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数字电视前端系统

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    标    签:数字电视前端系统

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    文档简介

    数字电视前端系统  一、硬件介绍

    1、节目源接收设备

    2、前端应用设备

    二、软件介绍

    1、CA——条件接收系统

    2、EPG——电子节目指南

    3、SMS——用户管理系统

    4、其他增值业务系统

    数据广播、证券信息、VOD/NVOD…

    三、系统介绍

    1、数字电视组网

    2、网管系统

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     数字电视前端系统介绍 主要内容 一、硬件介绍 1、节目源接收设备 2、前端应用设备 二、软件介绍 1、CA——条件接收系统 2、EPG——电子节目指南 3、SMS——用户管理系统 4、其他增值业务系统 数据广播、证券信息、VOD/NVOD… 三、系统介绍 1、数字电视组网 2、网管系统 3、备份方案 节目供应商 境外节目: 电影台:HBO,STARMOVIE,凤凰电影 资讯台:凤凰中文,BBC,NHK,阳光卫视,Fashion TV 体育台:ESPN,STARSPORT 音乐台:Channel V 境内节目: CCTV-1,2……12,音乐,少儿,新闻(15套) 北京卫视,天津卫视,湖南卫视……(30余套) 中数传媒( 19套+1套高清) 鼎视传媒( 22套) 上海文广( 14套+1套高清) 各省市自办节目(千余套) 数字前端系统 数字前端的组成 信源发生 信号处理 信道传输 管理系统 …… EGP服务器 NVOD服务器 数据广播服务器 视频服务器 中间件服务器 流处理器 多媒体服务器 …… 数字电视传输的三种主要信道 卫星传输(S) 优点:价格便宜,维护方便,覆盖面积大 缺点:容易受攻击,卫星寿命不稳定 全部节目均有卫星信号 光纤传输(C) 优点:信号不易受干扰,频率资源丰富 缺点:组网价格昂贵,不易维护 中央15套 地面传输(T) 优点:不易受到大范围攻击 缺点:不适宜长距离点到点的传输,信号易受干扰 自办节目 各地公交移动频道,超市频道等 节目源接收 卫星节目 :卫星接收机(所有节目) 透明节目:一个流一个卫星接收机 各省市卫视:每个节目一台 CCTV-1,2,7,10,11,12音乐共用一台 加密节目:一个加密包一个卫星接收机 CCTV-3,5,6,8,新闻,少儿一个流一台接收机 SDH节目:DS3转ASI适配器 一个流一个适配器 CCTV-1,2,7,10,11,12音乐一台 CCTV-3,5,6,8,新闻,少儿一台 本地节目:编码器 一个模拟节目一台 设备简介 卫星接收机 功能:接收卫星信道节目以在本地使用 厂商:同州、九州、东银等 设备简介 网络适配器 功能:将主干网SDH的DS3光信号转换为符合 标准的电信号 厂商:Tandberg、飞利浦、数码视讯等 设备简介 编码器 功能:●将模拟节目编码成数字节目 ●将码率高的节目压缩 ●将码率变化大的节目限制 厂商:Barco、 Tandberg 、数码视讯等 lqx20 幻灯片 10 lqx20 编码器在前端系统的作用是将模拟视音频信号压缩编码成数字信号。在DVB标准中使用MPEG标准作为视音频压缩编码的标准,因此编码器使用的技 术主要参照MPEG标准。同时为了符合传输的要求,编码器还需实现DVB标准中的传输与接口标准,如DVB-PI等。 编码器主要使用在前端有模拟信号节目源的系统中,具体的应用视实际情况而定。如前端有从卫星接收的模拟信号,或者前端有从卫星接收的加 扰节目需要通过解扰、解码后再进行数字编码,或者是前端有自办的模拟信号源节目等。 Lqx, 2007-3-9 设备简介 复用器 功能:●将未经过复用的单路流、PSI/SI和其他数据复接为带有各种数据 类型的多节目流 ●将已复用的流解复用过滤其中的无用流或者替换其中的具体内 容,然后从本地插入节目或者数据进行再复用处理 ●PSI/SI的生成和发送;支持私有描述符的编辑和插入;支持传输 流的统计复用 厂商:科学亚特兰大、SCOPUS 、PBI等 统计复用 需要超过比特率设 比特率 置 典型的固定比特率 浪费的比特率 时间 统计复用 lqx10 幻灯片 13 lqx10 统计复用,即根据输入基础流的实际带宽在传输流中动态地为其分配带宽。 