数字有线电视技术概览

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,数字有线电视技术概览,1,主要内容,数字电视概述,MPEG,基础,数字有线电视系统,有条件接收技术,交互电视中间件,2,一、数字电视概述,3,模拟电视和数字电视,模拟电视系统，在电视信号的产生、处理、记录、传送和接收的过程中，使用的都是模拟信号，即在时间上和幅度上连续变化的信号；,数字信号，则是在时间和幅度上都经过离散化的信号。,数字电视在电视信号的获取、处理、传输和接收的过程中使用数字信号的，称为数字电视系统。这里数字电视信号可以是直接生成的数字电视信号，如动画、字幕机和数字摄像机产生的数字信号；也可以是由模拟信号经数字化以后产生的数字电视信号；也可以是经处理的数字电视信号，如MPEG格式的压缩数字电视信号。,4,数字技术的优势,传输过程中产生的失真和噪声不积累，抗干扰能力强，传输质量高；,节省传输带宽，增加电视节目数量；,易于实现加密和各种信息的复用传输,在条件接收方式下增加利润；,易于用数字技术实现对多径反射回波（重影）的抑制；,可与计算机连接，提供新的交互式应用；,容易大规模集成，提高性能价格比。,5,数字技术使有线电视运营商可以,充分利用现有的频道资源,从节目内容和广告中获取更丰厚的收入,吸引更多的用户,为客户提供多种新的服务,方便实现有条件接收,6,二 、MPGE-2 基础,7,数字电视的关键技术视频压缩,什么是压缩技术？,用比原始信息少的数据量再现原始信息,为什么要压缩?,节省存储空间 (例如：存在计算机硬盘上的文件),减少传送时间 (例如：通过电子邮件发送文件),提高信道的利用率 (例如：卫星电视广播),怎么压缩？,去除无用信息和冗余信息,有损压缩，无损压缩,8,图像压缩的目标,保留所有图像信息,去除所有冗余信息,高效传输数据,最小时延,最小复杂性,9,视频压缩原理,避免发送整个图像,发送组成图像的有关信息,图像和图像之间的变化,图像上的运动,数学描述,重新利用发送过的图像,10,什么是 MPEG？,MPEG,-,Moving Picture Experts Group,，运动图像专家组,是一族视音频压缩编码标准，包括MPEG-1， MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7,11,MPEG-2标准组成,MPEG-2,标准目前分为,9,个部分，统称为,ISO/IEC13818,国际标准。,ISO/IEC13818-1,，,System,：系统，描述多个视频，音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。,ISO/IEC13818-2,，,Video,：视频，描述视频编码方法。,ISO/IEC13818-3,，,Audio,：音频，描述与,MPEG-1,音频标准反向兼容的音频编码方法。,ISO/IEC13818-4,，,Compliance,：符合测试，描述测试一个编码码流是否符合,MPEG-2,码流的方法。,12,MPEG-2的主要思想,基于工具箱方式,分“级”和“类”（Levels & Profiles） 的规范,高级别包含低级别的特性,只指定了数据流的格式和解码方法,具体编码过程由编码器制造商决定,13,MPEG-2关键技术环节,1,、离散余弦变换,DCT,2,、量化器,3,、之型扫描与游程编码,4,、熵编码(霍夫曼编码）,5,、信道缓存,6,、运动估计,7,、运动补偿,14,视频压缩图解,15,图像处理的层次,Picture（图像）,Basic display unit,Picture Type & Structure, Temporal Reference, Buffer Fullness,Slice（像条）,Set of macroblocks,Macroblock (normally 16x16 pixels)（宏块）,Set of luma and corresponding chroma blocks,Coding Method, Quantization, Motion Vectors,Block (normally 8x8 pixels)（块）,Discrete Cosine Transfer (DCT) Coefficients,Group of Pictures (GOP)（图像组）,Random Access Point, SMPTE Time Code,Sequence(视频序列）,Picture Size, Frame Rate, Maximum Bit Rate, Buffer Size,User Data, Display Format, Scalability,16,4:2:2和4:2:0,4:2:2，图像质量高，码率高，用于节目源传输,4:2:0，数码率低，用于节目分配,4:2:0,4:2:2,17,I帧、B帧和P帧,I,帧（,Intra Frame）:,帧内编码帧，,完整编码的帧,中等压缩率,P,帧（,Predictive Frame）:,前向预测帧，从前一个,I,或,P,帧预测得到的帧,编码效率较高,B,帧（,Bidirectional Frame）:,双向预测帧，以前一和后一,I,或,P,帧预测，运动补偿得到的帧，不被用作预测基准,最大压缩率,18,I帧、B帧和P帧之间的关系,传送顺序 I1 P4 B2 B3 P8 B5 B6 B7 ,显示顺序 I1 B2 B3 P4 B5 B6 B7 P8 ,19,MPEG-2级（levels）和类,(Profiles),MPEG-2,视频编码标准是一个分等级的系列；,按编码图像的分辨率分成四个“级,(Levels),”,；,按所使用的编码工具的集合分成六个“类,(Profiles),”,。,“级”与“类”的若干组合构成,MPEG-2,视频编码标准在某种特定应用下的子集：对某一输入格式的图像，采用特定集合的压缩编码工具，产生规定速率范围内的编码码流。