数字有线电视前端系统配接.docx

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数字有线电视前端系统配接

研究课题数字有线电视前端系统配接

ThelinkofDigitalcableTVfront-endsystem

一、课题摘要………………………………………………………………………………………1

二、研究背景………………………………………………………………………………………1

三、完成情况………………………………………………………………………………………1

（一）实验目的……………………………………………………………………………………1

（二）实验方案……………………………………………………………………………………1

1、前端系统构成…………………………………………………………………………1

2、前端信号流程…………………………………………………………………………2

3、前端设备原理接………………………………………………………………………4

4、前端设备后面板连接…………………………………………………………………7

（三）问题处理……………………………………………………………………………………9

（四）实验结果……………………………………………………………………………………9

（五）成果评价……………………………………………………………………………………9

四、心得体会………………………………………………………………………………………9

致谢………………………………………………………………………………………………10

参考文献…………………………………………………………………………………………10

附录实验指导书

一、课题摘要（课题的主要内容）

本课题主要研究有线电视前端系统设备配接。

首先简单介绍了研究性实验研究背景，接着从有线电视前端整体系统开始分析，归纳了所涉及前端的所有硬件设备。

将前端所有设备单个进行了原理分析，以及后面板连线处理。

根据对有线电视前端系统配接的整个流程分析，发现实验中的难点和问题，最后提出相关意见和建议。

二、研究背景（这个课题的意义何在？

）

数字有线前端主要由以下几个部分组成：

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、以及其它辅助系统。

目前，许多省市的有线电视台在进行以数字节目播出为主的数字化改造，而前端系统的改造则决定了整个系统开展业务的能力。

目前的前端系统将接收到的数字卫星节目信号直接送入复用器或将模拟电视信号进行相应的编码后也送入复用器，复用器完成多套节目的复用后通过调制器，借助光纤或电缆网络传输到用户终端。

但是这仅仅是节目转发系统的改造，随着国家广电总局开展有线数字电视试验及明确了试验的主要任务，各地加快了数字化改造的进程和范围，条件接收系统（CA）、用户管理系统（SMS）、中文电子节目指南（EPG）及各种业务系统逐渐在全国开始推广。

有线数字电视前端系统的建设就是如此众多的产品根据各地用户的实际需求在一起，构建一个经济、高效、安全的数字有线传输的平台。

三、完成情况

（一）实验目的（为什么做这个实验？

）

本实验基于有线数字电视系统前端实验室设备，将实验室前端从卫星信号接收、信源编码压缩、码流复用、QAM调制到信号传输进行详细的说明介绍，实现以下目的：

1、掌握前端系统构成

2、掌握前端信号流程

3、了解前端设备原理

4、了解前端设备后面板连接

（二）实验方案（前端设备原理和后面板连接）

1、前端系统构成

有线数字电视前端实验室的结构是：

六功分器把高频头接收下来的信号分成六路（取其四路使用），三路连接到数字卫星综合解码器（TS流输出），另一路送至数字卫星接收机（视音频输出）再经MPEG-2编码器编码压缩（TS流输出），将各路信号送至复用器进行复用，复用后的信号经QAM调制器调制后输出，再通过混合器混合送至光发射机，经HFC网络传输，在用户端通过机顶盒便可收看到有线数字电视节目。

