《有線電視技術》PPT課件.ppt

1,中等職業(yè)學校電子信息類教材（通信技術專業(yè)）,有線數字電視系統電子教案,主編（第八、九章）程永斌幻燈制作程永斌3/1/2007,2,CATV向數字CATV過渡整體平移,“家付通”模式隨時可能在全國各個城市出現家付通標志著有線數字電視網絡在開拓新服務領域方面取得了突破性進展?！眹覐V電總局副局長張海濤對新業(yè)務的概括更為生動：“這是蛻變與新生?！鼻鄭u廣電已經開通公用事業(yè)繳費、個人自助銀行、電視家庭超市和賬單支付四大類服務功能。青島當地大型超市把商品目錄放在有線電視系統上，客戶可以在家中選購并刷卡結算，由超市配送上門此外，客戶在當當網等互聯網站下的訂單也可以通過電視完成支付。,3,三網合一,數字CATV帶寬最寬,IPTV的“帶寬”窄,4,第八章數字電視基礎知識,81模擬電視升級為數字電視電視(TV)是把活動景物的圖像轉變成電信號模擬電視:電信號的強度連續(xù)變化數字電視:信號的強度是斷斷續(xù)續(xù)變化,用二進制數碼代表信號的強度模擬電視升級為數字電視的意義：提升圖像質量，降低成本。是戰(zhàn)略技術高清晰度電視(HDTV)，標準清晰度電視(SDTV)和低清晰度電視(LDTV),5,8.1.2數字電視系統結構,從信號的流程來看，可以分成節(jié)目采集、編輯制作和數字信號處理（圖1左部）、傳輸信道（圖8.1)中部）和接收顯像三大部分（圖8.1右部）。從數字信號處理技術上看，控制程序（軟件）與數字設備（硬件）結合在一起才能完成特定功能，軟件技術可以分成物理層的傳輸控制協議、中間件（軟件平臺）標準、信息表示、信息使用、內容安全等科學技術子系統。據有特定功能的軟件又簡稱虛擬機。,6,數字電視機頂盒（STB）,不淘汰模擬電視接收機，又要實現用模擬機看數字電視的目的，需要在系統輸出口與模擬電視之間串入一個設備STB它能輸出模擬視頻信號（V）和伴音信號（A），可以直接引到電視機的V、A端子上。我國的國策是不生產數字電視接收機。模數轉換（A/D和數模轉換（D/A）有線數字電視機頂盒見第九章,7,13數字電視的顯著亮點,圖像清晰度提高1到2倍，不會產生熱噪聲積累色彩逼真，無串色；不會產生非線性失真干擾積累可移動接收，無重影節(jié)目套數可增加到500個以上，成本反而降低伴音亮麗，容易實現數字環(huán)繞立體聲，還有多語種功能能開展多種業(yè)務。,8,14我國發(fā)展數字電視的情況,衛(wèi)星數字電視廣播（DVBS）已經播出高清電視（HDTV）和標清（SDTV）電視節(jié)目衛(wèi)星數字電視直播（DBSDTH）有線數字電視網，標清（SDTV）電視節(jié)目，網絡運營商向用戶免費贈送機頂盒，不能免費收視數字電視節(jié)目，實現機頂盒的收費功能和交互電視（ITV），有線數字電視網必須改造成數據通信網，簡稱雙向網地面數據廣播,9,8.2音頻信號、視頻信號的數字化過程,8.2.1數字音頻信號圖83是對一個1000赫茲（Hz）單音頻電信號的具體描述。用直角坐標圖形描述脈沖作用見圖8.4，從時間上看，此圖描述的是斷續(xù)電信號。通用稱謂為等幅脈沖信號。把模擬信號轉化成數字信號過程如圖8.2所示對圖8.3和圖8.4的兩個瞬時值波形做乘法運算，結果用圖8.5描述。,10,8.2.1.1取樣（采樣）,取樣就是把時間周期化，把無限長的時間坐標分為無數個相同的時間段（即周期），目的是定量分析一個周期之內信號的變化量。當采樣頻率fs2fm(模擬信號的最高頻率)時，就可以把失真量控制在人耳能接受的范圍內。