《广电宽带城域网技术》实验指导书电科.docx
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《广电宽带城域网技术》实验指导书电科
《广电宽带城域网技术》实验指导书（电科）
《广电宽带城域网技术》
实验指导书
（电科版）
陈柏年 编
浙江传媒学院电子信息学院
2012年6月
实验一有线电视网络认知见习（3学时）
一、目的与要求
1、掌握CATV网络的基本组成。
2、了解CATV网络的播出控制机房的基本组成。
3、了解双向HFC网络的光链路。
4、掌握HFC接入的基本设备。
二、实训场所
1、有线电视前端实验室
2、HFC网管实验室
3、数字电视前端实验室
4、有线电视接入实验室
三、实训内容和步骤
1、有线电视前端实验室
熟悉有线电视模拟前端的基本组成，主要设备的功能和信号流程。
2、HFC网管实验室
熟悉双向HFC光纤链路的组成，主要设备的功能和信号流程。
3、数字电视前端实验室
熟悉HFC接入的基本设备CMTS和CM的功能和信号连接。
四、实验报告及要求
1、画出有线电视模拟前端的组成框图，简要说明主要设备的功能。
2、画出双向HFC光纤链路的组成框图，简要说明光发射机和光工作站的功能。
3、画出双向HFC简要框图，简要说明CMTS和CM的功能。
五、课前预习和课后思考
1、课前预习：
有关有线电视课程和HFC网络的知识要点。
2、课后思考：
进一步归纳总结HFC网络的主要特点。
实验二数字电视前端实验（3学时）
一、 实验目的
1、熟悉有线数字电视前端的基本设备组成和配置连接。
2、掌握复用器及网管系统的操作与应用，了解PSI信息的结构、PID再映射等相关内容。
3、掌握CAS系统加解扰、加解密的原理。
4、了解EPG系统的操作与应用，SI信息中主要表的原理与作用。
二、 实验设备
1、 数字卫星接收机
2、 MPEG-2编码器
3、 复用器
4、 加扰器
5、 服务器
6、 混合器
7、 数字电视机顶盒
8、 监视器
三、 实验原理
（一）有线数字电视系统前端实验室的设备
有线数字电视前端系统主要由信源编码压缩、码流复用、信道编码、QAM调制、网络传输及接收等几部分组成。
编码及复用模拟图像和伴音经过取样、量化、编码成为基本码流（ES）,经过压缩成为传送码流（TS）,再进行复用、调制和传输。
通常，从信号流程来看，有线数字电视前端播出系统可分为信号输入、信号处理、信号输出及系统管理四个部分。
有线数字电视前端实验室的结构是：
六功分器是把高频头接收下来的信号分成六路（取其四路使用），三路连接到数字卫星综合解码器（TS流输出），另一路送至数字卫星接收机（视音频输出）再经MPEG-2编码器编码压缩（TS流输出），将各路信号送至复用器进行复用，复用后的信号经QAM调制器调制后输出，再通过混合器混合送至光发射机，经HFC网络传输，在用户端通过机顶盒便可收看到有线数字电视节目。
（1）卫星传输信号源
利用卫星的一个转发器传送多套数字压缩电视信号有单路单载波SCPC（SingleChannelPerCarrier）方式和多路单载波MCPC（MultipleChannelPerCarrier）方式。
SCPC方式的每个载波只传输1套广播电视信号，一个转发器内同时存在多个载波，特点是各套节目可在不同地点上星。
MCPC方式的每个载波可同时传输多套广播电视信号，特点是1个转发器只有1个载波，频带和功率的利用率较高，多套节目要经复接后在同一地点上星。
（2）数字卫星接收机（SCOM共40台）
数字卫星接收机，又称QPSK综合接收解码器IRD（IntegratedReceiverDecoding），主要完成频道调谐、QPSK解调、信道编码、解复用、MPEG-2解压缩和PAL编码形成全电视信号等功能，对有条件接收功能还需加有系统控制和用户智能卡。
