中等职业学校电子信息类教材（通信技术专业）有线数字电视系统电子教案主编（第八、九章）程永斌幻灯制作 程永斌3/1/20071CATV向数字CATV过渡整体平移“家付通”模式随时可能在全国各个城市出现 家付通标志着有线数字电视网络在开拓新服务领域 方面取得了突破性进展。”国家广电总局副局长 张海 涛对新业务的概括更为生动：“这是蜕变与新生。”青 岛广电已经开通公用事业缴费、个人自助银行、电视 家庭超市和账单支付四大类服务功能。青岛当地大型 超市把商品目录放在有线电视系统上，客户可以在家 中选购并刷卡结算，由超市配送上门此外，客户在当 当网等互联网站下的订单也可以通过电视完成支付。 2三网合一,数字CATV带宽最宽 IPTV的“带宽”窄3第八章 数字电视基础知识81 模拟电视升级为数字电视 电视( TV )是把活动景物的图像转变成电信号v模拟电视:电信号的强度连续变化 v数字电视:信号的强度是断断续续变化 ,用二进制 数码代表信号的强度v模拟电视升级为数字电视的意义：提升图像质 量，降低成本。是战略技术v高清晰度电视( HDTV ) ，标准清晰度电视( SDTV )和低清晰度电视( LDTV ) 48.1.2 数字电视系统结构v从信号的流程来看，可以分成节目采集、编辑制 作和数字信号处理（图1左部）、传输信道（图 8.1)中部）和接收显像三大部分（图8.1右部）。 从数字信号处理技术上看，控制程序（软件）与 数字设备（硬件）结合在一起才能完成特定功能 ，软件技术可以分成物理层的传输控制协议、中 间件（软件平台）标准、信息表示、信息使用、 内容安全等科学技术子系统。据有特定功能的软 件又简称虚拟机。5数字电视机顶盒（STB） v不淘汰模拟电视接收机，又要实现用模拟机 看数字电视的目的，需要在系统输出口与模 拟电视之间串入一个设备 STBv它能输出模拟视频信号（V）和伴音信号（ A），可以直接引到电视机的V、A端子上。v我国的国策是不生产数字电视接收机。v模数转换（A/D和数模转换（D/A）v有线数字电视机顶盒见第九章613 数字电视的显著亮点 v图像清晰度提高1到2倍，不会产生热噪声积累v色彩逼真，无串色；不会产生非线性失真干扰 积累v可移动接收，无重影v节目套数可增加到500个以上，成本反而降低v伴音亮丽，容易实现数字环绕立体声，还有多 语种功能v能开展多种业务。714 我国发展数字电视的情况v卫星数字电视广播（DVBS）已经播出高清电视 （HDTV）和标清（SDTV）电视节目v卫星数字电视直播（DBSDTH）v有线数字电视网，标清（SDTV）电视 节目，网络运营商向用户免费赠送机顶 盒，不能免费收视数字电视节目，实现 机顶盒的收费功能和交互电视（ITV） ，有线数字电视网必须改造成数据通信 网，简称双向网v地面数据广播 88.2音频信号、视频信号的数字化 过程 8.2.1数字音频信号 图83是对一个1000赫兹（Hz）单音频电信 号的具体描述。 用直角坐标图形描述脉冲作用见图8.4，从时 间上看，此图描述的是断续电信号。通用称 谓为等幅脉冲信号。 把模拟信号转化成数字信号过程如图8.2所示 对图8.3和图8.4的两个瞬时值波形做乘法运算 ，结果用图8.5描述 。 98.2.1.1 取样（采样） v取样就是把时间周期化，把无限长的时间坐 标分为无数个相同的时间段（即周期），目 的是定量分析一个周期之内信号的变化量。 当采样频率 f s 2 f m(模拟信号的最高频 率) 时，就可以把失真量控制在人耳能接受 的范围内。 108.2.1.2量化 用计算机进行计算、加工和处理 模拟信号的过程 v量化比特数：因为M=2n，n代表二进制数 码有几位，定名为量化比特数。此例中， M 16；所以n 4；就算是4比特量化。v量化就是将模拟信号的幅度值离散化 118.2.1.3 编码v计算机和数字电视是采用二进制计数的系统 ，量化电平也必需按特定的规则进行二进制 编码。