条件接收系统课件.

1、l本章重点：本章重点： 数字有线电视系统的概念和基本组成数字有线电视系统的概念和基本组成数字有线电视前端的结构数字有线电视前端的结构MPEG-II编码标准的基本内容编码标准的基本内容复用加扰系统与用户管理系统的基本功能复用加扰系统与用户管理系统的基本功能数字电视信号信道编码与调制系统的基本组数字电视信号信道编码与调制系统的基本组成及各部分的主要作用成及各部分的主要作用机顶盒的主要功能和特点机顶盒的主要功能和特点l数字电视广播是从高清晰度电视（数字电视广播是从高清晰度电视（HDTV）的研究中逐渐发展而来的的研究中逐渐发展而来的 l早期的高清晰度电视的传输系统采用的是早期的高清晰度电视的传输系统采

2、用的是模拟通信技术（如日本的模拟通信技术（如日本的MUSE 和欧洲的和欧洲的HD-MAC ）l测试比较结果表明，数字传输系统的性测试比较结果表明，数字传输系统的性能均明显优于模拟传输系统能均明显优于模拟传输系统 l数字传输已经成为数字电视系统应用的数字传输已经成为数字电视系统应用的主要手段主要手段 l根据传输系统方案的不同，目前已逐渐根据传输系统方案的不同，目前已逐渐形成了美国（形成了美国（ATSC）、）、欧洲欧洲(DVB)和日和日本本(ISDB)等三大标准等三大标准 lATSC(Advanced Television System Committee) ATSC标准规定了一个在标准规定了一个

3、在6MHz带宽内传输高质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播信道中可靠地传输约19Mbps的数字信息，在的数字信息，在有线电视频道中可靠传输有线电视频道中可靠传输38Mbps的数字信息，的数字信息，使该系统能提供的分辨率是常规电视的使该系统能提供的分辨率是常规电视的5倍之多。倍之多。此方案规定其传输系统以地面广播为主要传输此方案规定其传输系统以地面广播为主要传输模式，采用模式，采用8-VSB方式；以有线电视（方式；以有线电视（CATV）为辅助传输模式，采用为辅助传输模式，采用16-VSB方式。但是在支方式。但是在支

4、持条件接收方面，持条件接收方面，ATSC还没有进行相应的工还没有进行相应的工作。作。ATSC制式已被加拿大、韩国、阿根廷、制式已被加拿大、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多国家也正在考虑使用 lDVB（Digital Video Broadcasting） DVB项目的主要目标是要找到一种对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系统。因此，它的设计原则是使系统能够灵活的传送够灵活的传送MPEG-2视频、音频和其他视频、音频

5、和其他数据信息，使用统一的数据信息，使用统一的MPEG-2传送比特传送比特流复用，使用统一的服务信息系统，使流复用，使用统一的服务信息系统，使用统一的加扰系统（可有不同的加密方用统一的加扰系统（可有不同的加密方式），使用统一的式），使用统一的RS前向纠错系统，最前向纠错系统，最终形成一个通用的数字电视系统终形成一个通用的数字电视系统 从结构上，从结构上，DVB系统可以划分为信源编系统可以划分为信源编码和信道编码这两部分；而根据传输信道码和信道编码这两部分；而根据传输信道的不同，又可进一步分为的不同，又可进一步分为DVB-C（有线电有线电视）、视）、DVB-S（卫星）和卫星）和DVB-T（地面广

6、地面广播）三种方式。这三种方式的信源编码方播）三种方式。这三种方式的信源编码方式相同，都是式相同，都是MPEG-2的复用数据包，但的复用数据包，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道编码方式和不同的调制方式 DVB-C的信道质量要比的信道质量要比DVB-S和和DVB-T好好得多，因此其信道编码器在功能上模块上相得多，因此其信道编码器在功能上模块上相对要简单一些。例如，在信道编码部分，对要简单一些。例如，在信道编码部分，DVB-C只采用只采用RS编码和卷积交织联合起来纠编码和卷积交织联合起来纠正随机性错误和突发性错误，而不必采用正随

