1、九、有线电视传输系统对数字电视信号质量的影响,1、有线电视传输系统组成：前端系统传输系统（包括光纤干线、HFC网络）终端设备系统2、前端系统影响数字电视信号质量的因素：a）前端系统的设备有线数字电视前端集成了广播电视、计算机通信和网络传输设备。这些设备由不同厂家生产，它们产生的电磁干扰（EMI）水平参差不齐。不同设备的固有噪声源对系统噪声的贡献有较大差异。设备内部固有噪声源：晶体振荡器和时钟分频电路开关电源、快速时间转换电路A/D变换器、无端接电路设备内部固有噪声源的影响：使视/音频信噪比下降 通过不同途径的累加引发时基抖动、漂移，使系统出口节目时钟（PCR）指标严重超标（如图示）。,编码器和
2、QAM调制器的固有噪声是影响前端系统指标的主要因素之一。前端的编码器大多数采用复合编码方式。编码中的模/数变换过程产生的噪声，将对信号造成损伤，使图象清晰度水平下降。编/解码后的视频SNR低于编码前的SNR。这可能使图象产生亮色串扰、细密网纹、水纹等现象。,QAM调制器内部的开关电源、上变频器、本振电路等组件在完成其本身的功能的同时，也扮演了谐波噪声源的角色，它以传导及辐射的形式干扰其它电路的工作。谐波噪声转换为带内噪声，导致I/Q不平衡和相位噪声。使调制误差比MER劣化1-2dB。QAM调制器在运行中，谐波噪声引发的内部PCR抖动漂移可自行校正，而对严重的外部干扰造成的PCR抖动则不能校正。
3、,使用大量相同型号的捷变频QAM调制器将使这些QAM调制器的带外寄生产物相互叠加，影响这些寄生产物所在频道的载噪比和非线性失真。因为相同型号的捷变频QAM调制器采用完全相同的元器件，即使这些调制器工作在不同的频率，它们的一些寄生产物的频率和电平也都相同。对它们的频谱分析表明，它们的输出信号除了在工作频率附近和一些谐波频率上有寄生产物（这些产物与调制器工作频率和电平相关）外，在其它频率上还有另一些寄生产物，它们的频率和电平与调制器工作频率和电平无关。虽然这些寄生输出产物都小于图像载波电平50dB以上，即QAM调制器带外抑制比大于50dB （行业标准规定）。如果大量的相同型号的捷变频QAM调制器在
4、前端混合，这些寄生输出产物就会相互叠加，从而影响这些寄生输出产物所在频道的载噪比和非线性失真等指标。,解决办法：使用固定频率调制器；使用几种不同型号的捷变频QAM调制器；如果使用相同型号的捷变频QAM调制器，应该避开那些受到干扰的频道；捷变频QAM调制器的输出电平不要调到最大电平。,b）前端环境：有线数字电视前端安装了各种模拟设备、数字设备、数据设备，它们共用一个机房。这使前端的电磁环境相当复杂。以一个实际机房的例子来看，该机房安装了31个模拟频道、15个数字频道、2个数据频道相应的设备。实测进入频道混合器前的15个频道QAM调制信号的MER指标为39dB左右。未能达到QAM调制器给出的MER
5、大于（或等于）40dB的要求。因此不能保证用户终端（即STB）要求MER有28dB的最低要求。为保证前端系统输出口的MER、BER及PCR抖动漂移及时延在设备可调整的范围内，要求系统具有优良的EMI性能和提供足够的带外衰减。对机房有下列要求：* 子系统应分门别类安装，特别是数字视频系统设备应远离调制器、UPS等；* 设备保持良好接地；* 选用屏蔽良好的电缆，布线避开强干扰源；* 接线端口的各种连接器安装规范和牢靠。,小结：前端系统因为内部和外部噪声的影响将使：* PCR抖动及时延；* PSI/SI表格发送错误、发送间隔时间产生时延；* 视/音频信噪比下降；* 产生所有类型的噪声。,3、传输系统
6、影响数字电视信号质量的因素：a）SDH光纤干线系统SDH传输DVB-C数字电视信号的方式是：将6-8路的MPEG-2 TS流（约38Mb/s）复用到SDH的DS3 45Mb/s的数字信道中，再将3个DS3信道复用成一个STM-1 （155Mb/s），通过SDH光纤干线以STM-1传输到各个分前端。由于SDH系统本身产生的抖动、漂移、误块，导致DS3数据流损伤。表现为数字电视信号的信噪比下降；相位失真；图象短暂停顿等。上述问题必需由SDH系统自身来解决。,b）HFC网络：光链路：从两个方面影响数字电视信号的性能：光发射机/光接收机、光纤、光连接器/分光器光发射机/光接收机的输入信号大小直接影响其
