数字电视系统介绍

内容提要概述一、数字电视技术的发展二、有关基础知识三、数字电视技术的相关标准四、数字有线电视系统五、TS、PSI、SI介绍概述有线电视技术发展趋势：数字化网络化综合化智能化概述增值业务：个性化的视频服务；PPV(PayPerView按次付费）；VOD；EPG；数据广播；…扩展业务：IPPHONE；INTERNET；电子商务；电子购物；远程教育、医疗；…概述依托现有的CATVHFC网络，目前采用的技术方式：DVB—CCMTS（电缆调制解调器终接系统）+CableModemEoC一、数字电视技术的发展1．数字电视是电视发展的必然趋势电视技术的革命：第一次：黑白→彩色第二次：模拟→数字电视发展到今天，它的适用范围早已超越了广播娱乐界，广泛地扩展到文化教育、科研管理、工矿企业、医疗卫生、公安交通、军事宇航和人们日常生活的各个领域。随着信息时代的到来和数字技术的飞速发展，电视进入数字时代已是势所必然。传统的模拟电视最大的缺点是：逐级放大的传输方式容易产生噪声，长距离传输后信噪比恶化，图像清晰度受到严重损伤，图像对比度产生较大的畸变，相位失真也会造成色彩失真；对设备的非线性失真十分敏感。此外，模拟电视还具有稳定性差、可靠性低、调整繁杂、不便集成、自动控制困难、以及成本高昂等缺点。数字电视是数字化信息技术革命的产物。所谓数字电视，是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化、编码等一系列处理转换成二进制数代表的数字式信号，然后可以很方便地进行各种处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得了比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有了模拟技术不能达到的新功能。电视技术+计算机技术→数字电视技术2．数字电视的技术优势（1）采用了先进的图像压缩编码技术，因而每套节目占用的频带窄，可以更充分地利用频率资源。例如，在有线电视中，原来的一个模拟电视频道，可以用来传送6-8套标准清晰度的数字电视节目。对用户来说，这意味着可选择的节目将更加丰富。同时，节目大容量的低廉传输和广范围的收视使网络运营费用大幅度降低。（2）图像清晰度高、音频效果好、抗干扰能力强。数字电视信号的信噪比和连续处理的次数无关，在传输过程中，不会降低信杂比。因此数字电视信号的传播不像模拟信号会在传输过程中噪声逐步积累，它不受地理因素的限制，几乎可以无限扩大覆盖面。因此，数字电视清晰度高，在接收端看到的电视图像及声音质量非常接近演播室水平。（3）伴音质量大幅度提高。目前的模拟电视，伴音是单声道的，只有个别电视台刚开始试播双声道的丽音，而数字电视可以提供5+1的环绕立体声。（4）数字电视采用大规模集成电路，结构更加简单，成本进一步降低，可靠性比模拟电视更高。（5）易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。同时保证了现有模拟电视画面的格式，普通电视机前加装数字电视机顶盒即可接收数字电视节目，电视台的电视节目制作设备也可沿用。（6）由于采用数字技术，数字电视有利于实现电视广播与计算机网络的融合，从而可以大大扩展服务内容，目前数字电视的标准已经考虑了与ATM的互操作性。对用户来说，这意味着可以从被动地收看变成主动地准交互（本地交互）、交互地收看。而且随着节目源的丰富，用户可以获得更多的游戏娱乐节目；获得各类针对性的信息资讯，如财经信息等；其它服务，如：付费节目、随次计费节目、电影选播系统、歌唱点播、新闻选取、电视在线教育、电视购物、数字电子游戏、居家银行及互联网浏览等新颖服务。（7）很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术，便于开展各类收费业务。而且条件接收系统的应用，可以实现对用户的良好管理，确保了资金的有效回报。