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1、第2章 有线电视与数字电视,本章主要内容,有线电视系统；数字电视；机顶盒；,有线电视概述,有线电视系统是采用缆线(电缆或光缆)等作为传输媒质来传送电视节目的一种闭路电视系统，它以有线的方式在电视中心和用户终端之间传递声、像信息。所谓闭路，是指不向自由空间辐射，可供电视接收机通过无线接收方式直接接受的电磁波。CCTV(Closed-Circuit Television)CCTV(China Central Television)CATV(Community Antenna Television),有线电视概述,有线广播无线广播电视有线电视共用天线闭路电视有线电视73年中国第一个共用天线系统在北京
2、饭店建成84年广西第一个闭路电视在南宁饭店建成86年中国第一个有线电视试验网湖北建成80年代末、90年代初有线电视飞速发展时期世界有线电视第一大国，拥有9000多万用户,有线电视专业术语,隔频(道)传输邻频(道)传输增补频道传输双向传输光缆(Fiber)、同轴电缆(Coaxial cable)、同轴-光缆混合(Hybrid Fiber Coax，简称HFC),有线电视系统组成,有线电视系统由三部分组成：前端系统、干线传输系统和用户分配网络。系统的前端部分主要任务是将要播放的信号转换为高频电视信号，并将多路电视信号混合后送往干线传输系统。干线传输系统将电视信号不失真地输送到用户分配网络的输入接口
3、。用户分配网络负责将电视信号分配到各个电视机终端。,有线电视系统组成,前端系统,前端系统对各种天线接收的信号、摄录设备等输出的信号调制为高频电视信号，并通过混合设备同时将多路信号合并为一路电视信号，以便输送到干线传输系统。前端设备常用的设备是天线放大器，调制器、解调器、混合器、滤波器等设备。,前端模拟调制设备,邻频混合器,干线传输系统,干线传输系统主要位于前端系统和电缆分配系统之间，将前端系统输入的电视信号传送到各个干线分配点所连接的用户分配网络系统。干线传输系统采用的主要设备是干线放大器，如图所示。干线传输系统一般分别采用室外同轴电缆、光缆、多路微波MMDS、HFC（同轴电缆和光缆混合）四种
4、方式进行信号的传输。,干线放大器,干线传输系统,用户分配网络位于干线传输系统和用户终端设备之间，它将干线传输系统输送的信号进行放大和分配，使各用户终端得到规定的电平，然后将信号均匀地分配给各用户终端。用户分配网络确保各用户终端之间具有良好的相互隔离作用互不干扰。用户分配网络系统采用的设备主要有：分配器和分支器。分配器的规格有二分配器、三分配器、四分配器等，如图所示。,二分配器、三分配器、四分配器,用户分配网络,分支器的作用是将电缆输入的电视信号进行分支，每一个分支电路接一台电视机分支器。分支器具有一个主路输入端，一个主路输出端和若干个分支输出端构成，如图所示。,分支器,用户分配网络,用户分配网
5、络中最常使用的电缆是物理发泡同轴电缆，其阻抗为75欧姆，如图所示。根据物理发泡同轴电缆的内部结构，该电缆较适合于室外布线，常用于连接分配器。对于室内用户终端设备连接的电缆主要采用75欧姆的视频电缆，如图所示。,视频电缆,用户分配网络,频道划分,视频全电视信号和伴音信号只有经过调制和混频，形成射频全电视信号，才能发射。视频图像电视信号具有6MHz的带宽，因此，地面广播电视系统使用的频段应选在超短波范围，米波和分米波。早期的有线电视网络主要采用隔频传输，全频段VHF-L、VHF-H、UHF分波段。我国规定广播电视系统选用的频段：,早期的频道安排主要考虑空中频率利用和干扰问题，GB/T6510-86
6、规定：88年GB/T6510增加了增补频道16个。92年在GY/T106-92中补充规定了450MHz系统的频道。Z17-Z3598-99年又在GY/T5063-98和GY/T106-99中相继制定和完善了750MHz、860MHz系统的频道划分。,频道划分,有线电视的工作频段及频道分布,频道划分,上海有线电视播出频道（含频率）,频道划分,调制方式,在地面广播电视系统中，图像信号的调制采用残留边带(VSB)调幅，伴音信号采用调频方式，由于图像与伴音的调制方式不同而不致于互相干扰，接收到的伴音信号的质量也较高。,彩色电视全电视信号：残留边带调制电视射频信号：,调制方式,隔频传输电视信号频谱,邻频
