数字有线电视系统Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望内容提要一、数字电视技术的发展一、数字电视技术的发展二、有关基础知识二、有关基础知识三、数字有线电视前端硬件平台三、数字有线电视前端硬件平台四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台五、数字电视技术的相关标准五、数字电视技术的相关标准六、数字有线电视系统六、数字有线电视系统一、数字电视技术的发展1数字电视是电视发展的必然趋势电视技术的革命：第一次：黑白彩色第二次：模拟数字n传统的模拟电视缺点是：容易受噪声干扰，长距离传输后信噪比恶化；图像清晰度下降，信号波形畸变，相位失真、色彩失真；对设备的非线性失真十分敏感。n模拟电视还具有稳定性差、可靠性低、调整繁杂、不便集成、自动控制困难。n不能与IT接轨，业务受限。2.数字电视的发展历程与现状1994年，数字卫星电视启动；1998年，数字地面电视开始试播；欧、美、日发展较快；数字卫星电视出现最早，目前最为成熟与规范；数字有线电视和数字地面电视目前尚处于发展阶段。3.数字有线电视在我国面临良好的发展机遇（1）有线电视目前在中国有9000万以上用户，2005年将达到1.2亿。经济发达地区和城市的电视用户多数通过有线收看电视节目，同时有线电视数字化的技术基础也较成熟。有线电视数字化的发展将能够支持最全面的业务。（2）我国尚未放开个人和家庭直接接收卫星电视信号的限制，数字电视的地面广播，有关标准国际上正在制定中。实现数字有线电视广播在传输链路上的投资最少。目前最有条件发展的则是数字有线电视。二、数字通信基础知识2.1信道与带宽n传输信息的通路称为信道，可以分为两种：传输模拟信号的称为模拟信道，传输数字信号的信道称为数字信道。n信道所能传送信号的频率范围，称为带宽。传输信道的最小频道宽度应数字信号本身频谱的宽度。二、数字通信基础知识2.2数据传输速率n比特率：是指二进制数码流的数据传输速率，单位是：bit/s简写b/s或bps，它表示每秒传输多少个二进制元素（每一个二进制的元素称为比特）。n波特率：也就是符号率，又称调制速率，是针对模拟数据信号传输过程中，调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值，单位是B/s，称为波特(baud)率。nR=Blog2N（b/s），其中R是比特率，B是波特率，N是n比特的电平数（即，进制数）。nlog2N=n:比特数/符号 二、数字通信基础知识2.3信源编码n抽样：将时间上连续的取值变为有限个离散取值的过程。n量化：将经抽样后幅度上无限多种连续的样值变为有限个离散值的过程。n编码：把量化后的信号按照一定的对应关系转变成一系列数字编码脉冲的过程。n信源数据压缩编码：降低传输数据率。二、数字通信基础知识2.4信道编码n纠错：在信道编码过程中将附加数据加于数据流之中，在接收端通过校验位来发现有错误的数据字，并给予纠正。n交织：是对纠错过程的补充。其基本原理是在编码时将数码流按已定义的规则“搅乱”，在接受端再将那些“搅乱”的数据字按相反的规则重新排列，使之恢复出原始次序。 三、数字有线电视前端硬件平台3.1数字卫星接收机1.概述概述 因为我国上星的数字电视节目的大部分采因为我国上星的数字电视节目的大部分采用的是用的是QPSK调制方式调制方式 ，数字卫星接收机都是数字卫星接收机都是QPSK解调解调 。数字卫星接收机也分为几种，有的虽然是数字卫星接收机也分为几种，有的虽然是接收卫星上的数字节目，但是输出的还是模拟接收卫星上的数字节目，但是输出的还是模拟的音视频信号，这就是目前大部分电视台前端的音视频信号，这就是目前大部分电视台前端系统所采用，还没有改造的。有的是直接是输系统所采用，还没有改造的。有的是直接是输出出TS码流；还有一种就是既能输出模拟信号，码流；还有一种就是既能输出模拟信号，又能输出数字的又能输出数字的TS码流。码流。数字调制信号的向量表示或星座图表示数字调制信号的一般描述在第n个符号间隔，发射的已调信号，可表示为一个向量。IjQ0AnnInQn在所有时间上，发射的已调信号只有有限的若干种，可表示为若干个向量。若只画出向量的端点称为星座图。QPSK信号的正交调制IjQBPSK，载波cosctBPSK，载波sinct合成为QPSKA方式QPSK正交调制器B方式QPSK正交调制器星座图：调制载波变化状态的表示图星座图：调制载波变化状态的表示图a和和b为数据率减半的为数据率减半的bit序列，序列，A/D后后0以以+1表示，表示，1以以1表示表示,并用并用I(t)表示表示a；Q(t)表示表示b。平衡调幅器输出：平衡调幅器输出： I(t) sinc ct = sinc ct Q(t) cosc ct = cosc ct 若载波为：若载波为：sin(c ct45)和和 cos（c ct45）则星座图旋转则星座图旋转45，见图中的标记，见图中的标记“”。 三、数字有线电视前端硬件平台3.1数字卫星接收机Q三、数字有线电视前端硬件平台3.1数字卫星接收机恢复绝对NRZ码的0，1状态1复用适配和能量扩散RS编码器(204,188)卷积交织器I=12字节到m位符号变换差分编码基带成形QAM调制至RF有线信道视频编码器音频编码器数据编码器节目复用器传送复用器12n有线前端MPEG-2源编码和复用IQSync1反转和去能量扩散RS码解码器卷积去交织器符号到字节映射差分解码器匹配滤波器与均衡RF物理接口QAM解码器接RF有线信道有线IRDIQ数据时钟载波、时钟和同步恢复DVB-C系统框图三、数字有线电视前端硬件平台编码调制系统去RF有线信道时钟数据*m基带接口：来自本地MPEG-2节目源,分配链路,再复用等基带物理接口Sync1反转和随机化卷积交织器I=12字节字节到m位符号变换差分编码基带成形时钟和同步生成器QAM调制器和IF或RF物理接口有线前端888mIQ*MPEG-2 传送复用包RS编码器(204,188)对每符号的两个最高有效位进行差分编码，从而获得旋转不变的星座图。