第2章有線電視與數(shù)字電視

1、第2章 有線電視與數(shù)字電視,本章主要內(nèi)容,有線電視系統(tǒng)；數(shù)字電視 ；機(jī)頂盒 ；,有線電視概述,有線電視系統(tǒng)是采用纜線(電纜或光纜)等作為傳輸媒質(zhì)來傳送電視節(jié)目的一種閉路電視系統(tǒng)，它以有線的方式在電視中心和用戶終端之間傳遞聲、像信息。所謂閉路，是指不向自由空間輻射，可供電視接收機(jī)通過無線接收方式直接接受的電磁波。CCTV (Closed-Circuit Television)CCTV (China Central Televi

2、sion)CATV (Community Antenna Television),有線電視概述,有線廣播－無線廣播電視－有線電視共用天線－閉路電視－有線電視73年中國第一個共用天線系統(tǒng)在北京飯店建成84年廣西第一個閉路電視在南寧飯店建成86年中國第一個有線電視試驗(yàn)網(wǎng)湖北建成80年代末、90年代初有線電視飛速發(fā)展時期世界有線電視第一大國，擁有9000多萬用戶,有線電視專業(yè)術(shù)語,隔頻(道)傳輸鄰頻(道)傳輸增補(bǔ)頻道傳輸

3、雙向傳輸光纜(Fiber)、同軸電纜(Coaxial cable)、同軸- 光纜混合(Hybrid Fiber Coax，簡稱HFC),有線電視系統(tǒng)組成,有線電視系統(tǒng)由三部分組成：前端系統(tǒng)、干線傳輸系統(tǒng)和用戶分配網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的前端部分主要任務(wù)是將要播放的信號轉(zhuǎn)換為高頻電視信號，并將多路電視信號混合后送往干線傳輸系統(tǒng)。干線傳輸系統(tǒng)將電視信號不失真地輸送到用戶分配網(wǎng)絡(luò)的輸入接口。用戶分配網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將電視信號分配到各個電視機(jī)終端。,有線電視系統(tǒng)

4、組成,前端系統(tǒng),前端系統(tǒng)對各種天線接收的信號、攝錄設(shè)備等輸出的信號調(diào)制為高頻電視信號，并通過混合設(shè)備同時將多路信號合并為一路電視信號，以便輸送到干線傳輸系統(tǒng)。前端設(shè)備常用的設(shè)備是天線放大器，調(diào)制器、解調(diào)器、混合器、濾波器等設(shè)備。,前端模擬調(diào)制設(shè)備,鄰頻混合器,干線傳輸系統(tǒng),干線傳輸系統(tǒng)主要位于前端系統(tǒng)和電纜分配系統(tǒng)之間，將前端系統(tǒng)輸入的電視信號傳送到各個干線分配點(diǎn)所連接的用戶分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。干線傳輸系統(tǒng)采用的主要設(shè)備是干線放大器，如

5、圖所示。干線傳輸系統(tǒng)一般分別采用室外同軸電纜、光纜、多路微波MMDS、HFC（同軸電纜和光纜混合）四種方式進(jìn)行信號的傳輸。,干線放大器,干線傳輸系統(tǒng),用戶分配網(wǎng)絡(luò)位于干線傳輸系統(tǒng)和用戶終端設(shè)備之間，它將干線傳輸系統(tǒng)輸送的信號進(jìn)行放大和分配，使各用戶終端得到規(guī)定的電平，然后將信號均勻地分配給各用戶終端。用戶分配網(wǎng)絡(luò)確保各用戶終端之間具有良好的相互隔離作用互不干擾。用戶分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的設(shè)備主要有：分配器和分支器。分配器的規(guī)格有二分配