有线数字前端系统构成，如图1：

图1有线数字前端系统构成

实验室机房布置，如图2：

图2实验室前端机房

2、前端信号流程

有线数字电视前端系统主要由信源编码压缩、码流复用、信道编码、QAM调制、网络传输及接收等几部分组成。

编码及复用模拟图像和伴音经过取样、量化、编码成为基本码流（ES）,经过压缩成为传送码流（TS）,再进行复用、调制和传输。

通常，从信号流程来看，有线数字电视前端播出系统可分为信号输入、信号处理、信号输出及系统管理四个部分。

（1）信号源处理

前端系统的信源主要来源于三个方面：

卫星信号、本地自办节目和上级台下传的SDH节目。

卫星信号包括免费的卫星电视节目和加密卫星节目。

对于免费的卫星节目可以采用普通的数字卫星接收机进行接收；对于加密的卫星节目，采用专用卫星接收机进行解密接收俗称大卡机，输出TS流。

卫星接收机输出的TS流中包含的数字节目可以分为两种：

一是SPTS（单节目流）,即一台卫星接收机输出的TS流中只包含1套数字节目,一般各省卫视多采用这种方式;另外一种是MPTS（多节目流）,即一台卫星接收输出的TS流中包含多套数字节目,如中央台（包括CCTV-1、CCTV-2、CCTV-7等）、中数传媒加密节目等。

对于自办节目，要采用编码器对节目进行数字化处理，输入模拟的音视频信号，输出TS流。

对于上级电视台下传的SDH节目，首先通过SDH适配器进行解适配把DS3信号转化成ASI信号,然后进行节目处理。

（2）码流处理

就ASI前端平而言,节目源输出部分全部为ASI信号（格式为TS）,码流处理部分只能处理ASI信号,分为复用和加扰两部分。

复用部分最基本的功能就是将输入的多个节目源按照需要复用成一路码流输出。

在复用的同时还需要根据所复用的节目重新生成PSI/SI信息，并且进行PID再映射、PCR修正等多项操作。

复用的过程是各路输入数据流首先经过PSI/ASI输入接口，将数据写入FIFO各自的缓冲；当输入FIFO有足够的数据时,输入接口控制电路以中断的方式通知DSP。

在DSP中实现各路TS流的包同步、PSI信息的收集和重建、PID的重映射以及PCR的调整等处理。

再复用技术、即将不同节目的传输流（TS）复用为一个含有多个节目的传输流。

关键技术室系统层PCR域的重新调和系统层PSI/SI信息的收集、重构，并以新的PSI/SI信息、是否可以实现任意PID的透明传输和过滤等等。

另外，复用器需要具有多路输入口。

比如当复用器的输入源为单节目码流时，至少需要8路输入，其中7路可以接7个独立的码流，剩下的一路输入还可以允许用户送入EPG等信息。

此外，复用器通常也需要有多路输出口以应付不同的需求。

为了保证运营商的利益，需要在数字电视前端系统中对节目流进行加扰，然后通过与CA厂商的合作，通过机顶盒在用户终端进行有条件地收看节目。

独立加扰器的基本功能就是定时生成一个伪随机控制字CW，并以此CW作为加扰因子对码流进行同步加扰。

同时，独立加扰器通过DVB同密标准接口协议与条件接收系统ECMG进行通讯，把控制字CW传送给条件接收系统。

条件接收系统将受到的CW控制字按标准算法进行加密运算，产生想要的EMC流，并经过独立加扰器的ECMG通信接口把生成的ECM流注入到传输流（TS流）中。

用户管理系统（SMS）通过条件接收系统的用户管理系统接口EMMG向条件接收系统的用户授权系统（SAS）响应产生一个用户授权信息EMM。

用户授权系统（SAS）生成的EMM按照DVB同密标准接口协议回传给独立加扰器。

对于独立加扰器而言，具备同密接口是一个硬性的技术指标，但在实际使用时却既有优势也有劣势。

一方面，具备同密接口意味着前端可以同时与两家或两家以上的CA系统联通，避免整个前端和终端系统受限于一家CA公司，以确保整个系统安全、稳定的运行；另一方面，网络带宽通常是固定不变的，同时采用多个CA，意味着码流中ECM和EMM的带宽也会相应的扩大2倍或者多倍，这是能分配给视音频流的带宽自然就相应的减少了，尤其是当用户数量巨大是，这种影响更显而易见。

