史坤详数字电视长距离传输课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数字电视及其外调制长距离传输技术,史坤祥,数字电视平台系统结构,数字电视是一个系统的概念.,数字电视系统通常由数字前端传输网络用户终端三部份组成.,交互电视技术平台结构框架,数字卫星,接收机,本地直播,视频节目,*,数字实时,压缩编码,卫星节目,视频节目,压缩制作,数字视频,节目服务,视频节目,内容审核,视频节目,播出排程,EPG,节目信息,编辑制作系统,各类多媒体应用,*,SI,信息服务器,数据和,应用播控系统,数据和,应用服务器,*,多,路,复,用,器,*,C,A,加,密,控,制,系,统,*,Q,A,M,调,制,和,信,道,处,理,双,向,通,信,系,统,有,线,网,络,电视机,*,机顶盒,计算机,互联网,有线网络,*,用户计费,管理客服系统,数字前端,传输网络,用户终端,数字前端,1前端系统,数字电视前端系统是有线电视网络的信息源及交换中心：,-数字电视前端系统一般可分为四个主要部分：,信号输入部分、信号处理部分、信号输出部分和系统管理部分，每一个部分都有其特定的功能，最终组成完整的数字电视前端,-数字电视的前端系统一般由数字卫星接收机、视频服务器、编解码器、复用器、QAM调制器、各种服务器以及管理控制系统组成,数字电视前端结构模式,数字前端系统结构,OFDM,Network,Adapter,Management,Platform,SI-Processing,Remultiplexing,DTV 无线发射站,Management,Platform,Viewing,网络运作中心,Monitoring,Reporting,Configuration,QAM,Network,Adapting,Management,Platform,SI-Processing,Remultiplexing,有线转发站,QAM,Pr.Netw.,SAT,Management,Platform,(N)VOD,Off Air,Telco,SI-Processing,CA,Remultiplexing,MPEG Enc.,区域(分)前端,Acquisition,Processing,Transmission,QPSK,OFDM,Pr.Netw,.,ATM/SDH,SAT,Management,Platform,(N)VOD,Off Air,Telco,Pr. Netw.,SI-Processing,CA,Remultiplexing,MPEG Enc.,EPG,CAS/SMS,主前端/播出中心,Acquisition,Processing,Transmission,SI：,服务信息,信号采集,信号,处理,传输接口界面,管理平台,LOCAL,MOD,PRIVATE,NETWORK,SAT,OFF-AIR,NETWORK,LOCAL,SMS,EPG,IP,VOD,CAS,数字前端结构框图,解扰,路由,再复用,TS处理,加扰,典,型的中央前端,TSDescrambler,（TS输出解密器）,Encoder,Encoder,Telecom,Interface,（电信接口）,Receiver,接收机,Encoder,Encoder,Encoder,编码器,Optical,Fibre,Ring,MUX,MUX &scrambler,（复用器,&加密器）,NVOD,ISP,IP data,API,Application and data,Management,System,（管理系统）,CA system,（有条件接收）,光纤环网,网管系统,数模混播,QAM/RFModulator调制器,Multiplexer,w/QAM output,（复用&QAM输出）,Transport Stream,Monitor（TS流监视器）,Multi-channel,Decoder,多路解码器,Decoder（,解码器）,HFC,Cable Network,RF Modulator,（RF调制器）,RF combine（RF混合器）,Encoder,（编码器）/,本地服务器,Return ch.回传通道路由,交互服务,Distribution,network,IP,backbone,QAM/RFModulator调制器,典型的地区,前,端,Network,MOD,PRIVATE,LOCAL,数字前端构架原理,SAT,OFF-AIR,NETWORK,LOCAL,信号处理,传输接口,管理平台,DESCRAMBLING,ROUTING,REMUXING,SI,PROCESSING,SCRAMBLING,SMS,EPG,IP,VOD,CAS,信号采集,QAM,Clear TS,DESCRAMBLER,SMS,SI,SPTS,VAA,ENC.,ENC.,ENC.,CAS,MOD,MOD,MOD,CLEAR TS,CLEAR TS,VOD,server,Data,server,DEC.,VAA,MUX,TS,PROCESSOR,Adaptor,QPSK,ASI,Sat.,OFDM,ASI,Terr.,SDH,ASI,Telco,QAM,ASI,Cable,SDH,Telco,SCRAMBLER,IP,（1）信号采集部分,-数字有线电视前端的输入部分，接收来自不同网络的许多节目，如卫星、开路接收等各种接入方式，也有的是本地的模拟电视节目经编码压缩以及视频服务器形成的节目,-它们接收传输信号的格式和控制方式不相同,应将它们转换为统一的格式送入信号处理部分,*数字卫星接收应选用带ASI标准基带数字信号传输接口的综合IRD（符合MPEG-2DVB标准）数字卫星接收机，这就保证了与各种设备之间以及与其它公司的设备之间的互连性,-视频服务器与传统的数据服务器在很多方面有显著不同，需要支持多种功能的实现,*视频服务器主要由存储系统和有关控制器管理系统组成，实现压缩媒体数据的存储以及按请求进行媒体信息的检索和传输,（2）信号处理部分,信号处理部分包括：解扰、复用、SI处理等，它是数字前端的核心，主要完成,：,-对所有节目进行解扰、截取、复用、加扰、同密等处理,-服务信息SI的随时更新，以保证引导机顶盒的正常工作,-所有的应用数据的正确插入,*在模拟前端中，若要增加一套节目，只需简单地将一台接收机与一个调制器相连接就可以了；在数字前端中，增加一套节目是以虚拟方式进行的，该节目被加到某个复用器中，至于在整个通路中的什么地方加入的并不重要，机顶盒会自动地用每个传输流的SI服务信息找到它,*另外，信号处理部分的管理，必须采用集成的管理系统：,在所有的前端处理部分，均以ASI作为标准接口，这样以后就能容易地增加任何厂商所提供的设备，具有良好的兼容性,解扰,传输流解扰器可以是基于嵌入的内置解扰，也可以是开放标准的：,例如：DVB的公共接口（CI）或美国的Open