《广电宽带城域网技术》实验指导书(电科)

《广电宽带城域网技术》实验指导书（电科版）陈柏年编浙江传媒学院电子信息学院2012年6月实验一有线电视网络认知见习（3学时）一、目的与要求1、掌握CATV网络的基本组成。2、了解CATV网络的播出控制机房的基本组成。3、了解双向HFC网络的光链路。4、掌握HFC接入的基本设备。二、实训场所1、有线电视前端实验室2、HFC网管实验室3、数字电视前端实验室4、有线电视接入实验室三、实训内容和步骤1、有线电视前端实验室熟悉有线电视模拟前端的基本组成，主要设备的功能和信号流程。2、HFC网管实验室熟悉双向HFC光纤链路的组成，主要设备的功能和信号流程。3、数字电视前端实验室熟悉HFC接入的基本设备CMTS和CM的功能和信号连接。四、实验报告及要求1、画出有线电视模拟前端的组成框图，简要说明主要设备的功能。2、画出双向HFC光纤链路的组成框图，简要说明光发射机和光工作站的功能。3、画出双向HFC简要框图，简要说明CMTS和CM的功能。五、课前预习和课后思考1、课前预习：有关有线电视课程和HFC网络的知识要点。2、课后思考：进一步归纳总结HFC网络的主要特点。实验二数字电视前端实验（3学时）一、实验目的1、熟悉有线数字电视前端的基本设备组成和配置连接。2、掌握复用器及网管系统的操作与应用，了解PSI信息的结构、PID再映射等相关内容。3、掌握CAS系统加解扰、加解密的原理。4、了解EPG系统的操作与应用，SI信息中主要表的原理与作用。二、实验设备1、数字卫星接收机2、MPEG-2编码器3、复用器4、加扰器5、服务器6、混合器7、数字电视机顶盒8、监视器三、实验原理（一）有线数字电视系统前端实验室的设备有线数字电视前端系统主要由信源编码压缩、码流复用、信道编码、QAM调制、网络传输及接收等几部分组成。编码及复用模拟图像和伴音经过取样、量化、编码成为基本码流(ES),经过压缩成为传送码流(TS),再进行复用、调制和传输。通常，从信号流程来看，有线数字电视前端播出系统可分为信号输入、信号处理、信号输出及系统管理四个部分。有线数字电视前端实验室的结构是：六功分器是把高频头接收下来的信号分成六路（取其四路使用），三路连接到数字卫星综合解码器（TS流输出），另一路送至数字卫星接收机（视音频输出）再经MPEG-2编码器编码压缩（TS流输出），将各路信号送至复用器进行复用，复用后的信号经QAM调制器调制后输出，再通过混合器混合送至光发射机，经HFC网络传输，在用户端通过机顶盒便可收看到有线数字电视节目。（1）卫星传输信号源利用卫星的一个转发器传送多套数字压缩电视信号有单路单载波SCPC（SingleChannelPerCarrier）方式和多路单载波MCPC（MultipleChannelPerCarrier）方式。SCPC方式的每个载波只传输1套广播电视信号，一个转发器内同时存在多个载波，特点是各套节目可在不同地点上星。MCPC方式的每个载波可同时传输多套广播电视信号，特点是1个转发器只有1个载波，频带和功率的利用率较高，多套节目要经复接后在同一地点上星。（2）数字卫星接收机（SCOM共40台）数字卫星接收机，又称QPSK综合接收解码器IRD（IntegratedReceiverDecoding），主要完成频道调谐、QPSK解调、信道编码、解复用、MPEG-2解压缩和PAL编码形成全电视信号等功能，对有条件接收功能还需加有系统控制和用户智能卡。高频头对于C/Ku频段的卫星电视节目可设置不同的本振频率，C频段为高本振而Ku频段一般为低本振；因此要求IRD具有频谱倒置功能以便接收不同频段的电视节目。另外，还要求IRD既能接收SCPC信号也能接收MCPC信号。（3）MPEG-2编码器（V-SHINE8台，Harmonic1台）MPEG-2编码器是将模拟音视频（A/V）信号按照MPEG-2标准进行压缩编码，然后转换成数字传输流（TS）的一种设备。模拟电视节目可用MPEG-2编码器压缩为2~15Mbps，一般采用6Mbps可获得较好的效果。