上述电视数字化的技术优势，无论是对于消费者，还是对于相关企业，甚至是对于整个电子产业、广播行业，都意味着一场巨大的变革。对于消费者而言，数字电视不只是图像更清晰、声音更逼真、屏幕更大及频道更多，而且集电视、电脑、电信的功能为一体，使电视的用途由单一性向多元化发展，成为千家万户进入信息高速公路的便捷通道；对于电视机厂家、电视台、电视制作和传播媒体而言，数字电视的出现既是一种挑战又是一种机遇。但它所带来的电视市场扩容潜力将无可估量，并可推动通过数字电视的交互式特点开展各项业务的多种行业的发展。3.数字电视的发展历程与现状1994年，数字卫星电视启动；1998年，数字地面电视开始试播；欧、美、日发展较快；数字卫星电视出现最早，目前最为成熟与规范；数字有线电视和数字地面电视目前尚处于起步和试验阶段。4.数字有线电视在我国面临良好的发展机遇（1）有线电视目前在中国有9000万以上用户，2005年将达到1.2亿。经济发达地区和城市的电视用户多数通过有线收看电视节目，同时有线电视数字化的技术基础也较成熟。有线电视数字化的发展将能够支持最全面的业务。（2）我国尚未放开个人和家庭直接接收卫星电视信号的限制，至于数字电视的地面广播，有关标准国际上正在制定中，美国计划于今年开播，我国则会更晚一些，而且地面广播的频率资源有限，设备投资较大，发展受到局限。而我国有线电视网络已经遍布大中城市，乃至县城和一些乡镇，总用户将近9000万，实现数字有线电视广播，增加的频道数最多，在传输链路上的投资最少。（3）对于标准清晰度数字电视和家用级普及型数字电视，播放设备投资不大，国内也有条件自行研制、开发和生产。（4）不需要更新已经有的电视机，只要增加一个机顶盒，就能收看数字电视节目，广大有线电视用户比较容易接受，因而市场可以很快启动。结论：尽管数字电视在国外首先发展的是卫星直播电视，但在我国，目前最有条件发展的则是数字有线电视。二、数字通信基础知识－－1.1信道与带宽传输信息的通路称为信道，可以分为两种：传输模拟信号的称为模拟信道，传输数字信号的信道称为数字信道。信道所能传送信号的频率宽度，称为带宽。数字信号本身频谱的宽度，决定了传输信道的最小频道宽度。数字通信基础知识－－1.1数据传输速率比特率：是指二进制数码流的信息传输速率，单位是：bit/s简写b/s或bps，它表示每秒传输多少个二进制元素（每一个二进制的元素称为比特）。波特率：也就是符号率，又称调制速率，是针对模拟数据信号传输过程中，调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值，单位是B/s，称为波特(baud)率。R=Blog2N（b/s），其中R是比特率，B是波特率，N是n比特的电平数（即，进制数）。数字通信基础知识－－1.2信源编码抽样：将时间上连续的取值变为有限个离散取值的过程。量化：将经抽样后幅度上无限多种连续的样值变为有限个离散值的过程。编码：把量化后的信号按照一定的对应关系转变成一系列数字编码脉冲的过程。数字通信基础知识－－1.3信道编码纠错：在信道编码过程中将附加数据加于数据流之中，在接收端通过校验位来发现有错误的数据字，并给予纠正。交织：是对纠错过程的补充。其基本原理是在编码时将数码流按已定义的规则“搅乱”，在接收端再将那些“搅乱”的数据字按相反的规则重新排列，使之恢复出原始次序。数字电视前端硬件平台－－2.2数字卫星接收机2.2.1概述因为我国上星的数字电视节目的大部分采用的是QPSK调制方式，数字卫星接收机都是QPSK解调。数字卫星接收机也分为几种，有的虽然是接收卫星上的数字节目，但是输出的还是模拟的音视频信号，这就是目前大部分电视台前端系统所采用，还没有改造的。有的是直接是输出TS码流；还有一种就是既能输出模拟信号，又能输出数字的TS码流。数字电视前端硬件平台－－2.2数字卫星接收机2.2.2QPSK调制原理数字电视前端硬件平台－－2.2数字卫星接收机数字电视前端硬件平台－－2.2数字卫星接收机数字电视前端硬件平台－－2.4QAM调制器2.4.1调制方式的选择DVB-S中，采用的是QPSK调制解调方式；DVB-C中，采用的是QAM调制解调方式；DVB-T中，采用的是OFDM多载波调制，每个载波再采用QPSK或者QAM调制。