7、机性错误和突发性错误，而不必采用DVB-S和和DVB-T系统中所使用的系统中所使用的RS编码与卷编码与卷积编码分别作为外编码和内编码的联合编码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，方式。在调制部分，DVB-C由于噪声干扰较由于噪声干扰较小，因此可以采用编码效率较高的小，因此可以采用编码效率较高的MQAM调调制方式，而不采用制方式，而不采用DVB-S中所使用的中所使用的QPSK调调制方式；同时由于有线信道中的多径干扰不制方式；同时由于有线信道中的多径干扰不是十分严重，因此不采用是十分严重，因此不采用DVB-T中为克服地中为克服地面广播所固有的多径干扰所采用的面广播所固有的多径干

8、扰所采用的COFDM这这一复杂调制技术。一复杂调制技术。 目前，目前，DVB已经扩展到欧洲以外的国家已经扩展到欧洲以外的国家和地区。世界上现有和地区。世界上现有30个国家、个国家、200多家多家电视台开始了电视台开始了DVB各种广播业务，各种广播业务，100多多个厂家生产符合个厂家生产符合DVB标准的设备。欧洲的标准的设备。欧洲的DVB将重点放在了标准清晰度电视将重点放在了标准清晰度电视（SDTV）上，其上，其COFDM制式的地面广制式的地面广播正在欧洲各国陆续开播。播正在欧洲各国陆续开播。DVB以单一系以单一系统方式针对统方式针对SDTV和和HDTV，可用于所有可用于所有广播媒体，在设计上码

9、率可变，在广播媒体，在设计上码率可变，在8MHz内可选择内可选择4.9-31.7Mbps不同的传输码率，不同的传输码率，而卫星的而卫星的MPEG2/DVB-S广播已于广播已于1996年年开播。开播。lISDB（Integrated-Services Digital Broadcasting） ISDB所着重强调的是以下几个方面：将数所着重强调的是以下几个方面：将数字电视节目与其它数据的综合业务服务一同进行字电视节目与其它数据的综合业务服务一同进行传输；视、音频编码以及系统复用均遵循传输；视、音频编码以及系统复用均遵循MPEG-2标准；传输信道以卫星为主，地面广播标准；传输信道以卫星为主，地面广

10、播 采用采用OFDM。日本已于日本已于1996年年10月开始了名为月开始了名为Perfec TV的卫星数字电视广播，但是由于迫于的卫星数字电视广播，但是由于迫于欧洲和美国的发展形势，已将原定于欧洲和美国的发展形势，已将原定于2005年才开年才开始数字电视广播的计划改为始数字电视广播的计划改为2000年开始，并提出年开始，并提出了了ISDB-T制式制式 l目前在我国的数字广播电视系统中：目前在我国的数字广播电视系统中： 卫星传输部分已经确定采用卫星传输部分已经确定采用DVB-S标准；标准；数字有线电视部分正在试行数字有线电视部分正在试行DVB-C标准；标准；地面传输的实验中有关部门正在进行地面传

11、输的实验中有关部门正在进行6个个标准的比较测试，目前尚未最后作出决定标准的比较测试，目前尚未最后作出决定 l数字有线电视系统与模拟有线电视的主要数字有线电视系统与模拟有线电视的主要区别在于以下两点区别在于以下两点:1.前端系统是融合了电前端系统是融合了电视、计算机、数字通信等技术，含有数字视、计算机、数字通信等技术，含有数字电视播出、用户管理等硬件和软件的综合电视播出、用户管理等硬件和软件的综合系统。系统。2.用户端需要增加数字机顶盒以便用户端需要增加数字机顶盒以便开展各项业务开展各项业务 l数字有线电视系统示意图数字有线电视系统示意图l数字有线前端主要由以下几个部分组成：数字有线前端主要由以

12、下几个部分组成：数字电视信源系统、业务系统、存储播数字电视信源系统、业务系统、存储播出系统、复用加扰系统、条件接收系统、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、回传处用户管理系统、编码调制系统、回传处理系统、以及其它辅助系统理系统、以及其它辅助系统 l数字有线前端示意图数字有线前端示意图l实例实例9.3.1 数字电视信源系统数字电视信源系统l数字电视信源系统包括数字卫星信号的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、接收系统、模拟信号的编码系统、SDH网络信号的分接、转换系统网络信号的分接、转换系统 l它的特点是将信号进行一定格式转换，它的特点是将