,11,8.2.1.2量化用計算機進行計算、加工和處理模擬信號的過程,量化比特數：因為M=2n，n代表二進制數碼有幾位，定名為量化比特數。此例中，M16；所以n4；就算是4比特量化。量化就是將模擬信號的幅度值離散化,12,8.2.1.3編碼,計算機和數字電視是采用二進制計數的系統，量化電平也必需按特定的規(guī)則進行二進制編碼。結果為0和1的有序排列組合，稱之為數碼流。在計算機內，用電脈沖表示0和1，數碼流和編碼脈沖的含義相同。Rb量化比特數（n）采樣頻率（fs）。,13,三種校驗（ParityCodes）碼1奇偶校驗碼2漢明碼3循環(huán)冗余校驗碼,碼距（N）定義：在一個編碼系統中，兩個合法編碼之間有N個二進位不同，從上表看出：例如8421BCD碼的N為1；帶奇校驗位的8421碼和帶偶校驗位的8421碼的N為2。奇校驗位1001011001、偶校驗位0110100110如何設定？在帶奇校驗位的8421碼中，“1”的個數為奇數（1和3）；在帶偶校驗位的8421碼中，“1”的個數（2和4）為偶數；奇偶校驗碼是查（檢）錯碼！合法編碼中“0”與“1”出錯了，產生錯誤編碼。事件為帶奇校驗位的8421碼與帶偶校驗位的8421碼相互變換。,14,8.2.2數字視頻信號,聲音的波形與空間位置無關，而字符、圖形、圖像等都與空間位置有關，其數字化技術的復雜性大大增加。將視頻信號轉化為數字視頻信號的過程就叫做視頻信號數字化,15,8.2.2.1人的視覺,把R、G、B定名為三原色視頻信號的頻率范圍0至6MHz亮度信號（Y）色差信號（U與V）,16,8.2.2.2視頻信號的第一次采樣時（時間）空（空間位置）轉換,動態(tài)的電視圖像由一系列的靜態(tài)畫面組成一幅畫面是由若干行和若干列象素點組成的陣列，圖8.6中，小劍頭代表象素點幀頻25Hz場頻50Hz電子束強度的變化量就是代表亮度（Y）、色差信號（U、V）。上述過程的簡稱是點采樣,17,8.2.2.3掃描原理,與電子束運動距離成線性關系的電流波形如圖8.7。顯然，行掃描鋸齒脈沖的周期也必須是64微秒（參見圖8.8a），場掃描鋸齒脈沖的周期必然是20毫秒（參見圖8.8b）。從圖8.6中左上角的第一個象素點開始，按照從左到右、從上到下的順序，轟擊各個象素點。一行接一行地掃描，完成1行掃描任務所需要的時間叫做行掃周期（Th），相關技術標準給定64微秒，則行掃描頻率fh等于15625Hz。完成一幀掃描任務所需要的時間叫做幀掃周期（Tf），Tf40毫秒，則幀掃描頻率25Hz。掃描完一幀畫面后再去掃描下一幀畫面。,18,續(xù),可以把全部的掃描過成叫做電視圖像的第一次采樣。點采樣是電子束轟擊象素點，線采樣是電子束的行掃描過成，電子束的幀掃描就是面采樣。畫面由點、線、面構成，把點（象素）、線（象素行）、面（象素矩陣）的位置信息轉化成只與時間相關的信息就是全部的掃描過成。,19,可以把全部的掃描過成叫做電視圖像的第一次采樣,點采樣是電子束轟擊象素點，線采樣是電子束的行掃描過成，電子束的幀掃描就是面采樣。畫面由點、線、面構成，把點（象素）、線（象素行）、面（象素矩陣）的位置信息轉化成只與時間相關的信息就是全部的掃描過成。,20,亮度（Y）、色差信號（U、V）的第二次采樣,量化比特數越高，圖像質量越好?？紤]成本因素，通常，Y、U、V都采用8比特量化，即調制后的脈沖幅度（樣值）被分為256個量化級，8位二進制數從00000000到11111111共有256個。與0到255的十進制數一一對應，則二進制數成為十進制數的代碼。在脈沖調制過程中，要防止過載；傳遞代碼要加入識別符號、同步字碼，這都要占用比特位（bit）。