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有线数字电视技术讲座有线数字电视讲座(扫盲班) 一、什么是数字电视？ 数字电视是相对于模拟电视而言的。我们知道，电视就是实时向远处传送可视的活动图像。具体的方法，是先把光的图像变成与其对应的电信号，利用电信号可以传得远的特点，实现向远处传送的目的。 什么叫模拟电视？自然界的实际景物图象千差万异，无论从亮度层次上，色彩种类上，都是极丰富的。用电信号表示它，一定是一个可以取任意值的连续变化的电量。我们把这样直接与自然界实际图象对应的，连续变化的电信号称为模拟信号，就是模拟实际，与实际一样。用这种方式传送电视就是模拟电视。 什么是数字电视？先从用离散值代表模拟量谈起。举个例子，人的脚在一定尺度内，其长短分布是无限多个的，数值上是连续的。就是多长的都有，这好比模拟量。但实际在工厂生产鞋的时候，并不是这样，而是仅使用一定数量的号码，就适应了整个人群不同尺寸的脚。只要选择靠近的某些号码，就可以穿。这些尺寸不连续的号码，把连续的脚长“离散化”了，就是用离散量表示连续量，这种用离散量表示连续量的做法叫模拟量的数字化。数字电视，就是设想用离散的电量表示连续的电量，在电视信号的产生、传输、接收各个环节上，都使用离散数字来表示、处理。也就是说，数字电视是信源、信道、信宿三个环节上全面数字化的电视系统。信源指节目的产生：摄、录、编；信道指传输；信宿指接收、显示。 数字电视由五个环节组成: 1、信源编码：就是把原始的模拟电视信号用数字编码来表示，也称为数字化、模/数转换。然后，进行压缩。数字电视信号源有三项：视频数据流、音频数据流和辅助数据流。辅助数据流包括管理数据、有条件接收数据以及与节目有关的数据。 2、复用：就是把上述三项数据流合成一路。采用以“包”为单位的时分复用方式。首先把上面说的三项数据流分割成一定长度的包，在“包”的头部加上标识，作为区分是 属于哪个流的标志，以便在接收时把它们区别开。然后把它们合流为单一的复用流。一个视频数据流、一个音频数据流、一个辅助数据流合成一套节目流。尔后，多套节目流再合成为传输流。 3、信道编码和调制：上述数据流不适于在传输通道中传输。为了使信号适配于传输信道，减少传输过程的差错，还需要对数据流进行必要的处理，这种做法叫信道适配，也称为信道编码。它的作用主要是负责误码的检错和纠错。调制的作用是把基带数据流搬移到高频载波上去，把基带信号变成频带信号。使之可以在频分复用的模拟信道中 4、传输信道：有HFC、数字干线、卫星、无线、存储介质等。 5、接收机：就是机顶盒，实现上述四项环节的逆过程，把从信道上接收的数据流还原成原始的模拟电视信号。 怎样把模拟电视信号数字化？ 1、先要解决用离散数字来表示连续的模拟信号问题。 打个比方：气温是逐渐变化的，每时每刻都在变化，因而它是随时间连续变化的模拟量。但观测气温不必每分每秒都测量，隔一定时间测一点画在坐标图上，连一条线，就表示了气温的变化。如果时间间隔合适，这条线的形状与连续不间断测量的曲线形状会基本吻合，即，用离散量可以表示连续的模拟量。这种间隔测量的方式，叫做在连续变化的模拟量上的取样。这是把模拟信号数字化的第一步。 2、取样间隔多大合适？ 首先的原则是能基本如实的代表原来的连续模拟量。间隔太远了要漏去重要的信息，比如测气温，最高气温出现在每天的14：00，取样间隔太大，偏偏漏掉了14：00，就会发生大错。因而，取样间隔与信号性质有关，要符合奈奎斯特定理：即取样频率要大于信号最高频率的二倍。这样抽取的样值就包含了原来模拟信号的全部信息而不遗漏。例如电视亮度信号，最高频率是6Mhz，取样频率就应该大于2×6=12Mhz。取样的实现也简单，让信号经过一个电子开关，开关每秒钟接通12M 次，就实现了在模拟信号中每秒取12M 个离散了的样值。这些样值，不再是连续的了。取样的结果，仅是把模拟信号进行时间上的离散。样值的幅度，仍然是模拟取值的，具有连续的数值。必须在幅度值上也进行离散处理，才能实现不仅时间上离散，幅度值上也离散。对幅度值的离散，就是把幅度值分成若干等级，对不在等级线上的进行舍零取整处理，归到相邻的等级上去。这与我们买鞋是一个道理。这样，连续的幅度值就用离散化的有限个等级取代了，这个过程叫做量化。 