6、器、三分配器、四分配器等，如圖所示。,二分配器、三分配器、四分配器,用戶分配網(wǎng)絡(luò),分支器的作用是將電纜輸入的電視信號進(jìn)行分支，每一個分支電路接一臺電視機(jī)分支器。分支器具有一個主路輸入端，一個主路輸出端和若干個分支輸出端構(gòu)成，如圖所示。,分支器,用戶分配網(wǎng)絡(luò),用戶分配網(wǎng)絡(luò)中最常使用的電纜是物理發(fā)泡同軸電纜，其阻抗為75歐姆，如圖所示。根據(jù)物理發(fā)泡同軸電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該電纜較適合于室外布線，常用于連接分配器。對于室內(nèi)用戶終端設(shè)備連接的電纜主

7、要采用75歐姆的視頻電纜，如圖所示。,視頻電纜,用戶分配網(wǎng)絡(luò),頻道劃分,視頻全電視信號和伴音信號只有經(jīng)過調(diào)制和混頻，形成射頻全電視信號，才能發(fā)射。視頻圖像電視信號具有6MHz的帶寬，因此，地面廣播電視系統(tǒng)使用的頻段應(yīng)選在超短波范圍，米波和分米波。早期的有線電視網(wǎng)絡(luò)主要采用隔頻傳輸，全頻段VHF-L、VHF-H、UHF分波段。我國規(guī)定廣播電視系統(tǒng)選用的頻段：,,,早期的頻道安排主要考慮空中頻率利用和干擾問題，GB/T6510-

8、86規(guī)定：88年GB/T6510增加了增補(bǔ)頻道16個。92年在GY/T106-92中補(bǔ)充規(guī)定了450MHz系統(tǒng)的頻道。Z17-Z3598--99年又在GY/T5063-98和GY/T106-99中相繼制定和完善了750MHz、860MHz系統(tǒng)的頻道劃分。,頻道劃分,有線電視的工作頻段及頻道分布,頻道劃分,上海有線電視播出頻道（含頻率）,頻道劃分,調(diào)制方式,在地面廣播電視系統(tǒng)中，圖像信號的調(diào)制采用殘留邊帶(VSB)調(diào)幅，伴音信號采用

9、調(diào)頻方式，由于圖像與伴音的調(diào)制方式不同而不致于互相干擾，接收到的伴音信號的質(zhì)量也較高。,,彩色電視全電視信號： 殘留邊帶調(diào)制電視射頻信號：,,,,,調(diào)制方式,,隔頻傳輸電視信號頻譜,,鄰頻傳輸電視信號頻譜,NTSC1953年，美國國家電視制式委員會提出NTSC（National Television System Committee）制。采用NTSC制的還有日本、 加拿大、 墨西哥等國家。NTSC制色度信號采用

10、了正交平衡調(diào)幅調(diào)制方式， 因此又稱為正交平衡調(diào)幅制。 SECAM1956年，法國提出SECAM（SEquential Couleur Avec Memoire）制。前蘇聯(lián)地區(qū)和東歐一些國家均采用SECAM制。 PAL1960年，聯(lián)邦德國提出PAL（Phase Alternation Line-by-Line）制。PAL制又稱逐行倒相制。,電視制式,世界各地電視系統(tǒng)一覽表,,擴(kuò)大電視覆蓋范圍的方法,電視廣播的覆蓋面主要限制

11、在視距范圍內(nèi)，雖然提高發(fā)射天線的高度可以擴(kuò)大廣播的服務(wù)范圍，但確實(shí)有限的。目前實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)某Ｓ梅绞街饕腥N：微波中繼、電視差轉(zhuǎn)和衛(wèi)星電視廣播。,什么是數(shù)字電視,數(shù)字電視是一個系統(tǒng)。它指一個從節(jié)目攝制、制作、編輯、存儲、發(fā)送、傳輸，到信號接收、處理、顯示等全過程完全數(shù)字化的電視系統(tǒng)。,數(shù)字電視實(shí)現(xiàn)的意義,電視節(jié)目制作和傳輸質(zhì)量顯著改善信道資源利用率大大提高提供其他增值業(yè)務(wù)：數(shù)據(jù)廣播，視頻點(diǎn)播，電子商務(wù)，軟件下載，電視購物，……為

