数字电视基础知识讲座.ppt

概述 有线电视技术发展趋势： 数字化 网络化 综合化 智能化 概述 增值业务： 个性化的视频服务； PPV(Pay Per View 按次 付费）； VOD； EPG； 数据广播； 扩展业务： IP PHONE； INTERNET； 电子商务；电子购物； 远程教育、医疗； 概述 今后可能采用的办法： IP over everything Everything over IP 全新的网络形式，全新的技术手段 概述 依托现有的 CATV HFC网络，目前采用的 技术方式： DVB C CMTS（ 电缆调制解调器终接统） +Cable Modem 内容提要 一、数字电视技术的发展 二、有关基础知识 三、数字电视技术的相关标准 四、数字有线电视系统 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。 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 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。 （ 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。 （ 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。 （ 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，目前数字电视的标准已经考虑 了与 ATM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。 （ 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。 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。 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。 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。 （ 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。 （ 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、数字通信基础知识 1.1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。 数字通信基础知识 1.1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，又称调制速率，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 B/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 比特的电平数（即，进制数） 。 数字通信基础知识 1.2信源编码 抽样： 将时间上连续的取值变为有限个 离散取值的过程。 量化： 将经抽样后幅度上无限多种连续 的样值变为有限个离散值的过程 。 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 1.3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：是对纠错过程的补充。其基本原 理是在编码时将数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，使之 恢复出原始次序。 数字电视前端硬件平台 2.2数字卫星接收机 2.2.1概述 因为我国上星的数字电视节目的大部分采用的是 QPSK调制方式 ， 数字卫星接收机都是 QPSK解调 。 数字卫星接收机也分为几种，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， 这就是目前大部分电视台前端系统所采用，还没有改 造的。有的是直接是输出 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。 数字电视前端硬件平台 2.2数字卫星接收机 2.2.2 QPSK调制原理 数字电视前端硬件平台 2.2数字卫星接收机 数字电视前端硬件平台 2.2数字卫星接收机 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。 数字电视前端硬件平台 2.4QAM调制器 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。 数字电视前端硬件平台 2.4QAM调制器 2.4.2 QAM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 2.4.2 QAM调制原理框图 数字电视前端硬件平台 2.4QAM调制器 2.4.2 QAM星座图 数字电视前端硬件平台 2.4QAM调制器 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 2.5加扰器 加扰器所完成的主要功能有以下这些： 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。 数字电视前端硬件平台 小结 还有其他的一些设备这里没有具体介绍，像切换 矩阵、视频服务器等等，因为这些设计不到什么技术， 仅仅是系统集成，所以这里不再叙述。 一个完整的数字电视系统，应该包括上面介绍的 一些基本设备，当然还要加上相应的软件平台，下面 将给予介绍。 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，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-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 复用器将这些表于其他节目的 TS流复用在一起，然后 通过 QAM调制器后送入 HFC网。 数字电视前端软件平台 3.1EPG系统 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， 从而可以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 4个表中：网络 信息表（ NIT）、 业务描述表（ SDT）、 节目信息表 （ EIT）、 时间日期表（ TDT）。 数字电视前端软件平台 3.1EPG系统 3.1.2、 EPG工作原理 网络信息表主要提供接收端所需的接收频率、符号率、 调制方式等等 。 业务描述表主要提供复用器中与节目或者业务有关的 节目名字等参数。 节目信息表给出各类节目的时间安排。 时间与日期表提供节目开始的具体时间，由于 TDT表有 具体的时钟信息，因此有时也可作为 IRD的解码时钟的 更新。 