数字电视前端硬件平台－－2.4QAM调制器2.4.2调制速率16QAM调制中，一个符号用4个比特来表示；64QAM调制中，一个符号用6个比特来表示；256QAM调制中，一个符号用8个比特来表示。64QAM的调制符号率在8NHz最高可以达到6.89MBps，这样它的最高数据传输速率为6.89×6＝41.34Mbps，由于其中有RS编码，去掉冗余，有效传输数据速率为41.34×（188/204）＝38.1Mbps。数字电视前端硬件平台－－2.4QAM调制器2.4.2QAM调制原理正交调幅（QAM）是幅度调制和相位调制的结合，既调幅又调相。QAM是将调制符号调制到一对正交载波上，是二维调制技术。数字比特序列被分成两个序列，以16QAM为例，每4个调制比特分为两组，每组两个比特，分别去调制同相正交载波，然后将两路已调信号相加发送。数字电视前端硬件平台－－2.4QAM调制器2.4.2QAM调制原理框图数字电视前端硬件平台－－2.4QAM调制器2.4.2QAM星座图数字电视前端硬件平台－－2.4QAM调制器2.4.3调制器与复用器现在我们可以跟前面的复用器结合起来考虑：如果采用64QAM调制方式，最高有效数据传输速率可以达到38.1Mbps，那么采用的复用器如果可以容纳38Mbps的速率，一路节目的数据速率为4Mbps，那么就可以复用9套节目；如果一路节目的数据速率为6Mbps，那么可以复用6套节目。也就是说，复用的节目数越多，那么每套节目的数据速率越低，这要根据实际情况，根据不同的节目要求去处理。数字电视前端硬件平台－－2.5加扰器加扰器所完成的主要功能有以下这些：对指定节目或者TS流进行DVB加扰处理与CA有关的PSI、SI信息，可以是PSI、SI动态再生在TS流中插入EMM（授权管理信息）和ECM（授权控制信息）数据流，生成加扰控制字CW关于其详细的工作原理在后面的CA系统中给予介绍。数字电视前端硬件平台－－小结还有其他的一些设备这里没有具体介绍，像切换矩阵、视频服务器等等，因为这些设计不到什么技术，仅仅是系统集成，所以这里不再叙述。一个完整的数字电视系统，应该包括上面介绍的一些基本设备，当然还要加上相应的软件平台，下面将给予介绍。数字电视前端软件平台－－3.1EPG系统3.1.1、EPG主要功能为用户提供节目指南，可以与用户之间实现互动操作将节目单上的原始信息存入数据库从数据库中提取原始数据，生成DVB-SI规定的表，也就是生成SI信息按照一定的周期将SI信息送入复用器复用器将这些表于其他节目的TS流复用在一起，然后通过QAM调制器后送入HFC网。数字电视前端软件平台－－3.1EPG系统3.1.2、EPG工作原理DVB-SI标准的SI信息主要是给用户端提供设置信息，从而可以使接收机能够自动调谐接收特定的节目并对节目进行分组。SI中有传送的节目信息，包括节目的种类，节目的时间，节目的来源等等。这些信息包含在4个表中：网络信息表（NIT）、业务描述表（SDT）、节目信息表（EIT）、时间日期表（TDT）。数字电视前端软件平台－－3.1EPG系统3.1.2、EPG工作原理网络信息表主要提供接收端所需的接收频率、符号率、调制方式等等。业务描述表主要提供复用器中与节目或者业务有关的节目名字等参数。节目信息表给出各类节目的时间安排。时间与日期表提供节目开始的具体时间，由于TDT表有具体的时钟信息，因此有时也可作为IRD的解码时钟的更新。数字电视前端软件平台－－3.2DVB-CA系统3.2.1有条件接收基本概念条件接收子系统：是解码器的一部分，其作用是对电子密钥进行解码并恢复出原来用于控制解扰序列的所需要的信息。加扰控制字（CW)：用于解扰器中的密钥。加密：加密是指为了加扰信号而进行的连续不断的改变电子密钥的处理。电子密钥一般通过信道安全地传送给用户授权控制信息(ECM)：授权控制信息是一种特殊形式的电子密钥信号和信道寻址信息。授权管理信息(EMM)：授