数字电视广播原理与应用

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1、数 字 电 视 机 顶 盒11.1 数 字 电 视 广 播 系 统 中 的 业 务 信 息 （ SI）11.2 电 子 节 目 指 南 （ EPG）11.3 数 字 电 视 接 收 设 备 不 仅 包 含 了 解 调 ， 信道 解 码 ， 解 复 用 和 信 源 解 码 等 数 字 电 视 的 核心 技 术 ， 还 要 具 有 条 件 接 收 控 制 ， 交 互 操 作 ，增 值 业 务 服 务 和 多 媒 体 用 户 数 据 处 理 等 功 能 ，因 此 ， 数 字 电 视 接 收 设 备 是 一 个 比 较 复 杂 的系 统 。 数 字 电 视 接 收 设 备 可 以 分 为 数 字 电

2、视 接收 机 ， 数 字 电 视 机 顶 盒 及 电 视 显 示 器 三 大 类 。 机 顶 盒 的 概 念 从 广 义 上 说 是 以 电 视 机 为显 示 终 端 的 信 息 接 收 和 处 理 设 备 ， 目 前 在 市场 上 有 接 收 数 字 电 视 的 机 顶 盒 和 接 入Internet的 WebTV机 顶 盒 。 根 据 信 号 传 输 介 质 的 不 同 ， 数 字 电 视 机顶 盒 可 分 为 ： 数 字 卫 星 电 视 机 顶 盒 、 数 字 地面 电 视 机 顶 盒 和 数 字 有 线 电 视 机 顶 盒 。 下 面主 要 介 绍 数 字 有 线 电 视 机 顶 盒

3、。 数 字 有 线 电 视 机 顶 盒 不 仅 可 以 接 收 数 字有 线 电 视 广 播 信 号 和 模 拟 有 线 电 视 广 播 信 号 ，还 可 以 进 行 数 据 广 播 ， Internet接 入 ， 视 频点 播 及 IP电 话 等 业 务 。 普 及 型 机 顶 盒 主 要 功 能 为 ： 支 持 基 本 的数 字 视 音 频 和 数 字 音 频 广 播 接 收 ， 条 件 接 收系 统 ， 基 本 电 子 节 目 指 南 以 及 软 件 在 线 更 新等 功 能 。 机 顶 盒 包 括 硬 件 和 软 件 两 部 分 。 硬 件 系 统 提 供 数 字 电 视 机 顶 盒

4、的 硬 件 平台 ， 实 现 电 视 信 号 的 接 收 和 视 音 频 的 解 码 。软 件 系 统 提 供 操 作 界 面 的 实 现 、 数 据 广 播 业务 的 实 现 ， 以 及 机 顶 盒 和 Internet的 互 联 等 。 有 线 电 视 机 顶 盒 系 统 构 成 如 图 11-1所 示 。 机 顶 盒 由 高 频 头 调 谐 器 、 解 调 器 、 信 源解 复 用 器 、 MPEG-2解 码 器 、 视 频 处 理 器 、 音频 D/A、 嵌 入 式 CPU系 统 和 外 围 接 口 、 条 件 接收 模 块 等 组 成 。 具 有 交 互 功 能 的 机 顶 盒 则

5、需要 回 传 通 道 。 1.硬 件 系 统 在 数 字 电 视 技 术 中 ， 软 件 技 术 占 有 重 要的 位 置 。 除 了 视 音 频 的 解 码 由 硬 件 实 现 外 ，包 括 电 视 内 容 的 重 现 、 操 作 界 面 的 实 现 、 数据 广 播 业 务 的 实 现 ， 直 至 机 顶 盒 和 个 人 计 算机 的 互 联 以 及 和 Internet的 互 联 都 需 要 由 软件 来 实 现 。 数 字 机 顶 盒 软 件 系 统 结 构 如 图 11-2所 示 。 2. 数 字 电 视 机 顶 盒 软 件 系 统 可 见 软 件 系 统 结 构 将 其 分 为 四

6、 层 ： 在 数 字 电 视 广 播 上 ， 不 仅 能 够 实 现 传 统的 电 视 广 播 业 务 ， 还 可 以 衍 生 出 多 种 增 值 业务 ， 如 付 费 电 视 、 视 频 点 播 和 网 上 游 戏 等 。 为 了 确 保 这 些 新 业 务 的 实 现 ， 不 仅 需 要有 一 个 安 全 可 控 的 综 合 管 理 业 务 平 台 ， 更 重要 的 是 要 有 一 个 安 全 、 开 放 的 条 件 接 收（ conditional access） 系 统 ， 简 称 为 CA系统 。 CA系 统 包 括 系 统 管 理 ， 网 络 技 术 ， 加 解扰 技 术 ， 加

