深入浅出数字电视[1]

nullnull 深入浅出数字电视 北京数码视讯科技股份有限公司 王恒 2007年12月内容提纲内容提纲一、数字电视系统概述 二、数字电视标准概述 三、数字电视系统主要设备及系统一、数字电视系统概述一、数字电视系统概述数字电视技术的概念 数字电视技术的分类 数字电视技术的优势 数字电视技术的发展数字电视技术的概念数字电视技术的概念 音频、视频和数据信号从信源编码、调制、接收和处理均采用数字技术的电视系统； 从节目的采集、制作到节目传输，以及到用户终端的接收全部实现数字化； 广义上说，数字电视是数字传输系统，是原有电视系统的数字化。 数字电视的主要功能数字电视的主要功能免费基本数字电视业务（基本包） 未加密的数字卫星电视节目（国内、国外） 按频道付费的数字电视业务（PPC等） 境外加密卫星电视节目 VOD视频点播业务 按次/时间付费的数字电视业务（IPPV、IPPT等） 增强电视节目（EPG、电视广告等） 数据广播业务 其它业务（音乐、游戏、远程教育、双向互动业务） ……一、数字电视系统概述一、数字电视系统概述数字电视技术的概念 数字电视技术的分类 数字电视技术的优势 数字电视技术的发展数字电视技术的分类数字电视技术的分类按信号传输方式 地面无线传输数字电视 卫星传输数字电视 有线传输数字电视 按图像清晰度 数字高清HDTV：宽银幕电影分辨率 数字标清SDTV：现有电视分辨率 数字普清LDTV：现有VCD分辨率数字电视技术的分类数字电视技术的分类按产品类型 数字电视显示器 数字电视机顶盒 一体化数字电视接收机 按显示屏幕幅型比 4:3 16:9一、数字电视系统概述一、数字电视系统概述数字电视技术的概念 数字电视技术的分类 数字电视技术的优势 数字电视技术的发展数字电视技术的优势数字电视技术的优势传输效率高（8MHz、1-8套） 清晰度高、音频效果好 抗干扰能力强 移动接收、便携接收 增值业务 互动业务 兼容现有模拟电视机 一、数字电视系统概述一、数字电视系统概述数字电视技术的概念 数字电视技术的分类 数字电视技术的优势 数字电视技术的发展数字电视技术的发展——国际数字电视技术的发展——国际20世纪80年代，最早出现在欧洲（德国、法国、英国等） 20世纪90年代，数字电视技术快速发展 视频压缩技术MPEG-X （1992年MPEG-1、 1994年MPEG-2、1999年MPEG-4） 美国：1995年9月ATSC数字电视国家标准 法国：1996年4月开播第一个商业化数字电视广播 英国：1998年7月卫星数字电视广播 日本：1997年卫星数字电视广播，1999年有线数字电视广播 …… …… … 数字电视在世界范围内已全面启动！数字电视技术的发展——国内数字电视技术的发展——国内央视：1995年实现数字电视系统播出加密频道（卫星→有线电视台） 各省台：1996年相继开始卫星电视节目传送覆盖 中国广播卫星公司：1998年，建立直播卫星广播试验平台，央视和各省台卫星节目统一传送 2006年，我国地面数字电视标准公布ADMB-T 我国数字电视广播“三步走计划”：2003年、2005年~2008年、2015年数字电视技术的发展——国内数字电视技术的发展——国内我国从2003年开始建设比较成熟的数字电视平台 现在的数字电视业务包括： 看电视、听广播 视频点播、付费电视、银行支付 电子政务、生活资讯、文化教育、医疗保健、交通旅游、金融股市等各类信息服务 目前，全国约有25个城市完成了有线电视数字化整体转换，有线数字电视用户1266万 内容提纲内容提纲一、数字电视系统概述 二、数字电视标准概述 三、数字电视系统主要设备及系统二、数字电视标准概述二、数字电视标准概述数字电视标准的必要性 数字电视标准的分类 中国数字电视标准数字电视标准的必要性数字电视标准的必要性在数字电视系统中没有详细的统一标准和系统规定是不可能实现的 数字电视系统的标准不仅规定了设备外围的接口，还对数字信号处理的整个流程和细节作了详细规定二、数字电视标准概述二、数字电视标准概述数字电视标准的必要性 数字电视标准的分类 中国数字电视标准数字电视标准的分类数字电视标准的分类目前，世界上数字电视系统有三大标准，即美国的ATSC、欧洲的DVB和日本的ISDB ATSC和DVB两个标准正在被采纳为国际标准。