将m比特符号映射为I、Q信号，并进行滚降滤波。根据MPEG-2帧结构将SYNC1字节进行反转；对数据流进行随机化处理。使数据结构与信号源格式相适配。字节到符号的变换例：64QAM的字节m比特符号的变换，2m=64，m=6，3字节转换为4个符号b7b6b5b4b3b2b1b0字节v字节v+1字节v+2自交织器输出（字节）b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0b5b4b3b2b1b0符号z符号z+1符号z+2符号z+3至差分编码器（6-bit符号）三、数字有线电视前端硬件平台3.2QAM调制器n1.调制方式的选择调制方式的选择 vDVB-S中，采用的是中，采用的是QPSK调制解调方式；调制解调方式；vDVB- -C中，采用的是中，采用的是QAM调制解调方式；调制解调方式；vDVB-T中，采用的是中，采用的是OFDM多载波调制，每个载多载波调制，每个载波再采用波再采用QPSK或者或者QAM调制。调制。vQAMQAM是用数字信号去调制载波的幅度和相位，常用是用数字信号去调制载波的幅度和相位，常用有有1616QAMQAM、32QAM32QAM、64QAM64QAM等。由于载波的幅度和相等。由于载波的幅度和相位都带有信息，比位都带有信息，比QPSKQPSK方式传输的数码率高。方式传输的数码率高。DVB-DVB-C C多用多用6464QAMQAM的调制方式。的调制方式。vQPSKQPSK方式具有较强的抗干扰能力，多用在双向网的方式具有较强的抗干扰能力，多用在双向网的回传。回传。 三、数字有线电视前端硬件平台3.2QAM调制器n2.调制速率v16QAM调制中，一个符号用调制中，一个符号用4个比特来表示；个比特来表示；64QAM调制中，一个符号用调制中，一个符号用6个比特来表示；个比特来表示；256QAM调制中，一个符号用调制中，一个符号用8个比特来表示。个比特来表示。v 64QAM的调制符号率为的调制符号率为6.89MBps时时，它的，它的最高数据传输速率为最高数据传输速率为6.89641.34Mbps，由于其中有由于其中有RS编码，去掉冗余，有效传输数据编码，去掉冗余，有效传输数据速率为速率为41.34（188/204）38.1Mbps。 B:波特波特三、数字有线电视前端硬件平台3.2QAM调制器3.QAM调制原理n正交调幅（QAM）是幅度调制和相位调制的结合，既调幅又调相。nQAM是将调制符号调制到一对正交载波上，是二维调制技术。 n数字比特序列被分成两个序列，以16QAM为例，每4个调制比特分为两组，每组两个比特，分别去调制同相正交载波，然后将两路已调信号相加发送。 QAM的正交调制实现IQ4ASK,载波0相位IQ4ASK,载波900相位IQ三、数字有线电视前端硬件平台3.2QAM调制器nM-QAM由2路正交的L-ASK信号叠加而成,M=L2A/D三、数字有线电视前端硬件平台3.2QAM调制器n16QAM星座图差分编码的作用n为了获得/2旋转不变QAM星座图，每个符号的两个最高有效位应进行差分编码。复用适配和能量扩散RS编码器(204,188)卷积交织器I=12字节到m位符号变换差分编码基带成形QAM调制至RF有线信道视频编码器音频编码器数据编码器节目复用器传送复用器12n有线前端MPEG-2源编码和复用IQ差分编码规则和示意图n两个MSB差分编码由下面的表达式给出字节到m比特符号变换映射q个比特(bq-1,bo)Ak=MSBBk=bq差分编码QkIkQIq=2，16QAM时；q=3，32QAM时；q=4，64QAM时；差分编码规则和示意图n两个MSB差分编码由下面的表达式给出字节到m比特符号变换映射q个比特(bq-1,bo)Ak=MSBBk=bq差分编码QkIkQIq=2，16QAM时；q=3，32QAM时；q=4，64QAM时；QAM星座图n系统采用16/32/64QAMn举例：16QAM星座图IQ0000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101IkQk=00IkQk=10IkQk=11IkQk=01IkQk为每象限的两个MSB，象限MSBLSB旋转100210+/2311+401+3/2星座图中的第1象限星座点到其它象限星座点的变换n通过改变2个MSB位（即IkQk）并根据表中规则旋转q个LSB，可将第1象限中的星座点变换至第2、3、4象限。IQ载波相位旋转示意图载波相位旋转任意角度IQ0000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101IQ00000001001100101000101010111001110011101111110101000110011101010000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101载波相位旋转900IQ0000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101IQ00000001001100101000101010111001110011101111110101000110011101010000000100110010100010101011100111001110111111010100011001110101n载波发生/2,3/2象位旋转时，q个LSB不会发生错误，而2个MSB经差分译码后也不会发生错误。