通常，第235級代表白電平；第16級代表黑電平，U、V代碼是兩端各留16個bit。,21,8.3.有線數字電視系統及前端光纖同軸電纜混合網簡稱HFC模式,8.3.1輸入部分HFC前端的信號源信息的來源主要有以下六條渠道。與模擬前端不同之處：輸入信號為異步串行碼流（ASI），在核心服務器內復接（混合）。圖8.9是HFC前端的信號流程與硬件框架圖。,22,8.3.2核心服務器的功能,前端的核心作用是信號處理，傳輸碼流的監(jiān)視、解擾、加擾、復用與服務信息（SI）生成和更改、數據調制、，將各個環(huán)節(jié)集成為一體的設備叫做核心服務器。用戶機頂盒搜索節(jié)目，必須靠服務信息（SI）引導。,23,核心服務器的三大功能,信號處理復用器是將多個異步串行碼流（ASI）轉換成一個新的ASI，新ASI的比特率會大得多，實現充分利用有限比特率的目的。節(jié)目信息管理用戶信息管理,24,8.3.3信號輸出部分（圖8.9的中頻【IF】信號）,鄰頻混合器起頻分復用作用在有線電視中不宜用射頻調制器，應該用中頻調制器。射頻物理頻道表見1.116QAM、64QAM、256QAM的數字調制器數字電視的電平與模擬電視的電平,25,8.3.4數字前端的系統管理,系統管理必須做到實時監(jiān)控前端工作狀態(tài)監(jiān)視輸入碼流與輸出碼流和節(jié)目質量輪番檢查受眾收視狀況核查計費信息即時打印故障報表及日志。,26,8.4光纖傳輸技術,8.4.1信息高速公路的整體思路三網融合、互聯互通、資源共享有線數字電視網絡是大容量透明傳輸網、是最佳廣播網、是唯一兼容模擬和數字信號的網絡、是目前唯一可傳輸高清晰度電視(HDTV)的現實網絡。,27,8.4.2我國有線數字電視網絡,我國有線數字電視網絡采用四級組網方式，參看圖8.11SDH成為光纖同步數字傳輸技術、體制、網絡的代名詞SDH和HFC網都傳輸數字電視信號；但是，數字電視信號的形式不同，前者的是光脈沖；后者的是被數字電視信號調制的光載波，載波的波形是連續(xù)的，所以，HFC的本質是模擬光纖網。,28,8.4.3模擬光纖網HFC網中的光纜干線，參見圖8.12,HFC網中的光纜干線由驅動放大器、光發(fā)射機、光功率分配器、光接收機及單模光纖組成。100以上的光纖干線，必需使用數字光纖（SDH）；100以內使用HFC網。其中的光纖干線，光載波波長為1550nm時，傳輸距離在30100之間，30以內使用1310nm的光載波。,29,8.4.3.1光節(jié)點的規(guī)模,我國的管理部門規(guī)定：每個光節(jié)點的規(guī)模不超過500戶光纖干線到路邊（FTTC），500戶以下；串接RF寬放兩臺；光纖干線到建筑物（FTTB），125戶以下；串接RF寬放一臺，光纖干線入戶（FTTH），光節(jié)點規(guī)模為一戶光節(jié)點越小，系統串行環(huán)節(jié)越少，可靠性越高,30,8.4.3.2HFC網的上行通道,雙向有線電視網絡，是一個不對稱的通信系統，數據和圖像的下行流量大，上行流量小。下行帶寬780MHz與上行帶寬60MHz之比為13，即下行通信能力是上行的13倍上行數據通信采用時分多址（TDMA、A-TDMA），抗噪聲能力差，要求信道的載噪比大于或等于25dB上行數據通信采用碼分多址（S-CDMA），抗噪聲能力強，只要求信道的載噪比大于或等于需15dB,31,8.4.3.3HFC網的下行通道容量,每一個物理頻道占8MHz帶寬，通道頻率范圍為87至862MHz，共安排96個物理下行頻道64-QAM時占用1.8Gbps。