Cable标准,-在这两种标准中，那些与某种CA系统有关的特定因素都与机顶盒的公用部分无关，而是放在可插取的PCMPIA卡上,-这种TS解扰技术的优点是能很容易改变CA系统，并无需变换整个的解扰设备,复用,复用是数字前端中的一个重要组成部分：,-它将所有接收到的信号以多个ASI传输流的方式加到复用器的输入矩阵开关,-从上述传输流中提取所需要的节目，然后将提取的所有节目建立一个新的TS传输流，加上附加信息以便引导机顶盒的正常接收和解码,-复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息（SI）,-复用的另一重要特点是：能让输出传输流自动跟随输入信号的诸多变化，及时地将这些变化反映到输出的传输流中,加扰技术,加扰技术用于对数字节目进行加密,-基本原理是采用,加扰控制字加密传输,的方法，用户端利用IC卡解密,*在MPEG传输流中，与控制字传输相关的有2个数据流：授权控制信息（ECMs）,和授权管理信息（EMMs）,-由业务密钥（SK）,加密处理后的,控制字在ECMs中传送,，其中包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息,-对控制字加密的,业务密钥在授权管理信息EMMs中传送,，,并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（PDK）的加密处理,-EMMs中还包括地址、用户授权信息，如用户可以看的节目或时间段，用户付的收视费等,同密技术,同密技术是将2家或2家以上的条件接收（CA）系统应用于同一网络平台之中，多密技术要求机顶盒采用,CI（公共接口）技术,，实现同一机顶盒可接收不同CA系统加密节目,从用户角度来讲，不会因购买一家CA的机顶盒而受到限制，用户还有选择其CA服务的可能性,例如:,3家条件接收系统,同密,的数字电视平台：,系统中由一个独立于各家条件接收系统的EIS统一调度事件信息，EIS根据SMS和节目编排系统Scheduler的节目单和加密规定，按公共“接入规范(AC)”的数据格式生成“公共AC”,并发送到加扰器中的SCS模块。,SCS按照DVB同密规范与3个ECMG建立联接，将“公共AC”和CW一起传送给3个ECMG；,3个ECMG根据“公共AC”中的信息生成各自的ECM，发送给SCS。,加扰器收到各家条件接收系统的ECM后，按照一个规定的周期向加扰传输流中轮播。,同时，SMS向3家EMMG中发送用户授权信息，各EMMG按照DVB同密标准规范与加扰器建立联接，将EMM发送到加扰器，由加扰器插入到传输流中。,由1个独立的P/SIG为全系统生成(P)SI及EPG信息，发送到复用器。,（3）信号输出部分,得到已经处理的信息后，信号输出部分把它变成传输网络所需的信号格式：,-例如有线电视网中应用典型的64/256QAM调制器,-在调制器的使用中，对输出电平和频率的设置调试非常重要,在有线电视前端系统的信号输出部分，模拟信号和数字信号是混台输出的：,-数字有线电视的64QAM调制，具有类似双边带的特征,-另外，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土0.5dBV,由于模拟信号和数字信号的调制方式不同，因此它们的输出频率的设置也有所不同：,-模拟电视调制器的频率是按图像载波频率设置的,-数字电视调制器的频率要按照该频道的中心频率来设置,（4）系统管理部分,系统管理部分由各种管理服务器以及控制网络部分组成：,-系统管理部分的各种管理服务器主要完成一些用户信息管理和计费工作，以及影视材料的管理工作和安全保密等,-控制网络部分主要完成各种服务器中的各种信息传递工作及后台的影视材料和数据的交换,系统管理必须能实时地了解前端输入和输出的工作状态能够监视输入信号和输出信号及所需节目的有无和质量所有的设备之间都是用DVBASI作为基带数字信号传输的连接，并可使用任何基于SNMP的管理系统,2网络部分,有线电视HFC(光纤同轴电缆混合网)网络的拓朴结构一般有星型结构、树型,结构和星树型混合结构、以及两级光链路级联的双星型结构,-早期的HFC网一般均采用星型、树型结构或星树型混合结构：它只有一个前端，所有信号都由前端通过光纤和同轴电缆向下辐射，,即集中式HFC网络,-目前，国际、国内普遍采用的是两级光链路级联的结构：总前端和分前端通过1550nm光链路采用物理环组成的自愈,一级光链路,，二级光链路利用1310nm星型光纤结构，将信号送到各光节点，然后进入电缆分配系统，形成完整的HFC网络，,即分布式HFC网络,实践证明只要有线电视网络符合系统指标，不管是哪一类网络的拓朴结构、单向还是双向网，都能传输DVBC数字有线电视信号，区别是分布式HFC网络拓扑结构的可靠性、性能指标和拓展性更好：,-分布式HFC网络有完整的冗余保护体系，它有较高的可靠性和良好的网络性能指标，更重要的是它有良好的拓展性,-其总前端和分布式的各个分前端，可以分布式安装交互式数字电视的视频服务器，它能有效地克服因交互式数字电视所产生的视频服务器和网络的瓶颈，为开展交互式数字电视提供了良好的网络平台,干线网,中央前端,500 户,服务区,分前端,分前端,500 户,服务区,Digital Set Top,Data