因此，在实际使用时通常都会根据具体清楚酌情使用。

（3）调制输出

QAM数字调制器实际包括ASI/SPI/DS3码流适配、基于DVB-C标准的信道编码、QAM调制和上变频四部分功能。

码流适配是指对各种不同输入接口的电气特性进行一些基于MPEG-2包结构的简单处理；信道编码的目的是保证信号传输的可靠性，能够在一定程度上检错、纠错；QAM调制时对经过信道编码的数字电视信号进行调制，输出中频信号；上变频将中频信号调制为RF信号，使其具有很高的抗干扰能力，便于在有线电视模拟网中传输。

3、前端设备原理

（1）卫星传输信号源

利用卫星的一个转发器传送多套数字压缩电视信号有单路单载波SCPC（SingleChannelPerCarrier）方式和多路单载波MCPC（MultipleChannelPerCarrier）方式。

SCPC方式的每个载波只传输1套广播电视信号，一个转发器内同时存在多个载波，特点是各套节目可在不同地点上星。

MCPC方式的每个载波可同时传输多套广播电视信号，特点是1个转发器只有1个载波，频带和功率的利用率较高，多套节目要经复接后在同一地点上星。

（2）数字卫星接收机（SCOM共40台）

数字卫星接收机，又称QPSK综合接收解码器IRD（IntegratedReceiverDecoding），主要完成频道调谐、QPSK解调、信道编码、解复用、MPEG-2解压缩和PAL编码形成全电视信号等功能，对有条件接收功能还需加有系统控制和用户智能卡。

高频头对于C/Ku频段的卫星电视节目可设置不同的本振频率，C频段为高本振而Ku频段一般为低本振；因此要求IRD具有频谱倒置功能以便接收不同频段的电视节目。

另外，还要求IRD既能接收SCPC信号也能接收MCPC信号。

实验室卫星接收机，如图3：

图3卫星接收机

（3）MPEG-2编码器（V-SHINE8台，Harmonic1台）

MPEG-2编码器是将模拟音视频（A/V）信号按照MPEG-2标准进行压缩编码，然后转换成数字传输流（TS）的一种设备。

模拟电视节目可用MPEG-2编码器压缩为2~15Mbps，一般采用6Mbps可获得较好的效果。

编码器具有视频实时数字预处理、时基校正等功能，对各种类型和不同图像质量的PAL/NTSC模拟电视信号按MPEG-2的标准进行数字化编码，产生标准的数字电视节目传输流。

实验室MPEG-2编码器，如图4：

图4MPEG-2编码器

（4）复用器（V-SHINE8台，汇视源EVRMMULTIPLEXER）

复用器是将不同来源如MPEG-2编码器和其它多路单节目码流（SPTS）或多节目码流（MPTS）通过时分复用的形式复接成一路多节目码流（MPTS）。

同时，可对所有的PID进行过滤和映射，可对PSI/SI表进行重新编辑和生成。

复用是数字前端中的一个重要组成部分，它将所有接收到的信号以多个ASI传输流的方式加到复用器的输入，再将所需要的节目从传输流中提取，然后再将提取的所有节目建立一个新的TS传输流，再加上附加信息以便引导机顶盒的正常接收和解码。

复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息（SI），它可实现在1个物理频道上传输4~8套数字电视节目。