7、传输电视信号频谱,NTSC1953年，美国国家电视制式委员会提出NTSC（National Television System Committee）制。采用NTSC制的还有日本、加拿大、墨西哥等国家。NTSC制色度信号采用了正交平衡调幅调制方式，因此又称为正交平衡调幅制。SECAM1956年，法国提出SECAM（SEquential Couleur Avec Memoire）制。前苏联地区和东欧一些国家均采用SECAM制。PAL1960年，联邦德国提出PAL（Phase Alternation Line-by-Line）制。PAL制又称逐行倒相制。,电视制式,世界各地电视系统一览表,扩大电视覆
8、盖范围的方法,电视广播的覆盖面主要限制在视距范围内，虽然提高发射天线的高度可以扩大广播的服务范围，但确实有限的。目前实现远距离传输的常用方式主要有三种：微波中继、电视差转和卫星电视广播。,什么是数字电视,数字电视是一个系统。它指一个从节目摄制、制作、编辑、存储、发送、传输，到信号接收、处理、显示等全过程完全数字化的电视系统。,数字电视实现的意义,电视节目制作和传输质量显著改善信道资源利用率大大提高提供其他增值业务：数据广播，视频点播，电子商务，软件下载，电视购物，为“三网融合”提供了技术上的可能性。,数字电视分类,HDTV：图像分辨率 19201080（16：9）SDTV：图像分辨率 7207
9、56（PAL）720480（NTSC）LDTV：VCD级图像分辨率,信源编码技术,视频压缩编码 MPEG-2音频压缩编码 MPEG-2（欧洲、日本）AC-3(美国)我国标准：GB/T17975.2 2000“信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范第2部分：视频”GB/T17975.3 2000“信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码规范第3部分：音频”,传输复用技术,数据打包：N个信道的视频、音频和辅助数据进行数据分组 传输流复用：将N个打包的数据复合成单路串行传输流 标准：国际 MPEG-2我国 GB/T17975.1 2000“信息技术运动图像及其伴音信号通用编码第1部分：系统”传送复
10、用使电视信号具有与数据通信相似的数据分组（打包）传输，从而 使数字电视系统具备了可扩展、分级和交互通信的基础。,信道编码和调制,经信源编码的传输码流通常不适合在传输信道（无线、有线、卫星）中传输，必须经过某种处理，使之变成适合在规定的信道中传输的形式。在通信原理中把这种处理称为信道编码和调制。信道编码包括：纠错编码、网格编码、均衡等。信道编码目的：提高传输信号在信道中的抗干扰能力标准：GY/T1702001“有线数字电视广播系统信道编码与调制规范”,三大标准,DVB-S欧洲：DVB（数字视频广播）DVB-T DVB-C 美国：ATSC（高级电视制式）日本：ISDB（综合业务数字广播）,信号数字
11、化过程,取样：取样频率，Nyquist定理连续信号变换成离散信号 量化：将离散信号样值进行离散化处理离散化的量化级量化噪声编码：量化后的信号仍然只是离散信号，还不是数字信号。用n比特二进制码来表示已经量化了的取样值，称为编码。每个二进制数对应一个量化电平，再按时序将它们排列起来，就得到基带数字信息流。传输速率：传输速率=取样频率fs量化比特数,数字视频压缩的必要性,HDTV1920 1080 显示格式数字化后传输速率 995 Mb/SSDTV 复合编码 135 Mb/S 分量编码 4：2：2 216 Mb/S存储：2小时HDTV，存储量 7164 Gbit/S 2小时SDTV，存储量 972
