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数字电视基本介绍,高晓俊常州广播电视信息网络有限责任公司,提纲,一、什么是数字电视二、数字电视系统组成三、数字电视实现原理四、数字电视子系统简介五、数字信号传输与测量六、机顶盒简介,一、什么是数字电视,数字电视概念,所谓数字电视，从信息学角度来讲，就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，然后进行记录、处理、存储、传输和接收等各种处理。信号的数字化，将非常有利于用计算机对其进行处理、控制、监测。这个良好的技术平台将为新业务的开发提供非常大的发挥空间。,数字化,数字电视概念,在节目制作、播放、传输、接收各个环节均采用数字技术的电视广播系统包括SDTV和HDTV传输方式包括卫星、地面、有线电视网用户接收需通过STB或数字电视机,数字电视的优点,开放的业务平台适合大规模业务经营符合未来技术发展趋势,CA系统进行节目加密控制SMS系统进行用户管理,可控可管理,扩展性强,频道利用率高,抗干扰力强,服务类型多样,清晰度高,音频效果良好,传统广播类基本业务广播电视增值业务数据通信类新业务,可提供5+1立体环绕声,接收端画质接近演播室水平,传输过程中，无噪声积累，可以避免非线性失真,一个模拟频道可传送68套标准清晰度数字电视节目,数字电视国际标准,ATSC数字电视标准，该标准基于HDTV电视，并同时支持SDTV和HDTV，编码采用MPEG-2视频压缩和AC-3音频压缩，数字调制采用8VSB或16VSB残留边带调制方式，信道编码采用RS（207，187）编码DVB数字电视广播标准，该标准与ATSC标准不同，是以SDTV为起点，音频、视频编码和系统复用均采用MPEG-2标准，数字电视有线广播标准DVB-C（采用QAM调制）,标准简介,数字电视业务种类,广播电视基本业务,广播电视增值业务,数据通信新业务,VOIP,电视商务,Internet接入,多媒体数据发布,可视电话等,数字电视的意义,广电行业的又一次技术革命（彩电、有线、数字）数字化、网络化将引发现有广电体制的重大变革（事业机构改革、集团化经营、市场化运作）将对广大人民的文化、经济生活产生重大影响（媒体的多种属性充分发挥：政治、经济、教育、娱乐）实现了广播电视、通信、计算机业务的一体化（三网合一，不同媒体的融合）,二、数字电视系统组成,DVB前端系统结构简图,HFC网络,SDH/IP传输网,复用加扰系统,条件接收系统(CA),调制/适配系统,数字电视信源系统,EPG系统,数据广播系统,NVOD系统,用户管理系统(SMS),监测/网管系统,数字电视系统原理图,SDH网络,卫星,视频服务器,复用加扰器,CA系统,SMS系统,SDH传输网,HFC网,QAM调制器,编码器,编码器,EPG服务器,DB服务器,回传,机顶盒,辅助系统,数字电视系统主要设备,卫星接收机编码器服务器复用器加扰器QAM调制器机顶盒,数字电视系统的组成,数字电视信源系统EPG管理系统复用加扰系统编码调制系统条件接收系统存储播出系统运营支撑系统其他辅助系统,1、数字电视信源系统,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、转换系统信源系统的特点是：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。,2、EPG管理系统,EPG（ElectricalProgramGuide)即电子节目指南管理系统（以下简称EPG系统），是数字电视所特有的一项服务，也是数字电视发展的先导。它的主要功能：通过电视屏幕向用户提供由文字、图形和图像组成的人机交互界面，负责电视节目和各种增值业务的导航。用户通过EPG选择收看电视节目和实现各种增值业务，并通过EPG使用机顶盒提供的各种功能。,3、复用加扰系统,复用加扰系统主要实现：将信号源输入的信号，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，系统结构也各不相同，有些复用器内置加扰模块，信号在复用器内部完成加扰，有些复用器内部具有加扰模块，需要外接独立加扰设备。多路复用器是整个系统的核心部分。,4、调制适配系统,适配系统的功能：将TS流适配进SDH或者IP的网络调制系统：数字电视采用64QAM调制系统。