视广播，现已经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信道内置提供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，在设计码率上可变，在8MHz内科选择4。9-31.9Mbps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，

26、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。 1.4.2关于数字电视技术的具体标准信源编码标准（音频、视频、数据、复用）信道传输标准（卫星、地面、有线）业务系统标准（服务信息（信令）、中间件、交互、条件接收）应用标准（电子节目指南（EPG）、数据广播、图文电视）产品标准（接收机（机顶盒和一体机）、显示器、机卡分离、接口、版权保护）1.5 数字电视发展方向 数字电视整体转换的根本目的在于搭建一个具有增值业务平台，为有线电视平台运营空间。增值业务将是互动电视发展重要方向，它能够带

27、来巨大的经济利益，为广大用户带来丰富的信息内容，使电视真正成为家庭的信息终端。 而有限数字电视的发展趋势为：数字化、网络化、智能化、综合化。 有一天，当早上我们打开电视，首先映入眼帘的将是一幅幅最新的家庭照片，接着数字电视提醒您今天的天气、现在的交通状况、出行路线设计；在办公室您可以通过网络利用数字电视的摄像头看看家里的状况；晚上回到家打开电视，迎接您的将是朋友送来的歌曲祝福，接下来是您错过的电视节目，任您随时点播，对正在播放的节目没有看到的地方，还可以利用直播回放的技术倒回去看看。 农村因为数字电视而实现获取信息的平等；偏远地区的人们都可以享受到城市知名医生、各种先进医疗设备的服务；优良的教

28、育资源不再仅属于考试中的佼佼者2. DVB-C系统在数字电视中的应用2.1 DVB的起源、目标、主要标准及核心 2.1.1 DVB的起源DVB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(ETSI)、欧洲电子标准化组织(CENELEC)和欧洲广播联盟(EBU)联合组成的联合专家组(JTC)发起的。他们的工作使DVB标准的发展和DVB业务的早期引入成为可能。整个行动既不由政治团体资助，也不受其控制，相反是自主发展目标、政策和规则，这些都是基于以下的认识之上：今天的广播和电子媒体环境需要以市场为导向来向新的技术发展。

29、2.1.2 DVB的主要目标 DVB(Digital Video Broadcasting)意为数字视频广播。它包括了卫星、电缆电视和地面广播的普通电视和高清晰度电视的广播与传输。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，对它的要求是：（1）系统应能灵活传送MPEG2视频，音频和其他数据信号。（2）系统使用统一的MPEG2传送比特流复用。（3）系统使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。（4）系统使用统一的一级里德索罗门前向纠错系统。（5）使用统一的加扰系统，但可有不同的加密。（6）选择适于不同传输媒体的调制方法和通道编码方法以及任何必须的附加纠错方法。

30、（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。2.1.3 DVB的主要标准及核心主要的标准有三个：DVBS、DVBC和DVBT，分别用于卫星、电缆电视和地面广播，已得到ETS(European Telecommunication standard)的批准。DVBS已被ITU推荐。DVBS的标准是ETS300421，DVBC的标准是ETS300429，DVBT的标准是ETS300。DVB标准的核心为：（1）系统采用MPEG压缩的音频，视频及数据格式作为数据源（2）系统采用公共MPEG-2传输流(

31、TS)复用方式（3）系统采用公共的用于描述广播节目的系统服务信息(SI)（4）系统的第一级信道编码采用R-S前向纠错编码保护（5）调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定（6）使用通用的加扰方式以及条件接收界面2.2 DVB-C系统简介DVB-C即数字电缆电视，也称有线数字电视广播，它和地面电视、卫星电视一样，都要对视音频进行编码和压缩。它较模拟电视的优点首先是数字传输抗干扰能力强，信噪比高，获得高质量的图像，再则由于采用数字压缩，对于一套电视节目来说，它占用的频带就较模拟电视窄的多。举例湛江数字电视，以往模拟电视的一个频道带宽，改造成DVB-C系统后，就可以传6-8套数字电视节目

32、，整个传输网络可以达到200-300套节目，这是以往的数字电视所不能做到的。而且使用DVB-C的数字电视系统便于开展数据传输等增值业务，这是数字电视传输网络前途无量的希望所在。DVB-C是DVB关于有线电视的一整套标准。DVB-C技术标准体系完善,涵盖了数字电视传输、加扰、接口及交互应用等方面。它采用了MPEG-2编码标准和数字压缩技术,节省了频道资源,提高了频谱利用率,同时采用了纠错技术,传输过程中的抗干扰能力强,并且DVB-C提供了整套条件接收的方案。2.3 DVB-C标准数字电视系统的相关标准电缆电视系统分为两个部分：CATV前端和综合解码接收机( IRD，也称综合解码接收机)。为了使各

