数字有线电视技术概览.ppt

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1、数字有线电视技术概览数字有线电视技术概览北京四达时代通讯网络技术有限公司北京四达时代通讯网络技术有限公司主要内容数字电视概述MPEG 基础数字有线电视系统有条件接收技术交互电视中间件一、数字电视概述模拟电视和数字电视模拟电视系统，在电视信号的产生、处理、记录、传送和接收的过程中，使用的都是模拟信号，即在时间上和幅度上连续变化的信号；数字信号，则是在时间和幅度上都经过离散化的信号。数字电视在电视信号的获取、处理、传输和接收的过程中使用数字信号的，称为数字电视系统。这里数字电视信号可以是直接生成的数字电视信号，如动画、字幕机和数字摄像机产生的数字信号；也可以是由模拟信号经数字化以后产生的数字电视信

2、号；也可以是经处理的数字电视信号，如MPEG格式的压缩数字电视信号。数字技术的优势1.传输过程中产生的失真和噪声不积累，抗干扰能力强，传输质量高；2.节省传输带宽，增加电视节目数量；3.易于实现加密和各种信息的复用传输,在条件接收方式下增加利润；4.易于用数字技术实现对多径反射回波（重影）的抑制；5.可与计算机连接，提供新的交互式应用；6.容易大规模集成，提高性能价格比。数字技术使有线电视运营商可以充分利用现有的频道资源从节目内容和广告中获取更丰厚的收入吸引更多的用户为客户提供多种新的服务方便实现有条件接收二、MPGE-2 基础数字电视的关键技术视频压缩什么是压缩技术？用比原始信息少的数据量再

3、现原始信息为什么要压缩?节省存储空间(例如：存在计算机硬盘上的文件)减少传送时间(例如：通过电子邮件发送文件)提高信道的利用率(例如：卫星电视广播)怎么压缩？去除无用信息和冗余信息有损压缩，无损压缩图像压缩的目标保留所有图像信息去除所有冗余信息高效传输数据最小时延最小复杂性视频压缩原理避免发送整个图像发送组成图像的有关信息图像和图像之间的变化图像上的运动数学描述重新利用发送过的图像什么是 MPEG？MPEG-Moving Picture Experts Group，运动图像专家组 是一族视音频压缩编码标准，包括MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，MPEG-7MPEG-2标准组成 MPEG

4、-2 标准目前分为9个部分，统称为ISO/IEC13818 国际标准。ISO/IEC13818-1，System：系统，描述多个视频，音频和数据基本码流合成传输码流和节目码流的方式。ISO/IEC13818-2，Video：视频，描述视频编码方法。ISO/IEC13818-3，Audio：音频，描述与MPEG-1音频标准反向兼容的音频编码方法。ISO/IEC13818-4，Compliance：符合测试，描述测试一个编码码流是否符合MPEG-2码流的方法。MPEG-2的主要思想基于工具箱方式分“级”和“类”（Levels&Profiles）的规范高级别包含低级别的特性只指定了数据流的格式和解码

5、方法具体编码过程由编码器制造商决定MPEG-2关键技术环节1、离散余弦变换DCT2、量化器3、之型扫描与游程编码4、熵编码(霍夫曼编码）5、信道缓存6、运动估计7、运动补偿视频压缩图解图像处理的层次Picture（图像）图像）Basic display unitPicture Type&Structure,Temporal Reference,Buffer Fullness Slice（像条）像条）Set of macroblocksMacroblock(normally 16x16 pixels)（宏块）宏块）Set of luma and corresponding chroma bloc

6、ksCoding Method,Quantization,Motion VectorsBlock(normally 8x8 pixels)（块）块）Discrete Cosine Transfer(DCT)CoefficientsGroup of Pictures(GOP)（图像组）图像组）Random Access Point,SMPTE Time CodeSequence(视频序列）视频序列）Picture Size,Frame Rate,Maximum Bit Rate,Buffer Size,User Data,Display Format,Scalability4:2:2和4:2:0