13、信号进行一定格式转换，使之成为符合使之成为符合DVB-C标准的标准的TS流信号。流信号。它对节目的内容不加以编辑和存储，只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起到节目转发的作用 l数字电视的压缩编码系统的功能是将模数字电视的压缩编码系统的功能是将模拟的视音频信号数字化，采用广播级拟的视音频信号数字化，采用广播级MPEG- 2 的编码方式进行编码，并实时的编码方式进行编码，并实时传输到视频服务器或直接到复用器传输到视频服务器或直接到复用器 l数字电视压缩编码系统的主要设备是数字电视压缩编码系统的主要设备是A/D转换器和音视频编码器转换器和音视频编码器 lA/D转换器的作用是将模拟

14、信号转为数字转换器的作用是将模拟信号转为数字信号信号 l音视频编码器可以按照音视频编码器可以按照MPEG-II的编码的编码标准，对标准，对A/D输出信号进行压缩，输出符输出信号进行压缩，输出符合合ASI标准的标准的TS码流码流 lMPEG 标准简介标准简介: MPEG是是ISO/IEC的联合工作组，英文名的联合工作组，英文名称为称为Moving Picture Expert Group。于于80年年代末成立，现已完成代末成立，现已完成MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等标准等标准 MPEG 的特点的特点: 标准在先，产品在后标准在先，产品在后 ;编编码端开放，为产品技术发展留出空间码端开

15、放，为产品技术发展留出空间 ;关注关注数据结构数据结构 等等 MPEG-1的名称为的名称为Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Storage Media at up to about 1.5Mbit/S，即达到即达到1.5Mbps的数字存储媒体所用的运的数字存储媒体所用的运动图像及其相关声音编码动图像及其相关声音编码 ; MPEG-1分五分五部分部分;CD、VCD即为即为MPEG-1的实际应用的实际应用 MPEG-2，名为名为Generic Coding of Moving Pictures and Associ

16、ated Audio Information 。主要用于数字电视。共由主要用于数字电视。共由十部分组成，其中前十部分组成，其中前5部分与部分与MPEG-1名名称功能相同，其余几部分为扩展。称功能相同，其余几部分为扩展。DVD，HDTV等采用的就是等采用的就是MPEG-2规范规范 MPEG-4主要针对多媒体应用而制定，其音视主要针对多媒体应用而制定，其音视频等主要内容已在频等主要内容已在99年确定。具体应用目标为数年确定。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。等），主要是在低传送速率下。MPEG-4

17、引入了媒体对象的概念，建立在面向对象的描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述体系上，因此选用了多种图像声音压缩方案 MPEG-7正式名为正式名为Multimedia Content Description Interface，目标在于创建一个多媒体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，内容接入和查询等接入和查询等 MPEG-21是一个多媒体体制标准，其方法是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试图从消费者的角度自上而下地建立多媒体体制 9.3.2 业

18、务系统业务系统 l业务实现的基本模式：业务实现的基本模式： 播出前端对素材和信息进行编辑和整播出前端对素材和信息进行编辑和整理，采用理，采用DVB-DATA标准（我国数字电标准（我国数字电视广播系统中的数据广播标准正在制定）视广播系统中的数据广播标准正在制定）对信息进行封装，完成播出对信息进行封装，完成播出TS流的打包；流的打包；接收端机顶盒集成相应接收模块完成对接收端机顶盒集成相应接收模块完成对数据信息的解析数据信息的解析 l目前，国内已实用的业务系统包括数据目前，国内已实用的业务系统包括数据广播、广播、Internet接入、实时股票信息等等接入、实时股票信息等等 9.3.3 存储播出系统存