,5、条件接收系统,CA系统（条件接收系统）用于数字电视广播系统的用户认证、授权和节目加扰，以便从用户处收取费用和阻止用户收看那些未经授权的付费频道。同密是前端使用两个或两个以上的CA，但机顶盒端只要集成了其中的任何一家CA系统，都能通过授权收看全部节目。,6、运营支撑系统,运营支撑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、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基本数据库信息。它的主要实现功能有：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,7、存储播出系统,存储播出系统的主要功能：可以对多种格式的节目进行上载，收录存储多种传输方式的节目，并将其转换成TS流文件；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；对（延时）播出的节目进行监审/编辑；通过准视频点播（NVOD）系统完成节目播出。,8、其他辅助系统,例：统一Loader管理系统网管及码流监视系统,三、数字电视实现原理,1.信源编码,MPEG（MovingPictureExpertGroup）是“活动图像专家组”的英文简称，1988年成立以来已经制定了MPEG-1MPEG-7等多个数字视频数字音频压缩编码标准。MPEG-1的压缩比高达200:1，用于最高码率可达1.5Mb/s的活动图像和相应音频信号的压缩编码，图像质量与VHS相当。MPEG-2的压缩比可达50:1,压缩后的数字活动图像信号和相应音频信号码率可达几Mb/s，是DVD和数字高清度电视所采用的压缩编码标准。,信源编码,MPEG-4的最初目标是低码率图像通信（64Kb/s以下），后来发展成为应用更加广泛的多媒体编码标准。MPEG-4是一个开放的系统，它即支持传统标准又不排斥新标准，码率成功地涵盖了从100Kb/s10Mb/s的广阔范围，互联网上的一些号称达到DVD画质的影像很多是采用MPEG-4的。MPEG-7能对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述，并将该描述与所描述的内容相联系，以实现快速有效的搜索。它的应用很广，既可应用于存储，也可用于流式应用(如广播)，还可以在实时或非实时环境下应用，如：数字图书馆、多媒体名录服务(如黄页)、广播媒体选择、多媒体编辑等，应用潜力很大。,MPEG-2标准组成,13818(MPEG-2)运动图象和相关伴音的一般编码方法Part1系统(H.222)Part2视频(H.262)Part3音频Part4兼容性测试Part5模拟软件Part6数字存储介质的命令和控制(DSM-CC)Part7非后向兼容的音频Part810-bit视频(将被撤销)Part9系统解码器的实时接口Part10对于DSM-CC的兼容性附加部分,编码原则,冗余运动估值)调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。2）VSB(VestigialSide-Band：残留边带；)抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。3）QPSK(QuadraturePhase-ShiftKeying：)调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。4）COFDM(CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing；编码正交频分复用)抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。,64QAM星座图,64=26symbols6bits/symbol,IQ平面星座图上的每个点代表一个6bit的二进制数据,8MHz标准电视频道内，如果使用64-QAM，所传输的数据速率为38.5Mb/s,3.数据广播协议,数字存储媒体的命令和控制（DSMCC）是一种特殊的协议，用于提供在数字存储媒体上管理MPEG码流所需的基本控制函数和操作。此协议位于操作系统层之上、应用层之下，独立于所管理的数字存储媒体、所关联的网络协议以及所在的操作系统，也和数字存储媒体是本地的还是远程的无关数据管道（Datapiping）数据直接由MPEGTS包的负载携带，数据分割、组装和解释则都留给用户自己定义。