7、4:2:2，图像质量高，码率高，用于节目源传输4:2:0，数码率低，用于节目分配4:2:04:2:2I帧、B帧和P帧I帧（Intra Frame）:帧内编码帧，完整编码的帧中等压缩率P帧（Predictive Frame）:前向预测帧，从前一个I或P帧预测得到的帧编码效率较高B帧（Bidirectional Frame）:双向预测帧，以前一和后一I或P帧预测，运动补偿得到的帧，不被用作预测基准最大压缩率I帧、B帧和P帧之间的关系传送顺序 I1 P4 B2 B3 P8 B5 B6 B7 显示顺序 I1 B2 B3 P4 B5 B6 B7 P8 MPEG-2级（levels）和类(Profiles

8、)MPEG-2视频编码标准是一个分等级的系列；按编码图像的分辨率分成四个“级(Levels)”；按所使用的编码工具的集合分成六个“类(Profiles)”。“级”与“类”的若干组合构成MPEG-2视频编码标准在某种特定应用下的子集：对某一输入格式的图像，采用特定集合的压缩编码工具，产生规定速率范围内的编码码流。用于数字有线电视传输采用MPMLMPEG-2适用点Profile:SimpleMainSNRSpatialHigh4:2:2 I&PI,P&BI,P&BI,P&BI,P&BI,P&B 4:2:0 4:2:0 4:2:0/4:2:2 4:2:0/4:2:2LevelHighHigh-144

9、0MainLow 4:2:0 4:2:0Frame TypesCroma Sampling:Max Bit RateSampels/LineLines/FrameFrames/Sec.Max Bit RateSampels/LineLines/FrameFrames/Sec.Max Bit RateSampels/LineLines/FrameFrames/Sec.Max Bit RateSampels/LineLines/FrameFrames/Sec.80 Mb/s192011526060 Mb/s144011526015 Mb/s720576304 Mb/s3522883015 Mb/s

10、7205763015 Mb/s7206753020 Mb/s4 B.Layer7205763050 Mb/s7206083080 Mb/s20 B.Layer1440115260100 Mb/s25 B.Layer192011526060 Mb/s15 B.Layer1440115260音频压缩原理：掩蔽效应声音中强度高的频率成分掩盖其邻近的强度较低的频率成分听不到的声音不编码子带（Subband）编码后码流由 3 Mbit/s 降至大约 200 Kbit/s.标准Dolby AC-3（美国）MPEG-2（DVB)子带编码ES，PES，PS，TSES:Elementary StreamVide

11、o,audio,data.PES:Packetized Elementary StreamES with header informationPS:Program Streamonly one program clockTS:Transport StreamMultiple programsSCR:System Clock Reference(PS)PCR:Program Clock Reference(TS)PTS:Presentation Time StampDTS:Decoding Time StampPID:Packet IDPMT:Program Map Table时间戳 DTS&P

12、TS解码时间戳（Decode Time Stamp）告诉解码器对该帧解码的时间显示时间戳（Presentation Time Stamp）告诉解码器显示该帧的时间除了知道什么时间解码和显示之外，还必须包含一个时钟，以便得到时间参考PTS 和 DTS are 被加入 PES，而时钟(PCR)包含在TS里节目时钟参考 PCRMPEG 复用Elementary streamsVideoAudioMPEG AudioEncoderMPEG VideoEncoderInternalMultiplexerBasic Encoder FunctionSPTS-Single program MPEGTrans

13、port streamsPSI节目级复接MPEG 复用系统级复接MPTS-Multiple program Transport streamRemuxPSI/SIManagerOutput AdapterBasic Multiplexer FunctionSPTS-SPTS-SPTS-SPTS-DATA-PSI MPEG-2 PSI DataProgram Specific Information Table contents PATProgram Association TableIndicates the location(the PID values of the transport s

