唐山有线数字电视平台结构与原理.docx
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唐山有线数字电视平台结构与原理
唐山有线数字电视
平台结构与原理
唐山有线电视网络公司前端机房
杨仲军
二〇一八年九月
第一章概述
近两年以来，数字电视是人们谈论最多的热门话题之一。
经过各种媒体的炒作和彩电厂家的广告宣传，诸如“数码电视”、“全数字电视”、“全媒体电视”、“多媒体电视”、“HDTV”等有关数字电视的五花八门的名称不断出现在报端、杂志和街头广告。
国庆50周年庆典的直播现场，人们期盼已久的高清晰度数字电视终于亮相。
中央电视台进行了我国数字高清晰度电视的播出和接收试验。
数字电视再次吸引了人们关注的目光。
由于数字电视是一种新鲜事物，一些相关报道及文章介绍中出现似是而非的概念，厂家也玩起“数字电视”的文字游戏，造成对消费者误导及市场的混乱，许多消费者感到困惑，茫然不知所措。
其实，消费者最关心的是什么才是真正的数字电视，数字电视何时进入普通家庭，家里现在在用的电视机是否要被淘汰，高清晰度电视是否就是数字电视等问题。
下面就有关数字电视的基本概念、相关技术、以及国际上和我国数字电视的现状作一下简要介绍，希望使大家对数字电视有一个正确的认识。
在国内，真正的数字电视始终是“尤抱琵琶半遮面”。
虽然厂家的广告不断地鼓噪“数字时代”已经来临，“数码电视”满天飞，实际上，市场上所谓的“数字电视”、“数码系列”多为采用了各种数字处理电路的普通电视，目前还没有一台真正意义上的商品化数字电视机。
1.1、什么是真正的数字电视？
1998年9月23日，英国广播公司（BBC）在世界上首先开播了商业化数字电视节目，被世界上许多有影响的媒体列为当年的十大新闻之一，它被视为电视发展史上继彩色电视之后的又一场重大革命。
高清晰度数字电视是数字信号处理、大规模集成电路制造、计算机等领域的多项高科技成果的结晶，是继黑白电视、彩色电视之后的第三代电视。
“数字电视”概念的含义不仅是指我们一般人家中的电视接收机，而是包含了从发送、传输到接收的全过程。
由电视台送出的图像及声音信号，经数字压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过空中无线方式或电缆有线方式传送，由数字电视接收机接收后，通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。
电视节目从摄制、编辑、播送、传输、接收到显示的全过程均采用全数字化的技术处理，因此，信号在整个过程中的损失比起模拟电视大大减小，接收到的电视节目质量可以达到与演播现场一样的水平。
数字电视与模拟电视的比较，如同CD唱片与留声机相比一样，是革命性的改变。
使用高清晰度数字电视，决不仅仅意味着我们通过电视荧屏将可以获得更加清晰的图像和更逼真、富有立体感的声音效果。
更重要的是，数字电视应用了计算机和信息技术，可以进行交互式的双向信息传输，赋予电视许多全新的功能，包括节目点播、浏览Internet、发送电子邮件、实现网上购物和网上银行等新业务,成为名副其实的信息家电。
目前，我国电视制式采用的PAL制属模拟电视广播。
市场上一些厂家所宣传的所谓数字电视，只不过是在电视机的电路中采用了多种数字化处理技术，例如：
数码100扫描技术、3D/5D数字化图像处理技术、I2C数字总线技术、数字画中画技术、数字伴音技术等。
采用了这些数字处理技术的彩色电视机，虽然电视机的功能和图像、声音质量有一定的改善，但是，很显然这类部分采用了数字处理技术的彩电并不是真正数字电视，充其量可以叫做数字化电视机。
有些厂家美其名把这类电视机叫做“数码电视”，实际上，数码和数字在英语中都是Digital，属于一回事。
1.2数字电视的基本原理
在传统的模拟电视中，模拟全电视信号通过调制后无线电射频载波上发送出去。