33、种传输方式尽可能兼容，除通道调制外的大部分处理 均与卫星中的处理相同，也即有相同的伪随机序列扰码，相同的RS纠错，相同的卷积交织。 随后进行的处理是专门用于电缆电视的。首先进行拜特到符号的转换，如64QAM是将8比特数据转换成6比特为一组的符号，然后头两个比特进行差分编码再与剩余的4比特转换成星座图中相应的点。该方案可以适应16、32、64QAM三种调制方式。DVB关于有线电视的标准包括：ETS300468电缆系统中的信道编码和调制；ETS300472ITUR中B制图文电视的传输；ETS300473SMATV系统中信道编码和调制；ETS300743DVB实时字幕系统；ETR154有关MPEG2

34、的实现指导；ETR162SI码的位置；ETR211SI作用的实现指导；ETR289共用加扰；EN50083传输流与有线前端的接口。3. DVB-C标准数字电视系统的组成 DVB-C系统主要由DVB前端设备、CAS加密体系、EPG系统、宽带传输网络、用户终端DVB接收系统五大部分组成。这里主要讲前端和终端系统以及数字电视机顶盒的相关知识。3.1 DVB-C前端系统平台 3.1.1 DVB-C前端系统简介 DVB前端是DVB-C系统的信息交换中心，负责信号的接收、处理和控制，完成信号输入、信号处理、信号输出和条件接收、节目管理、用户管理、系统管理等功能。为提高DVB-C系统的安全可靠性，DVB前端

35、中重要的设备可采用“用1备1”自动切换的热备份，一般的设备可用“用N 备1”自动切换备份。DVB前端主要有以下部分组成：数字电视信源系统、业务系统、存储播出系统、复用加扰系统、用户管理系统、条件接收系统、编码调制系统、回传处理系统、其他辅助系统。 3.1.2 DVB-C前端系统的设计原则 前端是有线电视的心脏和信号的源头。有线电视数字化改造的最终目标是建立集视频、音频和数据的采集、制作、播出于一体的综合数字电视业务平台，使有线电视网络成为一个承载各类业务、覆盖面广、技术先进、性能完善、安全可靠的数字化多媒体信息传输网络，所以我们在设计建设DVB-C平台时，首先必须有前瞻意识，遵循下列的设计原则

36、：（1）标准性。系统设计应符合国家标准、广电总局的行业标准或国际标准。（2）先进性。采用国际成熟的先进技术，保证系统先进性，前瞻有线数字电视技术的发展方向，保证平台在较长时间内不落后。（3）可靠性。采用具有高度可靠和安全的国际产品与技术，关键设备采取冗余措施，对重要的数据进行权限管理和备份，确保系统长期稳定运行。（4）实用性和经济性。着眼于近期目标和长远发展，考虑能满足大业务量、大用户量的需求，从实用经济角度出发，构建一个性能价格双比最佳的系统。（5）安全性。要求CA系统采用国际上公认的安全加密算法，密锁强度高、难以破解、能有效防止非授权使用和盗版的出现，用户管理系统要有严格的权限控制和数据加

37、密机制，保证系统程序在异常时的应变能力和容错能力。（6）可扩展性。尽可能采用国际标准组件、接口和配置，能够根据运营的需要进行业务规模扩充，并保证运营的连续性，满足业务量的快速增长，保证系统具有快速的业务扩充和部署能力。（7）可升级性。适应数字化后系统中软件的更新换代，采用开放式、模块化设计，各设备、模块具有良好的互换性，任何设备的增加或更换具有广泛的可选性，不会受任何厂商限制，尤其是系统软件可以实现在线更新。（8）高效紧凑性。设备应高效运转，避免浪费投资，合理调配节目流，充分利用数字带宽，尽量使每个频道做到满负荷运作，提高设备的工作效率。 总之，建好DVB-C平台，要在各个环节把好关，选用较为

38、超前的数字前端系统设备，是建设高质量DVB-C平台的关键所在。 3.1.3 DVB-C前端硬件平台组成 （1）QAM调制器 DVB-C中采用的是QAM调制解调方式。关于调制速率，在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。 关于调制原理，正交调幅（QAM）是幅度调制和相位调制的结合，既调