7、输出信号的非线性失真，使数字电视信号的BER劣化，以及数字解调器瞬间失去同步而无法解调。解决的办法是：控制输入光发射机的RF电平，使工作频带内的总RF功率不会导致激光器的削波失真。控制输入光接收机的光功率，使光检测器不致产生饱和失真。光纤的色散对长距离传输的信号将产生波形失真、组合二次差拍失真（CSO）。这将导致数字电视信号的信噪比和MER降低。解决的办法是：精心设计长距离光纤传输系统，必要时对光纤色散进行补偿。,同轴分配网络：与模拟信号传输不同，数字信号在传输过程中的劣化是突变的。而在突变前几乎无故障工作，终端的图相质量与前端基本一样。但是一过突变门限点（如后图示MER=23.4dB，BER
8、从10E-9跳变到10E-4），数字电视图象出现短暂停顿或局部/整屏马赛克。当数字电视信号的MER=22dB时，机顶盒无法对64QAM的数字电视信号进行解调，产生所谓的悬崖效应黑屏，这时系统将崩溃。,分配网络使信号劣化的因素：模拟/数字信号混合传输相互间的串扰；放大器非线性发射、失真；电缆、分支分配器和连接器的屏蔽性能降低；外界电磁干扰及电源谐波混入。* 模拟/数字信号混合传输相互间的串扰：模拟/数字信号混合传输时，模拟信号产生的失真产物（CSO、CTB）如果落在数字频道上，将使该频道的数字信号产生误码；同样地，数字信号的失真产物如果落在模拟频道上，将使该频道的噪声增加，模拟信号载噪比劣化。将
9、模拟频道中由于数字信号的失真使其频道内增加的那一部分噪声功率称为干扰，用 I 表示，频道固有的噪声功率用N表示，其载噪比应为：C/（I+N）。其中（I+N）包括8MHz带宽内同时出现的CSO、CTB、X-Mod及其它全部的离散干扰。,* 放大器非线性发射、失真：由于数字频道的加入，使放大器的工作频道增加，输入放大器的RF功率增加。而输入RF电平提高1dB，放大器的CTB将劣化2dB。随着放大器的级数增加，放大器的载噪比将下降C/N110logn b（n为放大器的级数）。失真产物和噪声的累加落在数字频道中，QAM信号的MER会迅速劣化。这就是规定放大器限制在3级的原因。* 电缆、分支分配器和连接
10、器的屏蔽性能：由于电缆屏蔽层的损伤；紧压在电缆上的接头产生局部缝隙；接头螺丝扣旷量较大；早期安装的分支分配器工艺的局限性；网络的老化等因素，直接降低了网络屏蔽效能，增加了噪声干扰的侵入，表现为（I + N ）的增高。其对系统输出口的MER影响为MER = C/（I+N）+0.44N+I的增大，MER值将降低。,在分配网的建设中，由于有源/无源部件的不完善，电磁干扰极易进入分配网络系统。此外，CATV系统的有源器件的供电来源于公共电网，电网中丰富的高次谐波将干扰有源器件的正常工作，引发诸如放大器非线性失真、寄生发射等，同样会产生上述结果。因此，分配网的建设中一定要按照行业建网的标准进行。4、终端
11、设备系统终端设备系统包括电视机、机顶盒、Cable Modem等。这类产品电源的高次谐波及本振偏移、泄漏等引发的交叉干扰、带外噪声与外部的固定噪声源、突发性噪声一起，通过相对开放的用户终端盒或用户室内质量差的连接器进入系统。使QAM信号进一步劣化。用户终端产品是公认的CATV网络电磁干扰的源头。国家对音频、视频产品的安全和电磁兼容已规定了3C强制性认证。但机顶盒由于价格因素，各厂家的机顶盒抗干扰水平参差不齐，对网络、终端电磁环境的适应性也各不相同。,小结：由于有线数字电视技术固有的“门限效应”，有可能使相邻两个用户中的一户能够很好地收看节目，而另一户则完全接收不到节目。可以通过终端信号电平、调