terminal,典型的HFC 城域接入网络,光节点,H,L,光节点,H,L,光节点,H,L,Two way coax,Downstream Fibre (Cable TV and IP),Upstream Fibre (IP),WAN,路由器,Router,QAM/RF,QAM/RF,分前端,3用户终端,-数字机顶盒（STB）不仅是用户终端，还是网络终端，它利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播等全方位的信息服务,-数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括：,（1）电子节目指南（EPG）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目,（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息,（3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。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,（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能，用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网,（5）有条件接收：,有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能,3用户终端,数字机顶盒（STB）不仅是用户终端，还是网络终端，它利用有线电视,网络作为传输平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收,模拟电视转向交互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播等全方位,的信息服务。,数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和,交互式多媒体应用功能，包括：（1）电子节目指南（EPG）：它为用户,提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以,通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。,（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、,热门网站等各种信息。（3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用,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。（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置,的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置,的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网。（5）有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密,，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。,有线电视数字机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平。目前数字机顶盒的关键技术主要有：,（1）嵌入式实时多任务操作系统,嵌入式实时操作系统是相对于桌面计算机操作系统而言的，它不装在硬盘中，系统结构紧湊，功能相对简单，资源开资较小，便于固化在存储器中。嵌入式操作系统的作用与PC机上的DOS和Windows相似，用户通过它进行人机对话，完成用户下达的指定。指定接收采用多种方式如：键盘、鼠标、语音、触摸屏、红外遥控器等。,（2） 中间件,中间件（Midele ware）是一种将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机构成，如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等。一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可分为4层，从底层向上分别为：硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；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。,（3） 加解扰技术,加解扰技术用于对数字节目进行加密解密，其基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端利用IC卡解密。在MPEG传输流中，与控制字传输相关的有2个数据流：授权控制信息（ECMs）和授权管理信息（EMMs）。由业务密钥（SK）加密处理后的控制字在ECMs中传送，其中包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管理信息中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（PDK）的加密处理。EMMs中还包括地址、用户授权信息，如用户可以看的节目或时间段，用户付的收视费等。,同密技术是将2家或2家以上的条件接收（CA）系统应用于同一网络平台之中，多密技术要求机顶盒采用CI技术，实现同一机顶盒可接收不同CA系统加密节目。从用户角度来讲，不会因购买一家CA的机顶盒而受到限制，用户还有选择其CA服务的可能性。