符号率、带宽的关系n对QAM信号，占用射频带宽B与符号率Rs的关系为：B=(1+)Rsn采用0.15滚降系数时，一个8MHz信道中理论上的最大符号率为6.96MBaud。（Baud=symbol/s）8MHzfc比特率与符号率的关系有用比特率Ru、总比特率Ru、符号率Rs复用适配和能量扩散RS编码器(204,188)卷积交织器I=12字节到m位符号变换差分编码基带成形QAM调制至RF有线信道视频编码器音频编码器数据编码器节目复用器传送复用器12n有线前端MPEG-2源编码和复用IQRuRuRsRu=Ru(188/204)=(log2M)Rs(188/204)举例有用比特率Ru(MPEG-2传送层)Mbit/s总比特率Ru包含RS(204,188)Mbit/s有线符号速率RsMBaud占用带宽MHz调制方案38.131.925.241.3434.6127.346.896.926.847.927.967.8664-QAM32-QAM16-QAM31.672 PDH34.3676.877.9032-QAM18.916.012.820.5217.4013.923.423.483.483.934.004.0064-QAM32-QAM16-QAM9.68.06.410.448.706.961.741.741.742.002.002.0064-QAM32-QAM16-QAM编码调制系统nDVB三种系统的信源编码方式相同-MPEG-2，但采用不同的信道编码方式和不同的调制方式。n信道编码，DVB-C只采用RS编码和卷积交织联合起来纠正随机性错误和突发性错误，不采用DVB-S和DVB-T，用RS编码与卷积编码分别作为外编码和内编码的联合编码方式。n调制部分，DVB-C噪声干扰较小，可采用编码效率较高的MQAM，不用DVB-S的QPSK；有线信道中的多径干扰不是十分严重，也不采用DVB-T为克服多径干扰所用的COFDM。编码调制系统n基带接口与同步基带接口与同步经过此单元的处理，使数据结构与信号源格式相适配。该单元中的信号帧结构应与含同步字节的MPEG-2传送层一致。nSYNC1变换和随机化变换和随机化该单元根据MPEG-2帧结构将SYNC1字节进行反转；同时为实现频谱成形，对数据流进行随机化处理。（SYNC1：随机化序列的第随机化序列的第1个个TS包，共包，共8个包）个包）见下图DVB-S帧结构编码调制系统nRS码编码器码编码器该单元使用截短的RS(204,188)编码，对每一个已随机化的传送包进行处理，产生一个误码保护包。n卷积交织器卷积交织器该单元完成一个深度I=12的误码保护包的卷积交织，同步字节的周期保持不变。n 字节变换到字节变换到m比特符号比特符号该单元将卷积交织器处理后的字节变换为QAM符号。编码调制系统基带成形基带成形该单元将经过差分编码的m比特符号映射为I、Q信号，在QAM调制前，对I、Q信号进行升余弦平方根滚降滤波。基带成形滤波的作用n编码器产生矩形基带脉冲，其频谱无限延伸，为无失真传输需要无限宽的信道。n而实际信道都是带宽受限的，对所传输的信号造成频谱失真，反映在时域波形上即畸变和波形展宽，使相邻的脉冲波形在时间上互相重叠，造成了符号间干扰（ISI）。如图n若基带脉冲波形是某种适当的波形，那么可以保证抽样点上不存在ISI，如图n为此，调制前需对编码器产生的基带脉冲进行基带成形滤波。/T-4/T/T-2/T1/T3/T/TH(f)-1/T矩形脉冲及其频谱tf(t)T/2-T/20滤波单个脉冲的响应接收到的波形输入波形10110ttTst抽样点抽样点Ts码间干扰二进制系统接收脉冲中的ISI示意图前一位脉冲下一位脉冲抽样时刻发端脉冲当前脉冲(非正常比例，仅供演示)理想低通滤波器的脉冲成形n所传输信号的符号率为fS，symbol/s。n理想LFP的截止频率为fN=fS/2，称为奈奎斯特频率，如左图。n调制后的射频带宽为2fN=fS，如右图。升余弦滚降滤波器的脉冲成形n理想LPF的过渡带无限滚降，不能实现。n实际滤波器的过渡带有适当的滚降，但不一定满足无ISI传输。n升余弦滚降滤波特性关于fN齐对称，满足无ISI传输。n称为滚降系数。编码调制系统nQAM调制和物理接口调制和物理接口该单元对信号进行QAM调制。随后，将QAM已调信号通过IF或RF接口送至射频信道。编码调制系统n几个重要概念：随机化RS码卷积交织n数数字字通通信信理理论论在在设设计计通通信信系系统统时时都都是是假假设设所所传传输输的的比比特特流流中中“0”与与“1”出出现现的的概概率率各各为为50%，通通信信系系统统以以及及其其数数字字通通信信技技术术的的设设计计性性能能指指标标是是以以这这一假设为前提的。一假设为前提的。n但但TS码码流流经经过过编编码码处处理理后后，可可能能会会在在其其中中出出现现连连续续的的“0”或或连连续续的的“1”。这这样样一一方方面面破破坏坏了了系系统统设设计计的的前前提提，使使得得系系统统可可能能会会达达不不到到设设计计的的性性能能指指标标；另另外外，接接收收端端进进行行信信道道解解码码前前必必须须首首先先提提取取比比特特时时钟钟，提提取取是是利利用用传传输输码码流流中中“0”与与“1”之之间间的的波波形形跳跳变变实实现现的的，而而连连续续的的“0”或或连连续续的的“1”给比特时钟的提取带来了困难。