ISDB标准也正在被ITU考虑之中 欧洲、澳大利亚和新西兰采纳DVB 美国、加拿大、韩国、台湾、阿根廷选择ATSC二、数字电视标准概述二、数字电视标准概述数字电视标准的必要性 数字电视标准的分类 中国数字电视标准中国数字电视标准中国数字电视标准中国数字电视标准以欧标DVB为主，具体而言 卫星数字电视标准：DVB-S 有线数字电视标准：DVB-C 地面数字电视标准：DVB-T/DMB-T/ADTB-T/ADMB-T内容提纲内容提纲一、数字电视系统概述 二、数字电视标准概述 三、数字电视系统主要设备及系统三、数字电视系统主要设备及系统三、数字电视系统主要设备及系统三、数字电视系统主要设备及系统三、数字电视系统主要设备及系统 数字电视系统主要硬件设备 数字电视系统主要软件系统 ——CAS 数字电视系统主要硬件设备数字电视系统主要硬件设备编/解码器 复用器 调制器 加扰器编/解码器编/解码器编/解码器功能 编/解码器原理 编/解码器选型null编码器应用编/解码器基本功能编/解码器基本功能编码器——将基带的模拟或者数字视/音频信号进行压缩，通过ASI、SPI等接口输出符合MPEG-2标准的TS。 解码器——编码器的逆过程，通过将输入的TS流解压缩，输出模拟或者数字视/音频信号。编/解码器其它功能编/解码器其它功能编码器输出码率可设 4:2:0视频输出码率1～15Mbit/s； 4:2:2视频输出码率1～50Mbit/s； 音频输出码率32～384Kbit/s。 编码器输出分辨率可设 低码率下3/4D1、2/3D1、HD1、CIF多种分辨率可设。 编/解码器其它功能编/解码器其它功能编/解码器接口 视频输入接口：模拟/数字； 音频输入接口：模拟/数字； 信号输出接口：ASI/SPI、DS3/E3、E1、IP； 数据、图文接口。 常用PSI/SI信息自动生成功能 PAT、PMT、SDT、NIT等。 编/解码器编/解码器编/解码器功能 编/解码器原理 编/解码器选型MPEG-2视频编码标准MPEG-2视频编码标准按编码图像的分辨率分 成四个“级(Levels)” 按所使用的编码工具的集合分成五个“类 (Profiles)”。 “级”与“类”的若干组合构成MPEG-2视频编码标准 在某种特定应用下的子集：对某一输入格式的图像，采用特定集合的压缩编码工具，产生规定速率范围内的编码流。 数字电视传输等级数字电视传输等级低级(Low Level) ： 352×240×30(代表图像帧频为每秒30帧，每帧图像的有效扫描行数为240行，每行的有效像素为352个)，或352×288×25 主级(Main Level)： 位于低级之上，即：720×480×30或720×576×25 准高级(High-1440Level)： 位于主级之上，图像宽高比为4∶3 格式为1440×1080×30 高级(High Level) ： 位于准高级之上，图像宽高比为16∶9 格式为1920×1080×30编码器原理编码器原理编码器原理编码器原理四个部分： 视频处理压缩 音频处理压缩 TS复用 接口协议转换 解码器原理解码器原理解码器原理解码器原理三个部分： PSI/SI 视频解码 音频解码 编/解码器编/解码器编/解码器功能 编/解码器原理 编/解码器选型编/解码器选型编/解码器选型选型原则： 指标 功能 编/解码器选型编/解码器选型一、指标 视频； 音频； 传输流（系统）。 nullSNR指标PCR指标数码视讯编码器性能指标编/解码器选型编/解码器选型指标测试方案编/解码器选型编/解码器选型二、功能 基本功能； 输入/输出接口。 编/解码器选型编/解码器选型基本功能 （1）编码器功能 系统码率1～15M可调 TS包长188和204可设 PID设置（PCR、视频、音频、PMT、SDT、NIT） 视频制式自适应 码率CBR/VBR可选（统计复用） 状态检测 网络控制与升级 …… …… 编/解码器选型编/解码器选型基本功能 （2）解码器功能 支持节目搜索 多种同步方式 视频制式自适应 故障显示模式：黑屏、彩条、静帧 状态检测 网络控制与升级 …… …… 编/解码器选型编/解码器选型二、功能 基本功能； 输入/输出接口。 编/解码器选型编/解码器选型编码器输入/输出接口 （1）编码器视频输入接口 模拟复合视频（CVBS）接口（2路）； 模拟Y/C分量视频（S-Video）接口（1路）； 数字视频（SDI）接口，可内嵌数字音频（1路）。 （2）编码器音频输入接口 模拟平衡（XLR）音频接口（2路）； 数字音频（AES/EBU）接口（2路）。编/解码器选型编/解码器选型编码器输入/输出接口 （3）编码器传输流接口 ASI（2路）； DS3/E3（1路）； E1（4路）； IP（1路）。