编码器具有视频实时数字预处理、时基校正等功能，对各种类型和不同图像质量的PAL/NTSC模拟电视信号按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。（4）复用器（V-SHINE8台，汇视源EVRMMULTIPLEXER）复用器是将不同来源如MPEG-2编码器和其它多路单节目码流（SPTS）或多节目码流（MPTS）通过时分复用的形式复接成一路多节目码流（MPTS）。同时，可对所有的PID进行过滤和映射，可对PSI/SI表进行重新编辑和生成。复用是数字前端中的一个重要组成部分，它将所有接收到的信号以多个ASI传输流的方式加到复用器的输入，再将所需要的节目从传输流中提取，然后再将提取的所有节目建立一个新的TS传输流，再加上附加信息以便引导机顶盒的正常接收和解码。复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息（SI），它可实现在1个物理频道上传输4~8套数字电视节目。复用器可以通过前面板设置参数，单独使用，也可以由前端系统主控机通过以太网进行控制。（5）加扰器（V-SHINE6台，汇视源EVSCRSCRAMBLER）数字加扰器是DVB广播系统中一种重要的设备，能够按照DVB标准加扰算法对将来源于复用器的多节目码流（MPTS）或其他单节目码流（SPTS）进行DVB同步加扰。与条件接收系统（CAS）相配合使用，通过接收CAS系统发出的密钥对输入的TS的节目进行加扰，实现数字电视节目的有偿广播和收视管理。同时，将其所连接的CAS下传的ECM、EMM等信息复用进码流中。支持同密，兼容多个条件接收系统，允许多家的CA系统同时接入。（6）条件接收系统（CAS）条件接收系统是数字电视接收控制的核心技术保障系统。条件接收系统的功能是只允许具有授权的用户使用相对应的业务，而未授权或权限受限制的用户不能使用相关业务。它通过对各项数字电视广播业务进行授权管理和接收控制来实现各项功能。一般采用加扰控制字（CW）加密传输的方式，接收端利用智能卡进行解密。CAS可以按不同情况对数字电视广播业务按时间、频道和节目进行管理控制。（7）QAM调制器（V-SHINE8台，QAM860-A射频输出）QAM调制器实际包括基于DVB-C标准的信道编码和QAM调制两部分功能，有些也包括上变频。信道编码的目的是保证信号传输的可靠性；QAM调制是对经过信道编码的数字电视信号进行调制，输出中频信号，使其具有很高的抗干扰能力，便于在有线电视模拟网中传输。上变频主要是将调制器输出的数字中频（IF）信号变为射频（RF）信号后输出。（8）电子节目指南（EPG）系统电子节目指南EPG（ElectronicProgramGuid）是指在符合MPEG-2的TS传输流中插入DVB标准定义的业务信息SI（ServiceInformation），使机顶盒（STB）的综合接收解码器（IRD）可以从TS流中提取出节目提供商播出节目的列表和播出参数，以直观的形式显示给数字电视用户，使得用户可以方便地接收、选择数字电视节目。基本EPG信息是指完全可以用《数字广播业务信息规范（GY/Z174-2001）》中的网络信息表（NIT）、业务群关联表（BAT）、业务描述表（SDT）和事件信息表（EIT）进行描述的EPG信息。在数字电视节目的播出过程中，可以加入辅助的SI信息，供机顶盒解码器的开发者来实现不同的电子节目指南的导航功能。利用机顶盒收看数字电视节目，用户通过EPG不仅能够接收普通的电视节目、广播节目或图文电视节目，而且，还可以查看感兴趣的信息。（9）用户管理系统（SMS）数字电视用户管理系统SMS（SubscriberManagementSystem）是数字电视建设及业务开展中不可或缺的关键环节，是有线电视发展、直播卫星系统建立、数字付费电视业务开展中必须建立的运营管理系统。SMS系统应能实现用户资料管理、收费管理、业务设置、维护受理、统计分析、工单管理、客户服务、代理商管理等运营支撑功能。