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。系統(tǒng)的前端部分主要任務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)絡的輸入接口。用戶分配網(wǎng)絡負責將電視信號分配到各個電視機終端。,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、攝錄設備等輸出的信號調(diào)制為高頻電視信號，并通過混合設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)。前端設備常用的設備是天線放大器，調(diào)制器、解調(diào)器、混合器、濾波器等設備。,前端模擬調(diào)制設備,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所連接的用戶分配網(wǎng)絡系統(tǒng)。干線傳輸系統(tǒng)采用的主要設備是干線放大器，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)絡位于干線傳輸系統(tǒng)和用戶終端設備之間，它將干線傳輸系統(tǒng)輸送的信號進行放大和分配，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)絡系統(tǒng)采用的設備主要有：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,分支器的作用是將電纜輸入的電視信號進行分支，每一個分支電路接一臺電視機分支器。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,用戶分配網(wǎng)絡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,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)使用的頻段應選在超短波范圍，米波和分米波。早期的有線電視網(wǎng)絡主要采用隔頻傳輸，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增加了增補頻道16個。92年在GY/T106-92中補充規(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大廣播的服務范圍，但確實有限的。目前實現(xiàn)遠距離傳輸?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：數(shù)據(jù)廣播，視頻點播，電子商務，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) 我國標準：G

13、B/T17975.2 — 2000 “信息技術(shù)—運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)進行數(shù)據(jù)分組 傳輸流復用：將N個打包的數(shù)據(jù)復合成單路串行傳輸流 標準：國際 MPEG-2我國 GB/T17975.1 — 2

14、000 “信息技術(shù)—運動圖像及其伴音信號通用編碼第1部分：系統(tǒng)”傳送復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)具備了可擴展、分級和交互通信的基礎。,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準：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”,三大標準,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比特二進制碼來表示已經(jīng)量化了的取樣值，稱為編碼。 每個二進制數(shù)對應一個量化電平，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性與時間冗余度的壓縮2)利用圖象空間的相關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,視頻壓縮編解碼標準

19、,1）H.261標準2）JPEG標準3）MPEG–1標準4）MPEG–2標準 1988年提出，1994年公布為國際標準，是專門針對數(shù)字電視（包括SDTV和HDTV）的信源編碼標準。 MPEG是運動圖像專家組(Moving Pictures Expert Group)的縮寫，成立于1988年，以建立活動圖像及相應音頻的編碼標準。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標準,AVS標準相比較其他標準有如下優(yōu)點：（1）性能高，編碼效率二倍于第一代標準（MPEG-2），與第二代H.264標準相當，技術(shù)方案簡潔，算法復雜度明顯低于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，費用低。AVS通過簡潔的一站式許可政策，相比H.264高額專利費用更易于推廣。（3）H.264只是一個視頻編碼標準，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)的完整標準體系，能夠為音視頻產(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，它是通過一個隨機碼發(fā)生器所產(chǎn)生的隨機碼（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進行加密傳送。,移動數(shù)字電視,移動電視技術(shù)標準與實現(xiàn)方式DVB-T：歐洲的地面數(shù)字電視傳輸標準，可用于車載移動電視業(yè)務，我國目前上海、北京等地即采用此標準。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技術(shù)使手機等便攜設備能夠穩(wěn)定的接收廣播電視信號。2004年2月，DVB-H標準獲得了DVB技術(shù)研討小組的批準，