结果为0和1的有序排列组合，称之 为数码流。在计算机内，用电脉冲表示0和 1，数码流和编码脉冲的含义相同。vRb量化比特数（n） 采样频率（fs）。 12三种校验（Parity Codes）码 1奇偶校验码2汉明码3循环冗余校验码v码距（N）定义：在一个编码系统中，两个合法编 码之间有N个二进位不同，从上表看出：例如 8421BCD码的N为1；带奇校验位的8421码和带 偶校验位的8421码 的N为2。v 奇校验位1001011001、偶校验位0110100110 如何设定？在带奇校验位的8421码中，“1”的个数 为奇数（1和3）；在带偶校验位的8421码中，“1” 的个数（2和4）为偶数；v奇偶校验码是查（检）错码！合法编码中“0”与“1” 出错了，产生错误编码。事件为带奇校验位的 8421码与带偶校验位的8421码相互变换。138.2.2数字视频信号 v声音的波形与空间位置无关，而字符、图形 、图像等都与空间位置有关，其数字化技术 的复杂性大大增加。v将视频信号转化为数字视频信号的过程就叫 做视频信号数字化 148.2.2.1人的视觉v把R、G、B定名为三原色 v视频信号的频率范围0至6MHzv亮度信号（Y）v色差信号（U与V）158.2.2.2视频信号的第一次采样 时（时间）空（空间位置）转换v动态的电视图像由一系列的静态画面组成 v一幅画面是由若干行和若干列象素点组成的 阵列，图8.6中，小剑头代表象素点 v帧频25Hzv场频50Hzv电子束强度的变化量就是代表亮度（Y）、 色差信号（U、V）。上述过程的简称是点 采样 168.2.2.3扫描原理 v与电子束运动距离成线性关系的电流波形如 图8.7。显然，行扫描锯齿脉冲的周期也必 须是64微秒（参见图8.8a），场扫描锯齿脉 冲的周期必然是20毫秒（参见图8.8b）。v从图8.6中左上角的第一个象素点开始，按 照从左到右、从上到下的顺序，轰击各个象 素点。一行接一行地扫描，完成1行扫描任 务所需要的时间叫做行扫周期（Th），相 关技术标准给定64微秒，则行扫描频率fh等 于15625 Hz。完成一帧扫描任务所需要的 时间叫做帧扫周期（Tf），Tf40 毫秒 ，则帧扫描频率 25 Hz。扫描完一帧画面后 再去扫描下一帧画面。 17续可以把全部的扫描过成叫做电视图像的第 一次采样。 点采样是电子束轰击象素点，线采样是电 子束的行扫描过成，电子束的帧扫描就是面 采样。画面由点、线、面构成，把点（象素 ）、线（象素行）、面（象素矩阵）的位置 信息转化成只与时间相关的信息就是全部的 扫描过成。 18可以把全部的扫描过成叫做电视 图像的第一次采样 v点采样是电子束轰击象素点，线采样是电子 束的行扫描过成，电子束的帧扫描就是面采 样。画面由点、线、面构成，把点（象素） 、线（象素行）、面（象素矩阵）的位置信 息转化成只与时间相关的信息就是全部的扫 描过成。 19亮度（Y）、色差信号（U、V） 的第二次采样v量化比特数越高，图像质量越好。考虑成本因素 ，通常，Y、U、V都采用8比特量化，即调制后的 脉冲幅度（样值）被分为256个量化级，8位二进 制数从00000000到11111111共有256个。与0到 255的十进制数一一对应，则二进制数成为十进制 数的代码。在脉冲调制过程中，要防止过载；传 递代码要加入识别符号、同步字码，这都要占用 比特位（bit）。通常，第235级代表白电平；第 16级代表黑电平，U、V代码是两端各留16个bit。208.3. 有线数字电视系统及前端 光纤同轴电缆混合网简称HFC模 式 8.3.1输入部分 HFC 前端的信号源v信息的来源主要有以下六条渠道。与模拟前 端不同之处：输入信号为异步串行码流（ ASI），在核心服务器 内复接（混合）。v图8.9是HFC前端的信号流程与硬件框架图 。 