广播信道可以是地面广播、有线电视网或卫星广播。
数字电视则是将电视信号进行数字化抽样、量化、编码，其信号的数据率是很高的，直播室质量的数字化电视信号的数据率在200Mbps。
要在原模拟电视频道带宽内传输如此高速率的数字信号是不可能的，因此，必须发展数据压缩技术。
实现数据压缩技术方法有两种：
一是在信源编码过程中进行压缩，利用人类听觉视觉效应去除信号中的多余成分，在不影响收听收看效果的前提下尽量压缩数据率；二是改进信道编码，发展新的数字调制技术，提高单位频宽数据传送速率。
在信源编码方面，IEEE的MPEG（运动图象专家组）已发展制订了ISO/IEC11172（MPEG－1）和ISO/IEC13818（MPEG－2）两项国际标准。
MPEG－1的输入视频格式为CIF352×288，主要用于CD－ROM、VCD或T1（E1）线路传输，码率为固定的1.5Mbps；MPEG－2供数字电视使用，它支持标准分辨率的16∶9宽屏及高清晰度电视等多种格式，其码率可变，为3～40Mbps。
信源编码是把节目源的模拟图声信号变为数字信号，再经过MPEG－2压缩编码，形成数字信号源，并根据多个节目传输的要求，编为复用码流。
MPEG－2是未来的广播电视数字压缩的国际标准。
采用不同的层和级组合即可满足从家庭质量到广播级质量以及将要播出的高清晰度电视质量不同的要求，其应用面很广。
从进入家庭的DVD到卫星电视、广播电视微波传输都采用了这一标准。
信道编码的主要目标是提高信息传输的可靠性。
信道编码的方法是在效信息位后按一定规律附加一些监督位，增大所需的容量，在接收端检错和纠错降低误码率，提高可靠性。
信道编码除纠错外，还包括如下内容：
一、数字基带信号的码型转换：
改善频谱结构、包含定时信息、具有抗干扰能力；二、调制：
信号变换以适于信道传输；三、复用：
频分复用、时分复用、波分复用、码分复用等。
目前，数字电视的传输途径可分为三种：
数字卫星电视、数字有线电视和数字地面开路电视。
这三种数字电视的信源编码方式相同，都是MPEG－2的复用数据包，但由于它们的传输途径不同，它们的信道编码也采用了不同的调制方式。
例如，欧洲DVB数字电视系统中，数字卫星电视系统（DVB－S）采用正交相移键控调制（OPSK）；数字有线电视系统（DVB－C）采用正交调幅调制（QAM）；数字地面开路电视系统（DVB－T）采用更为复杂的编码正交频分复用调制（COFDM）。
对于数字电视广播信号，可采用频分和时分复用相结合的形式。
以8MHz为一带宽单位，视频信号数字化后，采用MPEG－2进行压缩，一般是采用主级和主类（MP＠ML）参数，采用64QAM调制，可以大大提高频带的利用率，每个8MHz带宽内可以传送的码率下表。
信道编码
C/N门限
Mbps
电视节目数
64QAM
28dB
38Mbps
5~8
现以64QAM每个8MHz通带内传送8套电视节目为例，说明编码和调制过程：
①以8个电视节目为一组，将每个电视信号数字化，进行MPEG－2的压缩编码，或直接接收卫星等数字电视信号。
②将8个数字电视信号进行时分复用，即进行PCM编码。
③将PCM信号进行QAM载波调制，通频带为8MHz，不同组别的信号载波频率不同，即进行频分复用，在接收端则是相反的过程。
这样可以利用目前的频分制设备和传输分配网系统，无需地行技术性的改造。
第二章数字电视的基本特点
2.1数字电视设备及信号的特点
（1）抗干扰能力强、无噪声积累。
在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大，随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。
对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值（通常取两个幅值），在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。