3、量化取多少个等级合适？ 等级多了好，但要付出的代价大。理论和实际都证明，对电视图象信号，用256 个等级就可以了。取样、量化只是在时间和幅度上把信号的表示做到了离散化，还不是数字化。数字化的目的是用“0”和“1”两个数字码表示一切等级、量值。为什么要用“0”和“1”，不用09，就是因为“0”和“1”最容易用电量来表示。如，有电压是“1”，无电压是0“；开关接通是“1”，开关断开是“0,但“0”和“1”只能表示两个等级，256 个等级怎么办？使用“0”“1”的排列组成码就解决了。这有如条码，条码只有黑、白两种条，但它们不同的组合可以编出无数的码，可以分别代表多种商品。例如，我们用8 位“0”和“1”编成8 位码，00000000、00000001、00000010.11111111，就有了256=28 种不重复的码，表示256 个量。把量化后的信号，用“0”和“1”组成的码来表示，叫做编码。用数字编码表示量化的信号，模拟信号才算是真正数字化了。总的是，模拟数字化三个过程：取样、量化和编码。 二、有关数字压缩。 讨论压缩的必要性、可能性和压缩的方法。 1、压缩的必要性 下面的讨论会看到，经过取样、量化、编码后的电视信号信息量非常大。电视亮度信号的最高频率是6Mhz，每个色差信号大最高频率为两个1.5Mhz。根据奈奎斯特定理，亮度与色度信号的取样频率分别应该大于12Mhz和2×3Mhz=6Mhz。量化等级取256，需要8 位二进制编码。这样，传送一套电视节目，所需要的码率为×8=144Mbit/s。传送这么高的速率，对我们现在一个频道8Mhz的带宽，实在是大得了不得。实际上取样频率是13.5Mhz,量化比特数是10,因而码率为270Mhz。所以，要想使数字化节目真正能付之使用，必须对码率进行压缩。这就是数字电视信号压缩的必要性。 2、压缩的可能性 数字电视信号之所以可以压缩，是因为电视信号存在着冗余。首先是空间冗余。就是一幅画面内，各象素之间有很强的相关性。例如，蓝天，不必全部蓝天的每一个象素都传送一次，只传送一个象素就行，其余的，到接收点全部按第一个复制。这样一来就节约了大量信息，去除了冗余。其次是时间冗余。相邻两帧图像的内容也大体相似。我们可以不必每一帧图像都传，例如只传送第一帧、在接收端，第三帧用第一帧预测产生，第二帧用第一、三两帧取平均产生，这又可以压缩码率。再次，是人的视觉冗余。利用人眼对图象高频细节、色度信号灵敏度低的特点进行压缩，把人眼本来看不到的信号取消，以节省码率。这就是信号压缩的可能性。 3、压缩的方法 压缩的方法，采用MPEG-2 标准。它针对图像上述几种冗余的特点，运用运动估值、离散余弦变换、自适应量化和熵编码等技术，实现对信号码率的压缩。把数字化后144Mbit/s 的码率压缩到6Mbit/s，仍然可以保持SDTV 的水平。而且压缩比可变，由VCD 到HDTV 等级都可以。目前数字有线电视使用的压缩等级是主级主类：email=MPMLMPML/email，相当于SDTV水平。运动估值是为了消除相邻帧间的空间冗余。因为相邻的帧间，图象大量的数据是相同的，不必都全部传输，仅传递相邻帧的变化部分就可以了，这样就可以压缩了传输的数据量。离散余弦变换DCT，是将信号由空间域变换到频域，使信号能量集中到低频率。自适应量化是针对DCT而言，因为人眼的视觉对图象细节不敏感，故表示图象细节的高频部分可以压缩。自适应量化就是对DCT变换后的高频系数采用粗量化，对低频系数细量化。实际上是基于视觉冗余。熵编码，就是可变字长编码。给使用概率大的事件分配短字码，给使用概率小的事件分配长字码，最大限度的提高编码效率。 三、数据电视的传输码流； 模拟电视信号经过A/D 转换、压缩后，变成了由二进制脉冲组成的脉冲序列，叫做码流。 每一套节目有视频码流、音频码流，这些与模拟信号一一对应的码流称为基本流ES。为便于传输，实现时分复用，基本流ES 必须“打包”，就是将顺序、连续传输的数据流按一定的时间长度进行分割，分割的小段叫做“包”，因而打包也称为分组。在每个包前加上包头，就构成了打包的基本流PES。 传送一套节目有三种基本码流：视频、音频和相应的数据流，需要把它们组合到一起，叫做复用。复用的方法是时分复用。上述把同一节目的三种基本流复用到一起叫节目复用。