,用于数字有线电视传输采用MPML,20,MPEG-2,适用点,Profile:,Simple,Main,SNR,Spatial,High,4:2:2,I & P,I, P & B,I, P & B,I, P & B,I, P & B,I, P & B,4:2:0,4:2:0,4:2:0/4:2:2,4:2:0/4:2:2,Level,High,High-,1440,Main,Low,4:2:0,4:2:0,Frame Types,Croma Sampling:,Max Bit Rate,Sampels / Line,Lines / Frame,Frames / Sec.,Max Bit Rate,Sampels / Line,Lines / Frame,Frames / Sec.,Max Bit Rate,Sampels / Line,Lines / Frame,Frames / Sec.,Max Bit Rate,Sampels / Line,Lines / Frame,Frames / Sec.,80,Mb/s,1920,1152,60,60,Mb/s,1440,1152,60,15,Mb/s,720,576,30,4,Mb/s,352,288,30,15,Mb/s,720,576,30,15,Mb/s,720,675,30,20,Mb/s,4 B. Layer,720,576,30,50,Mb/s,720,608,30,80,Mb/s,20 B. Layer,1440,1152,60,100,Mb/s,25 B. Layer,1920,1152,60,60,Mb/s,15 B. Layer,1440,1152,60,21,音频压缩,原理：掩蔽效应,声音中强度高的频率成分掩盖其邻近的强度较低的频率成分,听不到的声音不编码,子带（Subband）编码后码流由 3 Mbit/s 降至大约 200 Kbit/s.,标准,Dolby,AC-3（美国）,MPEG-2 （DVB),22,子带编码,23,ES，PES，PS， TS,ES:,Elementary Stream,Video, audio, data .,PES:,Packetized Elementary Stream,ES with header information,PS:,Program Stream,only one program clock,TS:,Transport Stream,Multiple programs,SCR:,System Clock Reference (PS),PCR:,Program Clock Reference (TS),PTS:,Presentation Time Stamp,DTS:,Decoding,Time Stamp,PID:,Packet ID,PMT:,Program Map Table,24,时间戳 DTS&PTS,解码时间戳（Decode Time Stamp）告诉解码器对该帧解码的时间,显示时间戳（ Presentation Time Stamp） 告诉解码器显示该帧的时间,除了知道什么时间解码和显示之外，还必须包含一个时钟，以便得到时间参考,PTS 和 DTS are 被加入 PES，而时钟 (PCR) 包含在TS里,25,节目时钟参考 PCR,26,MPEG 复用,Elementary streams,Video,Audio,MPEG Audio,Encoder,MPEG Video,Encoder,Internal,Multiplexer,Basic Encoder Function,SPTS -,Single program MPEG,Transport streams,PSI,节目级复接,27,MPEG 复用,系统级复接,MPTS -,Multiple program,Transport stream,Remux,PSI/SI,Manager,Output,Adapter,Basic Multiplexer Function,SPTS -,SPTS -,SPTS -,SPTS -,DATA -,28,PSI,29,MPEG-2 PSI Data,Program Specific Information Table contents,PATProgram Association Table,Indicates the location (the PID values of the transport stream,Packets) of the corresponding Program Map Table (PMT),for each service in the multiplex.,CATConditional Access Table,Provides the information of the Conditional Access system used in the multiplex; the information is private and dependent on the CA system.,PMTProgram Map Table,Identifies and indicates the locations of the streams that make up each service, and the location of the Program Block Reference fields for a service,30,MPEG-2 PSI Data,Program Specific Information Table contents (cont),NITNetwork Information Table,The Network Information Table groups together services belonging to a particular Network provider. It contains all the tuning information that might be used during the set-up of an IRD,SDTService Description Table,The