1、1,中等职业学校电子信息类教材（通信技术专业）,有线数字电视系统电子教案,主编（第八、九章） 程永斌幻灯制作 程永斌3/1/2007,2,CATV向数字CATV过渡整体平移,“家付通”模式随时可能在全国各个城市出现 家付通标志着有线数字电视网络在开拓新服务领域 方面取得了突破性进展。”国家广电总局副局长 张海 涛对新业务的概括更为生动：“这是蜕变与新生。”青 岛广电已经开通公用事业缴费、个人自助银行、电视 家庭超市和账单支付四大类服务功能。青岛当地大型 超市把商品目录放在有线电视系统上，客户可以在家 中选购并刷卡结算，由超市配送上门此外，客户在当 当网等互联网站下的订单也可以通过电视完成支付。
2、,3,三网合一,数字CATV带宽最宽,IPTV的“带宽”窄,4,第八章 数字电视基础知识,81 模拟电视升级为数字电视 电视( TV )是把活动景物的图像转变成电信号 模拟电视:电信号的强度连续变化 数字电视:信号的强度是断断续续变化 ,用二进制数码代表信号的强度 模拟电视升级为数字电视的意义：提升图像质量，降低成本。是战略技术 高清晰度电视( HDTV ) ，标准清晰度电视( SDTV )和低清晰度电视( LDTV ),5,8.1.2 数字电视系统结构,从信号的流程来看，可以分成节目采集、编辑制作和数字信号处理（图1左部）、传输信道（图8.1)中部）和接收显像三大部分（图8.1右部）。从数字
3、信号处理技术上看，控制程序（软件）与数字设备（硬件）结合在一起才能完成特定功能，软件技术可以分成物理层的传输控制协议、中间件（软件平台）标准、信息表示、信息使用、内容安全等科学技术子系统。据有特定功能的软件又简称虚拟机。,6,数字电视机顶盒（STB）,不淘汰模拟电视接收机，又要实现用模拟机看数字电视的目的，需要在系统输出口与模拟电视之间串入一个设备 STB 它能输出模拟视频信号（V）和伴音信号（A），可以直接引到电视机的V、A端子上。 我国的国策是不生产数字电视接收机。 模数转换（A/D和数模转换（D/A） 有线数字电视机顶盒见第九章,7,13 数字电视的显著亮点,图像清晰度提高1到2倍，不会
4、产生热噪声积累 色彩逼真，无串色；不会产生非线性失真干扰积累 可移动接收，无重影 节目套数可增加到500个以上，成本反而降低 伴音亮丽，容易实现数字环绕立体声，还有多语种功能 能开展多种业务。,8,14 我国发展数字电视的情况,卫星数字电视广播（DVBS）已经播出高清电视（HDTV）和标清（SDTV）电视节目卫星数字电视直播（DBSDTH） 有线数字电视网，标清（SDTV）电视节目，网络运营商向用户免费赠送机顶盒，不能免费收视数字电视节目，实现机顶盒的收费功能和交互电视（ITV），有线数字电视网必须改造成数据通信网，简称双向网 地面数据广播,9,8.2音频信号、视频信号的数字化过程,8.2.1
5、 数字音频信号图83是对一个1000赫兹（Hz）单音频电信号的具体描述。 用直角坐标图形描述脉冲作用见图8.4，从时间上看，此图描述的是断续电信号。通用称谓为等幅脉冲信号。 把模拟信号转化成数字信号过程如图8.2所示 对图8.3和图8.4的两个瞬时值波形做乘法运算，结果用图8.5描述 。,10,8.2.1.1 取样（采样）,取样就是把时间周期化，把无限长的时间坐标分为无数个相同的时间段（即周期），目的是定量分析一个周期之内信号的变化量。当采样频率 f s 2 f m(模拟信号的最高频率) 时，就可以把失真量控制在人耳能接受的范围内。,11,8.2.1.2量化 用计算机进行计算、加工和处理模拟信
6、号的过程,量化比特数：因为M=2n，n代表二进制数码有几位，定名为量化比特数。此例中，M16；所以n4；就算是4比特量化。 量化就是将模拟信号的幅度值离散化,12,8.2.1.3 编码,计算机和数字电视是采用二进制计数的系统，量化电平也必需按特定的规则进行二进制编码。结果为0和1的有序排列组合，称之为数码流。在计算机内，用电脉冲表示0和1，数码流和编码脉冲的含义相同。 Rb量化比特数（n） 采样频率（fs）。,13,三种校验（Parity Codes）码 1奇偶校验码2汉明码3循环冗余校验码,码距（N）定义：在一个编码系统中，两个合法编码之间有N个二进位不同，从上表看出：例如8421BCD码的