复用后，根据需要可以形成节目流PS 和传输流TS。它们分别适用于不同的传输环境。PS 包的长度较长，且可变，适用于在良好的媒质里传输。TS 包长是固定的，188 个字节，适用于容易出错的媒体中传输。在有线电视系统中传输的是传输流TS。TS 包的包头，长4 个字节，包头里最重要的要素是包识别符PID，它标识该包是属于哪套节目的什么流。接着的是可变长度的适配域，后面是净荷，净荷携带实际内容。 四、数字电视的特点。 与模拟电视相比，数字电视有如下特点： 数字信号传输噪声没有积累。 我们知道，模拟信号在传输的每个环节，都要加入噪声，如放大器，每级放大器的噪声都要加进去，放大后信号大了，C/N 低了。数字信号是一连串的“0”和“1”脉冲序列，在传输过程中，侵入的噪声可以通过再生的方法去除。所谓再生处理，就是收到信号后，不是直接放大，而是重新在有脉冲的位置制作一个形状完全相同的脉冲，恢复信号中脉冲的原样而清除了噪声。再生是基带数字传输抗干扰的重要手段。其次，数字传输技术有非常有效的纠错方式，如我们使用的R-S 纠错，可以把误码率由10E-4 改善到10E-12。所以，我们收看数字有线电视时，主观感觉最为明显的是画面清洁，没有杂波、雪花。从维修的角度，数字信号对C/N 的要求也比模拟信号宽容。模拟信号C/N=43dB 时可以得到4 分的收看质量。数字电视C/N=31dB 就可以满意收看。事实上，整个网络中，数字信号的功率电平就是以比模拟电平低10dB来传输的。 数字信号的传输和处理过程不存在非线性失真。 有较好的收视稳定性。模拟电视的收看质量的劣化是渐变的，图像由好到坏有一个过程，令人讨厌。数字电视收看质量的劣化有“断崖效应”，只要有图像，质量就是好的，无噪点，稳定。信号劣化，就立即马塞克，没有过渡。相对于模拟信号，给收看者以稳定的感觉。 模拟改数字以后，极大地释放了频率资源。 由于采用压缩率非常高的MPEG-2 压缩方法，使码率降低很多，加上采用高效率的调制方式，可以在一个8Mhz的带宽里传送6 套以上质量达到标准清晰度的节目。这给有线电视提供更多套节目，为实现NVOD、VOD 提供资源。 可以在现行传输体制下传输高清晰度电视。 数字信号容易处理，易于使用大规模集成电路和微型化，生产时设备一致性好，无须调整。容易大量使用软件，实现智能化操作。 对节目加扰、加密容易、可靠，保证商业运作。 五、 数字电视信号是怎样在有线电视HFC网上传输的？ 模拟电视连续的电信号数字化后，变成了完全由“0”、“1”组成的脉冲串。直接把数字串在网络上传送，叫做基带传输。它要占用从0 开始的无限带宽。但是我们现在的HFC网络，传输模拟电视信号是采用AM-VSB频分复用方式传输的。就是说，每套电视节目先调制到一个指定的高频率载波上，每一个高频率载运一套节目，占用不同频率的载频，混合送到HFC网络上传输。节目是以频率不同而区分的，这就是频分复用。每套节目占用的频带宽度都是8Mhz。这就是我们目前HFC 的规矩体制。 数字化后的基带，不符合目前HFC 的传输体制，没有办法让数字电视信号以基带的形式上网与现有的模拟电视信号兼容传输。数字电视信号要服从原来的规矩，这叫做兼容。为了使数字基带信号适应HFC 网络的要求，与模拟的频带信号在HFC 中兼容传输，就需要对数字基带信号做适当处理，我们称这种做法叫信道编码。就是说，信道编码，是使数字基带信号适配进HFC网络的过程。 信道编码是在前端完成的。包括以下几个部分：码流的随机化；R-S 编码；卷积交织；字节到字符的映射；差分编码；基带成型滤波和QAM 调制。 码流的随机化处理，有两个目的：一是防止在特殊情况下出现调制器输出未调制载波，对系统产生干扰。二是把MPEG-2 码流中的连“0”、连“1”信号搅乱。因为连“0”、连“1”会破坏传输系统的定时功能，而定时一旦被破坏，收、发双方会失去同步，时分复用的数字传输就完全乱了。随机化的方法，是采用伪随机码对输入的MPEG-2 码流进行随机化处理。就是用较长的伪随机序列与MPEG-2 序列送如移位寄存器一个比特一个比特地“模2 加”，使原来的信号规律也具有了伪随机性质。这样连“0”、连“1”的现象就被消灭了。由于伪随机码具有相当大的带宽，码流被随机化处理以后，功率谱被扩散，所以随机化处理也叫能量扩散。 