12、制误差比MER、误码率BER三个指标来判定产生的原因。这三个指标的劣化，引发的PSI/SI表格发送错误（包括PCR发送错误）将对机顶盒产生如下影响：a）无法对来自终端口的QAM信号解调，b）解调后的TS流解复用及解码出错，c）PCR劣化的程度不同产生三种情况：* 无法解码，* 可解码，但解码后的声音与图象不同不步，* 解码后的彩色信号出现相位失真。d）读智能卡及下载EPG时间延常。,十、机顶盒的应用要求,1.机顶盒分类按广电总局技术规范要求，机顶盒分为：标准清晰度(SD)和高清晰度(HD)两大类。标准清晰度机顶盒按功能又分为基本型，增强型和高级型。2.机顶盒的组成机顶盒由硬件平台，软件平台和智
13、能卡三部分组成。硬件是实现功能的基础，软件是实现功能的具体体现。具备能力的硬件可以通过软件发掘其功能，便宜的机顶盒省去的是件功能，这将限制运营商开发新业务的能力。3.选择机顶盒硬件的考虑处理器运算能力，内存大小，输入/出接口的规格，CA及装载器标准，音/视频标准，数据广播标准，图形处理能力，字库类型，遥控器易用性等。4.选择软件的考虑底层软件应用软件,数字电视机顶盒主要完成数字电视信号解调、解码和表现等功能 数字电视机顶盒是传统模拟电视时代向数字电视时代过度的必然选择 中国模拟电视机保有量约为3.7亿台，全部更新为数字电视机至少需要1015年。 当中国数字电视用户达到10002000万户时，一
14、体化数字电视机将成为市场主流。 当数字电视用户超过3000万时，运营商将广泛开展新业务，而这些新业务将由新型机顶盒支持。,什么是机顶盒（STB）,有线数字电视机顶盒的功能,基本型 基本音视频业务 支持CA系统 基本型EPG 软件升级（Loader） 增强型 按次付费业务（PPV） 数据广播业务（DDB） 广播式视频点播（NVOD） 本地交互业务 集成中间件,高级型 视频点播业务（TVOD） 上网浏览业务 电子邮件收发业务 互动游戏 IP电话业务的功能 开放式的中间件系统 复杂的EPG 回传信道 支持Internet接入 存储硬盘,数字电视机顶盒的组成,数字电视机顶盒包含的层次：从信号处理和应用
15、操作上看，数字电视机顶盒包含以下几个层次：物理层和链路层：包括高频调谐器、QAM解调器、去交织、RS码解码、能量扩散等。传送层：包括解复用，即把TS流分成视频、音频和数据。节目层：包括视频解码、音频解码。应用层：包括业务信息（SI）、电子节目指南（EPG）、图形用户界面（GUI）、浏览器、摇控、CA等。输出接口：包括模拟视频/音频接口、数字视频/音频接口、数据接口、键盘、鼠标。,机顶盒原理框图,电源,机顶盒工作过程,1）高频调谐器接收来自CATV网的RF信号，将其下变频为中频信号，经QAM解调器解调，输出包含音、视频和其它数据信息的传送流。传送流中包含多个音、视频流及一些数据信息。2）TS流解
16、复用器根据PID区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，将其送入解码器。3）解码器和相应的解析软件，完成数字信号的还原（视频PES、音频PES）。4）对于付费电视，CA模块对音、视频流实施解扰，并采用含有识别用户和进行记帐功能的智能卡，保证合法用户正常收看。5）视频PES送入MPEG-2视频解码模块进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块进行解码，输出PCM音频数据到D/A变换器，变成立体声模拟音频信号，经音频电路输出。,数字机顶盒关键技术,1）解调及解码技术2）解复用和信源解码技术3）有条件接收4）嵌入式实时多任务