数据流（Datastreaming）数据由MPEG系统定义的PES的负载携带，用来实现广播网上传送面向流的端到端数据。多协议分装（MultiprotocolencapsulationMPE）将通讯协议数据包封装成DSMCC分段，这种分段兼容MPEG2私有分段，最终实现在广播网上传送多种协议的数据包如IP数据包。DC/OC（DataCarouselandObjectCarousel）定义在DCMCC的数据集或对象集的基础上，将需要周期性发送的数据组织成大小相同的块进行广播网发送。,4.PSI/SI简介,DVB将附加数据加到MPEG的PSI的上面，以便得到自动调谐和用户信息选择的环境。数据结构定义为一组表PSI提供的信息用作：用于所选业务的解码器设置DVB扩展到非-MPEG成份SI数据提供的信息用作:自动找到相应的TS流业务的用户信息，“事件”和“节目成份”的选择,重要的标识,PSI表-解复用和解码所需的码流,PAT(ProgramAssociationTable)提供transport_stream_id,program_number和program_map_id(PMT)之间的联系PMT(ProgramMapTable)由PAT指向PMT时,PMT提供该program_number有关的节目元素组(视频,音频等)CAT(ConditionalAccessTable)提供CA系统和其EMM(EntitlementManagementMessages)流的联系和与只有关的任何特殊信息NIT(NetworkInformationTable)提供TS流组和调谐信息，如频道频率和调制特性,SI表-构成各种功能的EPG,EIT(EventInformationTable)包括了目前，随后和将来事件的信息。Present/next，FulleventschedulingSDT(ServiceDescriptionTable)列出TS流中包含的业务名和业务类型业务间的联系指向MPEGPSI中的节目BAT(BouquetAssociationTable选项)业务成组可转换成“逻辑频道号”TDT(TimeandDateTable)传输目前的时间，用作接收机时钟的自动设置TOT(TimeOffsetTable选项)传送时区差-同时包括目前的和下一个时差及下意时差发生的日期RST(RunningStatusTable选项)以较高的精度传输信令状态ST（StuffingTable）填充表,5.DVB标准协议栈理解示意图,数字电视系统整体规划,四、数字电视子系统简介,1、CA系统,CA系统主要功能：加扰：产生加扰字同密同步控制加密：对加扰字加密对ECM、EMM加密寻址：支持多种寻址方式，如单独用户，组用户，区域用户，全部用户等，可以自定义组安全保证：智能卡、算法、密钥、密钥传递的安全保证以及系统被攻击时的应对和安全恢复机制,CA系统,授权：产生ECM和EMM以及相关信息授权的安全保证（正向授权，反向授权）可以挂起、激活和删除授权机卡配对。运营支撑功能：分布式接入控制、多运营商支持、多种节目购买方式、支持电子货币机顶盒和CA的关联性。业务支撑：EPG、电视邮件、IP加密。,CAS同密机制,上行站或前端,加扰,CW发生器,SMS系统1,ECM发生器系统1,SAS系统1,复用加扰,CW,压缩视/音频,加扰的视/音频,EMM/1,ECM/1,SMS系统2,SAS系统2,EMM/2,ECM/2,智能卡系统2,CW,ECM/2,EMM/2,解扰,CW,ECM/1,EMM/1,STB系统1,STB系统2,ECM发生器系统2,网络,解复用,解复用,解扰,智能卡系统1,2、EPG系统,EPG由基本EPG信息和扩展EPG信息两部分组成。（如下图）,EPG的实现,利用DVB-SI表来实现EPG的数据流图EPG接收端信息的提取过程：数字电视接收终端设备(STB)从同轴电缆、卫星微波、地面微波信号中接收到信号，输入到终端设备中，进行相应的解调和解码，得到TS码流，利用接收终端中的EPG应用程序，将TS码流中的SI信息或数据转盘中的相应信息提取出来，生成电子节目菜单信息，供用户使用。,发送端SI表（电视台/服务运营商）,解表和信息重组（机顶盒）,用户可见EPG信息（显示器）,3、数据广播系统,前端播出系统根据具体业务要求，又可细分出若干子系统。其中，数据广播播出子系统是必需的，这是前端播出系统的核心。所有信息（业务）都必须通过该子系统广播下去，终端接收系统才能接收到信息，展现业务功能。