7、解 密 技 术 ， 复 用 技 术 ， 调 制 技 术 ，机 顶 盒 技 术 及 智 能 卡 技 术 等 ， 是 一 个 综 合 的系 统 。 CA系 统 同 时 也 涉 及 用 户 管 理 、 节 目 管理 、 收 费 管 理 等 数 据 库 方 面 的 应 用 技 术 。 数 字 电 视 广 播 中 的 CA系 统 结 构 如 图 11-3所 示 。 CA系 统 采 用 多 重 密 钥 传 送 机 制 将 控 制 字安 全 地 传 送 到 经 过 授 权 的 客 户 端 。 主 要 对 用 户 和 智 能 卡 进 行 管 理 ， 包 括 管理 和 编 辑 用 户 信 息 ， 所 有 客 户

8、 端 的 地 址 号 、智 能 卡 号 、 证 书 和 用 户 设 备 信 息 ， 同 时 还 处理 用 户 的 节 目 预 定 信 息 、 用 户 授 权 信 息 、 财务 信 息 等 ， 并 将 这 些 信 息 转 换 成 EMM信 息 。 1.用 户 管 理 系 统 加 扰 （ Scramble） 是 CA系 统 的 重 要 组 成 部 分 。 2.加 扰 3.控 制 字 （ CW） 发 生 器4.业 务 密 钥 （ SK）5.个 人 分 配 密 钥 (PDK)6.授 权 控 制 信 息 发 生 器 (ECMG)7.授 权 管 理 信 息 发 生 器 (EMMG)8.解 扰 过 程 在

9、数 字 电 视 广 播 中 ， 在 网 络 中 采 用 同 一种 条 件 接 收 系 统 是 不 符 合 开 放 的 市 场 需 要 的 。为 了 使 网 络 中 的 CA系 统 具 有 良 好 的 开 放 性 ，DVB组 织 制 定 了 两 大 类 CA工 作 模 式 ： 一 类 是 同密 （ Simulcrypt） 工 作 模 式 ， 主 要 规 定 了 条件 接 收 系 统 和 MPEG-2压 缩 、 复 用 系 统 之 间 的接 口 规 范 ； 另 一 类 是 多 密 （ Multicrypt） 工作 模 式 ， 规 定 了 机 顶 盒 与 CA模 块 之 间 的 接 口 ，即 通 用

10、 接 口 （ Common Interface） 。 DVB对 此 规 定 了 通 用 的 加 扰 算 法 。 支 持 同密 标 准 的 CA系 统 结 构 如 图 11-4所 示 。 1.同 密 模 式 （ Simulcrypt） 机 卡 分 离 机 顶 盒 框 图 如 图 11-5所 示 。 2. 多 密 模 式 1.数 字 电 视 广 播 系 统 模 式 数 字 电 视 广 播 系 统 的 定 义 主 要 包 括 ： 地面 广 播 、 有 线 电 视 广 播 和 卫 星 广 播 系 统 。 一个 典 型 的 数 字 电 视 广 播 系 统 框 图 如 图 11-6所示 。 其 中 ， 复

11、 用 流 定 义 为 ： 将 一 路 或 多 路 业务 的 所 有 数 据 合 成 一 路 物 理 通 道 内 的 一 个 码流 。 网 络 定 义 为 ： 可 以 传 送 一 组 MPEG-2传 送流 （ TS） 的 一 个 传 输 系 统 。 例 如 ： 某 个 有 线电 视 系 统 中 的 所 有 数 字 频 道 。 业 务 信 息 定 义 为 ： 用 于 描 述 传 送 系 统 、业 务 内 容 和 广 播 数 据 流 的 计 划 /时 间 表 等 的 数据 。 它 包 括 MPEG-2的 PSI信 息 及 独 立 定 义 的 扩展 部 分 。 为 了 便 于 编 码 控 制 ， 在

12、数 字 电 视 广 播 的业 务 信 息 中 把 所 传 送 的 业 务 分 为 业 务 群 、 业务 、 节 目 、 事 件 和 组 件 。 其 定 义 为 业 务 群 （ bouquet） ： 业 务 群 是 由 同 一 业务 提 供 商 在 市 场 中 提 供 的 一 系 列 业 务 的 集 合 。 业 务 (service) ： 是 在 广 播 者 的 控 制 下按 照 时 间 表 分 步 广 播 的 一 系 列 节 目 的 集 合 。2.业 务 群 结 构 节 目 （ programme） ： 是 由 广 播 者 提 供 的一 个 或 多 个 连 续 的 事 件 的 集 合 。 例