复用器可以通过前面板设置参数，单独使用，也可以由前端系统主控机通过以太网进行控制。

实验室复用器，如图5：

图5实验室复用器

（5）加扰器（V-SHINE6台，汇视源EVSCRSCRAMBLER）

数字加扰器是DVB广播系统中一种重要的设备，能够按照DVB标准加扰算法对将来源于复用器的多节目码流（MPTS）或其他单节目码流（SPTS）进行DVB同步加扰。

与条件接收系统（CAS）相配合使用，通过接收CAS系统发出的密钥对输入的TS的节目进行加扰，实现数字电视节目的有偿广播和收视管理。

同时，将其所连接的CAS下传的ECM、EMM等信息复用进码流中。

支持同密，兼容多个条件接收系统，允许多家的CA系统同时接入。

实验室加扰器，如图6：

图6实验室加扰器

（6）条件接收系统（CAS）

条件接收系统是数字电视接收控制的核心技术保障系统。

条件接收系统的功能是只允许具有授权的用户使用相对应的业务，而未授权或权限受限制的用户不能使用相关业务。

它通过对各项数字电视广播业务进行授权管理和接收控制来实现各项功能。

一般采用加扰控制字（CW）加密传输的方式，接收端利用智能卡进行解密。

CAS可以按不同情况对数字电视广播业务按时间、频道和节目进行管理控制。

（7）QAM调制器（V-SHINE8台，QAM860-A射频输出）

QAM调制器实际包括基于DVB-C标准的信道编码和QAM调制两部分功能，有些也包括上变频。

信道编码的目的是保证信号传输的可靠性；QAM调制是对经过信道编码的数字电视信号进行调制，输出中频信号，使其具有很高的抗干扰能力，便于在有线电视模拟网中传输。

上变频主要是将调制器输出的数字中频（IF）信号变为射频（RF）信号后输出。

实验室调制器，如图7：

图7实验室调制器

（8）电子节目指南（EPG）系统

电子节目指南EPG（ElectronicProgramGuid）是指在符合MPEG-2的TS传输流中插入DVB标准定义的业务信息SI（ServiceInformation），使机顶盒（STB）的综合接收解码器（IRD）可以从TS流中提取出节目提供商播出节目的列表和播出参数，以直观的形式显示给数字电视用户，使得用户可以方便地接收、选择数字电视节目。

基本EPG信息是指完全可以用《数字广播业务信息规范（GY/Z174-2001）》中的网络信息表（NIT）、业务群关联表（BAT）、业务描述表（SDT）和事件信息表（EIT）进行描述的EPG信息。

在数字电视节目的播出过程中，可以加入辅助的SI信息，供机顶盒解码器的开发者来实现不同的电子节目指南的导航功能。

利用机顶盒收看数字电视节目，用户通过EPG不仅能够接收普通的电视节目、广播节目或图文电视节目，而且，还可以查看感兴趣的信息。

（9）用户管理系统（SMS）

数字电视用户管理系统SMS（SubscriberManagementSystem）是数字电视建设及业务开展中不可或缺的关键环节，是有线电视发展、直播卫星系统建立、数字付费电视业务开展中必须建立的运营管理系统。