,3用户终端,-数字机顶盒（STB）不仅是用户终端，还是网络终端，它利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播等全方位的信息服务,-数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括：,（1）电子节目指南（EPG）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目,（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息,（3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。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,（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能，用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网,（5）有条件接收：,有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能,3用户终端,数字机顶盒（STB）不仅是用户终端，还是网络终端，它利用有线电视,网络作为传输平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收,模拟电视转向交互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播等全方位,的信息服务。,数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和,交互式多媒体应用功能，包括：（1）电子节目指南（EPG）：它为用户,提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以,通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。,（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、,热门网站等各种信息。（3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用,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。（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置,的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置,的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网。（5）有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密,，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。,有线电视数字机顶盒的技术含量非常高，它集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术发展水平。目前数字机顶盒的关键技术主要有：,（1）嵌入式实时多任务操作系统,嵌入式实时操作系统是相对于桌面计算机操作系统而言的，它不装在硬盘中，系统结构紧湊，功能相对简单，资源开资较小，便于固化在存储器中。嵌入式操作系统的作用与PC机上的DOS和Windows相似，用户通过它进行人机对话，完成用户下达的指定。指定接收采用多种方式如：键盘、鼠标、语音、触摸屏、红外遥控器等。,（2） 中间件,中间件（Midele ware）是一种将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔离开来的软件环境，它通常由各种虚拟机构成，如HTML虚拟机、JavaScript虚拟机、Java虚拟机、MHEG-5虚拟机等。一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可分为4层，从底层向上分别为：硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台；底层软件提供操作系统以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；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。,（3） 加解扰技术,加解扰技术用于对数字节目进行加密解密，其基本原理是采用加扰控制字加密传输的方法，用户端利用IC卡解密。在MPEG传输流中，与控制字传输相关的有2个数据流：授权控制信息（ECMs）和授权管理信息（EMMs）。由业务密钥（SK）加密处理后的控制字在ECMs中传送，其中包括节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对控制字加密的业务密钥在授权管理信息中传送，并且业务密钥在传送前要经过用户个人分配密钥（PDK）的加密处理。EMMs中还包括地址、用户授权信息，如用户可以看的节目或时间段，用户付的收视费等。,同密技术是将2家或2家以上的条件接收（CA）系统应用于同一网络平台之中，多密技术要求机顶盒采用CI技术，实现同一机顶盒可接收不同CA系统加密节目。从用户角度来讲，不会因购买一家CA的机顶盒而受到限制，用户还有选择其CA服务的可能性。