给比特时钟的提取带来了困难。随机化编码调制系统随机化n为了保证在任何情况下进入DVB传输系统的数据码流中“0”与“1”的概率都能基本相等，传输系统首先用一个伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱处理。伪随机序列是由一个标准的伪随机序列发生器生成的，其中“0”与“1”出现的概率接近50%。由于二进制数值运算的特殊性质，用伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱后，无论原TS码流是何种分布，扰乱后的数据码流中的“0”与“1”的概率都接近50%。扰乱改变了原TS码流，因此在接收端对传输码流纠错解码后，还需按逆过程对其进行解扰处理，以恢复原TS码流。随机化n从信号功率谱的角度看，扰乱过程相当于将数字信号的功率谱拓展了，使其分散开了，因此扰乱过程又被称为“能量分散”。n随机化器一般采用伪随机二进制序列(PRBS)信号发生器来实现。数据随机化的基础是线性移位寄存器和m序列理论。m序列是最常见的一种伪随机序列，它是周期最长线性反馈移位寄存器序列的简称。RS码nRS码不但能纠正随机错误，也能纠正突发性错误，是一种功能极其强大的纠错编码。nRS的编码和解码过程都是通过一个特定的有限域的算术运算来实现。n在DVB-C系统中，MPEG-2传送包经过能量扩散随机化处理后，采用T=8、截短的RS编码，并将16个校验字节加到每一个已经随机化的MPEG-2传 送 包 上 。 即 采 用 截 短 的RS（204,188）码。卷积交织n任何纠错编码的纠错能力都是有限的，当信道中的干扰较严重，在传输信号中造成的误码超出纠错能力时，纠错编码将无法纠正错误。因此，如果在信道中存在着诸如火花放电等强烈的冲激噪声，将会在码流中造成连续的误码。这些连续误码落在RS码中，就可能超出RS码的纠错能力而造成信息失真。卷积交织n为避免这种情况，加入了数据卷积交织环节。通过数据卷积交织改变了信号的传输顺序，将连续发生的误码分散到多组RS码中，落在每组RS码中的误码数量就会大大减少，不会超出RS码的纠错能力，RS码能够将其纠正过来。实践证明，数据卷积交织提高了系统的纠错能力，特别是对冲激噪声的纠错能力。n卷积交织器、去交织器均由移位寄存器实现 。三、数字有线电视前端硬件平台3.3加扰器加扰器所完成的主要功能有以下这些：加扰器所完成的主要功能有以下这些： v对指定节目或者对指定节目或者TS流进行流进行DVB加扰加扰 v处理与处理与CA有关的有关的PSI、SI信息，可以是信息，可以是PSI、SI动动态再生态再生 v在在TS流中插入流中插入EMM（授权管理信息）和授权管理信息）和ECM（授授权控制信息）数据流，生成加扰控制字权控制信息）数据流，生成加扰控制字CW 关于其详细的工作原理在后面的关于其详细的工作原理在后面的CA系统中给予介绍。系统中给予介绍。 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.1 EPG系统系统nEPG主要功能主要功能 v为用户提供节目指南，可以与用户之间实现互为用户提供节目指南，可以与用户之间实现互动操作动操作 v将节目单上的原始信息存入数据库将节目单上的原始信息存入数据库 v从数据库中提取原始数据，生成从数据库中提取原始数据，生成DVB-SI规定规定的表，也就是生成的表，也就是生成SI信息信息 v按照一定的周期将按照一定的周期将SISI信息送入复用器信息送入复用器 v复用器将这些表与其他节目的复用器将这些表与其他节目的TS流复用在一起，流复用在一起，然后通过然后通过QAM调制器后送入调制器后送入HFC网。网。 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.1EPG系统nEPG工作原理工作原理 vDVB-SI标准的标准的SI信息主要是给用户端提供设信息主要是给用户端提供设置信息，从而可以使接收机能够自动调谐接收置信息，从而可以使接收机能够自动调谐接收特定的节目并对节目进行分组。特定的节目并对节目进行分组。vSISI中有传送的节目信息，包括节目的种类，节中有传送的节目信息，包括节目的种类，节目的时间，节目的来源等等。这些信息包含在目的时间，节目的来源等等。这些信息包含在4 4个表中：网络信息表（个表中：网络信息表（NITNIT）、）、业务描述表业务描述表（SDTSDT）、）、节目信息表（节目信息表（EITEIT）、）、时间日期表时间日期表（TDTTDT）。）。 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.1EPG系统nEPG工作原理工作原理 v网络信息表主要提供接收端所需的接收频率、网络信息表主要提供接收端所需的接收频率、符号率、调制方式等等符号率、调制方式等等 。v业务描述表主要提供复用器中与节目或者业务业务描述表主要提供复用器中与节目或者业务有关的节目名字等参数。有关的节目名字等参数。v节目信息表给出各类节目的时间安排。节目信息表给出各类节目的时间安排。 v时间与日期表提供节目开始的具体时间，由于时间与日期表提供节目开始的具体时间，由于TDTTDT表有具体的时钟信息，因此有时也可作为表有具体的时钟信息，因此有时也可作为IRDIRD的解码时钟的更新。的解码时钟的更新。 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2DVB-CA系统n1有条件接收基本概念有条件接收基本概念 条件接收子系统：是解码器的一部分，其作用是对电子密条件接收子系统：是解码器的一部分，其作用是对电子密钥进行解码并恢复出用于控制解扰序列的所需信息。