可容納單節(jié)目傳輸流（SPTS）數量，即可容納標準清晰度電視（SDTV）514套,32,8.5射頻（RF）同軸電纜分配網,從圖8.13看出，同軸電纜分配網是接入網的最后一部分，這是高低通濾波器到家庭網絡之間的傳輸網。帶寬是51000MHz（RF）高通濾波器的通頻帶帶寬是651000MHz，低通濾波器通頻帶帶寬是565MHz。接入子網叫做雙向網,33,8.5.1比較A類網與B類網,射頻數字電視信號的載波電平用分貝毫瓦（dBm）計量；射頻模擬信號載波電平用分貝微伏（dBV）計量A類網是雙向網，B類網單向的YdBVxdBm108.75A類網中的有源設備內使用高低通濾波器，上行與下行信號分道揚鑣,34,8.5.2有源設備與無源設備,補賞電纜損耗的放大器具有雙向傳輸功能H/L濾波器，將上行與下行通道隔離起來集中分支器是終端星形器件用戶盒有TV和數據（DP）兩個插座。上行RF信號電平在112dBV以上，TV與DP之間的隔離度必須在60dB以上。,35,8.5.3A類電纜分配網的技術要點,減少上行匯聚（各個機頂盒產生的噪聲和干擾向前端傳輸）噪聲的六項措施：光節(jié)點要?。汗饫w到樓頭（FTTB），每個光節(jié)點的負荷在125戶以下；使用集中分支器，構建星形分配網絡輸出口之間的隔離度要達到60dB以上屏蔽系數大，使用四屏蔽電纜，設備的屏蔽系數達到60dB以上多點工作接地，與安全接地和防雷接地分離，不宜共用等電位連接體。,36,8.5.4供電,共纜供電（也稱集中供電）選擇供電器的功率，負荷功率不超過其額定功率的60%。有源設備內部的直流穩(wěn)壓電源，將60V整流成直流電壓。,37,第九章有線數字電視系統的管理,9.1.1有條件接收（CA）系統是推動數字電視走向市場的樞扭開展付費電視和數據廣播業(yè)務，社會效益第一，兼顧經濟利益。使用CA系統，向用戶提供更加個性化的專業(yè)服務。北京奧運會將實現以數字高清晰度方式向全世界轉播。,38,9.1.2CA系統的發(fā)展過程,CA是指這樣一種技術手段，它只允許被授權的用戶使用某一業(yè)務，未經授權的用戶不能使用這一業(yè)務軟件CA系統撇開了硬件系統所必需的專用芯片，把加密體系建立在通用運算平臺上，采用軟件實現加、解擾算法,39,9.1.3數字嵌入式的CA系統的組成及工作原理,下行加密TS流和上行加密TS流的加密程序由于采用的是數字技術，對信號沒有損傷數字嵌入式的CA系統屬于同蜜方式系統主要由節(jié)目信息管理系統、加擾/解擾、加密/解密、控制字發(fā)生器、偽隨機二進制序列發(fā)生器（PRBSG）、智能卡、用戶管理系統等部分組成。,40,9.1.4智能卡（SmartCard）,智能卡與外界通過異步總線連接，芯片內的存儲器不能直接從外部訪問，因而可以有效地防止非法攻發(fā)放智能卡時，機頂盒與智能卡配對，即時把用戶地址碼輸入到用戶管理服務器內；并在智能卡解擾器的郵箱中留下鏈鎖信息，使智能卡發(fā)放成為鏈鎖經營模式,41,9.2有線數字電視機頂盒,9.2.1機頂盒的分類及功能有線數字電視機頂盒有線數字電視機頂盒提供的基本功能包括：(1)數字電視廣播節(jié)目的接收，提供高質量的視頻和音頻輸出。(2)作為用戶端設備，它是用戶控制交互電視的接口。具有回傳信道，可以提供系統交互操作，(3)需要提供一個友好的界面，便于用戶使用和控制；具有電子節(jié)目指南(EPG)功能，通過交互操作，使用戶方便地選取自己所需的節(jié)目。,42,接上頁,(4)集成CAS系統。(5)集成中間件系統，支持軟件在線升級功能。