高频头对于C/Ku频段的卫星电视节目可设置不同的本振频率，C频段为高本振而Ku频段一般为低本振；因此要求IRD具有频谱倒置功能以便接收不同频段的电视节目。
另外，还要求IRD既能接收SCPC信号也能接收MCPC信号。
（3）MPEG-2编码器（V-SHINE8台，Harmonic1台）
MPEG-2编码器是将模拟音视频（A/V）信号按照MPEG-2标准进行压缩编码，然后转换成数字传输流（TS）的一种设备。
模拟电视节目可用MPEG-2编码器压缩为2~15Mbps，一般采用6Mbps可获得较好的效果。
编码器具有视频实时数字预处理、时基校正等功能，对各种类型和不同图像质量的PAL/NTSC模拟电视信号按MPEG-2的标准进行数字化编码，产生标准的数字电视节目传输流。
（4）复用器（V-SHINE8台，汇视源EVRMMULTIPLEXER）
复用器是将不同来源如MPEG-2编码器和其它多路单节目码流（SPTS）或多节目码流（MPTS）通过时分复用的形式复接成一路多节目码流（MPTS）。
同时，可对所有的PID进行过滤和映射，可对PSI/SI表进行重新编辑和生成。
复用是数字前端中的一个重要组成部分，它将所有接收到的信号以多个ASI传输流的方式加到复用器的输入，再将所需要的节目从传输流中提取，然后再将提取的所有节目建立一个新的TS传输流，再加上附加信息以便引导机顶盒的正常接收和解码。
复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息（SI），它可实现在1个物理频道上传输4~8套数字电视节目。
复用器可以通过前面板设置参数，单独使用，也可以由前端系统主控机通过以太网进行控制。
（5）加扰器（V-SHINE6台，汇视源EVSCRSCRAMBLER）
数字加扰器是DVB广播系统中一种重要的设备，能够按照DVB标准加扰算法对将来源于复用器的多节目码流（MPTS）或其他单节目码流（SPTS）进行DVB同步加扰。
与条件接收系统（CAS）相配合使用，通过接收CAS系统发出的密钥对输入的TS的节目进行加扰，实现数字电视节目的有偿广播和收视管理。
同时，将其所连接的CAS下传的ECM、EMM等信息复用进码流中。
支持同密，兼容多个条件接收系统，允许多家的CA系统同时接入。
（6）条件接收系统（CAS）
条件接收系统是数字电视接收控制的核心技术保障系统。
条件接收系统的功能是只允许具有授权的用户使用相对应的业务，而未授权或权限受限制的用户不能使用相关业务。
它通过对各项数字电视广播业务进行授权管理和接收控制来实现各项功能。
一般采用加扰控制字（CW）加密传输的方式，接收端利用智能卡进行解密。
CAS可以按不同情况对数字电视广播业务按时间、频道和节目进行管理控制。
（7）QAM调制器（V-SHINE8台，QAM860-A射频输出）
QAM调制器实际包括基于DVB-C标准的信道编码和QAM调制两部分功能，有些也包括上变频。
信道编码的目的是保证信号传输的可靠性；QAM调制是对经过信道编码的数字电视信号进行调制，输出中频信号，使其具有很高的抗干扰能力，便于在有线电视模拟网中传输。
上变频主要是将调制器输出的数字中频（IF）信号变为射频（RF）信号后输出。
（8）电子节目指南（EPG）系统
电子节目指南EPG（ElectronicProgramGuid）是指在符合MPEG-2的TS传输流中插入DVB标准定义的业务信息SI（ServiceInformation），使机顶盒（STB）的综合接收解码器（IRD）可以从TS流中提取出节目提供商播出节目的列表和播出参数，以直观的形式显示给数字电视用户，使得用户可以方便地接收、选择数字电视节目。
基本EPG信息是指完全可以用《数字广播业务信息规范（GY/Z174-2001）》中的网络信息表（NIT）、业务群关联表（BAT）、业务描述表（SDT）和事件信息表（EIT）进行描述的EPG信息。
在数字电视节目的播出过程中，可以加入辅助的SI信息，供机顶盒解码器的开发者来实现不同的电子节目指南的导航功能。