13、如 ： 新 闻广 播 ， 娱 乐 广 播 。 事 件 （ event） ： 是 由 一 组 给 定 了 起 始 时间 和 结 束 时 间 、 属 于 同 一 业 务 的 组 件 的 集 合 。例 如 ： 一 场 足 球 比 赛 的 半 场 、 新 闻 快 报 或 娱乐 表 演 的 一 部 分 。 组 件 (Component)： 是 共 同 构 成 事 件 的 一个 或 多 个 实 体 。 例 如 ： 视 频 、 音 频 、 图 文 等 。 数 字 视 频 广 播 中 的 业 务 信 息 包 括 两 大 部分 ： 第 一 部 分 是 由 MPEG-2定 义 的 节 目 特 定 信息 （ PSI

14、） ； 第 二 部 分 是 由 SI标 准 定 义 的 业 务信 息 。 业 务 信 息 的 总 体 框 图 如 图 11-7所 示 。 在 MPEG-2系 统 标 准 中 定 义 了 节 目 特 定 信息 （ Program specific information， PSI） ，PSI信 息 主 要 由 以 下 几 种 类 型 的 表 构 成 。 而 在 实 际 数 字 电 视 广 播 的 应 用 中 ， 业 务信 息 不 仅 要 提 供 现 行 复 用 流 的 信 息 ， 还 需 要提 供 其 他 复 用 流 中 的 业 务 和 事 件 信 息 。 SI标 准 定 义 了 这 些 信 息

15、 的 编 码 。 SI标 准定 义 的 业 务 信 息 主 要 由 以 下 九 个 表 构 成 ： 1.业 务 群 关 联 表 （ Bouquet Association Table， BAT） 2.业 务 描 述 表 （ Service Description Table， SDT） 3.事 件 信 息 表 （ Event Information Table， EIT） 4.运 行 状 态 表 （ Running Status Table，RST） 5.时 间 和 日 期 表 （ Time and Date Table，TDT） 6.时 间 偏 移 表 （ Time Offset Table

16、，TOT） 7.填 充 表 (Stuffing Table， ST) 8.选 择 信 息 表 （ Selection Information Table， SIT） 9.间 断 信 息 表 （ Discontinuity Information Table， DIT） 在 SI信 息 中 ， 表 （ table） 是 一 种 概 念 性的 机 制 ， 它 是 对 业 务 信 息 的 一 种 结 构 性 的 描述 。 在 实 际 应 用 中 各 种 业 务 信 息 表 被 分 成 一个 或 若 干 个 段 表 示 ， 然 后 插 入 到 TS包 中 。 1. 段 （ Section）2.段 到

17、传 送 包 （ TS） 的 映 射3.包 识 别 符 （ PID） 表 11-1列 出 了 用 于 传 送 业 务 信 息 段 的 TS包 的 PID值 。 4. SI信 息 的 重 复 传 送 及 加 扰 规 定 1.描 述 符 可 能 应 用 的 位 置 表 11-2列 出 了 SI标 准 中 定 义 的 主 要 描 述符 ， 其 中 ， *表 示 该 描 述 符 最 有 可 能 插 入 在 该表 中 。 标 签 （ descriptor_tag） 是 一 个 8位 字段 ， 用 于 标 识 不 同 的 描 述 符 。 组 件 （ Component） 是 构 成 事 件 的 基 本 单元

18、 ， 组 件 描 述 符 用 于 标 识 组 件 流 如 视 频 、 音频 或 数 据 的 类 型 ， 以 及 对 基 本 流 的 描 述 。 2.组 件 描 述 符 组 件 描 述 符 中 主 要 包 括 以 下 参 数 。 流 内 容 （ stream_content） ： 由 4比 特 位表 示 ， 给 出 了 码 流 的 类 型 。 例 如 ， 当 该 值 为 1时 表 示 该 码 流 是 视 频 ， 为 2时 表 示 该 码 流 为 音频 ， 为 3时 表 示 该 码 流 为 数 据 。 见 表 11-6。 组 件 类 型 （ component_type） ： 由 8比 特位 表