Service Description Table lists the names and other parameters associated with each service in a particular MPEG Multiplex Stream.,EITEvent Information Table,The Event Information Table is used to transmit information relating to all the events that occur or will occur in the MPEG Multiplex. The EIT contains information about the current transport, and optionally covers other transport streams that the IRD can receive,31,MPEG-2 PSI Data,Program Specific Information Table contents (cont),TDTTime and Date Table,The Time and Date Table is used to update the IRDs internal clock,BATBouquet Association Table,The Bouquet Association Table provides a means of grouping services that might be used as one way an IRD presents the available services to the viewer. A particular service can belong to one or more bouquets,RSTRunning Status Table,The sections of the Running Status Table are used to rapidly update the running status of one or more events. The running Status are sent out only once, at the time the status of an event changes, unlike other SI tables which are normally repetitively transmitted,32,三、数字有线电视系统,33,DVB Standard Overview,34,DVB 标准家族,DVB-S,The digital satellite system for use in the frequency bands up to 11/12 GHz, configurable to suit a wide range of transponder bandwidth and powers.,DVB-C,The digital cable delivery system, compatible with DVB-S.,DVB-CS,The digital (S)MATV system, adapted from DVB-C and DVB-S, to serve community antenna installations.,DVB-T,The digital terrestrial television system, designed for terrestrial 7-8 MHz channels.,DVB-SI,The Service Information system to enable DVB compatible decoder to configure itself and to help the user to navigate the DVB environment.,DVB-TXT,The DVB fixed-format,Teletext,transport specification.,DVB-CI,The DVB Common Interface for use in conditional access and other applications.,35,DVB 标准家族（续）,DVB-RTC,The DVB return channel for cable TV (CATV) distribution systems.,DVB-RCC,The DVB return channel through the Public Switched Telephone Network telecommunications system (PSTN) / Integrated Services Digital Network (ISDN),DVB-PDH,DVB interfaces to PDH Networks.,DVB-SDH,DVB interfaces to SDH Networks.,DVB-PI,DVB interfaces for CATV/SMATV,headends,and similar professional equipment.,DVB-IRD,Interface for DVB IRDs.,The DVB standards are open and interoperable. DVB specifications are subject to standardization from ETSI and ITU,36,数字有线电视系统的组成,MPEG-2信号源,MPEG-2复用器,网络接口设备,交互电视中间件和应用程序,有条件接收系统（CAS）,用户管理系统（SMS）,QAM调制器,HFC传输网络,数字电视机顶盒,37,MPEG-2信号源,数字节目源,数字卫星接收,SDH、ATM、IP网传送,数字演播室,视频服务器,IP数据,模拟视音频节目,通过MPEG-2编码器编码,38,MPEG-2 