有线电视技术08

第八章有线数字电视系统重点难点有线数字电视的基础知识数字电视机顶盒有线数字电视系统的用户管理有线数字电视系统的常见故障与维修第一节有线数字电视的基础知识数字化是一场全世界范围的新技术革命，是广播电视发展的必然趋势。数字电视是从节目摄制、编辑、发射、传输到信号接收、处理、显示整个过程完全数字化的系统，图像的清晰度是现有模拟电视的几倍，信息量有10倍之多，在技术上可以达到同时播出500套节目的容量。数字电视具有丰富的电视节目、数字广播、阳光政务、资讯服务、互动游戏等功能。目前，我国的广播电视已经在制作、播出、传输环节实现了数字化，用户的模拟接收端已经成为影响广播电视数字化的瓶颈。有线电视的数字化就是将模拟用户整体转换为数字用户，进而成为国家信息化、社会信息化、城市信息化、家庭信息化的重要标志。有线数字电视的特点有线数字电视是一项全新的有线电视服务系统，它将传统的模拟电视信号经过采样、量化、编码转化成二进制的数字信息，进行处理、传输、存储和记录，经过有线电视网络传输，通过机顶盒接收、解码转换成AV信号。它具有如下特点：1可以大大增加节目容量。现有的频道资源得到极大的拓展，节目容量可以达到500套，能够提供丰富多彩的节目。2可以大大提高节目质量。能够提供更加清晰的图像质量和优美的音质，用户可以享受到高清晰度电视节目和电影院的音响效果。2可以大大丰富服务内容。使用户在享受广播电视服务的同时，还能够享受到如股票、生活服务、市政公告、天气预报、交通信息等各种资讯信息的服务。3可以大大满足个性化需求。使用户能够按照自己的需要，点播自己想看的电视节目，可以享受如在线游戏、短信等多种交互式点对点的娱乐和信息等服务。有线数字电视系统的组成有线数字电视系统一般由数字模拟混合前端、光纤干线传输网络、同轴电缆用户分配系统组成三大部分组成，数字模拟电视信号采用一定的数字混合后，经放大后供给光发射机，电信号经光发射机转变为光信号，再经光分路器送入光缆。在接收端由光接收机转变为电信号，送入同轴电缆分配系统，最后传送至用户。有线数字电视系统各部分常用的设备包括：数字卫星接收机、编码器、复用器、数字数据广播器、QAM调制器、准视频点播服务器、条件接收和用户管理系统、节目管理系统、有线传输网络、用户机顶盒等。组成如下图8-1所示编码器Ts流视、音频数据卫星接收机视音分SDH头端适配器ASI输出ASI输出复用器SI注入器EPG信息加扰器CA系统ECM信息和EMM信息调制器卫星节目本地模拟节目省干线模拟信号调制器混合器视频服务器自办节目采集节目并上传HFC网络各个分前端楼头终端机顶盒MTM400监控数字卫星接收机将从卫星上接收到的国内、外数字卫星节目进行QPSK解调，输出标准的数字电视节目传输。编码器对模拟的音、视频节目按MPEG-2的标准进行数字化编码，产生标准的数字电视节目传输流。复用器将多个标准的数字电视节目传输流复合为一个数字传输流，实现一个物理电视频道上传输4-8路数字电视节目。数字数据广播器将多种格式的数据转换为MPEG-2格式的数据包，然后，可对多个数据流复合为一个数据流在CATV网上传输。QAM调制器主要是对经过信道编码和复用后的数字电视信号进行调制，使其具有很高的抗干扰能力，便于在有线电视网络中传输。准视频点播服务器包括标准的DVB编码工作站、多数字节目的软件复用、节目存储和多频道播出软件等。条件接收系统对广播的数字节目和数据进行加密，从而实现数字电视的付费功能。用户管理系统包括用户档案信息、用户收视信息、银行收费系统和用户结算及授权信息的管理。实现服务提供、最终用户反馈和统计记录以及用户智能寻址和收费管理等。节目管理系统用来接收所有来自内容和服务提供商的信息源，将不同信息源(数据库、Internet、其他应用)，不同格式(文本、比特流、图像)的信息转换为符合DVB/DDB结构支持的服务或页面以及按照节目要求的页面格式进行编辑，并对这些信息进行相应的包装和分配。