（2）便于加密处理。
信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，经过数字变换后的信号可用数字逻辑运算等进行加密、解密处理。
（3）便于存储、处理和交换。
数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。
（4）设备便于集成化、微型化。
数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。
设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。
2.2数字电视影视节目的特点
（1）图像质量清晰—因为是数字化存储、传输，用户接收端看到的图像质量与拍摄制作的图像质量一致，清晰度可达到DVD的水平
（2）节目频道容量倍增—一个模拟电视频道，经数字化处理后，可以变成6-8个数字电视频道。
（3）音响效果大幅提升—模拟电视只提供双声道，数字电视则提供6个声道，达到环绕立体声效果，满足喜爱音乐的用户需求
2.3数字电视收视方式的特点
（1）从时间上--电子节目菜单会详细列表并简洁告知当前正在播出的节目内容，还会预告当天、明天、乃至下一周将要播出的节目内容，用户可以很方便地选择了解自己需要的节目内容，自由选择安排适宜的时间去收视。
（2）从空间上--电子节目菜单将节目内容进行了详细分类。
例如：
新闻、电影、电视剧、音乐、股市证券、远程教育、气象、旅游、卫生、购物、电子政务、游戏、生活百科、图书馆、报刊电子版、主要网站、音像下载等等。
在每个频道之下，还可以进行种类细分。
不同层次不同需求的用户可以根据自己的喜好，在相当大的空间里自由选择内容。
（3）从方式上--用户在选择完全内容后，还可以自由选择接收方式。
直接点击便可进入、点击点播节目、将节目下载存储起来、还可以预约预订。
2．4与模拟电视相比，数字电视有以下几个优点：
1、图像清晰度高。
使用效果不受传输、转播影响，在接收端有望达到发射端的水平。
2、音频质量高。
支持5.1声道的数字环绕声节目源，可以通过电视节目获得家庭影院效果。
3、抗干扰。
数字视频不受干扰、增益、相位错误和串音的影响。
同等传输条件下的抗干扰能力明显优于模拟电视。
4、传输效率高。
进行地面方式发送时，原PAL信道可播放高清晰度电视HDTV或四套标准格式数字电视SDTV，有线电视网中的一个PAL通道可播8～10套标准清晰度数字电视SDTV。
5、可以兼容现有模拟电视。
通过在普通电视机前加装数字电视机顶盒即可接收数字电视节目，电视台的电视节目制作设备也可部分沿用。
6、提供全新的多业务用途。
普通的模拟电视只能是电视台按预定的节目表播放节目，用户只能被动地接收。
数字电视网与电信网及计算机网相结合，实现三网合一，不仅使信息源更为丰富，还可增加用户与各种信息提供源之间的交互性，实现用户自由点播节目自由选取网上的各种信息，可以提供多种数据业务服务，使电视机可以真正融入到信息网络中去，可以实现多种新的功能。
第三章数字电视标准简介
3.1DVB的主要目标及标准
DVB（DigitalVideoBroadcasting）意为数字视频广播。
DVB是欧洲有170多个组织参加的一个项目。
它包括了卫星、电缆电视和地面广播的普通电视和高清晰度电视的广播与传输。
DVB项目的主要目标是要找到一种对所有传输媒体都适用的数字电视技术和系统，对它的要求是：
（1）系统应能灵活传送MPEG－2视频，音频和其他数据信号。
（2）系统使用统一的MPEG－2传送比特流复用。
（3）系统使用统一的服务信息系统提供广播节目的细节等信息。
（4）系统使用统一的一级里德－索罗门前向纠错系统。
（5）使用统一的加扰系统，但可有不同的加密。
（6）选择适于不同传输媒体的调制方法和通道编码方法以及任何必须的附加纠错方法。