利用机顶盒收看数字电视节目，用户通过EPG不仅能够接收普通的电视节目、广播节目或图文电视节目，而且，还可以查看感兴趣的信息。
（9）用户管理系统（SMS）
数字电视用户管理系统SMS（SubscriberManagementSystem）是数字电视建设及业务开展中不可或缺的关键环节，是有线电视发展、直播卫星系统建立、数字付费电视业务开展中必须建立的运营管理系统。
SMS系统应能实现用户资料管理、收费管理、业务设置、维护受理、统计分析、工单管理、客户服务、代理商管理等运营支撑功能。
除上述设备外，实验室还配置了16路混合器1台（使用9路），1分8的码流分配器2台，SDH网络适配器2套等。
（二）主要概念
1、传输流（TS）
传输流TS（TransportStream）是MPEG-2规范的系统层提出的、对多路节目进行复用的两种方案之一（另一种方案是针对可靠信道传输的节目流PS），主要针对非可靠信道的传输，比如卫星信道、微波信道和CATV信道。
传输流这种机制可将多路节目复用成一个流，并且，同一节目还可以包含多个视频和音频流。
组成传输流的是一系列连续的数据包，简称TS包。
TS包的长度固定，一般是188字节。
如果在这种TS包的尾部加入16字节的RS纠错码，则包长为204字节。
传输流的形成过程是：
组成节目的视频流和音频流经过基础流编码器之后，形成基本流（ES），每一路视频流或音频流对应一路基本流。
基本流经过打包，形成打包基本流（PES）。
每一个PES包都有流标识、用于视、音频解码和播放同步的时戳。
PES包和其它的数据、控制信息经过复用器，形成TS包。
每一个TS包都有一个包标识PID，同一基本流对应的TS包，PID的值相同。
TS流就是通过对各个基础流分配不同的PID号来唯一的标识各个不同的基础流、信息表和其它数据。
每一个TS包最多只能传输一路基础流的内容。
为了实现众多编码器与解码器直接的时钟同步，防止解码器的缓冲发生上溢或下溢，在系统流中加入了一个精确的系统级时间参考值，在TS流中，时间参考值称为节目参考时钟（PCR）。
在解码器端，当检测到本地系统时钟和PCR所表征的时钟不一致时，解码器将调整本地系统时钟。
2 、网络（network）
一个传输系统，可以传输一组MPEG-2码流。
网络使用network_id来进行标识，不同运营商所运营的网络，对应的network_id不同。
3、业务（service）
在广播者的控制下，可以按照时间表分步广播的一系列节目。
一个业务可以理解为一个逻辑意义上的频道。
使用service_id来标识一个业务。
同一个传输流中，service_id必须唯一。
四、实验内容和步骤
（一）复用器部分操作
1、双击桌面上“汇视源网络管理软件”的图标，打开该软件接口。
2、首先选取复用器。
双击复用器，弹出该复用器的操作界面。
3、在复用器操作接口的“输入”框中点击右键⇒解析节目，获得节目资源。
当展开“ASIIN1”的节点时，输入码流中的节目就会显现出来，可看到每台复用器有8个输入口（8个ASIIN口），每路输入中有若干套节目。
其中最后一个输入口用于EPG的接入。
4、通过选取按钮，可以选定需要复用部分节目到“输出”框中。
由于复用器输出码率的限制（<38Mbps），一般选择6套（5套卫星节目，1套编码器节目）。
当有些节目不需要复用而它本身又在“输出”框中时，可以把它删除， 选中“输出”框中的某一个节目，然后点击红色框中的按钮即可。
5、对选取的每一套节目进行规划。
既对每套节目的输出值按照事先制定的规划表进行修改。
可以直接双击“输出”框中的节目名，即弹出“编辑节目信息对话”框，可以对输出值进行修改；由于输入值是卫星接收机接收的参数，不能修改。
主要修改参数：
节目号、PMTPID、PCRPID、VIDPID、AUDPID（其中，若在输入值中PCRPID和VIDPID一致，则在输出值中两个值也应保持一致，主要参考VIDPID。