编/解码器选型编/解码器选型解码器输入/输出接口 （1）解码器视频输出接口 模拟复合视频（CVBS）接口（2路）； 模拟Y/C分量视频（S-Video）接口（1路）； 数字视频（SDI）接口，可内嵌数字音频（1路）。 （2）解码器音频输出接口 模拟平衡（XLR）音频接口（2路）； 数字音频（AES/EBU）接口（2路）。编/解码器选型编/解码器选型解码器输入/输出接口 （3）解码器传输流接口 ASI（2路）； DS3/E3（1路）； E1（4路）； IP（1路）。数字电视系统主要硬件设备数字电视系统主要硬件设备编/解码器 复用器 调制器 加扰器复用器复用器复用器原理 复用器功能 复用器选型null复用器应用复用器原理复用器原理复用器原理复用器原理复用器复用器复用器原理 复用器功能 复用器选型复用器功能复用器功能 输入多节目码流（MPTS）节目分析 PID过滤、PID映射等 PSI/SI提取、插入和修改 多路分解 PCR校正 变码率输出 过载保护 节目流1+1备份 复用器复用器复用器原理 复用器功能 复用器选型复用器选型复用器选型（1）稳定性 双电源冗余备份 （2）性能 输入/输出通道个数：10路以上输入/2路以上输出 （3）对不均匀码率和大码率码流的支持 200M以上的码率输入、内置超大缓存 （4）功能 基于PSI和基于PID双重复用 （5）易用性 （6）过载保护 （7）故障兼容 数字电视系统主要硬件设备数字电视系统主要硬件设备编/解码器 复用器 调制器 加扰器调制器调制器 调制器原理 调制器功能 调制器选型QAM调制器应用QAM调制器应用调制器原理调制器原理传输信息两种方式：基带传输和调制传输 （1）基带传输——信源直接生成，频率较低，传输信道低频处损耗很大，难以长距离传输； （2）调制传输——将基带信号搬移到信道损耗较小的高频处，适合长距离传输。调制器调制器 调制器原理 调制器功能 调制器选型调制器功能调制器功能（1）输入接口 （2）码流处理 （3）QAM调制 （4）上变频处理（52~866MHz）调制器调制器 调制器原理 调制器功能 调制器选型调制器选型调制器选型（1）调制误差率MER（P125） QAM调制器最关键指标 MER越高接收效果越好，MER过低可能会出现马赛克、静帧等现象 信号强度接收门限——电平门限（40dBuV） 信号质量接收门限——MER接收门限（30dB以上准无误码） 考虑传输信道内各频点相互干扰，需要留有更多的指标余量 国标要求的关均衡MER下限32dB，数码视讯调制器10K502的MER值34dB调制器选型调制器选型（2）寄生输出抑制比（P129） 衡量调制器对网络内其它频点的干扰程度 同频干扰，出现图像雪花（模拟电视）或马赛克（数字电视） 国标要求的寄生输出抑制比下限50dB，数码视讯调制器10K502的寄生输出抑制比下限60dB调制器选型调制器选型（3）信号电平（P130） 优秀的QAM调制器输出电平95~120dBuV，方便不同用户灵活使用 捷变频52~866MHz内数字可调 能够做到输出频率范围和输出电平相互兼顾调制器选型调制器选型（4）载噪比（P131） 表征输出邻频带的寄生输出噪声大小 国标要求的载噪比下限40dB，数码视讯调制器10K502的载噪比下限53dB调制器选型调制器选型（5）PCR抖动（P131） PCR抖动太大，出现静帧、黑屏、马赛克等现象 国标要求的PCR抖动上限500ns，数码视讯调制器10K502的PCR抖动上限70ns数字电视系统主要硬件设备数字电视系统主要硬件设备编/解码器 复用器 调制器 加扰器独立加扰器应用独立加扰器应用加扰器加扰器 加扰器原理 加扰器功能 加扰器选型加扰器原理加扰器原理独立加扰器工作原理加扰器加扰器 加扰器原理 加扰器功能 加扰器选型加扰器基本功能加扰器基本功能基本功能—— 在条件接收系统（CAS）的控制下对TS中指定的节目或基本传输流进行加扰，使授权用户能够正常收看，而使非授权用户无权收看，从而实现系统运营商有条件收费管理。