7、N为1；带奇校验位的8421码和带偶校验位的8421码 的N为2。奇校验位1001011001、偶校验位0110100110如何设定？在带奇校验位的8421码中，“1”的个数为奇数（1和3）；在带偶校验位的8421码中，“1”的个数（2和4）为偶数； 奇偶校验码是查（检）错码！合法编码中“0”与“1”出错了，产生错误编码。事件为带奇校验位的8421码与带偶校验位的8421码相互变换。,14,8.2.2数字视频信号,声音的波形与空间位置无关，而字符、图形、图像等都与空间位置有关，其数字化技术的复杂性大大增加。 将视频信号转化为数字视频信号的过程就叫做视频信号数字化,15,8.2.2.1人的视觉,
8、把R、G、B定名为三原色 视频信号的频率范围0至6MHz 亮度信号（Y） 色差信号（U与V）,16,8.2.2.2视频信号的第一次采样 时（时间）空（空间位置）转换,动态的电视图像由一系列的静态画面组成 一幅画面是由若干行和若干列象素点组成的阵列，图8.6中，小剑头代表象素点 帧频25Hz 场频50Hz 电子束强度的变化量就是代表亮度（Y）、色差信号（U、V）。上述过程的简称是点采样,17,8.2.2.3扫描原理,与电子束运动距离成线性关系的电流波形如图8.7。显然，行扫描锯齿脉冲的周期也必须是64微秒（参见图8.8a），场扫描锯齿脉冲的周期必然是20毫秒（参见图8.8b）。 从图8.6中左上
9、角的第一个象素点开始，按照从左到右、从上到下的顺序，轰击各个象素点。一行接一行地扫描，完成1行扫描任务所需要的时间叫做行扫周期（Th），相关技术标准给定64微秒，则行扫描频率fh等于15625 Hz。完成一帧扫描任务所需要的时间叫做帧扫周期（Tf），Tf40 毫秒，则帧扫描频率 25 Hz。扫描完一帧画面后再去扫描下一帧画面。,18,续,可以把全部的扫描过成叫做电视图像的第一次采样。 点采样是电子束轰击象素点，线采样是电子束的行扫描过成，电子束的帧扫描就是面采样。画面由点、线、面构成，把点（象素）、线（象素行）、面（象素矩阵）的位置信息转化成只与时间相关的信息就是全部的扫描过成。,19,可以把
10、全部的扫描过成叫做电视图像的第一次采样,点采样是电子束轰击象素点，线采样是电子束的行扫描过成，电子束的帧扫描就是面采样。画面由点、线、面构成，把点（象素）、线（象素行）、面（象素矩阵）的位置信息转化成只与时间相关的信息就是全部的扫描过成。,20,亮度（Y）、色差信号（U、V）的第二次采样,量化比特数越高，图像质量越好。考虑成本因素，通常，Y、U、V都采用8比特量化，即调制后的脉冲幅度（样值）被分为256个量化级，8位二进制数从00000000到11111111共有256个。与0到255的十进制数一一对应，则二进制数成为十进制数的代码。在脉冲调制过程中，要防止过载；传递代码要加入识别符号、同步字
11、码，这都要占用比特位（bit）。通常，第235级代表白电平；第16级代表黑电平，U、V代码是两端各留16个bit。,21,8.3. 有线数字电视系统及前端 光纤同轴电缆混合网简称HFC模式,8.3.1 输入部分 HFC 前端的信号源 信息的来源主要有以下六条渠道。与模拟前端不同之处：输入信号为异步串行码流（ASI），在核心服务器 内复接（混合）。 图8.9是HFC前端的信号流程与硬件框架图。,22,8.3.2核心服务器的功能,前端的核心作用是信号处理，传输码流的监视、解扰、加扰、复用与服务信息（SI）生成和更改、数据调制、，将各个环节集成为一体的设备叫做核心服务器。 用户机顶盒搜索节目，必须靠
12、服务信息（SI）引导。,23,核心服务器的三大功能,信号处理复用器是将多个异步串行码流（ASI）转换成一个新的ASI，新ASI的比特率会大得多，实现充分利用有限比特率的目的。 节目信息管理 用户信息管理,24,8.3.3 信号输出部分（图8.9的中频【 IF 】信号）,邻频混合器起频分复用作用 在有线电视中不宜用射频调制器，应该用中频调制器。 射频物理频道表见1.1 16QAM、64QAM、256QAM的数字调制器 数字电视的电平 与模拟电视的电平,25,8.3.4数字前端的系统管理,系统管理必须做到 实时监控前端工作状态 监视输入码流与输出码流和节目质量 轮番检查受众收视状况 核查计费信息