编码,完成模拟电视的视音频信号模数变换和码率压缩,根据对图像质量的要求和节目内容确定压缩比,对数据打包形成单节目数字传输流,不同类型的数据包（视频、音频、数据）以,PID,区分,PMT,表指示出在该节目中有容少码流，各自的,PID,是什么,39,不同节目对数据带宽需求,典型节目24Mbps,体育节目69Mbps,卡通节目1.53Mbps,音乐广播,64,384kbps,编码后数据速率越高，图像质量越好,40,MPEG 多路复用,复用的概念,将多路低速率数字信号合成一路高速率数字信号，以适应信道传输,将多路传输流的节目重新组合复用成一路多节目传输流（MPTS）,基于包的复用,PID 重映射，重建PMT，PAT,PCR 抖动补偿,41,MPEG-2复用,1,N,1,N,复用器,Audio,Video,Transport Stream,42,统计复用,20%,40%,60%,80%,100%,Bandwidth sharing between channels,Film,News,Sport,Basic Principles of Statistical Multiplexing - 3 Channel Example,0,Channel Complexity,Relative Activity ,Film,News,Sport,Time ,43,信道编码和数字调制,信道编码,提高信息传输可靠性,RS码，RS(204,188)纠错码，纠正随机错误,RS码是一种重要的线性分组编码方式。它对突发性错误有较强的纠错能力，被DVB标准采用 。,交织，分散突发连续错误,QAM调制,高效率的数字调制方式,44,用户终端设备：机顶盒,机顶盒具有视音频播放功能的图形用户终端设备，支持MPEG-2协议，一般由解调器、去多路复用器、解扰器、解码器、CPU、MPEG-2解码器等组成,工作于客户端/服务器方式，其功能实现依赖于前端,45,四、有条件接收系统和用户管理系统,Conditional Access System,&,Subscriber Management System,46,什么是条件接收系统？,条件接收系统就是为了商业目的而对某些广播服务实现接入控制，决定一个数字接收设备能否将特定的广播节目正确接收；,确保只有已支付了或将支付费用的用户才能收看到所选的电视节目；,在数字电视领域中，CA系统将成为发展新服务的必需条件。,47,CA系统组成,加扰部分,寻址部分,安全体系,嵌入式和可分离式,密钥系统,层次密钥,算法,48,加扰和加密原理,加扰（scrambling),加密（Encryption）,CW（Control World）控制字，5-10秒变换一次,ECM（Entitle Control Message）授权控制信息,以加密的形式传送控制字,EMM（Entitle Manage Message） 授权管理信息,Video,Video,Video,Video,Video,Video,Video,Video,Video,ECM,ECM,Control words from ECM unlock video,Scrambled MPEG transport stream,49,有条件接收原理简图,用户,运营商,Smart-Card,Details,Smart-Card,“Rights”,管理层,EMMs,EMMs,控制层,ECMs,ECMs,加扰层,Control,Word,Enable,Control,Word,Scramble,De-,scramble,Mux,De-,Mux,Mux,50,同密和多密,（,SimulCrypt vs MultiCrypt）,同密：在一个单独的传输流中包含几个CA系统数据，使采用不同CA的解码器都能够对同一节目流正确解码。,多密：基于通用接口规范，用户可以手动更换机顶盒的CA模块（一般是flash卡），来实现不同CA系统间的切换。,51,同密的实现,Cable Head-End,CA Module,from Vendor B,CA Module,from Vendor A,single,video,stream,scrambled,52,同密的实现,Scrambler,DVB,scrambling,algorithm,CA System A,Vendor-proprietary,encryption algorithm,Video,Video,Audio,Video,Video,Video,Unscrambled MPEG video, audio, and data,CA System B,Vendor-proprietary,encryption algorithm,Simulcrypt,Synchronizer (SCS),Scrambled MPEG video, audio, and data,Audio,Video,Video,Video,53,用户管理系统,Subscriber Management System,主要针对数字电视用户和智能卡管理，包括对用户信息，用户设备信息、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。,54,用户管理系统的基本功能,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,收费,帐务管理,授权管理,报表管理,系统管理,区域管理,55,交互电视中间件平台,中间件是机顶盒的操作系统，用于支持各种交互式应用。,为了解决不同硬件平台和应用软件的接口问题，在硬件平台和应用程序之间设立一个公共软件平台，这层软件称之为中间件。应用软件开发商可以在这个公共软件平台上开发应用程序。,数字电视运营商可以根据自己的需求选择或开发应用程序,56,总 结,数字电视系统是庞大而一个复杂的系统，涉及,HFC,技术，数字视频技术，计算机软件技术，,Cable modem,技术，卫星电视技术，计算机网络技术，软件技术等等，与有线电视模拟平台、数据平台密切相关。,系统各部分软硬件之间需要大量的集成工作,57,谢谢！,请提意见,58,