户机顶盒(STB)是数字有线电视信号的终端接收装置，它将电缆传来的调制在高频上的信号经过同步解调，还原为基带信号，再经过发送端编码的反过程，还原成未压缩前的多个频道的数据信号送入电视机供用户观看。数字机顶盒可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，包括收看普通电视节目、数字加密电视节目、点播多媒体节目和信息、电子节目指南（EPG）、收发电子邮件、因特网浏览、网上购物、远程教育等，需要的条件是双向CATV网。数字有线电视系统可以实现如下功能：娱乐功能：电影、优育、时装、综艺等娱乐节目丰富多彩，通过预先购买的收视计费卡，只需遥控器一按，便可任意收看专项付费频道节目；精心动魄的国际大片，“点石成金”的名师指点，省却了到VCD音像出租店的烦恼，足以让人觉得“物有所值”，数字视频效果给人带来的超值享受了；学习功能：生动有趣的百科知识，必使您受益匪浅；炒股功能：实时接收股市信息和行情，使炒股变得更加轻松；音频广播功能：数字电视同样可以播出美妙动听的音乐；信息服务功能：如天气预报、交通信息等；交互功能：通过交互功能，可以实现准视频点播等交互功能（扩展）；上网功能：不需要电视线，通过机顶盒就可以浏览互联网（扩展）；远程教育功能：只要开辟远程教育课程，数字电视就易实现远程教育（扩展）。第二节数字电视机顶盒数字电视机顶盒的功能、原理与结构有线电视网络正在向数字化、网络化、产业化方向发展，有线电视网络提供综合信息业务的关键设备之一是用户终端设备数字机顶盒。机顶盒STB（Set－Top－Box）起源于20世纪90年代初的欧美。机顶盒的主要作用是用普通模拟电视机收看数字电视节目或数字高清晰度电视节目，当然也具备网络和有条件接收功能，这种机顶盒被称为数字电视机顶盒。根据传输媒体的不同，数字电视机顶盒又分为数字卫星机顶盒（DVB－S）、地面数字电视机顶盒（DVB－T）和有线数字电视机顶盒（DVB－C）三种，三种机顶盒的硬件结构主要区别在解调部分。1、数字电视机顶盒的概念对于机顶盒，目前没有标准的定义，传统的说法是：“置于电视机顶上的盒子‘。数字电视机顶盒是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，通过电视显示器和音响设备给观众提供高质量的电视节目。目前的数字电视机顶盒已成为一种嵌入式计算设备，具有完善的实时操作系统，提供强大的CPU计算能力，用来协调控制机顶盒各部分硬件设施，并提供易操作的图形用户界面，如增强型电视的电子节目指南，给用户提供图文并茂的节目介绍和背景资料。同时，机顶盒具有“傻瓜计算机”能力，这样通过内部软件功能和对网络稍加进行双向改造，很容易实现如因特网浏览、视频点播、家庭电子商务、电话通信等多种服务，可谓一网打天下。数字电视机顶盒是信息家电之一，利用有线电视网络作为传输平台，电视机作为用户终端，以提高现有电视机的性能或增加其功能。它是一种能够让用户在现有模拟电视机上观看数字电视节目，并进行交互式数字化娱乐、教育和商业化活动的消费类电子产品。2、数字电视机顶盒的功能数字电视机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能。事实上，机顶盒可以支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用，如数字电视广播接收、电子节目指南（EPG）、准视频点播（NVOD）、按次付费观看（PPV）、软件在线升级、数据广播、Internet接入、电子邮件、IP电话和视频点播等。（1）电子节目指南（EPG）：它为用户提供一种容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目。（2）高速数据广播：它能为用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种信息。（3）软件在线升级：它可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。