,3用户终端,-数字机顶盒（STB）不仅是用户终端，还是网络终端，它利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播等全方位的信息服务,-数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括：,（1）电子节目指南（EPG）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目,（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息,（3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。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,（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能，用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网,（5）有条件接收：,有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能,3用户终端,数字机顶盒（STB）不仅是用户终端，还是网络终端，它利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播等全方位的信息服务,数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括：,（1）电子节目指南（EPG）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目,（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息,（3）软件在线升级：,它可看成是数据广播的应用之一: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,（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能；用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网；发送电子邮件；同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网,（5）有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能,3用户终端,-数字机顶盒（STB）不仅是用户终端，还是网络终端，它利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视，使用户享受数字电视、数据广播等全方位的信息服务,-数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，包括：,（1）电子节目指南（EPG）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目,（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息,（3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。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,（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能，用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网,（5）有条件接收：,有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能,机顶盒,机卡分离是世界性趋势,最主要的目的就是要把机顶盒中由于CA的不同而带来的差异性从机顶盒中剥离出来，使机顶盒成为一种类似DVD机的通用消费电子产品，把条块化的垂直市场变成一个完整的水平市场，使机顶盒和数字电视一体机能真正意义上进入商场销售。为制造业和运营业的迅速发展提供必要的保障。,CI的概念是DVB组织提出的，它在集成CA方面定义了对于机顶盒独立的硬件接口和软件接口规范，将不同CA系统的异性全部封装在PCMCIA的模块中。其核心思想就是：将机顶盒和条件接收系统进行分离，使机顶盒脱离条件接收系统供应商的束缚。,一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可分为4层，从底层向上分别为：,硬件、底层软件、中间件、应用软件。,-硬件提供机顶盒的硬件平台；,-底层软件提供操作系统以及各种硬件驱动程序；,-应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；,-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,-数字机顶盒的关键技术：,（1）嵌入式实时多任务操作系统,*嵌入式实时操作系统是相对于桌面计算机操作系统而言的，它不装在硬盘中，系统结构紧湊，功能相对简单，资源开资较小，便于固化在存储器中,*嵌入式操作系统的作用与PC机上的DOS和Windows相似，用户通过它进行人机对话，完成用户下达的指令，指令接入采用多种方式如：键盘、鼠标、语音、触摸屏、红外遥控器等,（2） 中间件,中间件（Middle ware）是一种将应用程序与低层的操作系统、硬件细节隔离开来的,软件环境,条件接收和中间件的确定，最终确定系统的总体性能和将来的发展,数字电视制式,目前，全球数字电视广播邻域有三个相对成熟的标准制式：,-欧洲的DVB标准制式,-美国的ATSC标准制式,-日本的ISDB标准制式,*DVB是三者中应用最广泛和灵活的标准,*ISDB标准制式为多媒体应用提供了三者中最好的支持,DVB系列标准,DVB标准提供了一套完整的、适用于不同媒介的数字电视广播系统规范,DVB选定ISOIEC