(精品)有线电视技术08+09.ppt

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 3/1/20071CATV向数字CATV过渡整体平移“家付通家付通”模式模式随时可能在全国各个城市出现家付通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：“这是蜕变蜕变与新生新生。”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。2三网合一,数字CATV带宽最宽IPTV的“带宽”窄3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v模拟电视:电信号的强度连续变化 v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v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v高清晰度电视(HDTV)，标准清晰度电视(SDTV)和低清晰度电视(LDTV)48.1.2 数字电视系统结构v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。5数字电视机顶盒（STB）v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 STBv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。v我国的国策是不生产数字电视接收机。v模数转换（A/D和数模转换（D/A）v有线数字电视机顶盒见第九章613 数字电视的显著亮点v图像清晰度提高图像清晰度提高1到到2倍，不会产生热噪声积累倍，不会产生热噪声积累v色彩逼真，无串色；不会产生非线性失真干扰色彩逼真，无串色；不会产生非线性失真干扰积累积累v可移动接收，无重影可移动接收，无重影v节目套数可增加到节目套数可增加到500个以上，成本反而降低个以上，成本反而降低v伴音亮丽，容易实现数字环绕立体声，还有多伴音亮丽，容易实现数字环绕立体声，还有多语种功能语种功能v能开展多种业务。能开展多种业务。714我国发展数字电视的情况v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v卫星数字电视直播（DBSDTH）v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v地面数据广播 88.2音频信号、视频信号的数字化过程8.2.1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。9 8.2.1.1 取样（采样）v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。108.2.1.2量化用计算机进行计算、加工和处理模拟信号的过程 v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。v量化就是将模拟信号的幅度值离散化 118.2.1.3 编码v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。vRb量化比特数（n）采样频率（fs）。12三种校验（三种校验（Parity Codes）码）码1奇偶校验码2汉明码3循环冗余校验码v码距（码距（N）定义：）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N为1；带奇校验位的8421码和带偶校验位的8421码 的N为2。v 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；v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。138.2.2数字视频信号 v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。v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 148.2.2.1人的视觉v把R、G、B定名为三原色 v视频信号的频率范围0至6MHzv亮度信号（Y）v色差信号（U与V）158.2.2.2视频信号的第一次采样时（时间）空（空间位置）转换v动态的电视图像由一系列的静态画面组成 v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 v帧频25Hzv场频50Hzv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点采样 168.2.2.3扫描原理 v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）。v从图8.6中左上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。17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。18可以把全部的扫描过成叫做电视图像的第一次采样 v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亮度（Y）、色差信号（U、V）的第二次采样v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。208.3.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v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）。v图8.9是HFC前端的信号流程与硬件框架图。218.3.2核心服务器的功能v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。v用户机顶盒搜索节目，必须靠服务信息（SI）引导。22核心服务器的三大功能 v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。v节目信息管理v用户信息管理 238.3.3 信号输出部分（图8.9的中频【IF】信号）v邻频混合器起频分复用作用 v在有线电视中不宜用射频调制器，应该用中频调制器。v射频物理频道表见1.1 v16QAM、64QAM、256QAM的数字调制器v数字电视的电平 与模拟电视的电平 248.3.4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即时打印故障报表及日志。258.4 光纤传输技术v8.4.1 信息高速公路的整体思路v三网融合、互联互通、资源共享v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。268.4.2 我国有线数字电视网络v我国有线数字电视网络采用四级组网方式，参看图8.11 vSDH成为光纤同步数字传输技术、体制、网络的代名词 vSDH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。278.4.3 模拟光纤网HFC网中的光缆干线，参见图8.12 vHFC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。v100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。288.4.3.1光节点的规模v我国的管理部门规定：每个光节点的规模不超过500户 v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v光节点越小，系统串行环节越少，可靠性越高 298.4.3.2 HFC网的上行通道v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 v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 v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 308.4.3.3 HFC网的下行通道容量 v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v64-QAM时占用1.8Gbps。可容纳单节目传输流（SPTS）数量，即可容纳标准清晰度电视（SDTV）514套 318.5射频（RF）同轴电缆分配网v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。v带宽是51000 MHz（RF）v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。v接入子网叫做双向网 328.5.1 比较A类网与B类网v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 vA类网是双向网，B类网单向的 vY dBV x dBm 108.75 vA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 338.5.2 有源设备与无源设备 v補赏电缆损耗的放大器具有双向传输功能 vH/L滤波器，将上行与下行通道隔离起来 v集中分支器是终端星形器件 v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。348.5.3 A类电缆分配网的技术要点v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；v使用集中分支器，构建星形分配网络v输出口之间的隔离度要达到 60 dB以上v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v多点工作接地，与安全接地和防雷接地分离，不宜共用等电位连接体。358.5.4 供电v共缆供电（也称集中供电）v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。36第九章 有线数字电视系统的管理v9.1.1有条件接收（CA）系统是推动数字电视走向市场的枢扭v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。v北京奥运会将实现以数字高清晰度方式 向全世界转播。379.1.2 CA系统的发展过程vCA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 v软件CA系统撇开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 389.1.3 数字嵌入式的CA系统的组成及工作原理v下行加密TS流和上行加密TS流的加密程序v由于采用的是数字技术，对信号没有损伤 v数字嵌入式的CA系统属于同蜜方式 v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。399.1.4 智能卡（Smart Card）v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 v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 409.2有线数字电视机顶盒v9.2.1 机顶盒的分类及功能v有线数字电视机顶盒有线数字电视机顶盒v有线数字电视机顶盒提供的基本功能包括：有线数字电视机顶盒提供的基本功能包括：v (1)数字电视广播节目的接收，提供高质量的视数字电视广播节目的接收，提供高质量的视频和音频输出。频和音频输出。v(2)作为用户端设备，它是用户控制交互电视的接口。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，具有回传信道，可以提供系统交互操作，v(3)需要提供一个友好的界面，便于用户使用和控制；需要提供一个友好的界面，便于用户使用和控制；具有电子节目指南具有电子节目指南(EPG)功能，通过交互操作，使用功能，通过交互操作，使用户方便地选取自己所需的节目。户方便地选取自己所需的节目。41接上页v(4)集成CAS系统。v (5)集成中间件系统，支持软件在线升级功能。v (6)支持数据广播应用，向用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种v信息以及软件在线升级功能。v 支持交互式多媒体应用 429.2.2 有线数字机顶盒的发展及分类v数字电视接收机和模拟电视接收机的概念v硬件机顶盒数字电视机顶盒 软件机顶盒 v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v软件机顶盒显示器数字电视接收机439.2.3有线数字电视机顶盒工作原理 v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。v中间件(Middleware)：中间件系统就对应于PC机上的视窗（Windows）操作系 44有线数字电视机顶盒应用常识 v 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。45改良模拟电视机的显示系统 v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 v前端提供的各种服务功能：电子节目指南、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。46 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 47续前页v建立一个透明的用户管理系统，把用户加密和服务平台放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。v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 489.3.2 SMS的具体的功能v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。v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v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v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v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49科学管理v收费管理：执行从智能卡收取费用操作v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v软件接口管理：管理与CAS及相关数据通信网的接口v资源管理：用户管理系统(SM S)是硬件、软件、运行过程的总管v报表管理：自动统计各种数据，分析后生成报表50End515253