14、treamPackets)of the corresponding Program Map Table(PMT)for each service in the multiplex.CATConditional Access TableProvides the information of the Conditional Access system used in the multiplex;the information is private and dependent on the CA system.PMTProgram Map TableIdentifies and indicates

15、the locations of the streams that make up each service,and the location of the Program Block Reference fields for a serviceMPEG-2 PSI DataProgram Specific Information Table contents(cont)NITNetwork Information TableThe Network Information Table groups together services belonging to a particular Netw

16、ork provider.It contains all the tuning information that might be used during the set-up of an IRD SDTService Description TableThe Service Description Table lists the names and other parameters associated with each service in a particular MPEG Multiplex Stream.EITEvent Information TableThe Event Inf

17、ormation Table is used to transmit information relating to all the events that occur or will occur in the MPEG Multiplex.The EIT contains information about the current transport,and optionally covers other transport streams that the IRD can receiveMPEG-2 PSI DataProgram Specific Information Table co

18、ntents(cont)TDTTime and Date TableThe Time and Date Table is used to update the IRDs internal clock BATBouquet Association TableThe Bouquet Association Table provides a means of grouping services that might be used as one way an IRD presents the available services to the viewer.A particular service

19、can belong to one or more bouquets RSTRunning Status TableThe sections of the Running Status Table are used to rapidly update the running status of one or more events.The running Status are sent out only once,at the time the status of an event changes,unlike other SI tables which are normally repeti

20、tively transmitted三、数字有线电视系统DVB Standard OverviewDVB 标准家族 DVB-SThe digital satellite system for use in the frequency bands up to 11/12 GHz,configurable to suit a wide range of transponder bandwidth and powers.DVB-CThe digital cable delivery system,compatible with DVB-S.DVB-CSThe digital(S)MATV syste

21、m,adapted from DVB-C and DVB-S,to serve community antenna installations.DVB-TThe digital terrestrial television system,designed for terrestrial 7-8 MHz channels.DVB-SIThe Service Information system to enable DVB compatible decoder to configure itself and to help the user to navigate the DVB environm

22、ent.DVB-TXTThe DVB fixed-format Teletext transport specification.DVB-CIThe DVB Common Interface for use in conditional access and other applications.DVB 标准家族（续）DVB-RTCThe DVB return channel for cable TV(CATV)distribution systems.DVB-RCCThe DVB return channel through the Public Switched Telephone Net

23、work telecommunications system(PSTN)/Integrated Services Digital Network(ISDN)DVB-PDHDVB interfaces to PDH Networks.DVB-SDHDVB interfaces to SDH Networks.DVB-PIDVB interfaces for CATV/SMATV headends and similar professional equipment.DVB-IRDInterface for DVB IRDs.The DVB standards are open and inter

24、operable.DVB specifications are subject to standardization from ETSI and ITU数字有线电视系统的组成MPEG-2信号源MPEG-2复用器网络接口设备交互电视中间件和应用程序有条件接收系统（CAS）用户管理系统（SMS）QAM调制器HFC传输网络数字电视机顶盒MPEG-2信号源数字节目源数字卫星接收SDH、ATM、IP网传送数字演播室视频服务器IP数据模拟视音频节目通过MPEG-2编码器编码MPEG-2 编码完成模拟电视的视音频信号模数变换和码率压缩根据对图像质量的要求和节目内容确定压缩比对数据打包形成单节目数字传输流不同

25、类型的数据包（视频、音频、数据）以PID区分PMT表指示出在该节目中有容少码流，各自的PID是什么不同节目对数据带宽需求典型节目24Mbps体育节目69Mbps卡通节目1.53Mbps音乐广播64384kbps 编码后数据速率越高，图像质量越好MPEG 多路复用复用的概念将多路低速率数字信号合成一路高速率数字信号，以适应信道传输将多路传输流的节目重新组合复用成一路多节目传输流（MPTS）基于包的复用PID 重映射，重建PMT，PATPCR 抖动补偿MPEG-2复用1N1N复用器AudioVideoTransport Stream统计复用20%40%60%80%100%Bandwidth sha