17、操作系统机顶盒中的操作系统采用实时操作系统Real Time Opration System，RTOS），可以在实时环境中工作，并能在较小的内存空间中运行。目前流行的实时操作系统有：Wind River System公司的Vx WorksMicrowave公司的OS9ST公司的OS20Microsoft公司的Windows CE及专为机顶盒开发的PowerTV随着嵌入式Linux的逐渐成熟,以及Linux的开放性和先进的结构,会对现有的实时操作系统构成巨大的竟争态势.,5） 中间件中间件是指位于机顶盒内部硬件实时操作系统与应用程序中间的软件部分。它规定了一组支持数字电视的应用程序接口（API）
18、，整个API集合被存储在机顶盒的闪存（Flash）中。6）应用软件应用软件执行服务商提供的各种服务功能，如：EPG、VOD、数据广播、IP电话等。应用软件独立于STB的硬件，它可以用于各种STB硬件平台，避免应用软件对硬件的依耐。,主要完成频道选择、解调、误码校正和射频（RF）环通功能 有线数字电视的关键技术指标要求 频率范围：110862MHz 输入电平范围：4477dBuV（64QAM） 载噪比门限： 27dB（64QAM） 通常要求无源RF环通 目前进口高频头性能特别是适应性、稳定性和一致性优于国产高频头 考虑到我国有线电视网络的实际情况，目前国内主要STB厂商都使用Thomson或PH
19、ILIPS的产品,关键件高频头（Tuner）,机顶盒最核心部件，主要由以下模块构成 CPU内核 管理所有内部及外部模块、程序执行机构 主流产品为32位CPU，包括ST20/ST40、IBM PowerPC、MIPS、ARM等 处理能力 早期产品：简单的基本应用5080 MIPS 主流产品：本地交互式应用100200 MIPS 高端产品：支持开放式中间件、复杂应用250400 MIPS 解复用模块 完成TS流同步 按照用户所选择的业务来选取所需的音频、视频或专用数据流 主流产品通常支持 13个TS流接口 3264个数据流过滤器（Section Filter）,关键件主芯片（1）,关键件主芯片（2
20、）,解扰模块 用于对智能卡中经条件接收选取数据的业务/节目解扰的电路 MPEG2音视频解码模块 恢复数字非压缩音频及视频信号，包括如拆分数据包、解压缩、与有关业务同步等处理过程 主流产品由专用数字信号处理器（DSP）构成，不消耗CPU资源 图形处理单元（OSD） 图形处理单元为用户产生显示的图形及文字 早期产品为16色、256色，只能显示比较粗糙、单调的用户界面 主流产品为16位、32位真彩色，可以显示生动、精彩的用户界面 音频/视频处理单元 对数字音频/视频进行转换，产生模拟音频/视频信号 YPbPr接口已经被广泛支持，将提供更高的清晰度和色彩还原度,关键件主芯片（3）,其他接口 智能卡接口
21、 串行数据接口（RS232） I2C接口 通用输入/输出接口（GPIO） 硬盘接口（IDE） 并行数据接口 主流产品及供应商 ST：OMEGA系列，STi5518、STi5516、QAM5516等 IBM：Vulcan、Pallas等 Broadcom：BCM7112、BCM7212等 LSI Logic：SC2005、AViA-9700等 Fujitsu：SmartMPEG等 新兴芯片供应商 Zoran、PHILIPS、ATI及部分台湾厂商,关键件存储器,非易失存储器FLASH ROM 程序、大量配置数据存储空间 主流有线数字电视机顶盒采用4MB以上的配置 易失存储器 SDRAM 程序执行、
22、临时数据存储、MPEG2音视频解压缩存储空间 早期产品采用8MB配置，无法接收大量节目单（EPG）数据 建议主流有线数字电视机顶盒采用16MB以上的配置，以接收80个以上频道、一周的节目单 非易失存储器 EEPROM 存储少量的配置数据，如当前节目、音量等，提供掉电记忆功能 通常配置为64Kb256Kb,机顶盒软件体系结,RTOS,实时操作系统（RTOS）,为机顶盒系统提供软件运行基础 主要完成进程调度、中断管理、内存分配、进程间通信、异常处理、时钟提取等工作 主流RTOS ST的OS20，专门为ST20 CPU设计 优势在于其专用性，能充分利用CPU的硬件性能，实现性能的最优化 劣势在于扩展