(6)支持數據廣播應用，向用戶提供股市行情、票務信息、電子報紙、熱門網站等各種信息以及軟件在線升級功能。支持交互式多媒體應用,43,9.2.2有線數字機頂盒的發(fā)展及分類,數字電視接收機和模擬電視接收機的概念硬件機頂盒數字電視機頂盒軟件機頂盒軟件機頂盒具有升級靈活性和開放性，是未來機頂盒的發(fā)展方向軟件機頂盒顯示器數字電視接收機,44,9.2.3有線數字電視機頂盒工作原理,圖9.2是有線數字電視機頂盒原理框圖，機頂盒由高頻頭(調諧器)、QAM解調器、TS流解復用器、MPEG-2解碼器、PALNTSC視頻編碼器（內含音頻DA）、嵌入式CPU系統和外圍接口、CA模塊和上行數據調制器組成。中間件(Middleware)：中間件系統就對應于PC機上的視窗（Windows）操作系,45,有線數字電視機頂盒應用常識,CA系統是數字電視工程項目中的重點項目，功能為用戶認證、授權和付費節(jié)目加入干擾信號。用戶繳納收視費信息存儲在智能卡內，機頂盒與前端進行數據通信，完成用戶認證；同時授權給交費用戶的機頂盒，對加擾節(jié)目實施解擾。CA系統是一個綜合性的系統，它涉及數據加解擾算法、加解密算法、智能卡技術以及用戶管理、節(jié)目管理、收費管理等數據應用技術。,46,改良模擬電視機的顯示系統,數字電視的顯示格式有18種以上，電視機的顯示系統無法適應這么多格式，改良措施三：信源編碼時只用一種顯示格式，前端安裝前端提供的各種服務功能：電子節(jié)目指南、視頻點播、數據廣播、IP電話和可視電話等，都需要應用軟件的支持，應用軟件獨立于STB的硬件，它可以用于各種STB硬件平臺，避免應用軟件對硬件的依賴。實時多任務操作系統與應用程序中間的軟件叫中間件。,47,9.3用戶管理系統(SMS),9.3運營型有線數字電視系統中的用戶管理運營型有線數字電視系統是市場經濟的產物，它的基本運作和運行模式與福利型的模擬系統不同，我們必須對用戶管理方法和運行模式進行改革。管理是一門科學，管理科學是最早出現的軟科學，是改革社會所必需的一種社會軟件我國的節(jié)目提供分三級，中央電視臺、各省臺和各地市臺,48,續(xù)前頁,建立一個透明的用戶管理系統，把用戶加密和服務平臺放在地市是比較合理的一種方案，這時數字節(jié)目主要由中央和省兩級提供，地市服務平臺（電視臺）可以直接接收數據流，從而省去了大量的解碼器、編碼器。為了實現全國統一的用戶管理系統(SMS)，還必須統一規(guī)劃有線電視節(jié)目識別碼：服務信息（SI）統一格式,49,9.3.2SMS的具體的功能,用戶管理：主要功能是處理與維護數字電視用戶的基本信息，有注冊、修改、查詢、刪除功能。修改后的用戶信息應該在整個系統中立即生效。訂購管理：負責用戶訂購信息的管理，訂購信息的生成、修改、刪除、查詢產品管理（節(jié)目播出管理）：主要功能是節(jié)目的生成、修改、刪除、查詢授權信息管理：通過CAS對用戶實施授權，取消授權，對產品、智能卡的有效性確認計費管理：將節(jié)目劃分為基本節(jié)目（免費）、付費節(jié)目；管理交互節(jié)目、高清晰度電視節(jié)目、標準清晰度電視節(jié)目和數據的收費標準，依據用戶訂購信息計算收費,50,科學管理,收費管理：執(zhí)行從智能卡收取費用操作操作權限管理：限定操作員的控制權利，有添加操作員、修改操作員、刪除操作員功能軟件接口管理：管理與CAS及相關數據通信網的接口資源管理：用戶管理系統(SMS)是硬件、軟件、運行過程的總管報表管理：自動統計各種數據，分析后生成報表,51,End,52,53,