26、ring between channelsFilmNewsSportBasic Principles of Statistical Multiplexing-3 Channel Example 0Channel ComplexityRelative Activity FilmNewsSportTime 信道编码和数字调制信道编码提高信息传输可靠性RS码，RS(204,188)纠错码，纠正随机错误RS码是一种重要的线性分组编码方式。它对突发性错误有较强的纠错能力，被DVB标准采用。交织，分散突发连续错误QAM调制高效率的数字调制方式用户终端设备：机顶盒机顶盒具有视音频播放功能的图形用户终端设备，

27、支持MPEG-2协议，一般由解调器、去多路复用器、解扰器、解码器、CPU、MPEG-2解码器等组成工作于客户端/服务器方式，其功能实现依赖于前端四、有条件接收系统和用户管理系统Conditional Access System&Subscriber Management System什么是条件接收系统？条件接收系统就是为了商业目的而对某些广播服务实现接入控制，决定一个数字接收设备能否将特定的广播节目正确接收；确保只有已支付了或将支付费用的用户才能收看到所选的电视节目；在数字电视领域中，CA系统将成为发展新服务的必需条件。CA系统组成加扰部分寻址部分安全体系嵌入式和可分离式密钥系统层次密钥算法加

28、扰和加密原理加扰（scrambling)加密（Encryption）CW（Control World）控制字，5-10秒变换一次ECM（Entitle Control Message）授权控制信息,以加密的形式传送控制字EMM（Entitle Manage Message）授权管理信息Video Video Video Video Video Video Video Video Video ECM ECM Control words from ECM unlock video Scrambled MPEG transport stream 有条件接收原理简图用户用户运营商运营商Smart-Ca

29、rdSmart-CardDetailsDetailsSmart-CardSmart-Card“Rights”“Rights”管理层管理层EMMsEMMsEMMsEMMs控制层控制层ECMsECMsECMsECMs加扰层ControlControlWordWordEnableEnableControlControlWordWordScrambleDe-scrambleMuxDe-MuxMux同密和多密（SimulCrypt vsSimulCrypt vs MultiCrypt MultiCrypt）同密：在一个单独的传输流中包含几个CA系统数据，使采用不同CA的解码器都能够对同一节目流正确解码。

30、多密：基于通用接口规范，用户可以手动更换机顶盒的CA模块（一般是flash卡），来实现不同CA系统间的切换。同密的实现Cable Head-EndCA Modulefrom Vendor BCA Modulefrom Vendor Asinglevideostreamscrambled同密的实现ScramblerDVBscramblingalgorithmCA System AVendor-proprietaryencryption algorithmVideo Video Audio Video Video Video Unscrambled MPEG video,audio,and dat

31、aCA System BVendor-proprietaryencryption algorithmSimulcryptSynchronizer(SCS),Scrambled MPEG video,audio,and dataAudio Video Video Video 用户管理系统 Subscriber Management System主要针对数字电视用户和智能卡管理，包括对用户信息，用户设备信息、节目预定信息，用户授权信息、财务信息等进行处理维护和管理。用户管理系统的基本功能用户信息管理资源管理产品管理用户业务管理用户业务支援计费收费帐务管理授权管理报表管理系统管理区域管理交互电视中间件平台中间件是机顶盒的操作系统，用于支持各种交互式应用。为了解决不同硬件平台和应用软件的接口问题，在硬件平台和应用程序之间设立一个公共软件平台，这层软件称之为中间件。应用软件开发商可以在这个公共软件平台上开发应用程序。数字电视运营商可以根据自己的需求选择或开发应用程序 总 结数字电视系统是庞大而一个复杂的系统，涉及HFC技术，数字视频技术，计算机软件技术，Cable modem技术，卫星电视技术，计算机网络技术，软件技术等等，与有线电视模拟平台、数据平台密切相关。系统各部分软硬件之间需要大量的集成工作 谢谢！请提意见