39、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。数字比特序列被分为两个序列，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。关于调制器与复用器，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。QAM调制原理框图（2）加扰器 加扰器所完成

40、的主要功能有一下几点： 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。（3）数字电视信源系统数字电视信源系统包括卫星信号的接收系统、模拟信号的编码系统、SHD网络信号的分接、转换系统。该系统具备将传输来自宽带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，只起到节目转发作用。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。还有其他的一些设备这里没有具体介绍，

41、像切换矩阵、视频服务器等等，因为这些涉及不到什么技术，仅仅是系统集成，所以这里不在叙述。 3.1.4 DVB-C前端软件平台组成（1）EPG系统电子节目指南（EPG）系统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。所以电子节目指南对业务提供商也有很重要的意义。 EPG的工作原理为：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受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

42、时间、节目的来源等等。用户收看DVB数字电视节目的方式不同于模拟电视节目，在DVB系统中，多个节目被复用到一个MPEG-2传输流（MPTS）中，每个节目只占有MPTS中的部分包，一个物理的频道包含多个节目的SPTS，要观看其中的某个节目，必须从MPTS中提取（解复用）该节目对应的传输包，然后再进行解码。EPG（电子节目指南）对业务提供商和用户都具有十分重要的意义，DVB-C系统必须在前端将必要的业务信息（SI）插入TS中，SI应携带EPG所需的全部数据，用户终端STB从TS中取出SI即可构成（实现）EPG，由EPG把节目播出时间表和节目介绍等信息直观地显示出来，以帮助用户按照自己的喜好选择收看

43、数字电视节目。EPG主要功能为：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-C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QAM调制器后送入HFC网。DVB-CA系统。（2）DVB-CAS系统条件接收系统CAS（Conditional Access System）技术在数字电视平台的应用扮演着很重要的角色。数字电视平台的CAS是实现广播运营者对广播接收者进行接入的控制，决定接收者是否拥有接收相关电视节目的权限。因此，CAS技术是建立在商业目

44、的上，既保证用户自由选择接收节目内容的需求，又保护了广播运营者的利益，即确保了授权者与被授权者的利益。 在DVB前端CAS将经节目级复用器复用后的节目内容DVB/MPEG-2视频、音频和辅助数据传输流（SPTS）与一个加扰伪随机序列做XOR运算，这个伪随机加扰序列的生成由控制字发生器提供的控制字（CW）确定。由业务密钥（SK）加密处理后的CW在授权控制信息（ECM）数据流中传送，由用户个人分配密钥（PDK）加密处理后的SK在授权管理信息（EMM）数据流中传送，而PDK存放在用户智能卡中。已加扰的DVB/MPEG-2视频、音频和辅助数据传输流（SPTS）与ECM和EMM数据流以及节目说明信息（P

45、SI）和业务信息（SI）等数据流，经系统级复用器复用为MPTS传输流，从发送端经传输信道传送给接收端STB。对于已经缴费的用户，其智能卡就会被授权，STB从接收到的已加扰传输流中经系统级解复用器解复用出ECM和EMM数据流后送给智能卡，智能卡首先读取PDK，用PDK对EMM解密，取出SK，再用SK对ECM解密，取出CW以生成解扰伪随机序列，由解扰器对已加扰传输流进行解扰后，再进行节目级解复用。CAS通过在DVB前端对节目进行加扰处理、对用户进行寻址控制、在用户终端进行可寻址解扰，确保已付费的授权用户能收视节目，未授权用户则无法收视。加密算法和加密体系是确保CAS安全有效工作的关键，可通过更换加

46、密算法、提高加密算法强度和密钥长度、或者密钥的多级分层来保证CW和CAS的安全。以四层加密体系（CW、SK、PDK、智能卡）为例，CW用于加扰节目内容，SK用于加密CW并通过ECM传送给用户终端，PDK 用于加密SK并通过EMM传送给用户终端，而PDK也以加密形式存储在智能卡中。在用户终端，已授权用户用智能卡按照相反的次序依此解出PDK、SK、CW，最终完成对节目内容的解扰。 鉴于CAS的重要性和安全性，国内多数数字电视服务商采用招标形式向市场上订购，而且采用2-3家CAS厂家同时运作的模式。比如湛江数字电视目前就是采用3家CA厂商同密运作，目的就是为了防止个别厂家垄断加密算法，促进市场竞争和