19、示 ， 给 出 视 频 、 音 频 或 数 据 组 件 的 类 型 。见 表 11-3。 内 容 描 述 符 的 目 的 是 为 事 件 提 供 清 楚 的信 息 描 述 ， 主 要 包 括 以 下 参 数 。 一 级 节 目 内 容 分 类content_nibble_level_1： 它 由 4比 特 位 表 示 。 二 级 节 目 内 容 分 类content_nibble_level_2： 它 由 4比 特 位 表 示 ，给 出 了 每 个 大 类 中 的 小 类 。 如 表 11-4所 示 。3.内 容 描 述 符 有 线 传 输 系 统 描 述 符 描 述 了 有 线 电 视 传输

20、 系 统 的 有 关 信 息 ， 主 要 包 括 以 下 参 数 。 频 率 （ frequency） ： 由 32比 特 位 表 示 ，以 MHz为 单 位 给 出 频 率 的 值 。4.有 线 传 送 系 统 描 述 符 前 向 纠 错 外 码 （ FEC_outer） ： 由 4比 特位 表 示 ， 给 出 了 有 线 电 视 传 输 系 统 中 信 道 编码 的 前 向 纠 错 外 码 编 码 方 案 。 当 该 值 为 0001时 表 示 无 FEC外 码 、 当 为 0010时 表 示 FEC外 码为 ： RS（ 204/188） 。 调 制 方 式 （ modulation） ：

21、 由 8比 特 位 表示 ， 给 出 了 有 线 电 视 传 送 系 统 的 调 制 方 式 。如 表 11-5所 示 。 符 号 率 （ symbol_rate） ： 由 28比 特 位 表示 ， 给 出 了 系 统 传 输 符 号 率 的 值 ， 单 位 为Msymbol/s。 前 向 纠 错 内 码 （ FEC_inner） ： 由 4比 特位 表 示 ， 给 出 了 前 向 纠 错 编 码 （ FEC） 内 码 方案 。 EPG是 用 户 通 过 机 顶 盒 收 看 电 视 节 目 和 享受 信 息 服 务 时 所 使 用 的 导 航 菜 单 。 EPG可 以 分 为 两 大 类 ：

22、基 本 EPG和 扩 展 EPG。 基 本 EPG指 内 容 和 形 式 都 比 较 简 单 的 电 子节 目 指 南 ， 只 有 文 本 内 容 ， 没 有 图 片 和 视 音频 内 容 ， 主 要 包 含 以 下 基 本 功 能 。（ 1） 节 目 预 告（ 2） 当 前 播 出 节 目 浏 览（ 3） 节 目 附 加 信 息（ 4） 节 目 分 类（ 5） 节 目 预 订（ 6） 家 长 分 级 控 制1.基 本 EPG的 功 能 EPG系 统 的 实 现 是 一 个 比 较 复 杂 的 工 程 性问 题 ， 概 括 起 来 主 要 有 以 下 几 个 关 键 技 术 ：发 端 的 SI

23、数 据 的 组 织 和 生 成 ， 接 收 端 SI数 据的 接 收 和 解 析 ， 接 收 端 SI数 据 库 的 建 立 ， EPG界 面 的 显 示 等 。 其 中 有 些 是 用 硬 件 实 现 的 ，如 SI数 据 的 接 收 和 解 析 ； 有 些 则 用 软 件 实 现 ，如 SI数 据 库 的 建 立 和 EPG界 面 的 显 示 。2.基 本 EPG的 生 成 在 使 用 SI信 息 生 成 EPG的 方 式 中 ， 信 息 来源 主 要 有 以 下 几 个 方 面 。 （ 1） MPEG-2中 定 义 的 节 目 特 定 信 息 PSI中 的 表 和 描 述 符 ， 如 N

24、IT， PAT， CAT及 PMT等 。 （ 2） 数 字 视 频 广 播 中 的 业 务 信 息 SI中 定义 的 表 和 描 述 符 如 SDT， TDT及 EIT等 。 （ 3） 附 加 专 用 描 述 符 。 利 用 SI信 息 生 成 EPG的 过 程 如 图 11-8所 示 。 基 本 EPG的 显 示 形 式 是 由 接 收 机 中 的 EPG应 用 决 定 的 ， 发 送 端 只 提 供 必 须 的 信 息 条 目 ，比 较 容 易 实 现 。 扩 展 EPG是 指 支 持 各 种 多 媒 体 内 容 ， 功 能更 加 强 大 的 电 子 节 目 指 南 ， 例 如 增 加 更 详 细的 节 目 介 绍 ， 节 目 特 征 图 片 和 关 联 节 目 索 引等 。 3.扩 展 EPG