13、即时打印故障报表及日志。,26,8.4 光纤传输技术,8.4.1 信息高速公路的整体思路 三网融合、互联互通、资源共享 有线数字电视网络是大容量透明传输网、是最佳广播网、是唯一兼容模拟和数字信号的网络、是目前唯一可传输高清晰度电视(HDTV)的现实网络。,27,8.4.2 我国有线数字电视网络,我国有线数字电视网络采用四级组网方式，参看图8.11 SDH成为光纤同步数字传输技术、体制、网络的代名词 SDH和HFC网都传输数字电视信号；但是，数字电视信号的形式不同，前者的是光脉冲；后者的是被数字电视信号调制的光载波，载波的波形是连续的，所以，HFC的本质是模拟光纤网。,28,8.4.3 模拟光纤
14、网HFC网中的光缆干线 ，参见图8.12,HFC网中的光缆干线由驱动放大器、光发射机、光功率分配器、光接收机及单模光纤组成。 100以上的光纤干线，必需使用数字光纤（SDH）；100以内使用HFC网。其中的光纤干线，光载波波长为1550nm时，传输距离在30100之间，30以内使用1310nm的光载波。,29,8.4.3.1光节点的规模,我国的管理部门规定：每个光节点的规模不超过500户 光纤干线到路边（FTTC），500户以下；串接RF宽放两台；光纤干线到建筑物（FTTB），125户以下；串接RF宽放一台，光纤干线入户（FTTH），光节点规模为一户 光节点越小，系统串行环节越少，可靠性越高,
15、30,8.4.3.2 HFC网的上行通道,双向有线电视网络，是一个不对称的通信系统，数据和图像的下行流量大，上行流量小。下行带宽780MHz与上行带宽60MHz之比为13，即下行通信能力是上行的13倍 上行数据通信采用时分多址（TDMA、A-TDMA），抗噪声能力差，要求信道的载噪比大于或等于25dB 上行数据通信采用码分多址（S-CDMA），抗噪声能力强，只要求信道的载噪比大于或等于需15dB,31,8.4.3.3 HFC网的下行通道容量,每一个物理频道占8MHz带宽，通道频率范围为87至862MHz，共安排96个物理下行频道 64-QAM时占用1.8Gbps。可容纳单节目传输流（SPTS）
16、数量，即可容纳标准清晰度电视（SDTV）514套,32,8.5射频（RF）同轴电缆分配网,从图8.13看出，同轴电缆分配网是接入网的最后一部分，这是高低通滤波器到家庭网络之间的传输网。 带宽是51000 MHz（RF） 高通滤波器的通频带带宽是651000 MHz，低通滤波器通频带带宽是565 MHz。 接入子网叫做双向网,33,8.5.1 比较A类网与B类网,射频数字电视信号的载波电平用分贝毫瓦（dBm）计量；射频模拟信号载波电平用分贝微伏（dBV）计量 A类网是双向网，B类网单向的 Y dBV x dBm 108.75 A类网中的有源设备内使用高低通滤波器，上行与下行信号分道扬镳,34,8
17、.5.2 有源设备与无源设备,補赏电缆损耗的放大器具有双向传输功能 H/L滤波器，将上行与下行通道隔离起来 集中分支器是终端星形器件 用户盒有TV和数据（DP）两个插座。上行RF信号电平在112dBV以上，TV与 DP之间的隔离度必须在60 dB以上。,35,8.5.3 A类电缆分配网的技术要点,减少上行汇聚（各个机顶盒产生的噪声和干扰向前端传输）噪声的六项措施：光节点要小：光纤到楼头（FTTB），每个光节点的负荷在125户以下； 使用集中分支器，构建星形分配网络 输出口之间的隔离度要达到 60 dB以上 屏蔽系数大，使用四屏蔽电缆，设备的屏蔽系数达到 60 dB以上 多点工作接地，与安全接地
18、和防雷接地分离，不宜共用等电位连接体。,36,8.5.4 供电,共缆供电（也称集中供电） 选择供电器的功率，负荷功率不超过其额定功率的60%。有源设备内部的直流稳压电源，将60V整流成直流电压。,37,第九章 有线数字电视系统的管理,9.1 .1有条件接收（CA）系统是推动数字电视走向市场的枢扭 开展付费电视和数据广播业务，社会效益第一，兼顾经济利益。使用CA系统，向用户提供更加个性化的专业服务。 北京奥运会将实现以数字高清晰度方式 向全世界转播。,38,9.1.2 CA系统的发展过程,CA是指这样一种技术手段，它只允许被授权的用户使用某一业务，未经授权的用户不能使用这一业务 软件CA系统撇开
19、了硬件系统所必需的专用芯片，把加密体系建立在通用运算平台上，采用软件实现加、解扰算法,39,9.1.3 数字嵌入式的CA系统的组成及工作原理,下行加密TS流和上行加密TS流的加密程序 由于采用的是数字技术，对信号没有损伤 数字嵌入式的CA系统属于同蜜方式 系统主要由节目信息管理系统、加扰/解扰、加密/解密、控制字发生器、伪随机二进制序列发生器（PRBSG）、智能卡、用户管理系统等部分组成。,40,9.1.4 智能卡（Smart Card ）,智能卡与外界通过异步总线连接，芯片内的存储器不能直接从外部访问，因而可以有效地防止非法攻 发放智能卡时，机顶盒与智能卡配对，即时把用户地址码输入到用户管理