R-S 编码是为了纠错的。模拟方式传输错误一般称为失真与原信号不一样。模拟传输时，失真的表现是渐变的。收视者对限度以内的失真劣化可以容忍。数字电视中的一切劣化集中表现为码错误误码。数字信号误码对图像质量的影响有断崖效应，即码错误率超过一定值，整个图象会立即变成不可看，收视者没有容忍的余地。所以数字传输要集中力量解决误码问题，采用有效的措施，纠正传输误码。现在使用的R-S 编码，纠错能力相当强，对每个传输包而言，可纠正8 个字节随机错误的任意组合，或者可纠正长度不大于57 的突发错误。具体的说，在输入误码率10E-4 的情况下，纠正错误码，达到10E-12。误码率劣于10E-4 已经无法恢复图像，而10E-12 相当于几个小时才出现一个误码。可见其纠错能力之强。 R-S 纠错是在发送端的MPEG-2 码流中插入16 个用于检验的冗余字节，使MPEG-2 的传输包由188 字节变成了188+16=204 字节。在接收端，靠检验该冗余字节的情况，来判断并纠正错误。RS 编码称为外层纠错编码，对突发干扰有较强的纠错能力。 卷积交织，是内层编码，它能使连续发生的误码发散。DVB-C采用的卷积交织深度为I=12。 字节到字符的映射，也是一种适配。MPEG-2 的传输流是以字节为单位传输的，1 字节=8 比特。在后面要进行的QAM 调制中，是以符号为单位进行的。在2mQAM 调制中，1个符号代表m比特。由1字节=8比特转换为1 符号=m比特，称为字节到符号的映射。映射就是转换，在64QAM，要将3 个字节转换为4 个6bit的字符。打个比方说，学生看电影，每8 个人一组去影院。而影院是每6 个人一条凳子。这样，学生就得由每8 个人一组，转换为每6 个人一条凳子。 差分编码。 数字电视的调制方式是正交调幅，它需要把码流分成两路，一路称为同向分量I，一路称为正交分量Q。I 和Q 分别对频率相同而相互正交的载波进行幅度调制。最后，二者叠加成QAM 调制信号。因而，进入QAM 调制之前，要把数据码流分成两路，即差分编码。它实质上是把单路串行码流分成两路并行码流。 基带成型滤波是脉冲波型变换。比特信号的“0 和“1”是方脉冲，具有无限带宽。我们的网络是限带的，自然无法适应。为了减少比特占用的带宽，又不影响收到信号的判决，可以把方的脉冲改变一下形状。把上升沿和下降沿由突变的直线变为圆滑的曲线，把方波圆滑化。这种方法称为滚降。在电路上是使方形脉冲通过一个升余弦滚降滤波器。其滚降系数取=5。 调制，是解决数字基带信号不能直接在HFC网络中与模拟信号按频分复用兼容传输的问题。 用基带信号改变高频率载波的某个参数，让高频率载波载运基带信号并实现频谱从基带到载波频率的搬移，叫做调制。频率搬移是频分复用所必须的。调制就是使载波的参数按所载运基带信号的变化而变化。用载波的不同状态表示基带信号。调制方式有调幅，调频，调相几种。我们使用的是QAM 调制，叫做正交幅度调制。它先把调制信号码流分成独立的两路，分别对同频正交的两个载波进行双边带抑制载波调幅，最后两路已调信号相加输出。QAM 调制是幅度调制与相位调制的结合，既调幅又调相。有线电视使用的QAM 调制是64QAM，就是调制后，载波有64 种状态，每个状态代表一个符号。64QAM 的调制状态可以直观的用星座图表示。座标里的64 个点，代表64 个符号。正常时，这些符号点在小方格中间。信号的劣化，造成符号点的偏移，严重时偏移到格子外，就“串”了。造成符号被错判。 MPEG-2 码流经过上述的信道编码、调制，最终把传输码流载运到一个指定频率、8Mhz带宽的高频率载波上。从高频率载波的形式讲，它与现在HFC 网中传输的模拟电视频道信号就一样了，可以堂而皇之的混合进网传输了，并与模拟信号同等待遇，被光链路、电缆链路传输到用户. 64QAM调制由于既调幅又调相，频率利用率高，每8Mhz带宽可以传输的信息速率达40Mbit/s以上，我们选为38Mbit/s。就是说，把几套节目先通过复用器复用成38Mbit/s 的多节目传输流MPTS，再送进调制器。 64QAM 的性能为：进制8，频谱利用率6bit/Hz，每套节目压缩到1.5Mbit/s 时，每8Mhz 频道可以传送17 套节目,压缩到2Mbit/s 时，可以传送13 套节目,压缩到4Mbit/s,可以传送6 套节目。