MPEG2标准作为音频及视频的编码压缩方式，对信源编码进行了统一，随后对MPEG2码流进行打包形成传输流（TS），进行多个传输流复用，最后通过卫星、有线电视及开路电视等不同媒介传输方式进行传输,DVB标准的核心,：,-系统采用MPEG压缩的音频、视频及数据格式作为,数据源,；,-系统采用,MPEG2传输流（TS）复用方式,；,-系统采用,公共的,用于描述广播节目的系统,业务信息（SI）,;,-系统的,第一级信道编码采用 R-S前向纠错编码,保护；,-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；,-使用,通用的加扰方式以及有条件接收界面,几种不同DVB传输系统结构,卫星传输用MPEG-2编码系统框图,有线电视传输用MPEG-2编码系通框图,宽带通信传输用MPEG-2编码系通框图,-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,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“能量扩散”,RS(Reed-Solomon)码是在伽罗思域(Galois Field，GF)中运算的,在GF(2,m,),域中，符号(n，k)RS的含义如下:,m表示符号的大小，如m = 8表示符号由8位二进制数成,n表示数据包长度，k 表示数据包中的信息长度,K=nk = 2t表示校验码的符号数,t表示能够纠正的错误数目.,例如，(28，24)RS码表示数据包长度为28个符号，其中信息代码的长度为24，检验码有4个检验符号。在这个由28个符号组成的数据包中，可以纠正包中出现的2个分散的或者2个连续的符号错误，但不能纠正3个或者3个以上的符号错误.,DVB-S（ETS 300 421）,数字卫星直播系统以卫星通道作为传输介质,-通过卫星转发的压缩数字信号，经过卫星接收机后由卫星机顶盒处理，输出现有模拟电视机可以接收的信号，这种传输覆盖面广，节目量大,-数据流的调制采用四相相移键控调制（QPSK）方式，工作频率为11/12GHz，在使用MPEG2的MPML（主类主级）格式时，用户端达到CCIR601演播室质量的码率为9Mb/s，达到PAL播放质量的码率为5Mb/s,-一个54MHz转达发器传送速率可达68Mb/s，并可供多套节目用,-在DVB-S标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准，包括美国的Echostar等，我国也选用了DVB-S标准,DVBS系统,DVBS系统可适用于多种卫星广播系统，卫星转发器带宽可以从26MHz到72MHz，转发器功率 从49dBW到61dBW,发送端信号的处理分以下几个层次：,-首先MPEG2的信源编码和复用，将输入的视频信号，音频信号和数据按MPEG2格式编码， 再经节目复用和传送复用形成有用的数据包格式，包长188字节，包括1同步字节,-然后将此数据码流经多项处理，目的是增加信号对误码的抵抗能力并使其适应通 道传输特性,这些处理包括：用伪随机序列使数据随机化，使用里德索罗门编码RS(204,188 T=8)及卷积交织编码技术以提高对误码的抵抗能力,-最后以QPSK调制方式发送至转发器,为了达到最大的功率利用率和合理的频谱利用率，卫星系统采用QPSK调制并使用卷积码和RS级联纠错的方式,帧结构,DVB-C（ETS 300 429）数字有线广播电系统,-以有线电视网作为传输介质，应用范围广,- DVBC的MPEGTS流的帧结构是每8个188拜特(byte)包同步 翻转一次,-它采用QAM调制方式，工作频率在10GHz以下，采用64QAM正交调幅调制时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mb/s，可供套以上节目复用,-系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电缆,机顶盒,DVBC系统,电缆电视系统可由下图的方框图表示，其中分为两个部分：,CATV前端和综合解码接收机( IRD),-为了使各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，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系统的：,先进行字节（拜特）到符号的转换，如64QAM: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,DVB-T(ETS 300 744)数字地面广播系统,-相比于DVB-S/DVB-C,DVB-T是最复杂的DVB传输系统,-地面数字系统发射的传输容量，在理论上大致与有线电视系统相当，本地区覆盖好,-采用码分正交频分复用（COFDM）调制方式，8MHz带宽内一般传送4套高质量电视节目,-DVB-C系统接收费用高，频道也较少,MPEG-2传送系统结构,根据传输媒体的质量不同，MPEG-2中定义了两种复合信息流：,传送流（TS）和节目流（PS：Program Stream),无论对哪种码流，MPEG-2系统复接都分为两个步骤：,1、视频和音频的基本码流(ES)分别按一定的格式打包，构成具有某种格式的打包的基本信息流（PES：Packetized Elementary Stream），分别称为视频PES 和音频PES,-这一步骤在打包器内实现,-PES的长度可在一定范围内变化,2、将视频，音频的PES流以及辅助数据(例如PSI，SI等）按不同的格式再打包，然后进行复接，即分别生成了TS流和PS流,-TS流与PS流的区别：,在于TS流的包结构是固定长度的(188byte)，PS流的包结构是可变长度的,*,节目流,是对完整的视频和音频,PES包进行复接形成的,*由于视频、音频编码器本身的特性， PES包的长度是可变的，因此PS包的长度也是可变的,*,传送流,是将视频和音频的PES包作为,固定长度的TS包的净荷,，然后对,TS包进行复接形成的,PS包与TS包在结构上的差异，导致了它们对传输误码具有不同的抵抗能力，因而应用的环境也有所不同：,-TS码流由于采用了固定长度的包结构，当传输误码破坏了某一TS包的同步信息时，接收机可在固定的位置检测它后面包中的同步信息，从而恢复同步，避免了信息丢失,-PS包由于长度是变化的，一旦某一PS包的同步信息丢失，接收机无法确定下一包的同步位置， 