数字电视前端软件平台 3.2DVB-CA系统 3.2.1有条件接收基本概念 条件接收子系统：是解码器的一部分，其作用是对电子密钥进行 解码并恢复出原来用于控制解扰序列的所需要的信息。 加扰控制字（ CW)： 用于解扰器中的密钥。 加密：加密是指为了加扰信号而进行的连续不断的改变电子密钥 的处理。电子密钥一般通过信道安全地传送给用户 授权控制信息 (ECM)： 授权控制信息是一种特殊形式的电子密钥 信号和信道寻址信息。 授权管理信息 (EMM)： 授权管理信息是一种授权用户对某个业务 进行解扰的信息。 用户授权系统：它在用户管理系统的指导下，负责对 ECM和 EMM数据流进行组织，使之序列化并传输到用户管理中心。 用户管理系统：它是向用户发放电子密钥，寄送帐单及收费的商 业中心。 数字电视前端软件平台 3.2DVB-CA系统 3.2.2、有条件接收的工作原理（框图） 加密 TS流 业务密钥 业务密钥 控制字产生器 控制字 （ CW） 加密器 A 加扰器 用户授权系统 加密器 B ECM信息 EMM信息 复 用 器 传送流 （ TS） 数字电视前端软件平台 3.2DVB-CA系统 3.2.2、有条件接收的工作原理 （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）。 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。 数字电视前端软件平台 3.2DVB-CA系统 3.2.2、有条件接收的工作原理 （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 数字电视前端软件平台 3.2DVB-CA系统 3.2.2、有条件接收的工作原理（分析） 三层保护 ： 加扰，打乱 TS流 用业务密钥对控制字加密 对业务密钥进行加密 数字电视前端软件平台 3.2DVB-CA系统 3.2.3 条件接收的主要特点 （ 1）公共的加扰和解扰算法 （ 2）公共接口 （ 3）同密加密 （ 4）多密加密 数字电视前端软件平台 3.3 SMS系统 3.3.1 SMS系统简介 ： 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 视广播条件接受用户的管理，包括对用 户信息、用户设备信息、用户预订信息、 用户授权信息、财务信息进行记录、处 理、维护和管理。 数字电视前端软件平台 3.3 SMS系统 3.3.1SMS体系结构 数据库 、 应用服务 、 客户端应用程序 用户管理系统功能模块 用户管 理模块 授权管 理模块 控制管 理模块 统计报 表管理 节目管 理模块 环境管 理模块 分类管 理模块 银行信 息管理 数字电视前端软件平台 3.3 SMS系统（ 功能） 用户管理模块 ： 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。 用户维护 ：具体功能是用户注册、用户暂停、用户恢复、用户注 销、 IC卡登记、机顶盒登记、密码、 IPPV金额、合同和用户投诉 等。 节目预定： 用户按照系统提供的方式（按照单频道，全部频道， 节目编号）预定和取消电视节目，进行的账册和查询， IPPV查询。 数字电视前端软件平台 3.3 SMS系统 授权管理模块 ： 用户信息：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 节目信息：处理有关节目提供商的功能 IC卡信息：处理有关 IC卡方面的功能 数字电视前端软件平台 3.3 SMS系统 控制管理模块 ： 控制管理模块是为了保 证系统正常运行必须具备的运行环境和 运行控制的功能。 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。 数字电视前端软件平台 3.3 SMS系统 环境管理模块 ： 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，按照节目 主题方式，按照节目主题级别方式。 数字电视前端软件平台 3.3 SMS系统 节目管理模块 ： 节目档案管理：通过对节目进行编号、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。 节目单制作：通过播出计划生成节目播出单， 对节目重播、节目异日重播、节目和广告在时 间上的连接处理。 数字电视前端软件平台 3.3 SMS系统 统计报表处理 ：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。 银行信息处理 ： 数据通讯：通过银行提供的服务器将有关的信息实时或者非实时 地传到用户管理系统，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：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，当其账号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，将从银行取来的正确数据， 转换成用户管理系统使用的数据，修改资金帐产生准 EMM， 同时 产生财务上需要的银行对帐表。 数字电视前端软件平台 3.4 NMS系统 主要功能： 对编码器、复用器、切换矩阵、调制器、卫星接收机 进行监控、参数配置和管理 动态编辑 PSI/SI ， 察看和设置播出节目信息 通过网管完成编码器、复用器、卫星接收机的在线软 件升级 对本地及远端解码器进行监控管理 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。 1. ATSC 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、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。 2 DVB 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 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。 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。目前， DVB已经扩展到欧洲以外的国家和地区。世界上 现有 30个国家、 200多家电视台开始了 DVB各种广 播业务， 100多个厂家生产符合 DVB标准的设备。 欧洲的 DVB重点放在 SDTV， 其 COFDM制式的地面 广播正在欧洲各国陆续开播。卫星的 MPEG2/DVB- S广播已于 1996 3 ISDB 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 Perfec TV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。 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。 