加扰器其它功能加扰器其它功能输入支持单节目码流（SPTS）和多节目码流（MPTS）； 输入净码率1~54Mbit/s，码率可以自适应； 输入TS包长188和204自适应； 支持同密； 支持EMM和ECM数据插入； 支持处理与CA有关的PSI/SI表信息； 支持集中网管和远程监控； 安全性高（数码视讯10K571独立加扰器支持双输入热备份） 加扰器加扰器 加扰器原理 加扰器功能 加扰器选型加扰器选型加扰器选型（1）CA连接测试：正常加扰→断开CAS系统→接上CAS系统，断开时故障报警并能自动恢复 （2）安全性、可靠性测试：主备CAS自动切换 （3）设备参数：最高输出码率，机顶盒能够正常解码 （4）同密功能测试：同时支持3个以上的CAS（数码视讯独立加扰器支持4家CAS） （5）特殊码流测试：视频/音频，加扰/未加扰 （6）多级CAS支持测试：过滤CAT表 （7）EMM复用能力测试：2Mbit/s以上的预留带宽三、数字电视系统主要设备及系统三、数字电视系统主要设备及系统 数字电视系统主要硬件设备 数字电视系统主要软件系统 统一网管 CAS统一网管系统统一网管系统网管系统的特点网管系统的特点安全性高 多级权限管理 故障报警，故障远程定位和分析 系统具有自我管理能力，能够自启动，关闭，备份 恢复 可嵌入冗余、监测等系统控制软件 功能全面 能实现配置管理、安全管理、性能管理、网管代理、报表管理等功能 统一网管系统特点统一网管系统特点全中文图形化操作界面 带内或带外网管方式，灵活组网 后台远程在线软件升级，软件具有向后兼容性 实现全网的数据库的统一管理与报表的生成 采用SNMP协议，便于与其它设备或系统实现统一网管，提供其它应用程序接口，可兼管第三方设备 容量大，可管理设备数量达3000台，能够划分区域进行分区管理，并能够跨区域多级管理 网管与设备可独立工作条件接收系统（CAS）条件接收系统（CAS） CAS发展历史 CAS工作原理 CAS应用模型 CAS安全机理CAS发展历史CAS发展历史我国条件接收系统经历了三代产品： 第一代多属于国外产品：安全隐患 第二代国内早期CAS厂商开发的产品：均为国外产品的仿制品 第三代完全自主研发的条件接收系统：双向网络、增值业务、版权保护以及三网融合条件接收系统（CAS）条件接收系统（CAS） CAS发展历史 CAS工作原理 CAS应用模型 CAS安全机理CAS工作原理CAS工作原理条件接收系统的三层结构： 第一、控制字CW对视音频及数据信号比特流进行加扰； 第二、业务密钥SK对控制字CW进行加密； 第三、个人分配密钥PDK对业务密钥SK进行加密。CAS应用模型CAS应用模型条件接收系统（CAS）条件接收系统（CAS） CAS发展历史 CAS工作原理 CAS应用模型 CAS安全机理条件接收系统（CAS）条件接收系统（CAS） CAS发展历史 CAS工作原理 CAS应用模型 CAS安全机理CAS安全机理CAS安全机理前端加密（主要分为两大部分） 一是前端信号加扰部分； 二是前端加密部分： SK加密CW，得到ECM； PDK加密SK，得到EMM。 ECM：授权控制信息，包含时间、节目价格、节目授权控制等信息； EMM：授权管理信息，包含智能卡号、授权时间、授权等级等用户授权信息。CAS安全机理CAS安全机理终端机顶盒解密 智能卡PDK解密EMM，得到SK； SK解密ECM，得到CW； CW完成解扰； ECM、EMM解密过程都是在智能卡的解密系统中完成。CAS安全机理CAS安全机理结论： CAS系统是实现数字电视节目加密、收费的主要工具，自身的安全性非常重要。 单独基于密钥或者算法的CAS系统由于加密强度低，所以安全性较差。（例如单独的密钥循环体系等）CAS安全机理CAS安全机理（1）算法 防止算法被破解两种措施： 加长密钥 多重算法 密文＝算法2（算法1（明文，密钥1），密钥2） 相对于单一算法的CA系统，多重算法未知量更多，使破解的难度大大增加！ CAS安全机理CAS安全机理（1）算法 如果万一出现了算法被破解的情况，治理措施——更换智能卡算法： 空中升级（升级数据加密传输）； 通过营业厅专用设备进行升级（安全，但需回收智能卡）。 CAS安全机理CAS安全机理（2）密钥 最直接破解CA系统的方法之一就是获得CA系统的密钥。如何更好的预防密钥被盗取—— 多级密钥体系（数码视讯采用五级密钥） 密钥独立性（运营商根密钥的产生） CAS安全机理CAS安全机理（2）密钥 如果万一出现了智能卡密钥被盗取的情况，治理措施： 没有获得智能卡的根密钥，通过更换智能卡根密钥的方式治理； 获得智能卡的根密钥，没有获得智能卡的私密钥，通过停用盗版卡、更换智能卡根密钥的方式治理； 获得了根密钥和私密钥，通过更换智能卡的方式治理。 CAS安全机理CAS安全机理结论： 再次强调—— 安全的、主流的CAS系统应该采用多级密钥和算法相结合的立体加密体系，避免单独使用密钥加密体系或者算法加密体系而给运营商带来运营方面的安全隐患！null做民族数字电视第一品牌 ! 谢 谢！ http://www.sumavision.com