就会造成失步，导致严重的信息丢失,*由于TS码流具有较强的抵抗传输误码的能力，因此在传输媒体中传输MPEG-2码流基本上都采用了TS码流的包格式,现有MPEG-2视频标准的技术规范集包括5（或6）类（profile）/4级（level）组成，并采用分级编码,-所谓,级,(xL)是指MPEG-2的输入格式，标识从有限清晰度的家庭视频（VHS ）质量图象到高清晰度（HDTV）图象,-每一种输入格式编码后都有一个相应的码速率范围,-低级LL（Low Level）：,图象输入格式的象素是ITU-R Rec.BT 601格 式的 1/4，即,352*240*30(代表图像帧频为每秒30帧，每帧图像的有效扫描行数为240行，每行的有效像素为352个)或352*288*25，,相应编码的最大输出码率为4Mbps,-主级ML（Main Level）:,图象输入格式符合ITU-R Rec.BT 601格式，即720*480*30或,720*576*25,相应编码的最大输出码率为15Mbps,高级类20Mbps,HDTV范围，基本上为ITU-RRec.BT601格式的4倍,其中:,-1440高级H14L（High 1440 Level）:,图象输入格式为1440*1152*25的高清晰度格式;,相应编码的最大,输出码率为60Mbps,高级类80Mbps,-高级HL（High Level）:,图象输入格式为1920*1152*25的高清度格式;,相应编码的最大,输出码率80Mbps,高级类为100Mbps,MPEG-2共分种类型6类（xP)：,-简单类SP（Simple Profile）,-主类MP（Main Profile），它比简单类增加了一种双向预测方法，,在相同比特率的情况下，将给出比简单类更好的图像,-主类的扩展类P（Profile），主要是由Tektronic公司和SONY公司,在主类的基础上推出的更适用于演播室视频节目制作要求的数据,压缩处理方法,-信噪比可分级类SNRP（SNR Scaleable Profile）,-空间可分级类SPP（Spatially Scaleable Profile）,-高级类HP（High Profile）,若把主类MP和主类的扩展类P合并,MPEG-2标准共分5种类型(xp)：,-简单型（SP：simple profile），只有基准帧和预测帧P,-主型（MP：main profile）,比SP增加了双向推测帧,-信杂比分层型（SNRP：SNR scalable profile）,-空间可分层型（SSP：spatial scalable profile）,-高级型（HP：high profile）,各种型级的含义:,第1行其使用的抽样宏块格式,第2行为画面的每行有效像素数每帧扫描行数,第3行为编码后的比特率,第4行为其图象组（GOP）的构成,MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：,空间相关性和时间相关性,-一帧图像内的任何一个场景都是由若干像素点构成的，因此一个像素通常与它周围的某些像素在亮度和色度上存在一定的关系:,这种关系叫作空间相关性；,-一个节目中的一个情节常常由若干帧连续图像组成的图像序列构成，一个图像序列中前后帧图像间也存在一定的关系:,这种关系叫作时间相关性,-这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息,*一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息,MPEG-2中编码图像帧被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧,-I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关,性，而没有利用时间相关性,-I帧主要用于接收机的初始化和信道的获取，以及节目的切换和,插入，I帧图像的压缩倍数相对较低,I帧图像是周期性出现在图像序列中的，出现频率可由编码器选择,-P帧和B帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间的,相关性:,P帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量,P帧图像中可以包含帧内编码的部分，即P帧中的每一个宏块可以,是前向预测，也可以是帧内编码,-B帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数,由于B帧图像采用了未来帧作为参考，因此其MPEG-2编码码流中,图像帧的传输顺序和显示顺序是不同的,采用帧内压缩编码形成的图像称为I帧,采用帧内及帧间压缩编码形成的图像称为B帧和P帧,-P 帧为前向预测帧，是用前一个I 帧为预测帧进行编码的,-形成P帧时参考帧帧存只要求存储一帧图象,-B 帧是从相邻的最近的I 帧或P 帧作双向预测进行编码的,-形成B帧时，参考帧帧存则需存储前后两帧图象,在I 帧和P 帧中间可以插入若干个B 帧,DVB传输系统的五个主要技术环节：,1、数据扰乱,-数字通信理论在设计通信系统时都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%，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”,-另一方面在接收端进行信道解码前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,-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,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”,2.