钥进行解码并恢复出用于控制解扰序列的所需信息。加扰控制字（加扰控制字（CW)CW)：用于加扰，并作为解扰器中的密钥。用于加扰，并作为解扰器中的密钥。加密：加密是指连续不断的改变电子密钥的处理。加密：加密是指连续不断的改变电子密钥的处理。授权管理信息授权管理信息(EMM)：授权用户对某个业务进行解扰。授权用户对某个业务进行解扰。 授权控制信息授权控制信息(ECM)：是一种特殊形式的电子密钥信号和是一种特殊形式的电子密钥信号和信道寻址信息。电子密钥通过信道安全地传送给用户信道寻址信息。电子密钥通过信道安全地传送给用户 用户授权系统：它在用户管理系统的指导下，负责对用户授权系统：它在用户管理系统的指导下，负责对ECM和和EMM数据流进行组织，使之序列化并传输到用户管理中数据流进行组织，使之序列化并传输到用户管理中心。心。 用户管理系统：它是向用户发放电子密钥，寄送帐单及收用户管理系统：它是向用户发放电子密钥，寄送帐单及收费的商业中心。费的商业中心。 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2DVB-CA系统n2.有条件接收的工作原理（框图）有条件接收的工作原理（框图）加密TS流业务密钥业务密钥控制字产生器控制字（CW）加密器A加密CW 加扰器用户授权系统加密器B加密业务密钥ECM信息EMM信息 复 用 器传送流（TS）四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2DVB-CA系统n2.有条件接收的工作原理有条件接收的工作原理 （发送端）（发送端）v控制字发生器产生加扰控制字（控制字发生器产生加扰控制字（CW），），控制字就是加扰所控制字就是加扰所用的密钥。用的密钥。v加扰器根据提供的控制字（加扰器根据提供的控制字（CW），），对来自复用器的对来自复用器的TS流进流进行加扰运算，打乱行加扰运算，打乱TS流。流。v加密器加密器A，根据授权系统提供的业务密钥对控制字进行加密，根据授权系统提供的业务密钥对控制字进行加密运算，输出加了密的控制字，称为授权控制信息（运算，输出加了密的控制字，称为授权控制信息（ECM）。）。 v业务密钥业务密钥同时送给加密器同时送给加密器A和和加密器加密器B。它能够自己产生密钥，它能够自己产生密钥，并对授权系统提供的业务密钥进行加密。加密器并对授权系统提供的业务密钥进行加密。加密器B的输出结的输出结果就是加了密的业务密钥，称为授权管理信息（果就是加了密的业务密钥，称为授权管理信息（EMM）。）。v上面所产生的上面所产生的ECMECM和和EMMEMM信息都送往信息都送往MPEG-2MPEG-2复用器，与其他的复用器，与其他的TSTS流一起进行打包，形成流一起进行打包，形成TSTS流再输出。流再输出。 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统n2.有条件接收的工作原理有条件接收的工作原理 （接收端）（接收端）v解调后的数据流经过解扰乱后送往解复用器解调后的数据流经过解扰乱后送往解复用器 v解复用器根据解复用器根据TS流的包结构，提取出流的包结构，提取出ECM和和EMM控制信息控制信息 。v提取出来的提取出来的ECM和和EMM信息分别被送往智能卡的信息分别被送往智能卡的解密器解密器A和解密器和解密器B，解密器解密器B解出业务密钥，解出业务密钥，解密解密器器A恢复出加扰控制字恢复出加扰控制字CW，把把CW送往解扰器。送往解扰器。 v恢复控制字的过程非常短暂，一旦恢复出正确的控恢复控制字的过程非常短暂，一旦恢复出正确的控制字后，解扰器便能正常解扰，把加扰制字后，解扰器便能正常解扰，把加扰TS流变成正流变成正常的常的TS流流 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统n2.有条件接收的工作原理（有条件接收的工作原理（总结总结）三层保护：三层保护：v加扰，打乱加扰，打乱TSTS流流v用业务密钥对控制字加密用业务密钥对控制字加密v对业务密钥进行加密对业务密钥进行加密四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统n3. 条件接收的主要特点条件接收的主要特点（1 1）公共的加扰和解扰算法）公共的加扰和解扰算法 （2 2）公共接口）公共接口（3 3）同密加密）同密加密（4 4）多密加密）多密加密四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统4. SMS系统简介系统简介 ：v用户管理系统是整个收费电视系统的重用户管理系统是整个收费电视系统的重要组成部分，用户管理系统实现数字电要组成部分，用户管理系统实现数字电视广播条件接受用户的管理，包括对用视广播条件接受用户的管理，包括对用户信息、用户设备信息、用户预订信息、户信息、用户设备信息、用户预订信息、用户授权信息、财务信息进行记录、处用户授权信息、财务信息进行记录、处理、维护和管理。理、维护和管理。 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统5. SMS体系结构体系结构数据库数据库 、应用服务应用服务 、客户端应用程序客户端应用程序 四、数字有线电视前端软件平四、数字有线电视前端软件平台台4.2 DVB-CA系统系统6. SMS系统系统功能功能用户管理模块用户管理模块：用户管理模块是整个条件接收用户管用户管理模块是整个条件接收用户管理系统的重要组成部分，用来管理用户信息、用户预理系统的重要组成部分，用来管理用户信息、用户预定授权和节目编号等信息，并将相关数据自动传给定授权和节目编号等信息，并将相关数据自动传给CA系统。