12、“三網(wǎng)融合”提供了技術(shù)上的可能性。,數(shù)字電視分類,HDTV：圖像分辨率 1920×1080（16：9）SDTV：圖像分辨率 720×756（PAL）720×480（NTSC）LDTV：VCD級圖像分辨率,信源編碼技術(shù),視頻壓縮編碼 —— MPEG-2音頻壓縮編碼 —— MPEG-2 （歐洲、日本） AC-3 (美國) 我國標(biāo)準(zhǔn)：G

13、B/T17975.2 — 2000 “信息技術(shù)—運(yùn)動圖像及其伴音信號的通用編碼規(guī)范第2部分：視頻” GB/T17975.3 — 2000“信息技術(shù)—運(yùn)動圖像及其伴音信號的通用編碼規(guī)范第3部分：音頻”,傳輸復(fù)用技術(shù),數(shù)據(jù)打包：N個信道的視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分組 傳輸流復(fù)用：將N個打包的數(shù)據(jù)復(fù)合成單路串行傳輸流 標(biāo)準(zhǔn)：國際 MPEG-2我國 GB/T17975.1 — 2

14、000 “信息技術(shù)—運(yùn)動圖像及其伴音信號通用編碼第1部分：系統(tǒng)”傳送復(fù)用使電視信號具有與數(shù)據(jù)通信相似的數(shù)據(jù)分組（打包）傳輸，從而 使數(shù)字電視系統(tǒng)具備了可擴(kuò)展、分級和交互通信的基礎(chǔ)。,信道編碼和調(diào)制,經(jīng)信源編碼的傳輸碼流通常不適合在傳輸信道（無線、有線、衛(wèi)星）中傳輸，必須經(jīng)過某種處理，使之變成適合在規(guī)定的信道中傳輸?shù)男问?。在通信原理中把這種處理稱為信道編碼和調(diào)制。 信道編碼包括：糾錯編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等。

15、信道編碼目的：提高傳輸信號在信道中的抗干擾能力標(biāo)準(zhǔn)：GY/T170—2001 “有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)信道編碼與調(diào)制規(guī)范”,三大標(biāo)準(zhǔn),DVB-S歐洲：DVB （數(shù)字視頻廣播） DVB-T DVB-C 美國：ATSC （高級電視制式） 日本：ISDB （綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播）,信號數(shù)字化過程,取

16、樣：取樣頻率，Nyquist定理連續(xù)信號變換成離散信號 量化：將離散信號樣值進(jìn)行離散化處理離散化的量化級量化噪聲編碼：量化后的信號仍然只是離散信號，還不是數(shù)字信號。用n比特二進(jìn)制碼來表示已經(jīng)量化了的取樣值，稱為編碼。 每個二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)一個量化電平，再按時序?qū)⑺鼈兣帕衅饋?，就得到基帶?shù)字信息流。傳輸速率：傳輸速率=取樣頻率fs×量化比特數(shù),數(shù)字視頻壓縮的必要性,HDTV1920 × 1080 顯示

17、格式數(shù)字化后傳輸速率 995 Mb/SSDTV 復(fù)合編碼 135 Mb/S 分量編碼 4：2：2 216 Mb/S存儲 ： 2小時HDTV，存儲量 7164 Gbit/S 2小時SDTV，存儲量 972 Gbit/S 復(fù)合編碼

18、 1555 Gbit/S 分量編碼傳輸： HDTV 需 1Gb/S 信道 SDTV 需 1～2個 155 Mb/S 信道無論對于存儲或傳輸，碼率壓縮都是絕對必要的。,壓縮編碼方法,1)利用圖象時間的相關(guān)性與時間冗余度的壓縮2)利用圖象空間的相關(guān)性與空間冗余度的壓縮3)利用事件的統(tǒng)計特性與統(tǒng)計冗余度的壓縮4)利用人眼的視覺特性與視覺冗余度的壓縮,視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)