SMS系统应能实现用户资料管理、收费管理、业务设置、维护受理、统计分析、工单管理、客户服务、代理商管理等运营支撑功能。

除上述设备外，实验室还配置了16路混合器1台（使用9路），1分8的码流分配器2台，SDH网络适配器2套等。

4、前端设备后面板连接

（三）问题处理（系统面板配置）

在实际操作中，除了对后面板连接以外，还需要对复用、EPG系统、CAS系统、加扰和调制的前端面板进行参数设置。

1、复用器部分操作

2、EPG系统操作

3、CAS系统操作

4、加扰器操作

5、调制器操作

（四）实验结果（详细描述了前端配接结果）

在这次研究性课题中详细说明了前端前端的流程，介绍了卫星接收机、复用器、加扰器以及调制器等设备原理、使用以及其具体的后面板连接。

提出了复用、EPG系统、CAS系统、加扰和调制的前端面板参数的具体设置方法。

（五）成果评价

通过研究性课题，完整的完成了一次有线数字前端的配接。

掌握了前端系统构成

、前端信号流程，了解了前端设备原理和设备后面板连接。

四、心得体会

通过研究性课题加深了我们对数字前端的了解，或者说是让我们第一次深刻体会到数字电视前端设备的组成部分。

信号从天线系统接收后，经过高频头送到数字卫星接收机。

接收机将信号解调为视音频信号，送到MPEG-2编码器进行编码，经过编码后的MPEG-2TS流送入复用器。

复用器将多路TS流，复用成一路多节目码流。

复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息，它可实现1个物理频道上传输4~8套数字电视节目。

复用器可以通过前面面板设置参数，单独使用，也可以由前端系统主控机通过以太网进行控制。

信号从复用器出来，进入加扰器通过条件接收系统对节目进行加扰。

最后将加扰过的TS流送入QAM调制器调制后，可将节目发送出去。

参考文献

【1】赵文兴，《数字电视前端系统的分析和比较》，有线电视技术交流，2011年第8期

【2】温玉成、金晓辉，《数字电视前端系统解析》，信息技术，2009年第1期

【3】温怀疆，《天津广电数字电视前端的前期方案及设计思路》，有线电视技术，2003年

【4】温怀疆，《数字有线电视前端组成原理与设计》，科技信息，2009年第19期

附录实验指导书

硬盘数据丢失分析与恢复

一、实验目的与要求

1、掌握前端系统构成

2、掌握前端信号流程

3、了解前端设备原理

4、了解前端设备后面板连接

二、实验仪器及设备

1、 数字卫星接收机

2、 MPEG-2编码器

3、 复用器

4、 加扰器

5、 服务器 

6、 混合器 

7、 数字电视机顶盒

8、 监视器

三、实验原理

1、有线数字电视系统前端实验室的设备

有线数字电视前端系统主要由信源编码压缩、码流复用、信道编码、QAM调制、网络传输及接收等几部分组成。

编码及复用模拟图像和伴音经过取样、量化、编码成为基本码流（ES）,经过压缩成为传送码流（TS）,再进行复用、调制和传输。

通常，从信号流程来看，有线数字电视前端播出系统可分为信号输入、信号处理、信号输出及系统管理四个部分。

 有线数字电视前端实验室的结构是：

六功分器是把高频头接收下来的信号分成六路（取其四路使用），三路连接到数字卫星综合解码器（TS流输出），另一路送至数字卫星接收机（视音频输出）再经MPEG-2编码器编码压缩（TS流输出），将各路信号送至复用器进行复用，复用后的信号经QAM调制器调制后输出，再通过混合器混合送至光发射机，经HFC网络传输，在用户端通过机顶盒便可收看到有线数字电视节目。

（1）卫星传输信号源

利用卫星的一个转发器传送多套数字压缩电视信号有单路单载波SCPC（SingleChannelPerCarrier）方式和多路单载波MCPC（MultipleChannelPerCarrier）方式。

SCPC方式的每个载波只传输1套广播电视信号，一个转发器内同时存在多个载波，特点是各套节目可在不同地点上星。

MCPC方式的每个载波可同时传输多套广播电视信号，特点是1个转发器只有1个载波，频带和功率的利用率较高，多套节目要经复接后在同一地点上星。

（2）数字卫星接收机（SCOM共40台）

数字卫星接收机，又称QPSK综合接收解码器IRD（IntegratedReceiverDecoding），主要完成频道调谐、QPSK解调、信道编码、解复用、MPEG-2解压缩和PAL编码形成全电视信号等功能，对有条件接收功能还需加有系统控制和用户智能卡。

高频头对于C/Ku频段的卫星电视节目可设置不同的本振频率，C频段为高本振而Ku频段一般为低本振；因此要求IRD具有频谱倒置功能以便接收不同频段的电视节目。

另外，还要求IRD既能接收SCPC信号也能接收MCPC信号。

（3）MPEG-2编码器（V-SHINE8台，Harmonic1台）

MPEG-2编码器是将模拟音视频（A/V）信号按照MPEG-2标准进行压缩编码，然后转换成数字传输流（TS）的一种设备。

模拟电视节目可用MPEG-2编码器压缩为2~15Mbps，一般采用6Mbps可获得较好的效果。

编码器具有视频实时数字预处理、时基校正等功能，对各种类型和不同图像质量的PAL/NTSC模拟电视信号按MPEG-2的标准进行数字化编码，产生标准的数字电视节目传输流。