系统。用户维护用户维护 ：具体功能是用户注册、用户暂停、用户恢复、：具体功能是用户注册、用户暂停、用户恢复、用户注销、用户注销、ICIC卡登记、机顶盒登记、密码、卡登记、机顶盒登记、密码、IPPVIPPV金额、金额、合同和用户投诉等。合同和用户投诉等。 节目预定：用户按照系统提供的方式（按照单频道，全节目预定：用户按照系统提供的方式（按照单频道，全部频道，节目编号）预定和取消电视节目，进行的账部频道，节目编号）预定和取消电视节目，进行的账册和查询，脉冲式按次计费（册和查询，脉冲式按次计费（IPPVIPPV）查询。查询。 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统n6.SMS系统n授权管理模块授权管理模块：n用户信息：具有对全体/集合/单独用户发送B-mail的功能，对特殊用户赋予某种收视权利和取消相应的权利的功能n节目信息：处理有关节目提供商的功能 nIC卡信息：处理有关IC卡方面的功能 四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统6. SMS系统系统n控制管理模块控制管理模块：控制管理模块是为了保控制管理模块是为了保证系统正常运行必须具备的运行环境和证系统正常运行必须具备的运行环境和运行控制的功能。运行控制的功能。 n具体功能有：维护节目提供商、节目提具体功能有：维护节目提供商、节目提供商频道、节目提供商对应的销售单价供商频道、节目提供商对应的销售单价等。等。 n6.SMS系统n环境管理模块环境管理模块：环境管理模块用于管理有关节目分类，节目分类与节目提供商的对应关系。n分类管理模块分类管理模块：在环境管理模块的基础上，实现按节目内容进行分类销售方式，具体有：按照节目分类方式，按照节目主题方式，按照节目主题级别方式。四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统四、数字有线电视前端软件平台四、数字有线电视前端软件平台4.2 DVB-CA系统系统n6. SMS系统系统n节目管理模块节目管理模块：n节目档案管理：通过对节目进行编号、分类、主题等技术手段的处理，将节目整理成易于查询、使用，易于分类统计的数据文件，主要有建立节目编码规则；建立节目分类、主题和级别的相互关系；确定每个节目成熟率。n节目单制作：通过播出计划生成节目播出单，对节目重播、节目异日重播、节目和广告在时间上的连接处理。四、四、数字有线电视前端软件平台6. SMS系统系统n统计报表处理：用户管理系统能够根据要求提供统计报表和统计图，系统的报表有任意时间段的营业报表，用户信息统计表，用户预定汇总表。n银行信息处理：n数据通讯：通过银行提供的服务器将有关的信息实时或者非实时地传到用户管理系统。n数据处理：对于合同用户，当其账号下金额满足要求时，系统向该用户发送授权，当其账号下金额不满足要求时，系统有黑名单的处理功能；对于非合同用户，用户到银行缴款预定节目提供商的某频道、或全部频道节目，系统有数据校验功能，专门处理由于人为的原因造成的错误信息。最后，将从银行取来的正确数据，转换成用户管理系统使用的数据，修改资金帐产生准EMM，同时产生财务上需要的银行对帐表。四、数字有线电视前端软件平台7.NMS系统n主要功能：v对编码器、复用器、切换矩阵、调制器、卫星接收机进行监控、参数配置和管理v动态编辑PSI/SI，察看和设置播出节目信息v通过网管完成编码器、复用器、卫星接收机的在线软件升级v对本地及远端解码器进行监控管理五、数字电视技术的相关标准n正如模拟电视有PAL、NTSC和SECAM等制式一样，数字电视也要制定本身的标准。目前数字电视标准有三种：美国的ATSC、欧洲的DVB，日本的ISDB。其中前两种标准用得较为广泛。1.ATSCATSC(AdvancedTelevisionSystemCommittee)是美国高级电视系统委员会的简称，与1995年经美国联邦通讯委员会正式批准作为美国的高级电视（ATV）国家标准。ATSC标准规定了一个在6MHz带宽内传输高质量的视频、音频和辅助数据的系统，在地面广播信道中可靠地传输约19Mbps的数字信息，在有线电视频道中可靠传输38Mbps的数字信息，使该系统能提供的分辨率是常规电视的5倍之多。ATSC被加拿大、韩国、阿根廷、中国台湾、墨西哥采用，亚洲及中北美洲的许多国家也正在考虑使用。2DVBDVB（DigitalVideoBroadcasting）即数字视频广播，是欧洲广播联盟组织的一个项目，目前已有220多个组织参加。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。因此，它的设计原则是使系统能够灵活的传送MPEG-2视频、音频和其他数据信息，使用统一的MPEG-2传送比特流复用，使用统一的服务信息系统，使用统一的加扰系统（可有不同的加密方式），使用统一的RS前向纠错系统，最终形成一个通用的数字电视系统。 不同传输媒体可选用不同的调制方式和信道编码方法，其中DVB-S采用QPSK，DVB-C采用QAM，DVB-T采用COFDM。所有的DVB系列标准完全兼容MPEG-2标准，同时制定了解码器公共接口标准、支持条件接收、提供数据广播系统等特性。目前，DVB已经扩展到欧洲以外的国家和地区。