除上述设备外，实验室还配置了16路混合器1台（使用9路），1分8的码流分配器2台，SDH网络适配器2套等。（二）主要概念1、传输流（TS）传输流TS（TransportStream）是MPEG-2规范的系统层提出的、对多路节目进行复用的两种方案之一（另一种方案是针对可靠信道传输的节目流PS），主要针对非可靠信道的传输，比如卫星信道、微波信道和CATV信道。传输流这种机制可将多路节目复用成一个流，并且，同一节目还可以包含多个视频和音频流。组成传输流的是一系列连续的数据包，简称TS包。TS包的长度固定，一般是188字节。如果在这种TS包的尾部加入16字节的RS纠错码，则包长为204字节。传输流的形成过程是：组成节目的视频流和音频流经过基础流编码器之后，形成基本流（ES），每一路视频流或音频流对应一路基本流。基本流经过打包，形成打包基本流（PES）。每一个PES包都有流标识、用于视、音频解码和播放同步的时戳。PES包和其它的数据、控制信息经过复用器，形成TS包。每一个TS包都有一个包标识PID，同一基本流对应的TS包，PID的值相同。TS流就是通过对各个基础流分配不同的PID号来唯一的标识各个不同的基础流、信息表和其它数据。每一个TS包最多只能传输一路基础流的内容。为了实现众多编码器与解码器直接的时钟同步，防止解码器的缓冲发生上溢或下溢，在系统流中加入了一个精确的系统级时间参考值，在TS流中，时间参考值称为节目参考时钟（PCR）。在解码器端，当检测到本地系统时钟和PCR所表征的时钟不一致时，解码器将调整本地系统时钟。2、网络（network）一个传输系统，可以传输一组MPEG-2码流。网络使用network_id来进行标识，不同运营商所运营的网络，对应的network_id不同。3、业务（service）在广播者的控制下，可以按照时间表分步广播的一系列节目。一个业务可以理解为一个逻辑意义上的频道。使用service_id来标识一个业务。同一个传输流中，service_id必须唯一。四、实验内容和步骤（一）复用器部分操作1、双击桌面上“汇视源网络管理软件”的图标，打开该软件接口。2、首先选取复用器。双击复用器，弹出该复用器的操作界面。3、在复用器操作接口的“输入”框中点击右键解析节目，获得节目资源。当展开“ASIIN1”的节点时，输入码流中的节目就会显现出来，可看到每台复用器有8个输入口（8个ASIIN口），每路输入中有若干套节目。其中最后一个输入口用于EPG的接入。4、通过选取按钮，可以选定需要复用部分节目到“输出”框中。由于复用器输出码率的限制（38Mbps），一般选择6套（5套卫星节目，1套编码器节目）。当有些节目不需要复用而它本身又在“输出”框中时，可以把它删除，选中“输出”框中的某一个节目，然后点击红色框中的按钮即可。5、对选取的每一套节目进行规划。既对每套节目的输出值按照事先制定的规划表进行修改。可以直接双击“输出”框中的节目名，即弹出“编辑节目信息对话”框，可以对输出值进行修改；由于输入值是卫星接收机接收的参数，不能修改。主要修改参数：节目号、PMTPID、PCRPID、VIDPID、AUDPID（其中，若在输入值中PCRPID和VIDPID一致，则在输出值中两个值也应保持一致，主要参考VIDPID。否则，系统会提示错误）。6、完成对节目输出的规划后，单击“输出”框中的节目名，出现下拉菜单，可看到所设置的内容。点击按钮，节目就会提交，在提交之前会弹出确定提交对话框，点击“yes”。7、待最下端的提示框提示操作完成后，开始复用，点击按钮，开始复用后，会弹出对话框，点击“yes”即可完成节目的复用。（二）EPG系统操作1、配置网络、传送流、业务（1）首先配置网络。（2）配置传送流：点击“功能”“配置网络、传送流、业务”右键点击“网络号”点击“添加传送流”写入：传送流标识符、网络标识符、下行频率点击“确定”（3）配置“业务”：右键点击“传送流号”添加“业务”写入：业务标