19、储播出系统l存储播出系统包括节目素材上载与收录系统、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、节目预编节目存储与节目库管理系统、节目预编/审核审核系统、准视频点播（系统、准视频点播（NVOD）系统和专业频系统和专业频道管理播出系统道管理播出系统 l该系统的特点：可以对多种格式节目进行上该系统的特点：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，并将其载；收录存储多种传输方式的节目，并将其转换成转换成TS流文件；支持手动和自动采集方式；流文件；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；

20、对（延时）播出的节高效的文件检索功能；对（延时）播出的节目进行监审目进行监审/编辑的功能；通过准视频点播编辑的功能；通过准视频点播（NVOD）系统和专业频道管理播出系统完系统和专业频道管理播出系统完成节目播出成节目播出 9.4.1复用加扰系统复用加扰系统l复用加扰系统将从数字有线前端信号源复用加扰系统将从数字有线前端信号源提供的各类提供的各类TS流，根据码率进行节目、流，根据码率进行节目、数据信息的复用并完成加扰，形成多节数据信息的复用并完成加扰，形成多节目的复合码流目的复合码流 l有些复用器内置加扰模块，信号在复用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，有些复用器内器的内部可

21、以完成加扰，有些复用器内部不具有加扰模块，需要外接独立加扰部不具有加扰模块，需要外接独立加扰设备设备 l处理复用的任务为：监视处理复用的任务为：监视TS流的正确流的正确性；分析性；分析TS流的构成；取舍节目；重新流的构成；取舍节目；重新产生产生SI及及PID（含含CA）重新复用成新的重新复用成新的TS流（含比特率适配）以及接口适配等流（含比特率适配）以及接口适配等等等 l复用可分为一般复用及统计复用两类复用可分为一般复用及统计复用两类 9.4.2 用户管理系统用户管理系统(SMS)l 用户管理系统主要对用户信息、用户设用户管理系统主要对用户信息、用户设备信息、节目预定信息、用户授权信息、备信息

22、、节目预定信息、用户授权信息、财务信息等进行处理、维护和管理，同财务信息等进行处理、维护和管理，同时可为其他子系统提供用户授权管理的时可为其他子系统提供用户授权管理的基本数据库信息基本数据库信息 l 用户管理系统主要实现以下的功能用户管理系统主要实现以下的功能： 用户信息管理、资源管理、产品管理、用户信息管理、资源管理、产品管理、用户业务管理、用户业务支援、计费、用户业务管理、用户业务支援、计费、收费、帐务管理、授权管理、报表管理、收费、帐务管理、授权管理、报表管理、系统管理系统管理9.4.3 条件接收系统条件接收系统(CAS)l 条件接收系统的功能是：只允许具有授条件接收系统的功能是：只允许

23、具有授权的用户使用相对应的业务，而未经授权的用户使用相对应的业务，而未经授权或权限受限的用户不能使用相关业务权或权限受限的用户不能使用相关业务 l条件接收系统是通过对各项数字电视广条件接收系统是通过对各项数字电视广播业务进行授权管理和接收控制来实现播业务进行授权管理和接收控制来实现各项功能的各项功能的l条件接收系统是数字电视接收控制的核条件接收系统是数字电视接收控制的核心技术保障系统心技术保障系统 l条件接收系统的技术途径是通过对数字电视条件接收系统的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。同时视频和

24、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，而无法收用户将不能对付费节目进行解扰，而无法收看该节目看该节目 l从广义的角度来说，条件接收系统是一个综从广义的角度来说，条件接收系统是一个综合性的系统，它集成了多种先进的技术，包合性的系统，它集成了多种先进的技术，包括：系统控制管理技术、数字视音频压缩编括：系统控制管理技术、数字视音频压缩编码技术、加解扰算法、加解密算法、复用器码技术、加解扰算法、加解密算法、复用器技术、调制解调技

25、术、机顶盒技术、智能卡技术、调制解调技术、机顶盒技术、智能卡技术等，同时也涉及到用户管理、节目管理、技术等，同时也涉及到用户管理、节目管理、收费管理等数据库应用技术收费管理等数据库应用技术 l第三代有条件接收系统由加解扰和加解密两种关键技术第三代有条件接收系统由加解扰和加解密两种关键技术组成，这两种技术有着密切的联系，在第一、二代条件组成，这两种技术有着密切的联系，在第一、二代条件接收系统中这两个概念有时还混合使用，但在条件接收接收系统中这两个概念有时还混合使用，但在条件接收系统标准中它们是独立性很强的两个部分：加解扰技术系统标准中它们是独立性很强的两个部分：加解扰技术被用来在发送端改变或控制