19、,1）H.261標(biāo)準(zhǔn)2）JPEG標(biāo)準(zhǔn)3）MPEG–1標(biāo)準(zhǔn)4）MPEG–2標(biāo)準(zhǔn) 1988年提出，1994年公布為國際標(biāo)準(zhǔn)，是專門針對數(shù)字電視（包括SDTV和HDTV）的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG是運(yùn)動圖像專家組(Moving Pictures Expert Group)的縮寫，成立于1988年，以建立活動圖像及相應(yīng)音頻的編碼標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2的主級和主類提供720×576(PAL)25幀的IT

20、U–R 601建議圖像質(zhì)量。在壓縮比為30∶1或更小時，MPEG-2可以提供廣播質(zhì)量的編碼圖像，MPEG-2也可工作在大壓縮比如200∶1下，效果與MPEG–1相差不大（即與MPEG-1兼容）。,MPEG-2的編解碼,AVS標(biāo)準(zhǔn),AVS標(biāo)準(zhǔn)相比較其他標(biāo)準(zhǔn)有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）性能高，編碼效率二倍于第一代標(biāo)準(zhǔn)（MPEG-2），與第二代H.264標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)，技術(shù)方案簡潔，算法復(fù)雜度明顯低于H.264。AVS所用的存儲器更少，而內(nèi)部處理帶寬也更

21、低。（2）擁有主要知識產(chǎn)權(quán)，專利授權(quán)模式簡單，費(fèi)用低。AVS通過簡潔的一站式許可政策，相比H.264高額專利費(fèi)用更易于推廣。（3）H.264只是一個視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，而AVS則是一套包含系統(tǒng)、視頻、音頻、媒體版權(quán)管理在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠?yàn)橐粢曨l產(chǎn)業(yè)提供完整的信源編碼技術(shù)方案。,條件接收,CA主要分為兩大部分：一是信號加擾部分，它是通過一個隨機(jī)碼發(fā)生器所產(chǎn)生的隨機(jī)碼（稱為控制字CW）來控制加擾器對信號的加擾；二是加密部分，

22、要使加擾的信號在接收端成功地解擾，接收端也必須要有和加擾端一模一樣的控制字來控制解擾器，所以，要對CW進(jìn)行加密傳送。,移動數(shù)字電視,移動電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)現(xiàn)方式DVB-T：歐洲的地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)，可用于車載移動電視業(yè)務(wù)，我國目前上海、北京等地即采用此標(biāo)準(zhǔn)。DVB-H：依托目前DVB-T傳輸系統(tǒng)，通過增加一定的附加功能和改進(jìn)技術(shù)使手機(jī)等便攜設(shè)備能夠穩(wěn)定的接收廣播電視信號。2004年2月，DVB-H標(biāo)準(zhǔn)獲得了DVB技術(shù)研討小組的批準(zhǔn)，

23、成為正式的標(biāo)準(zhǔn)。ISDB-T：日本的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，針對移動終端規(guī)定了“單頻段轉(zhuǎn)播”。DMB-T：由清華大學(xué)研制的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，目前在江西、鄭州等地應(yīng)用于車載移動電視。ADTB-T：上海交通大學(xué)開發(fā)的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，目前在上海等地進(jìn)行車載移動電視的試驗(yàn)。T-DMB：地面數(shù)字多媒體廣播，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不過韓國等國家的DMB標(biāo)準(zhǔn)都是以Eureka-147為基礎(chǔ)?？梢酝ㄟ^地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)向移動終端發(fā)送電視節(jié)目。S-D