否则，系统会提示错误）。
6、完成对节目输出的规划后，单击“输出”框中的节目名，出现下拉菜单，可看到所设置的内容。
点击按钮，节目就会提交，在提交之前会弹出确定提交对话框，点击“yes”。
7、待最下端的提示框提示操作完成后，开始复用，点击按钮，开始复用后，会弹出对话框，点击“yes”即可完成节目的复用。
（二）EPG系统操作
1、配置网络、传送流、业务
（1）首先配置网络。
（2）配置传送流：
点击“功能”⇒“配置网络、传送流、业务”⇒右键点击“网络号”⇒点击“添加传送流”⇒写入：
传送流标识符、网络标识符、下行频率⇒点击“确定”
（3）配置“业务”：
右键点击“传送流号”⇒添加“业务”⇒写入：
业务标识符、业务名称⇒点击“确定”。
注意：
业务表识符必须与复用器“节目信息“中的节目号对应。
否则EPG不会显示。
2、输入节目单
点击“功能”⇒数字电视业务的节目编排⇒签出⇒在“节目信息栏”中点击右键⇒导入节目单⇒提交⇒签入。
（三）CAS系统操作
1、首先在“StreamGuardV2.01/20ACV2节目管理系统”中，修改节目信息。
将节目形成一个产品。
2、双击桌面上“StreamGuardV2.01/20ACV2”节目管理系统的图标，打开该软件界面。
3、增加网络：
右键点击“节目描述”⇒点击“增加网络”⇒弹出“增加网络信息”对话框⇒输入网络标识符⇒点击“增加网络信息”。
4、增加传送流：
右键点击“网络标识符0X00__”⇒点击“增加传送流信息”⇒弹出“增加传送流信息”对话框⇒输入传送流标识符⇒点击“增加传送流”。
5、增加业务信息：
右键点击“增加业务信息”⇒弹出“增加业务信息”对话框⇒根据相应信息填写⇒点击“增加业务信息”。
6、增加事件信息：
右键点击“业务标识符”⇒增加事件信息⇒弹出“增加事件信息”对话框⇒根据相应信息填写⇒点击“增加事件信息”。
7、对每个“业务”添加事件信息。
注意：
若无此步骤，则每个业务得到的AC码都是一样的，并只能对一套节目进行加扰。
8、完成全部，每一个节目便形成一个产品，并点击“生成AC”，获得AC码。
（四）加扰器操作
1、双击加扰器，弹出该加扰器的操作界面。
2、将获得的“AC码”按预设的AC索引复制到加扰器中的“AC列表管理”的“AC资料”（为十六进制）。
3、在“信道1AC索引”中选择AC索引中的号码，就选择了AC索引中的AC码进行加扰，并在ECMPID中填入规划好的PID。
4、若需要同密，则在通道2属性中点击“启用通道2”，则可以使用另一套CA系统。
5、在要加扰的节目前的方框中打勾，点击“提交”，则该节目被加扰。
（五）具体实验内容
1、 熟悉并掌握有线数字电视系统前端实验室的设备连接关系。
2、 调整复用器，选择复用节目，初步体验复用器软件的基本操作。
3、 通过CAS系统获取AC码，在加扰器上对节目进行加扰。
4、通过机顶盒在电视接收机上接收电视节目，并观察各种设置现象。
五、实验报告及要求
1、按照实际情况和四个组成部分，画出有线电视数字前端的简要框图。
2、列表说明有线电视数字前端的硬件和软件主要配置。
六、课前预习和课后思考
1、课前预习：
《有线电视》和《数字电视》中有关数字前端的相关内容。
2、课后思考：
有线数字前端的硬件和软件主要配置和性能要求。
实验三数字电视码流测试（4学时）
一、实验目的与要求
1、掌握数字电视前端的工作原理。
2、掌握数字数字电视前端的码流测试方法和仪器的使用方法。
3、通过对于数字电视系统中各个测试点的码流测试，掌握分析传输流中的PSI/SI信息。
二、 实验设备
1、数字电视前端信号
2、数字电视码流分析仪
3、机顶盒
4、电视机
三、实验原理
1、传输流TS
根据MPEG-2标准，为将一个或更多的音频、视频或其他的基本数据流合成单个或多个数据流，以适应于存储和传送，必须对其重新进行打包编码，在码流中还需插入各种时间标记、系统控制等信息，最后送到信道编码与调制器。