正常接收所需要的C/N28dB，用R-S 纠错为23dB。 经调制后码速率的变化如下： R-S 编码，由于传输包长由188 变成了204 字节，每包码字数增加了，速率将提高到约为38×204/188=41Mbit/s。字节到字符映射，因为每字符为6bit，比特速率变为字符速率约为41/6=6.8Ms/s(每秒字符)。再经升余弦滚降滤波，我们实际使用的符号率是6.875Ms/s。这是一个非常重要的传输参数，是配置调制器和机顶盒必须的。 六、 有线电视前端。 数字有线电视前端的功能： 数字电视信号在有线电视HFC网内的传输，核心是信号对网络的适配问题。模拟电视信号数字化、压缩即信源编码，解决了用数字比特代表连续的模拟信号和速率对网络的适配。那么如何解决传输对网络的适配，使用户达到满意的接收，这就是前端要解决的问题。具体说，前端的主要功能是： 组织节目。 节目为王。向用户提供多套数，高质量的节目是数字电视的生命所在。数字有线电视的节目源主要有：来自卫星的节目；以SDH形式从光缆传来的节目；本地自办节目；由视频服务器播出的NVOD、VOD 节目；由本台更新、增加的电子节目指南等。前端的组织作用，就是要把这些不同的节目进行数字化，压缩编码等过程，统一为MPEG-2 传输流和ASI接口格式。 监视、调度和切换播出节目。 在有线电视HFC网中，数字电视也应当按每8Mhz带宽一个频道来传输。那么，哪个频道传送哪几套节目，以及节目之间的切换、调度，都要在前端完成。完成这个任务的设备是一个多输入口，多输出口的数字切换矩阵，也称路由器。它还可以为信号源的监视提供选择节目的功能。 系统管理。 数字有线电视节目是以一种新的付费方式提供给授权用户的。因而可靠的授权管理是数字有线电视必备的功能。 系统管理包括有条件接收系统CAS、用户管理系统SMS 和网络管理系统NMS。 有条件接收系统CAS；对节目和数据进行加扰、加密，对用户进行授权管理，实现有偿服务。 用户管理系统SMS：对用户进行管理，包括用户信息、用户设备信息、数字产品信息、订购信息、授权信息、财务信息等。 网络管理系统NMS：对前端和网络设备进行集中管理，包括规划、参数设置、检测报警等。从信号形成、流向到质量进行控制，对系统运行状态、故障、错误进行报警，保证系统协调、正常、安全运行。 复用。 为了与模拟传输体制兼容，从多种渠道组织来的数字电视节目，都需要调制到8Mhz 带宽的不同频道上。而每个频道不但载运不只一套节目，还必须载运引导接收机正确工作的节目专用信息PSI、业务信息SI、电子节目指南EPG 以及授权管理信息ECM、EMM 等。这些都需要在进入调制之前把它们复用到一起。 进行信道编码和调制，实现与有线网络的传输适配。 前端的组成。 比照模拟电视前端的组成，数字前端可以分为输入、处理和输出三部分。 输入部分。 输入部分的主要功能，就是把来自不同渠道、不同格式的视音频信号，进行数字化、压缩编码或码流适配，统一为符合DVB-C 标准的MPEG-2 传输流格式和ASI 接口的传输流，输出到处理部分。 数字电视的节目源有：卫星接收、数字干线SDH、本地自办、视频服务器或媒体播放器输出的数字节目、各类数据广播节目等。与节目相关的PSI、SI、EPG以及各种管理信息，也都是必须进入网络和节目一起向用户传输的。 前端，信号的统一格式是什么样的？ 是DVB-C 标准规定的MPEG-2 传输流。由长度为188 字节的传输包组成。每个包有4 个字节的包头，可变字节长度的适配域和有效载荷。在传输链路里，这些MPEG-2 传输包一个包一个包的串行传输。实际上，为了提高系统的纠错能力，每个包增加了长度为16 个字节的R-S 纠错码，包长变成了204 字节。 在整个数字有线电视系统中，设备与设备间，设备与线路间的传输接口，被规定为ASI。它的传输速率为270Mbit/s，可以轻松地承载8Mhz带宽，64QAM 调制的数据流。ASI物理接插形式，用得最多的是BNC卡口。 下面研究不同格式接口的节目如何统一成MPEG-2 传输流格式和ASI接口。 模拟视音频节目，经编码器完成数字化、压缩形成MPEG-2 格式。编码器输入视音频信号，输出码率可在1.5?15Mbit/s 之间调整的MPEG-2 传输流，输出接口是ASI。