24、MB：衛(wèi)星地面數(shù)字多媒體廣播，通過衛(wèi)星將信號直接發(fā)送到移動終端。韓國SK已經(jīng)向ITU申請了衛(wèi)星軌道，并于2004年3月發(fā)射了DMB衛(wèi)星，并已開始商用。MediaFLO：美國高通公司研發(fā)的手持式設(shè)備移動電視系統(tǒng)，計劃于2005年下半年在丹佛開始試行運(yùn)營其系統(tǒng)。移動通信網(wǎng)絡(luò)：通過2.5G、3G網(wǎng)絡(luò)以流媒體方式進(jìn)行視頻節(jié)目的組播或點(diǎn)播，通過手機(jī)接收，其特點(diǎn)是可進(jìn)行雙向交互。如目前中國聯(lián)通推出的“視訊新干線”服務(wù)。,數(shù)字電視機(jī)頂盒主要完成數(shù)

25、字電視信號解調(diào)、解碼和表現(xiàn)等功能數(shù)字電視機(jī)頂盒是傳統(tǒng)模擬電視時代向數(shù)字電視時代過度的必然選擇中國模擬電視機(jī)保有量約為3.7億臺，全部更新為數(shù)字電視機(jī)至少需要10～15年。當(dāng)中國數(shù)字電視用戶達(dá)到1000～2000萬戶時，一體化數(shù)字電視機(jī)將成為市場主流。當(dāng)數(shù)字電視用戶超過3000萬時，運(yùn)營商將廣泛開展新業(yè)務(wù)，而這些新業(yè)務(wù)將由新型機(jī)頂盒支持。,什么是機(jī)頂盒（STB）,有線數(shù)字電視機(jī)頂盒的功能,基本型基本音視頻業(yè)務(wù)支持CA系統(tǒng)基本

26、型EPG軟件升級（Loader）增強(qiáng)型按次付費(fèi)業(yè)務(wù)（PPV）數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)（DDB）廣播式視頻點(diǎn)播（NVOD）本地交互業(yè)務(wù)集成中間件,高級型視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)（TVOD）上網(wǎng)瀏覽業(yè)務(wù)電子郵件收發(fā)業(yè)務(wù)互動游戲IP電話業(yè)務(wù)的功能開放式的中間件系統(tǒng)復(fù)雜的EPG回傳信道支持Internet接入存儲硬盤,數(shù)字電視機(jī)頂盒的組成,數(shù)字電視機(jī)頂盒包含的層次： 從信號處理和應(yīng)用操作上看，數(shù)字電視機(jī)頂盒包含以下幾個層次：

27、 物理層和鏈路層：包括高頻調(diào)諧器、QAM解調(diào)器、去交織、RS碼解碼、能量擴(kuò)散等。 傳送層：包括解復(fù)用，即把TS流分成視頻、音頻和數(shù)據(jù)。 節(jié)目層：包括視頻解碼、音頻解碼。 應(yīng)用層：包括業(yè)務(wù)信息（SI）、電子節(jié)目指南（EPG）、圖形用戶界面（GUI）、瀏覽器、搖控、CA等。 輸出接口：包括模擬視頻/音頻接口、數(shù)字視頻/音頻接口、數(shù)

28、據(jù)接口、鍵盤、鼠標(biāo)。,機(jī)頂盒原理框圖,電源,機(jī)頂盒工作過程,1）高頻調(diào)諧器接收來自CATV網(wǎng)的RF信號，將其下變頻為中頻信號，經(jīng)QAM解調(diào)器解調(diào)，輸出包含音、視頻和其它數(shù)據(jù)信息的傳送流。傳送流中包含多個音、視頻流及一些數(shù)據(jù)信息。 2）TS流解復(fù)用器根據(jù)PID區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應(yīng)的音、視頻流和數(shù)據(jù)流，將其送入解碼器。 3）解碼器和相應(yīng)的解析軟件，完成數(shù)字信號的還原（視頻PES、音頻PES）。 4）對于付費(fèi)電視，