23、成為正式的標準。ISDB-T：日本的地面數(shù)字電視標準，針對移動終端規(guī)定了“單頻段轉(zhuǎn)播”。DMB-T：由清華大學研制的地面數(shù)字電視標準，目前在江西、鄭州等地應用于車載移動電視。ADTB-T：上海交通大學開發(fā)的地面數(shù)字電視標準，目前在上海等地進行車載移動電視的試驗。T-DMB：地面數(shù)字多媒體廣播，目前還沒有統(tǒng)一的標準，不過韓國等國家的DMB標準都是以Eureka-147為基礎?？梢酝ㄟ^地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡向移動終端發(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)的手持式設備移動電視系統(tǒng)，計劃于2005年下半年在丹佛開始試行運營其系統(tǒng)。移動通信網(wǎng)絡：通過2.5G、3G網(wǎng)絡以流媒體方式進行視頻節(jié)目的組播或點播，通過手機接收，其特點是可進行雙向交互。如目前中國聯(lián)通推出的“視訊新干線”服務。,數(shù)字電視機頂盒主要完成數(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保有量約為3.7億臺，全部更新為數(shù)字電視機至少需要10～15年。當中國數(shù)字電視用戶達到1000～2000萬戶時，一體化數(shù)字電視機將成為市場主流。當數(shù)字電視用戶超過3000萬時，運營商將廣泛開展新業(yè)務，而這些新業(yè)務將由新型機頂盒支持。,什么是機頂盒（STB）,有線數(shù)字電視機頂盒的功能,基本型基本音視頻業(yè)務支持CA系統(tǒng)基本

26、型EPG軟件升級（Loader）增強型按次付費業(yè)務（PPV）數(shù)據(jù)廣播業(yè)務（DDB）廣播式視頻點播（NVOD）本地交互業(yè)務集成中間件,高級型視頻點播業(yè)務（TVOD）上網(wǎng)瀏覽業(yè)務電子郵件收發(fā)業(yè)務互動游戲IP電話業(yè)務的功能開放式的中間件系統(tǒng)復雜的EPG回傳信道支持Internet接入存儲硬盤,數(shù)字電視機頂盒的組成,數(shù)字電視機頂盒包含的層次： 從信號處理和應用操作上看，數(shù)字電視機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、能量擴散等。 傳送層：包括解復用，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。 應用層：包括業(yè)務信息（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。,機頂盒原理框圖,電源,機頂盒工作過程,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流解復用器根據(jù)PID區(qū)分不同的節(jié)目，提取相應的音、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）對于付費電視，

29、CA模塊對音、視頻流實施解擾，并采用含有識別用戶和進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)字機頂盒關鍵技術(shù),1）解調(diào)及解碼技術(shù) 2）解復用和信源解碼技術(shù) 3）有條件接收

30、 4）嵌入式實時多任務操作系統(tǒng) 機頂盒中的操作系統(tǒng)采用實時操作系統(tǒng)Real Time Opration System，RTOS），可以在實時環(huán)境中工作，并能在較小的內(nèi)存空間中運行。目前流行的實時操作系統(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的開放性和先進的結(jié)構(gòu),會對現(xiàn)有的實時操作系統(tǒng)構(gòu)成巨大的竟爭態(tài)勢.,5） 中間件 中間件是指位于機頂盒內(nèi)部硬件實時操作系統(tǒng)與應用程序中間的軟件部分。它規(guī)定了一組支持數(shù)字電視的應用程序接口（API），整個API集合被存儲在機頂盒的閃存（Flash）中

32、。 6）應用軟件 應用軟件執(zhí)行服務商提供的各種服務功能，如：EPG、VOD、數(shù)據(jù)廣播、IP電話等。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耐。,數(shù)字機頂盒關鍵技術(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)字電視的關鍵技術(shù)指標要求頻率范圍：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)通目前進口高頻頭性能特別是適應性、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)絡的實際情況，目前國內(nèi)主要STB廠商都使用Thomson或PHILIPS的產(chǎn)品,關鍵件——高頻頭（Tuner）,機頂盒軟件體系結(jié),RTOS,機頂盒關鍵技術(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（碼分正交頻分復用）嵌入式CPU與SOC（片上系統(tǒng)）技術(shù)嵌入式軟件與RTOS（實時操作系統(tǒng)）技術(shù),機頂盒技術(shù)發(fā)展熱點,機卡分離技術(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)移動電視與手機電視技術(shù),機卡分離,機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、認證費、生產(chǎn)許可費每臺機頂盒需要交版稅進入不同運營商的采購名錄，就需要移植不同的