12、Gbit/S 复合编码 1555 Gbit/S 分量编码传输：HDTV 需 1Gb/S 信道 SDTV 需 12个 155 Mb/S 信道无论对于存储或传输，码率压缩都是绝对必要的。,压缩编码方法,1)利用图象时间的相关性与时间冗余度的压缩2)利用图象空间的相关性与空间冗余度的压缩3)利用事件的统计特性与统计冗余度的压缩4)利用人眼的视觉特性与视觉冗余度的压缩,视频压缩编解码标准,1）H.261标准2）JPEG标准3）MPEG1标准4）MPEG2标准 1988年提出，1994年公布为国际标准，是专门针对数字电视（包括SDTV和HDTV）的信源编码标准。MPEG是运动图像专家组(Moving P
13、ictures Expert Group)的缩写，成立于1988年，以建立活动图像及相应音频的编码标准。MPEG-2的主级和主类提供720576(PAL)25帧的ITUR 601建议图像质量。在压缩比为301或更小时，MPEG-2可以提供广播质量的编码图像，MPEG-2也可工作在大压缩比如2001下，效果与MPEG1相差不大（即与MPEG-1兼容）。,MPEG-2的编解码,AVS标准,AVS标准相比较其他标准有如下优点：（1）性能高，编码效率二倍于第一代标准（MPEG-2），与第二代H.264标准相当，技术方案简洁，算法复杂度明显低于H.264。AVS所用的存储器更少，而内部处理带宽也更低。（
14、2）拥有主要知识产权，专利授权模式简单，费用低。AVS通过简洁的一站式许可政策，相比H.264高额专利费用更易于推广。（3）H.264只是一个视频编码标准，而AVS则是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，能够为音视频产业提供完整的信源编码技术方案。,条件接收,CA主要分为两大部分：一是信号加扰部分，它是通过一个随机码发生器所产生的随机码（称为控制字CW）来控制加扰器对信号的加扰；二是加密部分，要使加扰的信号在接收端成功地解扰，接收端也必须要有和加扰端一模一样的控制字来控制解扰器，所以，要对CW进行加密传送。,移动数字电视,移动电视技术标准与实现方式DVB-T：欧洲的地面数
15、字电视传输标准，可用于车载移动电视业务，我国目前上海、北京等地即采用此标准。DVB-H：依托目前DVB-T传输系统，通过增加一定的附加功能和改进技术使手机等便携设备能够稳定的接收广播电视信号。2004年2月，DVB-H标准获得了DVB技术研讨小组的批准，成为正式的标准。ISDB-T：日本的地面数字电视标准，针对移动终端规定了“单频段转播”。DMB-T：由清华大学研制的地面数字电视标准，目前在江西、郑州等地应用于车载移动电视。ADTB-T：上海交通大学开发的地面数字电视标准，目前在上海等地进行车载移动电视的试验。T-DMB：地面数字多媒体广播，目前还没有统一的标准，不过韩国等国家的DMB标准都是
16、以Eureka-147为基础。可以通过地面数字广播网络向移动终端发送电视节目。S-DMB：卫星地面数字多媒体广播，通过卫星将信号直接发送到移动终端。韩国SK已经向ITU申请了卫星轨道，并于2004年3月发射了DMB卫星，并已开始商用。MediaFLO：美国高通公司研发的手持式设备移动电视系统，计划于2005年下半年在丹佛开始试行运营其系统。移动通信网络：通过2.5G、3G网络以流媒体方式进行视频节目的组播或点播，通过手机接收，其特点是可进行双向交互。如目前中国联通推出的“视讯新干线”服务。,数字电视机顶盒主要完成数字电视信号解调、解码和表现等功能数字电视机顶盒是传统模拟电视时代向数字电视时代过
17、度的必然选择中国模拟电视机保有量约为3.7亿台，全部更新为数字电视机至少需要1015年。当中国数字电视用户达到10002000万户时，一体化数字电视机将成为市场主流。当数字电视用户超过3000万时，运营商将广泛开展新业务，而这些新业务将由新型机顶盒支持。,什么是机顶盒（STB）,有线数字电视机顶盒的功能,基本型基本音视频业务支持CA系统基本型EPG软件升级（Loader）增强型按次付费业务（PPV）数据广播业务（DDB）广播式视频点播（NVOD）本地交互业务集成中间件,高级型视频点播业务（TVOD）上网浏览业务电子邮件收发业务互动游戏IP电话业务的功能开放式的中间件系统复杂的EPG回传信道支持