23、性差，对芯片高度依赖 VxWorks、pSOS、Nuclears等第三方OS 由专业操作系统供应商开发 优势在于实时性更好，而且可以支持一些扩展功能，如TCP/IP协议等 嵌入式Linux 来源于开放源代码，由专业操作系统供应商，如MontaVista等开发，或由芯片供应商自行完成 优势在于可靠性好，功能强大，扩展性强，资源丰富，适用于复杂功能要求 劣势在于对开发人员要求很高 发展势头迅猛，正成为主流嵌入式操作系统,机顶盒关键技术,信源编码MPEG2（ISO13818）压缩/解压缩技术 信道编码数字调制/解调技术 有线数字电视QAM（正交调幅） 卫星数字电视QPSK（四相相移键控） 地面数字电
24、视COFDM（码分正交频分复用） 嵌入式CPU与SOC（片上系统）技术 嵌入式软件与RTOS（实时操作系统）技术,中间件（Middle Ware）,机顶盒系统的软件平台，为数字电视应用提供运行环境和软件接口 定义了一组完整而标准的数字电视应用程序接口（API） 隔离应用软件与底层硬件和操作系统 对应用程序定义了统一接口 对常规数字广播电视业务和增值业务提供统一接口 传统中间件OpenTV，Liberate，Media Highway等 由专业厂商开发，采用私有API和协议 可以运行于处理能力较弱的硬件平台，简单有效 不利于大规模推广和应用 国际标准DVB-MHP 由Java虚拟机、网络浏览器、
25、图像与多媒体模块等组成 采用开放的API和协议，功能强大而完备，运营商和机顶盒厂商广泛采用 对于机顶盒平台要求高（CPU 160MIPS、FLASH 8MB、SDRAM 16MB以上），实现复杂，存在大量冗余API 在全球范围内，迅速取代传统中间件，成为主流,机顶盒技术发展热点,机卡分离技术 开放式中间件技术 HDTV技术 双向交互式数字电视技术Cable Modem IP TV技术 移动电视与手机电视技术,机卡分离,机顶盒制造商需要大量资源移植不同的CA系统 时间、人力和数目不等的移植费、认证费、生产许可费 每台机顶盒需要交版税 进入不同运营商的采购名录，就需要移植不同的CA 机卡分离是数字
26、电视一体机的必由之路,机卡分离的技术方案,大卡方案 彻底将CA系统剥离到一个模块中，机顶盒与CA无关 一体化数字电视机将采用此方案 基于PCMCIA的方案国际主流 欧洲DVB-CI（DVB通用接口） 北美POD 基于USB2.0的方案 小卡方案 将各个CA系统相同的部分驻留在机顶盒中，不同的部分放在智能卡中 标准化智能卡与机顶盒的通信协议,开放式中间件,纷繁复杂的业务系统是数字电视发展的重要瓶颈 开放的中间件标准是行业发展的大趋势 采取什么中间件主要由运营商决定 运营商是DVB-MHP标准的主要推动者 目前有超过500家厂商进行相关开发，包括前端业务系统、制作工具、第三方应用、机顶盒等 主要数
27、字电视市场都在采用Java浏览器的方式制定标准 欧洲的DVB-MHP 北美的DASE、OCAP GEM（ITU-T J.202）,IBM方案机顶盒框图,高频头 QAM解调,SDRAM,Flash,电源,STB 02500,RS232接口,EEPROM,智能卡接口,前面板 遥控接收,Audio DAC,27M VCXO,I2C,TS流,Broadcom方案机顶盒框图,BCM3402 BCM3418,BCM3402 BCM3418,DDR SDRAM,Flash,电源,27M VCXO,BCM7112,Video Amp,前面板 遥控接收,RS232接口,智能卡接口,EEPROM,I/Q,I2C,软件体系结构,EPG,基本音视频收视,加载器（Loader）,NVOD,PVR,数据广播,股票信息服务,TF-CI 2.0 数字电视业务引擎,Linux OS,硬件平台,CA,设备驱动程序,股票信息服务,数据广播,PVR,NVOD,加载器（Loader）,基本音视频收视,EPG,应用软件,