29、CA模塊對音、視頻流實(shí)施解擾，并采用含有識別用戶和進(jìn)行記帳功能的智能卡，保證合法用戶正常收看。 5）視頻PES送入MPEG-2視頻解碼模塊進(jìn)行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號，再經(jīng)視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊進(jìn)行解碼，輸出PCM音頻數(shù)據(jù)到D/A變換器，變成立體聲模擬音頻信號，經(jīng)音頻電路輸出。,數(shù)字機(jī)頂盒關(guān)鍵技術(shù),1）解調(diào)及解碼技術(shù) 2）解復(fù)用和信源解碼技術(shù) 3）有條件接收

30、 4）嵌入式實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng) 機(jī)頂盒中的操作系統(tǒng)采用實(shí)時操作系統(tǒng)Real Time Opration System，RTOS），可以在實(shí)時環(huán)境中工作，并能在較小的內(nèi)存空間中運(yùn)行。目前流行的實(shí)時操作系統(tǒng)有： Wind River System公司的Vx Works Microwave公司的OS9 ST公司的OS20

31、 Microsoft公司的Windows CE及專為機(jī)頂盒開發(fā)的PowerTV 隨著嵌入式Linux的逐漸成熟,以及Linux的開放性和先進(jìn)的結(jié)構(gòu),會對現(xiàn)有的實(shí)時操作系統(tǒng)構(gòu)成巨大的竟?fàn)帒B(tài)勢.,5） 中間件 中間件是指位于機(jī)頂盒內(nèi)部硬件實(shí)時操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序中間的軟件部分。它規(guī)定了一組支持?jǐn)?shù)字電視的應(yīng)用程序接口（API），整個API集合被存儲在機(jī)頂盒的閃存（Flash）中

32、。 6）應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件執(zhí)行服務(wù)商提供的各種服務(wù)功能，如：EPG、VOD、數(shù)據(jù)廣播、IP電話等。應(yīng)用軟件獨(dú)立于STB的硬件，它可以用于各種STB硬件平臺，避免應(yīng)用軟件對硬件的依耐。,數(shù)字機(jī)頂盒關(guān)鍵技術(shù),主要完成頻道選擇、解調(diào)、誤碼校正和射頻（RF）環(huán)通功能有線數(shù)字電視的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)要求頻率范圍：110～862MHz輸入電平范圍：44～77dBuV（64QAM）載噪比門限：≤ 27dB（64QAM）通

33、常要求無源RF環(huán)通目前進(jìn)口高頻頭性能特別是適應(yīng)性、穩(wěn)定性和一致性優(yōu)于國產(chǎn)高頻頭考慮到我國有線電視網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，目前國內(nèi)主要STB廠商都使用Thomson或PHILIPS的產(chǎn)品,關(guān)鍵件——高頻頭（Tuner）,機(jī)頂盒軟件體系結(jié),RTOS,機(jī)頂盒關(guān)鍵技術(shù),信源編碼——MPEG2（ISO13818）壓縮/解壓縮技術(shù)信道編碼——數(shù)字調(diào)制/解調(diào)技術(shù)有線數(shù)字電視——QAM（正交調(diào)幅）衛(wèi)星數(shù)字電視——QPSK（四相相移鍵控）地面數(shù)字電視

34、——COFDM（碼分正交頻分復(fù)用）嵌入式CPU與SOC（片上系統(tǒng)）技術(shù)嵌入式軟件與RTOS（實(shí)時操作系統(tǒng)）技術(shù),機(jī)頂盒技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn),機(jī)卡分離技術(shù)開放式中間件技術(shù)HDTV技術(shù)雙向交互式數(shù)字電視技術(shù)——Cable ModemIP TV技術(shù)移動電視與手機(jī)電視技術(shù),機(jī)卡分離,機(jī)頂盒制造商需要大量資源移植不同的CA系統(tǒng)時間、人力和數(shù)目不等的移植費(fèi)、認(rèn)證費(fèi)、生產(chǎn)許可費(fèi)每臺機(jī)頂盒需要交版稅進(jìn)入不同運(yùn)營商的采購名錄，就需要移植不同的