（4）因特网接入和电子邮件：数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连,使用PC接入因特网。（5）支持交互式应用如:视频点播、互动游戏等。（6）有条件接收：有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。3、数字电视机顶盒的原理与结构数字电视机顶盒接收各种传输介质来的数字电视和各种数据信息，通过解调、解复用、解码和音视频编码(或者通过相应的数据解析模块)，在模拟电视机上观看数字电视节目和各种数据信息。以有线数字电视机顶盒为例，其工作原理如下：有线数字电视机顶盒接收数字电视节目、处理数据业务和完成多种应用的解析。信源在进入有线电视网络前完成两级编码，一是传输用的信道编码，另一级是音、视频信号的信源编码和所有信源封装成传输流。与前端相应，接收端机顶盒首先从传输层提取信道编码信号，完成信道解调；其次是还原压缩的信源编码信号，恢复原始音、视频流，同时完成数据业务和多种应用的接收、解析。根据接收数字电视广播和互联网信息的要求，一个数字电视机顶盒的硬件结构由信号处理（信道解码和信源解码）、控制和接口几大部分组成。机顶盒的结构图如图8-2所示。机顶盒从功能上看是计算机和电视机的融合产物，但结构却与两者不同，从信号处理和应用操作上看，机顶盒包含以下层次：(1）物理层和连接层：包括高频调谐器，QPSK、QAM、OFDM、VSB解调，卷积解码，去交织，里德—索罗门解码，解能量扩散。(2）传输层：包括解复用，它把传输流分成视频、音频和数据包。(3）节目层：包括MPEG-2视频解码，MPEG/AC—3音频解码。(4）用户层：包括服务信息，电子节目表，图形用户界面（GUI），浏览器，遥控，有条件接收，数据解码。(5）输出接口：包括分模拟视音频接口，数字视音频接口，数据接口，键盘，鼠标等。数字电视机顶盒的工作过程大致如下：高频头接收来自有线网的高频信号，通过QAM解调器完成信道解码，从载波中分离出包含音、视频和其它数据信息的传送流(TS)。传送流中一般包含多个音、视频流及一些数据信息。解复用器则用来区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，送入MPEG－2解码器和相应的解析软件，完成数字信息的还原。对于付费电视，条件接收模块对音、视频流实施解扰，并采用含有识别用户和进行记账功能的智能卡，保证合法用户正常收看。MPEG－2解码器完成音、视频信号的解压缩，经视频编码器和音频D/A变换，还原出模拟音、视频信号，在常规彩色电视机上显示高质量图像，并提供多声道立体声节目.数字电视机顶盒的主要技术信道解码、信源解码、上行数据的调制编码、嵌入式CPU、MPEG-2解压缩、机顶盒软件、显示控制和加解扰技术是数字电视机顶盒的主要技术。1信道解码数字电视机顶盒中的信道解码电路相当于模拟电视机中的高频头和中频放大器。在数字电视机顶盒中，高频头是必须的，不过调谐范围包含卫星频道、地面电视接收频道、有线电视增补频道。根据DTV目前已有的调制方式，信道解码应包括QPSK、QAM、OFDM、VSB解调功能。2信源解码模拟信号数字化后，信息量激增，必须采用相应的数据压缩标准。数字电视广播采用MPEG-2视频压缩标准，适用多种清晰度图像质量。音频目前则有AC-3和MPEG-2两种标准。信源解码器必须适应不同编码策略，正确还原原始音、视频数据。3上行数据的调制编码开展交互式应用，需要考虑上行数据的调制编码问题。目前普遍采用的有3种方式，采用电话线传送上行数据，采用以太网卡传送上行数据和通过有线网络传送上行数据。4嵌入式CPU嵌入式CPU是数字电视机顶盒的心脏，当数据完成信道解码以后，首先要解复用，把传输流分成视频、音频，使视频、音频和数据分离开，在数字电视机顶盒专用的CPU中集成了32个以上可编程PID滤波器，其中两个用于视频和音频滤波，其余的用于PSI、SI和Private数据滤波。CPU是嵌入式操作系统的运行平台，它要和操作系统一起完成网络管理，