SDH 传送的数字电视节目，已经是MPEG-2 传输流。对应于电视的输出口是DS-3口，以45Mbit/s 的速率传送5?6 套复用的节目。把它纳入数字有线电视，只需在SDH 输出与数字有线电视的输入之间加一个适配器完成DS-3到ASI 的转换就可以了。点播类节目，如NVOD、VOD 也是数字电视的重要节目源。它是由视频服务器经硬盘播出设备输出MPEG-2 码流的。将此类节目接入数字前端，需要作接口的转换。一般来说，用于HFC网络播出的硬盘播放器，大都提供ASI 接口，甚至已经将码流调制到高频载波上形成64QAM射频信号。输出为ASI接口的可以直接进切换矩阵，64QAM 输出的，只要频率和电平合适，就直接与现有的模拟频道混合，进入HFC 传输。对于输出口为DS-3、ATM以及高速以太网口，都需要经过适配器将接口转换为ASI，才能进数字切换矩阵。开展多媒体传输和因特网接入，还要通过数据广播服务器、IP 网关等，组织相关信号。 处理部分： 信号处理部分是前端的核心。它的功能是：对所有输入的节目码流进行切换、调度、分组、复用；插入节目专用信息PSI、业务信息SI、电子节目指南EPG、各种管理信息等，把它们与节目信号一起复用进数字传输通道；对条件接收节目进行加扰；进行节目管理、用户管理和系统管理. 数字切换矩阵。 切换矩阵也叫路由器。它有若干个输入口和输出口，可以实现任意输入端口的信号从任意输出端口输出，可见它可以实现输入与输出节目的强大调配功能。在数字电视里使用矩阵的意义更大。数字电视的一个载波频道，可以载运6 套以上电视节目，载运哪几套，组合是灵活的，有时需要调整，有了矩阵就容易了。还有，在数字电视播出中，增加一套节目，不是象模拟那样加一台调制器，它是在虚拟状态下进行的：只要把要增加的节目从矩阵输入端接入，切换到一个复用器上，复用进某个频道就成了。 复用器：所谓复用，是使多路信号共享一条物理信道。例如，一个载波频道可以载运6 套节目，首先要在未调制前将六套节目的传输码流按时分复用的方法复用到一起。时分复用，是把传输通路分成若干个时间段，每段时隙分配给一套节目或一个特定的码流。在分配的这段时隙内，节目唯一的占有整个频带，各节目周期的轮流占用。完成复用功能的设备叫复用器。 复用器可以把多路单节目传输流，按时分复用成一路多节目传输流，这叫做复接。也可以把输入的一路MPTS，分开成多路SPTS，这叫做分接。 复用器可以输入节目传输流，也可以输入PSI、SI、EPG 等数据流，实现复用。 总的说，复用器要有如下功能：接口为ASI；可以输入单节目传输流SPTS，也可以输入多节目传输流MPTS；有PSI/SI 生成、替换功能；支持PID重新映射；可以插入EPG：有数据接口TCP/IP。 复用方式有一般复用和统计复用。 一般复用是，多路信号复用后输出信号的码率等于各路输入信号码率之和，各路输入信号的码率不变。 统计复用是，根据信号的特点，动态地调整每路信号的码率。例如体育节目，动作变化大，需要占用较大的码率；教育节目静止画面多，不需要大的码率。二者使用一个复用器，互相调剂码率，充分利用资源，又保证每套节目都达到满意效果。 复用在复用器中进行。复用器的功能有：对每个输入码流进行检测，包括TS 流同步是否丢失，同伴字节是否错误，TS 流是否连续，PAT、PMT表和PID 值是否正确等。从输入的MPEG-2 TS 中过滤出基本流ES，提取PSI/SI。将基本流复用成符合MPEG-2 标准的TS 流，同时生成PSI/SI。已经加扰的码流不再解扰，直接以加扰形式与其它码流复用，包括ECM、EMM。 以上几点提示我们，有线电视里的许多数据，如与节目有关的信息EPG、PSI、SI，管理信息ECM、EMM，加扰信息等都是从复用器加入的。处理部分的另一个重要功能是加扰。因使用设备不同，加扰可以在有内置加扰模块的复用器中进行，也可以外接独立的加扰器进行。 输出部分： 前端输出部分的功能，是把处理部分送来的，已按每8Mhz 带宽容量复用和加扰好了的多路数字电视节目传输流，变成可以在有线电视HFC网络中传输的64QAM调制射频信号。 该功能由信道编码和调制两部分完成，但二者都装在调制器里边。 QAM 调制器的主要接口。 QAM 调制器的信号输入是经复用的MPEG-2 传输流TS。