传输流TS（TransportStream）是根据ITU-TRec.H.222.0|ISO/IEC13818-2和ISO/IEC13818-3协议而定义的一种数据流，其目的是为了在有可能发生严重错误的情况下进行编码数据的传送和存储。
传送流由一道或多道节目组成，每道节目由一个或多个原始流和一些其他流复合在一起，包括视频流、音频流、节目特殊信息（PSI）和其他数据包。
其中PSI表有4种类型：
节目关联表（PAT）、节目映射表（PMT）、网络信息表（NIT）和条件访问表（CAT）。
传送流应用比较广泛，如视音频资料的保存、电视节目的非线性编辑系统及其网络等。
TS包的长度是固定的，为188字节。
包括同步字节（sync_byte）0x47和数据包识别号PID等。
PID为13位字段，指示存储于分组有效负载中数据的类型，PID值0x0000为程序关联表保留，而0x0001为条件访问表保留，0x1FFF为空分组保留。
从PID可以判断其后面负载的数据类型是视频流、音频流、PSI还是其他数据包。
2、PSI描述说明
在MPEG-2中定义了节目特定信息（PSI），PSI用来描述传送流的组成结构，在多路复用中尤为重要的是PAT表和PMT表。
PAT表给出了一路MPEG-2码流中有多少套节目，以及它与PMT表PID之间的对应关系；PMT表给出了一套节目的具体组成情况与其视频、音频等PID对应关系。
PSI提供了使接收机能够自动配置的信息，用于对复用流中的不同节目流进行解复用和解码。
PSI信息由以下几种类型表组成：
（1）节目关联表PAT（ProgramAssociationTable）：
用MPEG指定的PID（00）标明，通常用PID=0表示。
它的主要作用是针对复用的每一路传输流，提供传输流中包含哪些节目、节目的编号以及对应节目的节目映射表（PMT）的位置，即PMT的TS包的包标识符（PID）的值，同时还提供网络信息表（NIT）的位置，即NIT的TS包的包标识符（PID）的值。
（2）条件接收表CAT（ConditionalAccessTable）：
用MPEG指定的PID（01）标明，通常用PID=1表示。
它提供了在复用流中条件接收系统的有关信息，指定CA系统与它们相应的授权管理信息（EMM））之间的联系，指定EMM的PID，以及相关的参数。
（3）节目映射表PMT（ProgramMapTable）：
指明该节目包含的内容，即该节目由哪些流组成，这些流的类型（音频、视频、数据），以及组成该节目的流的位置，即对应的TS包的PID值，每路节目的节目时钟参考（PCR）字段的位置。
（4）网络信息表NIT（NetworkInformationTable）：
提供关于多组传输流和传输网络相关的信息，其中包含传输流描述符、通道频率、卫星发射器号码、调制特性等信息。
（5）传输流描述表TSDT（TransportStreamDescriptionTable）：
由PID=2的TS包传送，提供传输流的一些主要参数。
3、SI描述说明
欧洲DVB标准对PSI进行扩展后统称为服务信息（SI）。
这些信息以及传输流的规范性对于正确接收数字电视节目至关重要。
（1） 业务群关联表（BAT）：
提供业务群相关的信息，给出了业务群的名称以及每个业务群的业务列表。
（2）业务描述表（SDT）：
包含描述系统中业务的数据，例如业务名称、业务提供者等。
（3） 事件信息表（EIT）：
包含与事件或节目相关的数据，例如事件名称、起始时间、持续时间等。
（4） 运行状态表（RST）：
给出事件的状态（运行/非运行），运行状态表更新这些信息，允许自动适时切换事件。
（5） 时间和日期表（TDT）：
给出与当前的时间和日期相关的信息，由于这些信息频繁更新，所以需要使用一个单独的表。
（6） 时间偏移表（TOT）：
给出与当前的时间、日期和本地时间偏移相关的信息。