纠错编码,数字通信虽然较模拟通信相比有较强的抗干扰的能力，但当干扰较大时仍然可能发生信息失真，因此必须采取措施进一步提高传输系统的可靠性，纠错编码就是为这一目的提出的,-纠错编码利用数字信号可以进行数值计算这一特点，将若干个数字传输信号作为一组，按照某种运算法则进行数值运算，然后将传输信号和运算结果（也是数字信号）一起传送给接收机,-接收机按规定的运算法则对接收的一组传输信号及其运算结果进行检查:,*如符合运算法则，则认为传输信号中没有误码，然后将运算结果抛弃，将传输信号送给下一级处理系统，如数据解扰器,*如不符合运算法则，就意味着传输中发生了误码:,-如果误码的数量不超出纠错编码的纠错范围，纠错解码器就会按照某种算法将误码纠正过来，然后将正确的传输信号送给下一级处理系统,-如果误码的数量超出了纠错编码的纠错范围，纠错解码器无法纠正这些误码，将发出一个出错信号给下一级处理系统，通知下一级处理系统传输信号中有误码,3、数字调制,传输信息有两种方式：基带传输和调制传输,-由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低,-基带传输系统的结构较简单，但难以长距离传输，因为一般的传输信道在低频处的损耗都很大,为进行长途传输，必须采用调制传输的方式,-调制就是将基带信号搬移到信道损耗较小的指定的高频处进行传输，调制后的基带信号称为通带信号，其频率比较高,-DVB传输系统是数字传输系统，因此其中采用的调制技术是数字调制技术,-数字调制的基本任务有两个：,第一个任务同模拟调制一样，将不同的节目传输信号搬移到规定的频带上，这一功能由调制器和解调器实现，它实质上是一个载波耦合的过程,第二个任务是控制传输效率:,-在DVB传输系统中，可根据需要将频带利用率从2bit/s/Hz提高至6bit/s或8bit/s/Hz，这相当于提供了2-8倍的压缩，这一功能是由映射和反映射实现的,-实际上，数字调制的主要目的在于控制传输效率，不同的数字调制技术正是由其映射方式区分的，其性能也是由映射方式决定的,数字调制过程实际上是由两个独立的步骤实现的：映射和调制,-映射将多个二元比特转换为一个多元符号，这种多元符号可以是实数信号（在,ASK调制中），也可以是二维的复信号（在PSK和QAM调制中）:,*例如在QPSK调制的映射中，每两个比特（对应四进制码元）转换为一个四个载波相位的QPSK四元符号，在这种多到一的转换过程中，实现了频带压缩,*例如在16QAM调制的映射中，每4个比特（对应16进制码元）转换为由3个可能的载波幅度电平和12个可能的载波相位角组成的16QAM符号，实现了频带压缩,-经过映射后生成的多元符号仍是基带数字信号,经过基带成形滤波后生成的是模拟基带信号，但已经是最终所需的调制信号的等效基带形式，直接将其乘以中频载波即可生成中频调制信号，这一步由调制器实现,4、均衡,-为了防止传输符号间的相互串扰，数字通信系统中大都采用升余弦滚降信号波形,升余弦滚降信号具有良好的传输特性,-但实际的传输信道不可能是完全理想无失真的，因而经过传输后这种波形常常会遭到破坏，其后果就会引起符号间的串扰,-符号间串扰与噪声干扰不同，它来自传输信号本身，某个采样点处的符号间串扰来自于相邻信号采样点,符号间串扰难以用增大信号功率的方式减小其影响，因为增大信号功率会将符号间串扰同时增大，符号间串扰是一种乘性干扰,符号间串扰严重时会使整个系统无法工作，必须对其进行校正，这个校正的过程称为均衡,-均衡在模拟通信系统中也经常采用，但一般在频率域中进行，称为频域均衡,在数字通信系统中采用的是时域均衡,-,时域均衡在时间域内进行，采用有限冲激响应滤波器（FIR）实现,它的优点是可以利用数字信号处理理论和超大规模集成电路技术，具有设计准确、实现方便的特点,5、同步与时钟提取,数字电视系统中的三种同步要求,*1.比特(位)同步,*2.符号同步,-符号时钟和比特时钟是由接收机的本地晶体振荡器生成的,-为了保证正确地采样信息，接收机中必须采取措施将本地时钟与信号频率间的偏差控制在系统允许的范围之内，这种措施称为“锁相”，实现锁相的设备称为锁相环,-锁相环在数字通信系统中具有举足轻重的地位，锁相环性能不佳有可能使得整个系统无法工作,*3.帧同步：,-数字通信系统中将数据分成具有一定格式的组来传输的，这种组称为传输帧,-纠错编/解码、数据交织/反交织以及均衡都是按数据帧进行的，因此接收机在进行数据处理前还必须提取出帧同步,交互式数字电视,VoD,网络结构,两种 VoD,网络结构,分布式结构,多个视频服务器分布于网络中不同地点,这种结构的固有问题 :,多个视频,服务器处于不同的远地分前端,主前端内容必需在远地分前端进行复制,内容管理较困难,内容安全性较低,集中式结构,视频服务器,集中于主前端,干线具有很高的带宽,对远端站点提供灵活的路由,分布式,VOD,网络结构,主前端,分前端 /,HUB,分前端,/,HUB,分前端,/,HUB,集中式,VOD,网络结构,主前端,分前端,/,HUB,分前端,/,HUB,分前端,/,HUB,典型的,IP+HFC,交互数字电视系统构架,1-2 Gbps,Switch,HFC,Headend,100K HP,Hub,20K HP,IP,IP,IP,QAM,QAM,QAM,QAM,IP,GbE,GbE,ASI,IP,Edge,QAMs,边缘,QAMs 支持: xOD, 广波和数据应用,O/E,QAM CH7,QAM CH8,QAM CH9,QAM CH10,QAM CH11,QAM CH12,QAM CHn,QAM CH1,QAM CH2,QAM CH3,QAM CH4,QAM CH5,QAM CH6,SG,SG,SG,E/O,E/O,E/O,E/O,E/O,E/O,O/E,O/E,O/E,O/E,O/E,O/E,服务组(SG)-,共通享用某几个QAM 频道的一组