47、技术竞争。（3）SMS系统 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收用户的管理，包括对用户信息、用户设备信息、用户预定信息、用户授权信息、财务信息进行记录、处理、维护和管理。 SMA体系结构如下： 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。授权管理模块：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，例如处理相关节目提供商功能的节目信息和处理有关IC卡方面功能的IC卡信息。控制管理模块：是为了保证系统正常运行必

48、须具备的运行环境和运行控制功能。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。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，按节目主题方式，按照节目主题级别方式。节目管理模块：有节目档案管理和节目单制作等。节目档案管理是通过节目进行编号、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等。节目单制作是通过播出计划生成节目播出单，对节目重播、节目异

49、日播出、节目和广告在时间上的连接处理。 统计报表管理模块：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。银行管理模块：有数据通信和数据处理。数据通信是通过银行提供的服务器将有关的信息实时或是非实时的传到用户管理系统，并保证数据在传输过程中的完整性、安全性和正确性。数据处理是对于合同用户，当其账号下金额满足要求时，系统向该用户发送授权，当其账户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是全部频道节目，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

50、的正确数据，修改资金帐产生准EMM，同时产生财务上需要的银行对账表。 3.2 DVB-C终端系统平台 3.2.1用户终端DVB-C接收系统 数字机顶盒不仅是用户终端，也是网络终端，它利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端。 用户终端接收DVB-C数字电视节目由带智能卡的DVB接收机顶盒和电视机来完成。数字机顶盒使电视机从被动接收模拟电视转为交互式接收数字电视和数据广播。数字机顶盒的软硬件平台分为硬件、底层软件、中间件和应用软件4层。底层软件提供各种硬件驱动程序以及实时操作系统，中间件使应用软件不依赖于具体的硬件平台。数字机顶盒的最基本功能是接收数字电视节目，其中调谐模块接收射频信号并

51、变换为中频信号，然后进行A/D变换为数字信号，再送入QAM解调模块进行QAM解调，输出MPEG-2传输流数据，送给解复用模块，解复用模块从MPEG-2MPTS传输流数据中抽出一个节目的PES数据流，包括视频PES、音频PES和辅助数据PES，解复用模块中包含一个解扰引擎，可在TS传输流层和PES层对加扰的数据进行解扰，解复用模块输出的是已解扰的PES。视频PES送入视频解码模块，取出MPEG-2视频数据并对MPEG-2视频数据进行解码后送到模拟PAL/NTSC编码器，编码成模拟视频信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块，取出MPEG-2音频数据并对MPEG-2音频数据进行解码，

52、输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出模拟音频信号，经音频输出电路输出。机顶盒的基本原理如下图所示。 调谐AD转换QAM解调解复用射频信号输入中频信号MPEG传输流PES分析音视频PES分组视频解码音频解码视频PES分组音频PES分组PAL/NTSC编码PCM解码视频输出模拟视频音频输出模拟音频机顶盒基本原理图 3.2.2 DVB-C终端硬件平台组成 一个完整的数字机顶盒可分为四层，分别是：硬件、底层软件、中间件、应用软件。中间件将应用软件与依赖硬件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平台。 DVB-C机顶盒的硬件功能由八个功能模块实现，包括高频头、QAM解调器、MPEG-

53、2解复用、MPEG-2解码、视频编码、音频D/A、用户控制接口。 （1）频头：对550MHZ以上的DVB-C载波信号进行下变频，产生中频信号。高频头是通过IC总线技术来控制进行选台的（调谐）。 由于低频信号不适合进行远距离传输，因此信号发送前必须经过调制，转换为高频信号后才发进出去。CATV网络上传送的是45860MHz的高频信号，数字机顶盒首先必须对高频信号进行下变频，由高频头来实现。本系统通过总线可对高频头进行调谐，控制高顿头输出中频信号，其中一路为3615 Mm的第一中频，另一路为7 Mm的第二中频，带宽都为7 MHz，本系统采用第二中频信号。（2）QAM解调与信道解码：我们前面说过，DVB的信道编码是采用RS+卷积交织方式，调制则采用64QAM方式，因此机顶盒必须要完成QAM解调、RS解码和解交织（纠错处理）的过程。 DVB机顶盒采用了LSI公司的集成块L64768实现以上的功能，L64768主要包括四个模块：ADC模块、QAM核心模块和微处理器及接口模块。它主要完成QAM解调、解交织和RS纠错解码功能。信号经过QAM解调和信道解码后，将以MPEG-2传送流（TS流）的形式送到下级模块进行解复用处理。（3）MPEG-2解复用：机顶盒采用