世界上现有30个国家、200多家电视台开始了DVB各种广播业务，100多个厂家生产符合DVB标准的设备。欧洲的DVB重点放在SDTV，其COFDM制式的地面广播正在欧洲各国陆续开播。卫星的MPEG2/DVB-S广播已于1996年开播。3ISDB 日本数字电视ISDB（Integrated-ServicesDigitalBroadcasting）标准于1993年9月制定。其核心内容包括：既传数字电视节目，又传其它数据的综合业务服务系统；视频编码、音频编码、系统复用均遵循MPEG-2标准；传输信道以卫星为主。迫于欧洲和美国的发展形势，已将原定于2005年才开始数字电视广播的计划改为2000年开始。并提出了ISDB-T制式，使数字电视地面广播再次出现三大制式并存的局面。nATSC和DVB标准在信道的传输方式、数字音频压缩标准、节目信息表上都有所差别。ATSC标准关注的是UHF和VHF频道的数字地面HDTV，在6MHz信道内只提供9.3Mbps的固定码率，欧洲DVB以单一系统方式针对SDTV和HDTV，可用于所有广播媒体，在设计上码率可变，在8MHz内可选择4.9-31.7Mbps不同的传输码率，在支持条件接收方面，ATSC还没有进行相应的工作。n三个标准的比较，传输：美国首先考虑地面广播信道，欧洲和日本考虑卫星信道；图像规格：美国考虑地面广播HDTV，欧洲强调图像可分级性，日本强调多种数字业务集成，不只传一种HDTV信号；数字调制方式：美国地面广播采用8-VSB或16-VSB；欧洲和日本地面广播采用OFDM。n我国的基本情况：卫星：已经确定采用DVB-S有线：正在试行DVB-C地面：6个标准的比较实验之中，尚未决定。六、数字有线电视系统数字有线电视系统示意图InternetDVB-CDVB-C前前 端端卫星频道卫星频道混合混合设备设备自录频道自录频道电缆电缆DVBDVB视频视频服务器服务器HFCHFC数据数据服务器服务器播控中心播控中心数字有线电视系统组成示意图 系统组成n数字有线电视前端+HFC+用户接收端（复杂系统）（机顶盒）（一）、前端系统n基本组成：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、回传处理系统、其它辅助系统。前端组成实例前端组成实例1、数字电视信源系统n包括数字卫星信号的接收系统、模拟信号的编码系统、SDH网络信号的分接、转换系统。该系统以后还将逐步具备传输来自宽带IP等多种网络节目源的能力。它的特点是将信号进行一定格式转换，使之成为符合DVB-C标准的TS流信号。它对节目的内容不加以编辑和存储，只起到节目转发的作用。n数字卫星接收机可以直接输出TS流。n模拟信号源需要转换成TS流*。n数字电视压缩编码系统（略）2、业务系统n播出前端对素材和信息进行编辑和整理，采用DVB-DATA标准（我国数字电视广播系统中的数据广播标准正在制定）对信息进行封装，完成播出TS流的打包；接收端机顶盒集成相应接收模块完成对数据信息的解析。目前，国内的业务系统包括数据广播、Internet接入、实时股票信息等等。3、存储播出系统n 包括节目素材上载与收录系统、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。该系统的特点是可以对多种格式节目进行上载，收录存储多种传输方式的节目，并将其转换成TS流文件，并且支持手动和自动采集方式；对节目库中存储的文件进行分类编目，提供高效的文件检索功能；对（延时）播出的节目进行监审/编辑的功能；通过准视频点播（NVOD）系统和专业频道管理播出系统完成节目播出。4、复用加扰系统n此部分将上述1、2、3系统传来的信号，根据码率进行节目、数据信息复用并完成加扰，形成若干个频道的码流。根据使用设备的不同，系统的结构有所差别，有些复用器内置加扰模块，信号在复用器的内部可以完成加扰，有些复用器内部不具有加扰模块，需要外接独立加扰设备。n复用器多路复用器是整个系统的核心部分,相当于交通枢纽中心,把不同方向运载的货物经过复用器,根据用户的不同需求重新装到不同的车上从不同的路径运到不同的用户手中。n复用器是以模块方式组成n复用器支持PID的重新映射n将加密控制信息注入到指定的节目内容中进行加密和控制n具有PSI/SI信息编辑能力n支持多种条件接收系统，复用器还能对多家CA系统同时支持，真正实现Simulcrypt方案框图5、条件接收系统（CAS）n此系统主要完成对信号的加扰控制和加密管理信息的分发，保证节目提供商和有线电视网络运营商的利益。n根据数字信号加密保密性强的特点，可以按不同分组情况对不同数字电视节目频道进行收费管理。n条件接收系统是推动数字电视走向市场成功的重要环节。条件接收系统 国外国外CACA的状况的状况n大部分运营商数字化，直接用户数以千万计nCA有几十种之多，符合DVB的有10多种，国内常见的有5-6种n没有统一的CA标准，技术上各不相同n大部分CAS不完全符合DVB同密的标准nIPCA成为市场的热点n大运营商利用CAS垄断运营市场n盗卡现象十分严重，无法解决条件接收系统 国内国内CACA的状况的状况n相关标准：GY/Z175-2001，GY/Z174-2001n现参与的企业有10多家，更多的企业正在加入总局圈定试点6家n大多数企业处于研发阶段，有较大的技术差距n引进国外技术开发本地化产品是较好的选择n从同密走向多密（多播）n国家信息安全严格管理，国内CA将成为主流条件接收系统 