（7）鼓励欧洲以外地区使用DVB标准，推动建立世界范围的数字视频广播标准。
这一目标得到了ITU卫星广播的支持。
（8）支持数字系统中的图文电视系统。
主要的标准有三个：
DVB－S、DVB－C和DVB－T，分别用于卫星、电缆电视和地面广播，已得到ETS（EuropeanTelecommunicationstandard）的批准。
DVB－S已被ITU推荐。
DVB－S的标准是ETS300421，DVB－C的标准是ETS300429，DVB－T的标准是ETS300。
3.2DVB系统所使用的主要技术
DVB各种系统的核心技术是通用的MPEG－2视频和音频编码。
目前主要应用于数字卫星和电缆电视广播的是MP@ML。
因此第一代欧洲DVB接收机将提供直到“625行演播室质量”（ITU－RRec.BT601）的图像，可以是4∶3或16∶9宽高比。
还可根据业务要求确定所用的码率。
一般来说，所选码率越高，图像的质量越好，但占用频带越宽。
码率的选用与图像内容有很大关系，对于运动较多的图像如体育节目等应采用较大的码率；而对于卡通片等节目可采用较小的码率。
因此目前在把多个节目比特流复用合成一个比特流的情况下都采用统计复用的方法，能在不同码率需要的节目间灵活地分配总数码率。
由于MPEG－2传送比特流是一种数据包结构，所以可以很方便地加入适当信息，把各种不同的业务，如图像声音和数据业务合在一起，并对服务信息的格式作详细的规定，所形成的标准就是业务信息标准ETS300468。
同样由于MPEG－2未确定实际的加扰系统和密钥管理系统，DVB制定了解码器应用的条件接收公共接口。
3.3DVB－S系统
DVB－S系统可适用于多种卫星广播系统，卫星转发器带宽可以从26MHz到72MHz。
转发器功率从49dBW到61dBW。
发送端信号的处理分以下几个层次：
首先MPEG－2的信源编码和复用，将输入的视频信号，音频信号和数据按MPEG－2格式编码，再经节目复用和传送复用形成有用的数据包格式，包长188bit，包括1同步bit。
然后将此数据码流经多项处理。
其目的是用来增加信号对误码的抵抗能力并使其适应通道传输特性。
这些处理包括：
用伪随机序列使数据随机化，使用里德－索罗门编码RS（204，188T=8）及卷积交织编码技术以提高对误码的抵抗能力。
最后以QPSK调制方式发送至转发器。
3.4DVB－C系统
电缆电视系统分为两个部分：
CATV前端和综合解码接收机（IRD，也称机顶盒STB）。
为了使各种传输方式尽可能兼容，除通道调制外的大部分处理均与卫星中的处理相同，也即有相同的伪随机序列扰码，相同的RS纠错，相同的卷积交织。
随后进行的处理是专门用于电缆电视的。
首先进行比特到符号的转换，如64QAM是将8比特数据转换成6比特为一组的符号，然后头两个比特进行差分编码再与剩余的4比特转换成星座图中相应的点。
该方案可以适应16、32、64QAM三种调制方式。
表3－1是使用DVB－C标准的CATV的应用码率实例。
DVB关于有线电视的标准包括：
·ETS300468——电缆系统中的信道编码和调制；
·ETS300472——ITU－R中B制图文电视的传输；
·ETS300473——SMATV系统中信道编码和调制；
·ETS300743——DVB实时字幕系统；
·ETR154——有关MPEG－2的实现指导；
·ETR162——SI码的位置；
·ETR211——SI作用的实现指导；
·ETR289——共用加扰；
·EN50083——传输流与有线前端的接口。
有用码率MPEG－2TS
总码率
（Mbps）
符号率
（Mbaud）
所占带宽
调制方式
38.1
41.34
6.89
7.92
64-QAM
31.9
34.61
6.92
7.96
32-QAM
25.2
27.34
6.84
7.86
16-QAM
表3－1
第四章、唐山数字电视发展现状
4.1有线电视网络改造奠定了数字电视发展基础。