18、Internet接入存储硬盘,数字电视机顶盒的组成,数字电视机顶盒包含的层次：从信号处理和应用操作上看，数字电视机顶盒包含以下几个层次：物理层和链路层：包括高频调谐器、QAM解调器、去交织、RS码解码、能量扩散等。传送层：包括解复用，即把TS流分成视频、音频和数据。节目层：包括视频解码、音频解码。应用层：包括业务信息（SI）、电子节目指南（EPG）、图形用户界面（GUI）、浏览器、摇控、CA等。输出接口：包括模拟视频/音频接口、数字视频/音频接口、数据接口、键盘、鼠标。,机顶盒原理框图,电源,机顶盒工作过程,1）高频调谐器接收来自CATV网的RF信号，将其下变频为中频信号，经QAM解调器解调，
19、输出包含音、视频和其它数据信息的传送流。传送流中包含多个音、视频流及一些数据信息。2）TS流解复用器根据PID区分不同的节目，提取相应的音、视频流和数据流，将其送入解码器。3）解码器和相应的解析软件，完成数字信号的还原（视频PES、音频PES）。4）对于付费电视，CA模块对音、视频流实施解扰，并采用含有识别用户和进行记帐功能的智能卡，保证合法用户正常收看。5）视频PES送入MPEG-2视频解码模块进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块进行解码，输出PCM音频数据到D/A变换器，变成立体声模拟音频信号，经音频电路输出。,数
20、字机顶盒关键技术,1）解调及解码技术 2）解复用和信源解码技术 3）有条件接收 4）嵌入式实时多任务操作系统 机顶盒中的操作系统采用实时操作系统Real Time Opration System，RTOS），可以在实时环境中工作，并能在较小的内存空间中运行。目前流行的实时操作系统有：Wind River System公司的Vx Works Microwave公司的OS9 ST公司的OS20 Microsoft公司的Windows CE及专为机顶盒开发的PowerTV 随着嵌入式Linux的逐渐成熟,以及Linux的开放性和先进的结构,会对现有的实时操作系统构成巨大的竟争态势.,5）中间件 中间
21、件是指位于机顶盒内部硬件实时操作系统与应用程序中间的软件部分。它规定了一组支持数字电视的应用程序接口（API），整个API集合被存储在机顶盒的闪存（Flash）中。6）应用软件 应用软件执行服务商提供的各种服务功能，如：EPG、VOD、数据广播、IP电话等。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耐。,数字机顶盒关键技术,主要完成频道选择、解调、误码校正和射频（RF）环通功能有线数字电视的关键技术指标要求频率范围：110862MHz输入电平范围：4477dBuV（64QAM）载噪比门限：27dB（64QAM）通常要求无源RF环通目前进口高频头性能特别是适
22、应性、稳定性和一致性优于国产高频头考虑到我国有线电视网络的实际情况，目前国内主要STB厂商都使用Thomson或PHILIPS的产品,关键件高频头（Tuner）,机顶盒软件体系结,RTOS,机顶盒关键技术,信源编码MPEG2（ISO13818）压缩/解压缩技术信道编码数字调制/解调技术有线数字电视QAM（正交调幅）卫星数字电视QPSK（四相相移键控）地面数字电视COFDM（码分正交频分复用）嵌入式CPU与SOC（片上系统）技术嵌入式软件与RTOS（实时操作系统）技术,机顶盒技术发展热点,机卡分离技术开放式中间件技术HDTV技术双向交互式数字电视技术Cable ModemIP TV技术移动电视与手机电视技术,机卡分离,机顶盒制造商需要大量资源移植不同的CA系统时间、人力和数目不等的移植费、认证费、生产许可费每台机顶盒需要交版税进入不同运营商的采购名录，就需要移植不同的CA机卡分离是数字电视一体机的必由之路,机卡分离的技术方案,大卡方案彻底将CA系统剥离到一个模块中，机顶盒与CA无关一体化数字电视机将采用此方案基于PCMCIA的方案国际主流欧洲DVB-CI（DVB通用接口）北美POD基于USB2.0的方案小卡方案将各个CA系统相同的部分驻留在机顶盒中，不同的部分放在智能卡中标准化智能卡与机顶盒的通信协议,