选择选择CACA要考虑的问题要考虑的问题n政策面：总局，密码委，国家和产业的支持n服务：当前和未来服务的可能性任何一种同收费相关的业务都需要CA厂商的支持n安全性：n安全的历史和商务条件n数据的安全性和算法的安全性n安全性在技术上的保证手段n技术：系统的先进性以及技术的发展n价格：当前和未来系统所要支付的费用当前的价格并不代表未来系统的费用nSTB和中间件条件接收系统缩写缩写CASCAS：有条件接收系统有条件接收系统EMMEMM：授权管理信息授权管理信息ECMECM：授权控制信息授权控制信息SASSAS： 用户授权系统用户授权系统SMSSMS：用户管理系统用户管理系统MUXMUX：复用器复用器SMART CARDSMART CARD：智能卡智能卡TRDTRD： 安全加密设备安全加密设备PPVPPV：节目分次预订节目分次预订IPPVIPPV： 即时购买节目即时购买节目OSDOSD： 屏幕显示信息屏幕显示信息条件接收系统 CA CA的划分和区别的划分和区别n基于算法的CA，但非通用加扰算法n基于密钥采用DES算法的CAn基于密钥采用Triple-DES算法的CAn基于密钥采用RSA算法的CA，如：ChinaCryptn安全性：RSA算法优于Triple-DES算法Triple-DES算法优于DES算法条件接收系统n条件接收系统的关键技术：密码学算法的实现密钥的生成和传递ECM与EMM的生成 用户授权系统用户授权系统SAS与用户管理系统用户管理系统SMS的管理与控制条件接收系统 密钥体系密钥体系加密 解密KeysKeys明文明文密文密文明文明文Key公钥公钥Key私钥私钥对称密钥对称密钥非对称密钥非对称密钥条件接收系统 算法和密钥算法和密钥n通用加扰算法(DVB标准)随机控制字CW5-20秒变换一次n对称密码体系nDES算法，对称密钥(64位密钥）1975年nTriple-DES，DES的改进算法，128位的密钥n缺点：必须经常更换密钥，密钥传递是大漏洞n2000年以后DES，Triple-DES已被西方国家所弃用n公共密码体系（Rivest,Shamir,Adleman）nRSA算法，加解密密钥不同n特别适合开放式环境，如广播，Internet等n缺点：运算速度慢，芯片成本高条件接收系统有条件接收系统有条件接收系统CAS CAS 密钥结构密钥结构n管理密钥n私钥（唯一密钥）：用于密钥更新n组密钥：用于解用户EMMn用户唯一密钥：用于解EMMn运营商密钥：不同的运营商n用户授权密钥：解用户授权EMMn节目授权密钥：解节目授权ECMn控制字CW：节目解扰条件接收系统 CA CA的基本原理的基本原理条件接收系统 CAS CAS系统构成系统构成nECM 发生器nECM 注入器nEMM 处理器nEMM 注入器n系统监视器n通用接口（CI）模块nIPPV回传通道nTRD加密机/母卡/母盘n用户授权系统 (SAS)n机顶盒数据发生器DDG条件接收系统 用户授权系统用户授权系统(SAS) n用户授权系统(SAS)的功能是接收SMS发出的请求，产生并离散EMM，然后按优先级，分别存储EMM；注册所有的智能卡，管理密钥和EMM，定义产品、管理授权。nSAS包括EMM发生器、EMM加密处理器、SMS接口和SAS用户界面。n从SMS(用户管理系统)信息中产生EMM(授权管理信息)(可满足90,000SMS需求/小时)；以2千万/小时的速度按月更新EMM；支持多重SMS(多个节目商共享智能卡)；可远程连接SMS；可远程连接EMM插入器。SAS是自动化系统，只需很少的人员操作，就可实现大批量处理，包括对4千万个PPV授权进行高速处理。EMM信息放在TRD（安全加密设备）安全加密设备）中。条件接收系统 实例实例系统监视器 ECM发生器用 户管 理系统DDGSASEMM发 生器用 户管 理系统接口EMM处理器SAS 用户接口EMM插入器TRDTOKENMUX复用器用户授权系统机顶盒数据发生器安全加密设备安全加密设备6、用户管理系统n此系统和条件接收系统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定义、管理以及用户收看节目的权限控制和收费。用户管理系统 SMS基本功能基本功能（1）用户信息管理用户信息管理负责完成的主要功能是处理与维 护用户的主要信息。（2）资源管理资源管理的内容是业务服务所需设备和产品，如IC卡、机顶盒等，主要功能是对资源进行进销调存以及使用状态的管理，包括用户已经购买或租赁使用的资源，如对IC卡进行管理的信息包括：IC卡号、地址码等，对机顶盒进行管理的信息包括机顶盒号、地址码等。用户管理系统（3）产品管理产品管理主要是对节目提供商所提供的节目进行产品化的管理。管理的内容包括业务服务在系统中的注册、修改与删除，业务服务的促销、定价和有效期确认等等。（4）用户业务管理用户业务管理负责用户订购产品信息的管理。（5）用户业务支援业务支援管理的内容是为保证用户业务正常运行而进行的管理功能，主要包括用户业务故障单、故障维修或解决的结果等。用户管理系统（6）计费计费主要是计算应收取用户的费用。支持的计费方式有：按月计费、按次计费，包括实现对PPV计费的功能。（7）收费系统在进行计费处理之后，通过收费点进行收费。以通过用户到收费点交纳现金的形式完成收费。（8）帐务管理帐务管理的主要功能包括对应收和实收的关系进行管理；对用户信用进行管理，对财务清算和帐务报表的管理等。用户管理系统（9）授权管理授权管理负责用户业务开通前的授权预处理操作，主要包括对用户信用度的确认、用户业务与IC卡有效性确认等。（10）报表管理报表管理主要管理系统中可以产生的各种报表，诸如财务报表、用户报表、产品报表等。可以是年报、季报或月报等等。（11）系统管理为保证系统正常运行所需要的系统附加功能。结束语谢谢大家！