有线电视网络宽带化、光缆化是开展数字电视业务的前提条件。
为此从2000年下半年开始，我市对原有的有线电视网进行大规模技术改造。
到2004年底将基本完成直属用户接入网改造。
传输介质：
电缆－→光缆为主、光电混合。
网络结构：
树枝－→主干环网自愈、二级光网星型结构。
网络设备：
电放大器－→光发射机、光放大器、光工作站、电放大器。
administrator
系统带宽：
550M－→750M。
传输方式：
单向－→双向。
用户管理：
手工管理－→计算机系统管理。
4.2分阶段搭建数字电视前端平台
△2000年下半年开始考察论证数字电视的发展。
△2001年5月与四川新泰克公司达成共同建设唐山数字电视平台及合作运营的协议，同年成立唐山广通数字电视公司。
△2001年底，按市领导要求，搭建了简易数字电视前端平台，试播传送5套数字卫星节目。
△2002年10月与中视联公司达成全面建设唐山数字电视平台合同，并在年底前完成了CA系统、SMS用户管理系统、EPG电子节目菜单、Load远程软件更新等数字电视运营管理系统。
△2003年春节后我市数字电视进入市场试运营阶段，开始向部分社会用户销售机顶盒。
△2003年在原平台基础上经过二期、三期扩容，使传输能力达到90套，基本完成我市数字电视前端平台搭建。
到目前为止，传送中央15套、河北6套、唐山4套、各省卫视30套、自办6套、央视付费14套、NVOD频道1个（7套节目）等近90套数字电视节目以及股票系统等。
4.3唐山有线电视向数字化过渡时间表
唐山市属经济较发达的较大城市，应立足于2008年基本完成有线电视数字化过渡。
第一阶段：
到2003年底之前，属于数字电视平台搭建和试播阶段，形成50套以上数字电视节目传输能力。
第二阶段：
2004年－2005年，是数字节目与模拟节目“并行传输”阶段。
从2004年开始，陆续分区片实现模拟电视节目向数字电视节目整体平移。
增加数字节目的数量和业务种类，努力扩大数字电视用户覆盖。
第三阶段：
2006年－2007年，强制推行数字化过渡。
模拟节目逐渐减少至10套左右，只保证中央台1、2、4套和新闻频道节目，省台1套节目及本市自办节目的传输。
促使用户使用数字电视系统。
第四阶段：
到2008年，全市完成数字化过渡。
停止模拟节目的传输，有线电视节目向数字化整体平移工作全部完成。
第五章、唐山有线数字电视平台结构
5.1唐山有线数字电视的前端主要由以下几个部分组成：
数字电视信源系统、业务系统、存储播出系统、复用加扰系统、条件接收系统、用户管理系统、编码调制系统、以及其他辅助系统。
其结构如下图所示：
5.1.1有线数字电视的信源系统
唐山有线数字电视信源系统由电视节目和其它符合DVB-C标准的TS流数字信号组成。
大部分是硬件设备，主要包括
●数字卫星信号的接收系统（TS流接收机，TELESTE公司STACATO（数字卫星接收及适配）；
●模拟信号的编码系统（巴可、迪威等编码器）
●SDH网络信号的分接、转换系统（数码视讯接收央视付费、河北3、4、5、6的TS流信号）
●其它节目源（来自股票播出机等）。
电视节目由中央节目平台及省级节目平台提供，通过传输平台（卫星、SDH光缆干线网）进行传输。
本地的电视节目通过编码器生成。
5.1.2唐山有线数字电视的业务系统
目前，业务系统包括数据广播、Internet接入、实时股票信息等。
在唐山有线数字电视的业务系统中，主要是用户提供电子节目指南（EPG），主要包括
●节目名称
●各个节目的简介及其时长
●其它各分类节目的提供者、播出时间、节目简介
●未来一段时间内节目播出表等信息
5.1.3唐山有线数字电视的存储播出系统
存储播出系统包括节目素材上传与采集系统、节目存储与节目库管理系统、节目预编/审核系统、准视频点播（NVOD）系统和专业频道管理播出系统。
这个系统的应该有如下功能：
可以对多种格式节目进行上传；
收录存储多种传输方式的节目，并将其转换成TS流文件；