26、被传送的服务（节目）的某被用来在发送端改变或控制被传送的服务（节目）的某些特征，使未被授权的用户无法获取该服务提供的利益；些特征，使未被授权的用户无法获取该服务提供的利益；而加解密技术被用来在发送端提供一个加密信息，使被而加解密技术被用来在发送端提供一个加密信息，使被授权的用户端解扰器能以此来对数据解密，该信息受条授权的用户端解扰器能以此来对数据解密，该信息受条件接收系统控制，并以加密形式配置在传输流信息中以件接收系统控制，并以加密形式配置在传输流信息中以防止非授权用户直接利用该信息进行解扰，不同的条件防止非授权用户直接利用该信息进行解扰，不同的条件接收系统管理和传送该信息的方法有很大不同。接

27、收系统管理和传送该信息的方法有很大不同。 目前目前各种标准组织提出的有条件接收标准力求统一加扰部分，各种标准组织提出的有条件接收标准力求统一加扰部分，而加密部分则不作具体规定，由各厂商自定而加密部分则不作具体规定，由各厂商自定l典型的条件接收系统典型的条件接收系统 l关键技术：关键技术： 1、加扰和解扰：、加扰和解扰： 在发送端，通过将伪随机码发生器产生的伪在发送端，通过将伪随机码发生器产生的伪随机码和原始数据做随机码和原始数据做XOR（异或）运算，从异或）运算，从而得到加扰的视音频。接收端的伪随机码发生而得到加扰的视音频。接收端的伪随机码发生器结构和发送端是一样的，只要两个起始点是器结构和发

28、送端是一样的，只要两个起始点是一样的，产生的伪随机码就是一样的。拿这个一样的，产生的伪随机码就是一样的。拿这个伪随机码和已经加扰的视频、音频同样做伪随机码和已经加扰的视频、音频同样做XOR运算，得到和加扰前一样的信号运算，得到和加扰前一样的信号 条件接收包括两种层次的加扰：条件接收包括两种层次的加扰：PES层加扰层加扰和和TS层加扰层加扰 2、控制字的加密和、控制字的加密和ECM 伪随机码发生器的起始点是解扰的关键，称伪随机码发生器的起始点是解扰的关键，称之为控制字（之为控制字（Control Word ，简称简称CW ） 为了安全，必须对控制字进行加密，放在授为了安全，必须对控制字进行加密，

29、放在授权控制信息（权控制信息（Entitlement Control Message）中传给用户中传给用户 3、授权密钥的加密和、授权密钥的加密和EMM 授权密钥（授权密钥（Authority Key）用来加密控制用来加密控制字。发送端使用用户的个人分配密钥字。发送端使用用户的个人分配密钥（Personal Distribution Key，PDK）对授权对授权密钥加密，形成授权管理信息（密钥加密，形成授权管理信息（Entitlement Management Message，EMM）来传给用户来传给用户 示意图示意图 4、ECM、EMM和和MPEG-2码流的复用和码流的复用和解复用解复用 在

30、在MPEG-2的传送流中，可以包含多的传送流中，可以包含多个节目，每个节目又可以包含多个基本个节目，每个节目又可以包含多个基本码流，基本码流和其他地的控制数据等码流，基本码流和其他地的控制数据等都被打成固定长度的包，每个包都有一都被打成固定长度的包，每个包都有一个包识别符（个包识别符（Packet Identifier，PID） 为了使不同的节目和节目中的不同部分正为了使不同的节目和节目中的不同部分正确地复用成一个统一的码流，确地复用成一个统一的码流，MPEG-2用节用节目专用信息目专用信息(Program Special Information，PSI)来传送节目和来传送节目和PID之间的相互关系。之间的相互关系。PSI必须以一定的频率不断发送，每秒至