数字有线电视（安徽合肥）技术交 流 (上 ).zip 我国的基本情况： 卫星：已经确定采用 DVB-S 有线：正在试行 DVB-C 地面： 6个标准的比较实验之中，尚未 决定。 三、数字有线电视系统 数字电视概述 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。 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 数字有线电视系统组成示意图 复用加扰 系统 调制 系统业务系统 条件接收系统 用户管理系统 图1 有线数字电视前端系统结构图 省主干 SDH网 络 HFC 机顶盒 P S T N 或C a b l e 数字电视信源系统 回传服务器 存储播出系统 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） （一）、前端系统 基本组成： 数字电视信源系统、业务系统、存储播 出系统、复用加扰系统、条件接收系统、 用户管理系统、编码调制系统、回传处 理系统、其它辅助系统。 前端组成实例 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 *。 *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 DVB ASI 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-R 601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（ 异步串行接口）标准的 TS码流。 支持以下编码格式： 分辨率 帧频 宽高比 720 x576 25Hz 4:3 or 16:9 704x576 25Hz 4:3 or 16:9 528x576 25Hz 4:3 or 16:9 480 x576 25Hz 4:3 or 16:9 352x576 25Hz 4:3 or 16:9 分辨率 帧频 宽高比 720 x480 29.97Hz 4:3 or 16:9 704x480 29.97Hz 4:3 or 16:9 528x480 29.97Hz 4:3 or 16:9 480 x480 29.97Hz 4:3 or 16:9 352x480 29.97Hz 4:3 or 16:9 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。 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、条件接收系统 （ CAS） 此系统主要完成对信号的加扰控制和加 密管理信息的分发，保证节目提供商和 有线电视网络运营商的利益。 条件接收系统 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。 条件接收系统 从欧洲数字电视商业化成功的经验来看，条件 接收系统是推动数字电视走向市场成功的重要 环节。条件接收是现代信息加密技术在数字电 视领域的具体应用，一方面实现了节目信息的 分类和管理；一方面可实现节目的有偿服务， 保证良性循环，进一步促进服务水平的提高。 因此，国际上数字电视方面的标准化组织（如： 、）在标准中都已建立了条 件接收的框架，而一些先进国家也在研究、制 定本国条件接收的技术和标准。 条件接收系统 由于条件接收所带来的巨大的社会效益和经济 效益，国外一些公司相应投入巨资开发条件接 收系统，目前已有 Video-Guard、 Irdeto、 Media-Guard以及 CryptoWorks等种系统 投入商业运营。这些系统一般由前端的加扰、 加密、授权管理等子系统，及用户端的机顶盒 解密、解扰模块构成。支持的业务有按次付费 （）、脉冲式按次付费（）、 准视频点播（）、按时间付费（ ）等。 条件接收系统 条件接收系统开发商通过前端系统软硬件、机 顶盒版权和卡来获得利益。由于国内还开 展没有数字电视广播条件接收系统的研究开发， 国外公司尚处于垄断地位。目前，仅接收机软 件模块授权一项，每台就需 5美元以上，且需 预付几十万台的费用。由于商业利益的因素， 开发商不会公开其关键技术，这意味着系统的 控制权和安全性仍将依赖于国外厂商，难以充 分保障，同时也无法对系统自主进行功能扩展 和升级。 条件接收系统 国外 CA的状况 大部分运营商数字化，直接用户数以千万计 CA有几十种之多，符合 DVB的有 10多种，国内 常见的有 5-6种 没有统一的 CA标准，技术上各不相同 大部分 CAS不完全符合 DVB同密的标准 IP CA成为市场的热点 大运营商利用 CAS垄断运营市场 盗卡现象十分严重，无法解决 条件接收系统 国内 CA的状况 相关标准： GY/Z 175-2001， GY/Z 174-2001 现参与的企业有 10多家，更多的企业正在加入 总局圈定试点 6家 大多数企业处于研发阶段，有较大的技术差距 引进国外技术开发本地化产品是较好的选择 从同密走向多密（多播） 国家信息安全严格管理，国内 CA将成为主流 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 SMART CARD： 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 加密 解密 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 CW 5-20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 控制字 发生器 加扰器 加密 加密 I P P V 收集器 用户 管理系统 用户 授权系统 密钥 音频 / 视频 / 数据 E CM 电话回传 有线 电视 网络 解扰器 智能卡 密钥 E M M E M M E CM 音频 / 视频 / 数据 CW CW 机顶盒 复用 解复用 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 90,000 SMS 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 T O K E N M U X 复 用 器 6、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 。 7、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 去 RF 有线信 道 时钟 数据 * m 基带接口：来 自本地 MPEG-2 节目源 ,分配链 路 ,再复用等 基带 物理 接口 Sync1 反转 和 随机 化 卷积 交织 器 I=12 字节 字节 到 m位 符号 变换 差 分 编 码 基 带 成 形 时钟和同步生成器 QAM 调制器 和 IF或 RF物理 接口 有线前端 8 8 8 m I Q *MPEG-2 传送复用 包 RS编 码器 (204,18 8) 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。