能够支持手动和自动采集方式；
对节目库中的文件有分类存储、快速检索的功能；
可以对延时播出的节目进行监审、编辑的功能；
用NVOD系统和专业频道播出系统播出节目。
5.1.4唐山数字电视平台的复用、加扰、调制系统
复用是数字电视前端中的一个重要组成部分。
主要是硬件设备构成，采用的是芬兰TELESTE的LEGATO设备，它将所有接收到的单个数字电视节目复用成多个数字电视节目，以提高电视频道的利用率。
复用系统是整个系统的核心部分，是整个传输过程中关键的设备，经过复用一个模拟电视频道可传输6—8套电视节目。
同时根据CAS和对加扰的参数与CA加扰系统一起完成对各节目的加扰工作。
5.1.5有条件接收系统（CAS）
有条件接收系统是收费业务运营的技术保障。
其基本目的是在电视系统中对用户进行授权控制及授权管理，从而实现收费系统的有偿服务。
用户管理系统，主要是针对数字电视用户和智能卡管理，节目管理信息系统，为即将播出的节目建立节目表。
节目表包括频道、日期和时间安排，也包括要播出的各个节目的CA信息。
条件接收系统中有两个完善的子系统：
用户授权系统（SAS）和用户管理系统（SMS）。
用户管理系统用来建立有关所有用户的名称、地址、智能卡号、账单的信息和当前授权的数据库等等。
5.1.6唐山有线数字电视的用户管理系统（SMS）
用户管理系统（SMS）与有条件接收系统（CAS）使用专用的接口进行连接，主要对网络中的信号进行商品化的定义、管理以及用户收看节目的权限控制和收费。
完成最终用户的开户、销户、计费、缴费、远程呼叫、服务授权、用户信息录入以及打印等功能，是数字电视业务运营不可缺少的管理系统。
其主要实现以下功能：
1、用户信息管理：
处理和维护用户的主要信息，开户、销户等。
2、资源管理：
主要内容是业务服务所需的设备和产品，如IC卡、机顶盒等。
3、产品管理：
对节目提供商的节目进行商品化的管理。
4、用户业务管理和支援：
用户订购产品信息、保证用户业务正常进行的管理。
5、计费、缴费：
计算用户应缴的费用及对用户缴的费用进行管理。
6、授权管理：
对用户信用度的确认、用户业务与IC卡的有效性的确认等。
7、帐务管理及财务报表：
对财务进行分析和管理以及财务中的各种报表。
8、系统管理：
保证系统正常运行所需的附加功能
5.2唐山有线数字电视的硬件平台设备
唐山数字电视平台的硬件体系是由TELESTE公司的数字电视前端ATMux系统，包括STACATO（数字卫星接收及适配）、DIVISI（智能ATM交换台）、VIVACE（ATM信元交换网络节点）、LEGATO（电视节目传输流复用、加扰、QAM调制器和上变频器的设备）、CATVisorCommander（设备配置、管理和故障诊断软件系统）等设备。
5.3唐山有线数字电视的节目内容
唐山数字电视平台现播出的内容有除中央、本地、29个省台共60套数字电视节目外还有中央试播的6套数字付费电视节目，股市行情、NVOD视频点播也已投入试运行，电视图文信息和电视网站等内容正在酝酿当中，不久将与广大观众见面，尤其是这套平台的节目宜扩展能力，以后还可继续传输中央、各省陆续开播的付费电视节目，为唐山的老百姓提供更多、更好的精神文化生活。
下面是唐山有线数字的节目内容：
570 CCTV-新闻、CCTV-1、CCTV-2、CCTV-3、CCTV-4
578 CCTV-5、CCTV-6、CCTV-7、CCTV-8、CCTV-9
275CCTV-10、CCTV-11、CCTV-12、CCTV-青少、CCTV-音乐
634河北1、河北2、河北3、河北4、河北5、河北6
658唐山-1、唐山-2、唐山-3、唐山-4、中教1
642广西、陕西、安徽、江苏、黑龙江、东方
626河南、辽宁、福建、江西、青海、湖南
618湖北、四川、山东、北京、山西
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