由于时间信息频繁更新，所以需要使用一个单独的表。
（7） 填充表（ST）：
用于使现有的段无效，例如在一个传输系统的边界。
（8） 选择信息表（SIT）：
仅用于码流片段（例如：
记录一段码流）中，它包含了描述该码流片段的业务信息的概要数据。
（9） 间断信息表（DIT）：
仅用于码流片段（例如：
记录一段码流）中，它将插入到码流片段业务信息间断的地方。
4、码流分析仪
码流分析仪是检测压缩后的数字电视信号质量优劣的重要仪器，可以对数字电视系统的各个环节的输出码流进行检测和特性分析，码流分析仪配有标准的ASI和SPI接口，能够对MPEG-2/DVB的传输码流进行实时分析、记录和脱机详细分析。
码流分析仪还可以监测码流中的PSI/SI的信息情况，深入了解其中参数是否符合MPEG-2/DVB标准，码流是否存在错误，能否被接收端正确解码。
码流分析仪主要应用场合是：
（1）在数字电视系统安装与调试时，能对系统的各个环节进行分析、验证及故障定位。
（2）在数字电视设备开发和研制过程中，如在编码器、复用器、调制器等的开发和调试过程中，可分析码流的特性是否符合设计要求。
（3）在有线数字电视系统的主要测试点进行测试、监视与分析，以便进行系统监视和故障定位。
如在有线数字电视系统中可以选择编码器输出、复用器输出、解调器输出、解复用器输出4个点作为测试点，如图3—1所示。
图3—1有线数字电视系统码流的测试点
从测试点1可以测试编码器输出的码流或其他的传输媒介过来的码流的具体技术参数，验证码流的参数值与设定的参数是否一致，若在此测试点测试的码流有问题，基本可以断定是编码器本身或其参数设置出现问题，此测试点也包括对视频服务器、卫星数字电视接收机输出的码流进行测试，可以准确判断其码流的具体情况。
从测试点2可以测试多路码流经复用后的具体参数，如PSI/SI表的传输间隔是否标准、PID的设置是否标准、同步是否丢失、码流加密后加密标志的设置是否标准、PCR的抖动和间隔是否正常，尤其是当卫星解调的码流与自办节目的码流复用后出现PCR问题时，与测试点1的测试结果进行对比能够定位出现PCR问题的码流，并由此进行分析和判断，得到复用器本身或其参数设置是否正确的信息。
从测试点3可以完成测试点2的所有功能，在调制器和解调器正常工作的条件下，通过与测试点2的结果对比，能够分析传输通道对传输码流的影响，从而判断有线数字电视传输系统的质量。
从测试点4可将码流分析仪的输出接至标准解码器，将数字信号还原为模拟视频和音频信号，以便能直观地看到图像的质量和听到声音。
5、有线数字电视系统码流分析的标准规范
根据MPEG-2和DVB标准以及DVB系统测量标准之一TR101290标准的研究，将DVB/MPEG-2TS码流的错误指示分为三个等级：
第一等级是正确解码所必需的几个参数；第二等级是达到同步后连续工作所必需的参数和需要周期监测的参数；第三个等级是依赖于应用的几个参数。
TR101290第一、第二和第三优先级码流监测参数见表3—1所示。
在有线数字电视系统中选择参数作为测试对象是十分必要的，它们对节目或业务的解码有直接影响，第一级参数直接影响节目图像和伴音的内容，第二级参数直接影响传输的可靠性，第三级参数影响显示结果。
表3—1TR101290第一、第二和第三优先级码流监测参数表
第一优先级
可解码性差错（共6个）
1、传输码流同步丢失
2、同步字节错误
3、节目相关表错误
4、节目映像表错误
5、连续计数错误
6、包识别错误
TransportStreamsyncloss
Syncbyteerror
ProgramAssociationTableerror
ProgramMapTableerror
Continuitycounterror
PacketIdentifiere
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