20、服务器内；并在智能卡解扰器的邮箱中留下链锁信息，使智能卡发放成为链锁经营模式,41,9.2有线数字电视机顶盒,9.2.1 机顶盒的分类及功能 有线数字电视机顶盒 有线数字电视机顶盒提供的基本功能包括：(1)数字电视广播节目的接收，提供高质量的视频和音频输出。 (2)作为用户端设备，它是用户控制交互电视的接口。具有回传信道，可以提供系统交互操作， (3)需要提供一个友好的界面，便于用户使用和控制；具有电子节目指南(EPG)功能，通过交互操作，使用户方便地选取自己所需的节目。,42,接上页,(4)集成CAS系统。(5)集成中间件系统，支持软件在线升级功能。(6)支持数据广播应用，向用户提供股市行情
21、、票务信息、电子报纸、热门网站等各种 信息以及软件在线升级功能。支持交互式多媒体应用,43,9.2.2 有线数字机顶盒的发展及分类,数字电视接收机和模拟电视接收机的概念 硬件机顶盒数字电视机顶盒 软件机顶盒 软件机顶盒具有升级灵活性和开放性，是未来机顶盒的发展方向 软件机顶盒显示器数字电视接收机,44,9.2.3有线数字电视机顶盒工作原理,图9.2是有线数字电视机顶盒原理框图，机顶盒由高频头(调谐器)、QAM解调器、TS流解复用器、MPEG-2解码器、PALNTSC视频编码器（内含音频DA）、嵌入式CPU系统和外围接口、CA模块和上行数据调制器组成。 中间件(Middleware) ：中间件系
22、统就对应于PC机上的视窗（Windows）操作系,45,有线数字电视机顶盒应用常识,CA系统是数字电视工程项目中的重点项目，功能为用户认证、授权和付费节目加入干扰信号。用户缴纳收视费信息存储在智能卡内，机顶盒与前端进行数据通信，完成用户认证；同时授权给交费用户的机顶盒，对加扰节目实施解扰。CA系统是一个综合性的系统，它涉及数据加解扰算法、加解密算法、智能卡技术以及用户管理、节目管理、收费管理等数据应用技术。,46,改良模拟电视机的显示系统,数字电视的显示格式有18种以上，电视机的显示系统无法适应这么多格式，改良措施三：信源编码时只用一种显示格式，前端安装 前端提供的各种服务功能：电子节目指南、
23、视频点播、数据广播、IP电话和可视电话等，都需要应用软件的支持，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赖。实时多任务操作系统与应用程序中间的软件叫中间件。,47,9.3 用户管理系统(SMS),9.3运营型有线数字电视系统中的用户管理 运营型有线数字电视系统是市场经济的产物，它的基本运作和运行模式与福利型的模拟系统不同，我们必须对用户管理方法和运行模式进行改革。 管理是一门科学，管理科学是最早出现的软科学，是改革社会所必需的一种社会软件 我国的节目提供分三级，中央电视台、各省台和各地市台,48,续前页,建立一个透明的用户管理系统，把用户加密和服务平台放
24、在地市是比较合理的一种方案，这时数字节目主要由中央和省两级提供，地市服务平台（电视台）可以直接接收数据流，从而省去了大量的解码器、编码器。 为了实现全国统一的用户管理系统(SMS)，还必须统一规划有线电视节目识别码：服务信息（SI）统一格式,49,9.3.2 SMS的具体的功能,用户管理：主要功能是处理与维护数字电视用户的基本信息，有注册、修改、查询、删除功能。修改后的用户信息应该在整个系统中立即生效。 订购管理：负责用户订购信息的管理，订购信息的生成、修改、删除、查询 产品管理（节目播出管理）： 主要功能是节目的生成、修改、删除、查询 授权信息管理：通过CAS对用户实施授权，取消授权，对产品、智能卡的有效性确认 计费管理：将节目划分为基本节目（免费）、付费节目；管理交互节目、高清晰度电视节目、标准清晰度电视节目和数据的收费标准，依据用户订购信息计算收费,50,科学管理,收费管理：执行从智能卡收取费用操作 操作权限管理：限定操作员的控制权利，有添加操作员、修改操作员、删除操作员功能 软件接口管理：管理与CAS及相关数据通信网的接口 资源管理：用户管理系统(SM S)是硬件、软件、运行过程的总管 报表管理：自动统计各种数据，分析后生成报表,51,End,52,53,