218.3.2核心服务器的功能v前端的核心作用是信号处理，传输码流的监 视、解扰、加扰、复用与服务信息（SI）生 成和更改、数据调制、，将各个环节集 成为一体的设备叫做核心服务器。 v用户机顶盒搜索节目，必须靠服务信息（SI ）引导。 22核心服务器的三大功能 v信号处理复用器是将多个异步串行码流（ ASI）转换成一个新的ASI，新ASI的比特率 会大得多，实现充分利用有限比特率的目的 。 v节目信息管理v用户信息管理 238.3.3 信号输出部分（图8.9的中 频【 IF 】信号） v邻频混合器起频分复用作用 v在有线电视中不宜用射频调制器，应该用中 频调制器。v射频物理频道表见1.1 v16QAM、64QAM、256QAM的数字调制器v数字电视的电平 与模拟电视的电平 248.3.4数字前端的系统管理系统管理必须做到 实时监控前端工作状态 监视输入码流与输出码流和节目质量 轮番检查受众收视状况 核查计费信息 即时打印故障报表及日志。258.4 光纤传输技术v8.4.1 信息高速公路的整体思路v三网融合、互联互通、资源共享v有线数字电视网络是大容量透明传输网、是 最佳广播网、是唯一兼容模拟和数字信号的 网络、是目前唯一可传输高清晰度电视 (HDTV)的现实网络。 268.4.2 我国有线数字电视网络v我国有线数字电视网络采用四级组网方式，参看 图8.11 vSDH成为光纤同步数字传输技术、体制、网络的 代名词 vSDH和HFC网都传输数字电视信号；但是，数字 电视信号的形式不同，前者的是光脉冲；后者的 是被数字电视信号调制的光载波，载波的波形是 连续的，所以，HFC的本质是模拟光纤网。 278.4.3 模拟光纤网HFC网中的光 缆干线 ，参见图8.12 vHFC网中的光缆干线由驱动放大器、光发 射机、光功率分配器、光接收机及单模光纤 组成。 v100以上的光纤干线，必需使用数字光纤 （SDH）；100以内使用HFC网。其中的 光纤干线，光载波波长为1550nm时，传输 距离在30100之间，30以内使用 1310nm的光载波。288.4.3.1光节点的规模v我国的管理部门规定：每个光节点的规模不 超过500户 v光纤干线到路边（FTTC），500户以下； 串接RF宽放两台；光纤干线到建筑物（ FTTB），125户以下；串接RF宽放一台， 光纤干线入户（FTTH），光节点规模为一 户v光节点越小，系统串行环节越少，可靠性越 高 298.4.3.2 HFC网的上行通道v双向有线电视网络，是一个不对称的通信系统， 数据和图像的下行流量大，上行流量小。下行带 宽780MHz与上行带宽60MHz之比为13，即下行 通信能力是上行的13倍 v上行数据通信采用时分多址（TDMA、A-TDMA） ，抗噪声能力差，要求信道的载噪比大于或等于 25dB v上行数据通信采用码分多址（S-CDMA），抗噪 声能力强，只要求信道的载噪比大于或等于需 15dB 308.4.3.3 HFC网的下行通道容 量 v每一个物理频道占8MHz带宽，通道频率范 围为87至862MHz，共安排96个物理下行频 道v64-QAM时占用1.8Gbps。可容纳单节目传 输流（SPTS）数量，即可容纳标准清晰度 电视（SDTV）514套 318.5射频（RF）同轴电缆分配 网v从图8.13看出，同轴电缆分配网是接入网的 最后一部分，这是高低通滤波器到家庭网络 之间的传输网。 v带宽是51000 MHz（RF） v高通滤波器的通频带带宽是651000 MHz ，低通滤波器通频带带宽是565 MHz。 v接入子网叫做双向网 328.5.1 比较A类网与B类网v射频数字电视信号的载波电平用分贝毫瓦（ dBm）计量；射频模拟信号载波电平用分贝 微伏（dBV）计量 vA类网是双向网，B类网单向的 vY dBV x dBm 108.75 vA类网中的有源设备内使用高低通滤波器， 上行与下行信号分道扬镳