如果要支持双向应用，则需要添加双向子系统；如果要支持股票业务，则需要添加股票子系统。内容管理系统从数据广播运营特点及发展趋势来看，需要对数据广播业务（即数字电视增值业务）进行系统、全面、准确的管理。内容管理系统则为数据广播业务的市场化运营提供了良好的平台，实现对数据广播业务的系统、全面管理；并对素材采集、节目制作、审核、播控等进行严格的规范和控制，大大简化节目制作流程中的人工需求，提高工作效率。终端接收系统终端接收系统是集成在机顶盒端的浏览器或中间件。通过这个浏览器或中间件，机顶盒能够接收、解析前端系统广播下来的信息，或者回传用户反馈信息给前端播出系统，完成交互过程。,数据广播系统,五、数字信号传输与测量,数字信号传输,数字电视的信号是采用QAM调制方式，这种调制方式称为正交幅相调制，它既对载波的振幅进行调制，又对载波的相位进行调制，又由于调幅是平衡调幅，所以抑制了载波。因此在频谱仪上看，一个数字频道的已调信号象一个抬高了的噪声平台(如下图所示），均匀的平铺于整个带宽之内。它的能量是均匀分布在整个限定带宽内的，因此，一个数字电视频道不但没有所谓图象载波，也没有伴音载波。,数字信号质量的衡量,在模拟系统中，我们通常用CSO、CTB、C/N这几个参数来衡量信号的优劣。前两个是反映信号的保真度，后一个是信号的信噪比。如果保真度不够，将表现为：图象里有网纹、滚条等干扰，信噪比不够表现为图象里的噪波点。数字信号是离散信号，衡量其质量的标准只能用信号的取值（或状态）判断的正确与否来评价，即用误码率作为衡量主要参数，系统的CSO、CTB、C/N等指标都反映到误码率上。数字信号的指标劣化，表现为马赛克、静幀至图象中断，没有模拟信号那种劣化的渐变过程。主要技术指标：误码率(BER)、调制误差率(MER)、信噪比(S/N)、载噪比(C/N)、相位抖动(PJ)和载波相位噪声(PN)等等。一般都应该测误码率BER、调制误差率MER和星座图。,误码率的标准,按国际标准，为了保证良好的接收，在进入接收解调器的RS纠错前，误码率BER应该小于10E-4。这相当于经过RS纠错之后误，码率达到10E-12的准无误码水平。由误码率BER和Eb/No的关系曲线中可以查得对应于BER=10E-4的Eb/No为16.5db，对于64QAM，Eb/No与C/N的转换式为：C/N=Eb/No+10lg6=24.28db，而模拟频道要达到4级图象的C/N要43db。,调制误差率MER,MER调制误差率是反映数字信号质量非常重要的指标，MER并非意味着此信号已经误码，而是表征它在尚未误码时的质量。它用来早期检测非突发性噪声（或称做无用信号）的影响，如各种噪声、失真（CSO、CTB）、交调制产物、干扰，不仅包含幅度噪声，而且包含相位噪声。这些噪声它不象模拟信号那样直接影响到电视信号而产生雪花，图像滚动等，但它将表征信号质量，警告系统将出现故障。调制误差率MER是理想符号矢量幅度的平方和除以符号误差矢量幅度的平方和，用dB表示。64QAMMER24db256QAMMER30db,星座图,星座图是数字流分成I和Q两组，经量化，然后两路以相位相差90进行调制，这便使信号在坐标图上有一个相应位置，构成所谓星座图。星座图与MER有直接关系，当信号处于理想状态没有噪声时，它应该在星座图某一方框的中间；当有噪声及其他无用信号时，其位置便产生偏移。根据偏移的状态，便可分析噪声来源。应该说星座图是检测数字电视故障非常直观的工具。,广电总局规定的模拟传输网络指标,C/N模拟传输要求43dB，数字要求降到28dB；CSO、CTB模拟传输要求54dB，数字要求44dB。,相位对数字信号的影响,由于数字信号采用QAM调制方式，所以，除了载波的幅度携带了信息外，载波的相位也携带了信息。为此，传输网络的相位特性也影响着信号的误码率。影响网络相位特性的主要有两个方面，一是网络的失配产生反射所造成的多径效应；二是有设备振荡源的不稳定性所产生的相位噪声。,相位对数字信号的影响,有线电视网络如果存在失配，将产生发射。造成网络反射的原因有：电缆的物理损伤、接头的氧化进水、干线空闲端口没接假负载、分配器有空口没有接假负载等，这些都造成网络失配而产生反射。由多径效应所产生的信号相位失真而造成的误码是影响数字电视接收的重要原因。相位噪声对模拟电视影响比较轻，即便相位噪声指标很差，也不过表现为图象暗场是出现杂乱无章的花纹，因此相位噪声指标在模拟电视里不容易被察觉。挑选相位噪声低的QAM调制器