（4）复用器（V-SHINE8台，汇视源EVRMMULTIPLEXER）

复用器是将不同来源如MPEG-2编码器和其它多路单节目码流（SPTS）或多节目码流（MPTS）通过时分复用的形式复接成一路多节目码流（MPTS）。

同时，可对所有的PID进行过滤和映射，可对PSI/SI表进行重新编辑和生成。

复用是数字前端中的一个重要组成部分，它将所有接收到的信号以多个ASI传输流的方式加到复用器的输入，再将所需要的节目从传输流中提取，然后再将提取的所有节目建立一个新的TS传输流，再加上附加信息以便引导机顶盒的正常接收和解码。

复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息（SI），它可实现在1个物理频道上传输4~8套数字电视节目。

复用器可以通过前面板设置参数，单独使用，也可以由前端系统主控机通过以太网进行控制。

（5）加扰器（V-SHINE6台，汇视源EVSCRSCRAMBLER）

数字加扰器是DVB广播系统中一种重要的设备，能够按照DVB标准加扰算法对将来源于复用器的多节目码流（MPTS）或其他单节目码流（SPTS）进行DVB同步加扰。

与条件接收系统（CAS）相配合使用，通过接收CAS系统发出的密钥对输入的TS的节目进行加扰，实现数字电视节目的有偿广播和收视管理。

同时，将其所连接的CAS下传的ECM、EMM等信息复用进码流中。

支持同密，兼容多个条件接收系统，允许多家的CA系统同时接入。

（6）条件接收系统（CAS）

条件接收系统是数字电视接收控制的核心技术保障系统。

条件接收系统的功能是只允许具有授权的用户使用相对应的业务，而未授权或权限受限制的用户不能使用相关业务。

它通过对各项数字电视广播业务进行授权管理和接收控制来实现各项功能。

一般采用加扰控制字（CW）加密传输的方式，接收端利用智能卡进行解密。

CAS可以按不同情况对数字电视广播业务按时间、频道和节目进行管理控制。

（7）QAM调制器（V-SHINE8台，QAM860-A射频输出）

QAM调制器实际包括基于DVB-C标准的信道编码和QAM调制两部分功能，有些也包括上变频。

信道编码的目的是保证信号传输的可靠性；QAM调制是对经过信道编码的数字电视信号进行调制，输出中频信号，使其具有很高的抗干扰能力，便于在有线电视模拟网中传输。

上变频主要是将调制器输出的数字中频（IF）信号变为射频（RF）信号后输出。

（8）电子节目指南（EPG）系统

电子节目指南EPG（ElectronicProgramGuid）是指在符合MPEG-2的TS传输流中插入DVB标准定义的业务信息SI（ServiceInformation），使机顶盒（STB）的综合接收解码器（IRD）可以从TS流中提取出节目提供商播出节目的列表和播出参数，以直观的形式显示给数字电视用户，使得用户可以方便地接收、选择数字电视节目。

基本EPG信息是指完全可以用《数字广播业务信息规范（GY/Z174-2001）》中的网络信息表（NIT）、业务群关联表（BAT）、业务描述表（SDT）和事件信息表（EIT）进行描述的EPG信息。

在数字电视节目的播出过程中，可以加入辅助的SI信息，供机顶盒解码器的开发者来实现不同的电子节目指南的导航功能。

利用机顶盒收看数字电视节目，用户通过EPG不仅能够接收普通的电视节目、广播节目或图文电视节目，而且，还可以查看感兴趣的信息。

（9）用户管理系统（SMS）

数字电视用户管理系统SMS（SubscriberManagementSystem）是数字电视建设及业务开展中不可或缺的关键环节，是有线电视发展、直播卫星系统建立、数字付费电视业务开展中必须建立的运营管理系统。

SMS系统应能实现用户资料管理、收费管理、业务设置、维护受理、统计分析、工单管理、客户服务、代理商管理等运营支撑功能。

除上述设备外，实验室还配置了16路混合器1台（使用9路），1分8的码流分配器2台，SDH网络适配器2套等。

2、主要概念

（1）传输流（TS）

传输流TS（TransportStream）是MPE