输入物理接口是异步串行口ASI。型式为BNC 75欧同轴卡口。一般还带有一个ASI输出口，它与输入ASI口是环通的，供另外的设备使用。如果需要DS-3或PSI输入接口时，可以定制。有DS-3 接口，可以直接与SDH 的DS-3 输出连接，省去了DS-3/ASI的适配器，因为适配器内置于里边了。 调制器的主输出口是电视频道RF 输出。每频道8Mhz带宽，中心频率可以捷变，输出电平可调，都是通过前面板的菜单设置。物理接口是75 欧同轴F 座。一般还设有-20dB 测试口。 调制器还有中频IF 输入/输出口。输入口输入已经QAM 调制的中频IF 信号，这时候调制器只起变频率的作用，把中频IF 转移到电视频道上去。中频输出口输出经本调制器调制的QAM中频信号，供另外的设备使用。使用时要注意中频的频率。 还有遥控接口，一般是Sub-9 RS485口。 综上所述，数字电视在HFC网络中的传输是三个环节，即信源信道信宿。对应的就是前端网络机顶盒和信源适配、信道适配。机顶盒成为数字电视传输的一个重要环节是一大特色，将来，机顶盒的维修可能纳入网络维护工作中。 七、网络传输中要注意的几个概念： 1、64QAM 调制频道传输实质上是数字信号的模拟传输，HFC网络可以不做任何改动，包括电放大器、光设备、无源器件等。 2、关于传输电平：与模拟传输相同，都受限于有源器件的非线性动态范围。现在设为比模拟低10dB，是由于二者功率分布不同，前者为峰值，后者为平均功率。全网整体平移后，虽全部传输数字调制信号了，电平仍然低10dB是合理的。 3、在模拟传输时忽略了的网络和设备相位特性，在传输数字QAM 信号是成为重要矛盾。 八、 节目专用信息PSI和业务信息SI： 数字电视与模拟电视一个最大的不同是数字电视的接收必须由前端提供的信号引导才能完成。不象模拟电视接收，只要选好频道就可以直接解调，就把信号取出来了。数字电视一个射频频道载运的一路传输流中，时分复用着多套节目，一套节目又由各自的视频流、音频流和相应的数据流。如何从复合的信息流中把它们分开，必须前端提供识别的办法。又如哪个频道载运的是哪几套节目，这些参数也必须由前端提供。所以，数字电视系统在传输视、音频数字信号之外，还必须把与节目有关的数据同时不间断的传输下去。这些向接收设备传送的与业务有关的信息，是数字电视码流的重要组成部分，称为节目专用信息PSI 和业务信息SI。它们的作用是帮助接收设备从码流中选择业务和事件，引导接收机搜索节目，找到构成节目的视音频组件等。 节目专用信息PSI： 1、PSI 的作用：节目专用信息PSI 的主要作用是自动设置和引导接收机进行解码。因为它提供接收解码所需的各种参数和同步信息，提供节目与包识别符PID 的关系。因而PSI 的传输是不能中断的，并且是不能被加扰的。至少每秒传输20 次。PSI的损伤也会造成收看的马塞克。 2、PSI的组成：PSI 由节目关联表PAT、节目映射表PMT、有条件接收表CAT、传输流描述表TSDT四个表组成。 PAT 是PSI的根。接收机必须从寻找PAT开始整个接收过程，因为下边的一切表和PID 都从PAT开始查找。 PMT指出某个节目由哪些组件构成，给出各组件的PID和节目时钟基准PCR的PID。 CAT 给出系统CA标识，指定授权管理信息的PID。 TSDT提供传输流参数。 PSI的所有表都不被加密。 业务信息SI： 1、为什么还要引入SI？ 因为PSI 不足以满足接收端的全部需要，所以采用SI 对PSI 进一步扩展。SI 提供整个网络所有传输流TS 的频点、全部频道/节目的信息，使接收端可以调谐、接收特定的节目，并对节目进行分组；为解码器构成EPG 及频道自动搜索功能；提供网络信息。 SI的主要目的是：自动利用PAT、PMT、NIT进行频道搜索；选择节目和定位；实现EPG：作为应用程序接口API的基础；进行CA 控制。 2、SI 的组成：SI 包括网络信息表NIT、业务描述表SDT、事件信息表EIT、时间及日期表TDT四个必须传送的基本表与一些可选的表。SI中只有EIT可以被加密。别的表是不可以加密的。 NIT 提供与多组传输流、物理网络及传输相关的信息，如调谐频率、编码方式、调制方式、业务列表等。 SDT给出复用器中与每个业务有关的名称、业务提供者、业务类型等信息。 EIT相当与广播电视节目报的节目表，给出节目的时间安排。如节目识别号、名称、起止时间、长度、运行状态、是否加密、节目介绍、节目码流类型、使用的加密系统、节目类型、限制级别、交互联系电话号码等。 TDT提供当前日期和时间。 九、 电子节目指南EPG： 什么是EPG？是给接收端提供的一种应用。EPG是同数字电视传输流一起传到用户的，用户通过浏览EPG 的内容可以获悉当前和未来及天的节目安排等信息，如，目前共有哪些节目，节目时间表等。用户操纵遥控器上的EPG 按钮，即可在屏幕上浏览EPG 的内容。EPG用于向用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式，并提供分类功能，帮助用户选择节目。 EPG 为多层显示方式，用户通过遥控器分层浏览。 EPG 建立在SI基础上，根据EIT、SDT提供的提供的信息工作。 如何实现EPG？ 一是前端的EPG 编辑器，二是用户机顶盒中要有相应的接收/显示控制软件，二者一一对应。 SI的三种插入方法：SI是在复用器合成传输流TS 时插入的。 1、 经复用器应用程序接口API插入。 2、 经复用器异步串行接口ASI插入。 3、 经加扰器插入。 十、有条件接收基本知识 什么是有条件接收系统CAS？ 为什么数字电视要采用CAS？是广播电视网络从原来粗放型经营向集约经营管理的要求。集约经营是指在前端复用器里对提供的节目或服务进行管理，通过用户管理系统对每个用户的要求实行记录、统计、管理，使整个系统提供的各种服务精确到每个终端。在终端，用机顶盒实现系统提供的各种服务。 CAS 贯穿于前端服务器、SMS、机顶盒三个环节中。 CAS 的目的是将收费服务对应的码流加扰，使每个用户必须按时交费才能获得服务。 CAS 的功能：对传输的数字信号加扰，对用户密钥加密，建立一个确保只有被授权用户才能收到节目的用户授权管理系统。 CAS 涉及的技术很广，但主要的是加扰和加密。 几个有关概念： 1、加扰：指在前端系统的控制字CW的控制下，连续不断的对被传送的全部内容进行扰乱，使不用恰当的解码器和密钥就不能收到正确的信号。 加扰的方法是由伪随机码发生器产生的伪随机序列与原始的传输流进行XOR运算，改变被传输信息的特征，使信号变为不可预测的数据流。 2、控制字CW：指用于解码器中的电子密钥。解扰的关键是必须掌握伪随机序列发生器的初始条件，初始条件受控于控制字CW，有了CW 就可以恢复加扰时使用的伪随机序列，可以实现对信号的解扰。 CW是CA 的关键，必须可靠的传输。CW由前端加密后经网络传送到用户机顶盒的智能卡上，经解密后产生密钥。为了防止被破译，CW要不断改变，一般每隔520 秒改变一次。 3、同密：是一种加扰方式。该方式通过同一种加扰算法和控制字使多个条件接收系统一同工作。这种方式便于多级运营管理，为多级运营商选择CA 系统提供灵活性。而每台机顶盒也只须选用一种CA 系统，不必装多个CA系统。这样便于不同的CA 开发商在同一网络中公平竞争。 4、多密：也是一种加扰方式，也称公共接口CI 方式。是针对接收端机顶盒而言的。在多密方式下，每台机顶盒通过公共接口CI 对不同的CAS 解密。即用同一台机顶盒接收不同CA系统的加密节目。当CA 更换时，仅需更换CA 模块，不必换盒。从而实现机卡分离。机顶盒是通用的，卡是由不同运用商管理的。机顶盒换网络，只需换卡。 5、解扰：加扰的逆过程。指接收端用相同的伪随机码对已加扰的传输流做同样的XOR运算，还原出加扰前的码流。 6、加密：指为了加扰信号而进行的连续不断的改变密钥的处理。 7、授权控制信息ECM：是一种特殊的电子密钥信号和信道寻址信息。就是与CW 有关的加密编码和接收参数信息。 ECM 传送加密后的密钥和节目标识、收视条件、加扰算法、提供商等。ECM 是在前端形成的。把控制字发生器产生的加扰控制字，按一定的数据编码格式加密、打包，送到复用器中传送。在接收端，ECM 用来控制解扰。 8、授权管理信息EMM： 是授权用户对某个业务进行解扰的信息。对用户在什么时间看，看什么节目授权。EMM 传送对CW加密的密钥SK。 在前端，EMM 发生器从用户管理系统取得授权信息和密钥，编码后形成EMM 数据包，加密送到复用器中传送。在接收端