Lqx, 2007-3-9 信源编码简介 ITU-T (International Telecommunications Union,Telecommunications Standardization Sector) H.26x系列 ex:H.261、H.262、H.263、 H.264 (MPEG-4 part 10) ISO/IEC(International Standardization Organization / International Electrotechnical Commission ) MPEG-x系列 ex:MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 信源编码的发展历程 lqx6 幻灯片 15 lqx6 2002年AVS工作组成立,经过4年的努力,2006年2月正式颁布为国家推荐性标准《信息技术 先进音视频编码 第2部分:视频》标准号GB/T 20090.2-2006,2006年3月1日开始实施 Lqx, 2007-3-9 加扰器 功能:将正常节目扰乱 01010 10001 10110---01011 10000 10111 与伪随机序列做模2加 CW-控制字 CW要5到10秒变换一次 CW必须传递给接收机(STB) CW传递给CA,加密后形成ECM(授权控制信 息) lqx11 幻灯片 16 lqx11 加扰器是前端系统中的另一重要设备,在前端系统中的作用属于信号处理设备。加扰器的工作是与CA系统即条件接收系统共同完成的。加扰器中 的加扰算法是通用的,对于符合DVB标准的数字电视前端其算法由DVB组织提供。加扰器通过其中的通用加扰模块对输入传输流中的实体进行加 扰,此处的实体指的是传输流中具有某个特定PID的所有传输流包。 加扰器的工作流程是:首先由CA系统中的ECMG与加扰器建立基于TCP/IP的通信,然后由加扰器向ECMG发送由CWG产生的控制字(CW),再由CA系统 将CW置入ECM中并加密,进过加密处理的ECM将被发送给加扰器,最后加扰器利用CW对特定流进行加扰。在本文开始给出的结构图中,加扰器、 CWG、SCS是独立的三个模块,但是在实际使用中这三个模块往往集成在一起共同被称为加扰器。加扰器的分类方式比较特殊,其名称往往是以其 某方面的特性而命名的。 a. 独立加扰器 独立加扰器指不带复用功能的加扰器,所谓的不带复用功能是指该加扰器只能实现将ECM插入传输流,而不能进行其它的复用功能。独立加扰器在 目前市场上的应用比较广泛。与独立加扰器相对应的是带复用功能的加扰器,其实质是将复用器与加扰器合二为一,实现的方式是在复用器中添 加加扰模块。有些产品,将加扰模块集成在复用器中;而有些产品则是将加扰器作为复用器的选件提供给用户挑选。 b. 同密加扰器 同密加扰器指的是,该加扰器可以支持多个CA系统。这种加扰器通常可以连接两个以上的CA系统,同时处理多个ECM信息,并且加扰器中的SCS需 要对流的加扰和发送同多个ECM的发送进行同步控制。由于在国内用户中对同密需求的增长,同密加扰器在市场中的应用将越来越广泛。 加扰器的实现主要参照DVB标准中关于条件接收部分的定义,主要包括DVB-CSA、DVB-SIM. Lqx, 2007-3-9 EPG服务器 EPG服务器的主要功能是提供节目信息。其核心部分是 DVB标准前端结构中的SIG、EIS等功能模块,以及附属 的节目信息编辑、导入系统。 EPG服务器在不同的前端中的需求各不相同,因此目前市 场上的EPG系统的规模及其功能也各不相同。EPG的定义 实质上是一种服务,基于这一服务在数字电视终端上可以 实现各种扩展功能,目前的终端是指数字机顶盒。 在中小规模的电视台中EPG服务器往往是整个前端的核心 部分,因此DVB标准所定义的许多其它业务的管理也集成 在其中。这时的EPG系统实际上就是一个简单的播出控制 系统。 NVOD服务器 NVOD即准视频点播服务,这一服务是DVB标准所定 义的几种标准服务之一,其实现方式在DVB标准复用 部分的DVB-SI中有明确定义。 由于NVOD服务是DVB的标准服务,因此其实现机制 并不复杂,主要需要考虑的是业务配置是作为前端播控 的一部分还是独立实现。NVOD服务器也就是由此产生 的,是将业务配置与业务播出控制结合在一起单独形成 产品。同时NVOD服务器还需对视音频的采集、存储、 播出进行管理,因此NVOD服务器本身就是一台视频服 务器或者具有管理控制视频服务器的功能。 数据广播服务器 数据广播服务器实现的是数字化图文信息广播的 功能,具体来说就是将数字图文信息按照符合标 准的格式进行打包,然后插入到传输流中进行播 出。数据广播服务器的实现可以参照DVB标准复 用部分的DVB-SI、DVB-TXT、DVB-DATA, 以及MPEG-2标准中的ISO13818-6部分。 同NVOD服务器相同,数据广播服务器也是一种 根据应用的需求而产生的设备。 视频服务器 视频服务器的基本功能是对数字视音频进行 存储和播出管理,有些视频服务器可能还具 有视音频的采集和编辑功能。 利用视频服务器的基本功能,通过集成相应 的软件系统,就可实现特定的应用。例如: NVOD业务、数字电视节目的延时播出、广 告的插播等。 中间件服务器 在数字电视前端系统中,中间件服务器是一 种较新的产品。其标准依据是DVB标准中家 庭多媒体平台部分的DVB-MHP,主要功能 是为交互业务提供支持。交互服务器的功能 可以分为两个方面,一方面是交互业务的制 作,另一方面是交互业务的管理和播出。 CA系统简介 CAS概述 密码学原理 CAS原理和关键术语 软件系统结构及组件功能 条件接收系统的作用 目的 第一是将广播电视的频率资源在全国范围内更精细合理地分配 使用; 第二是针对用户的不同需求尽可能多地输送不同的业务,并对 这些业务进行与效益相关的管理; 第三是对每一个用户进行个性化管理,使他们能够各取所需, 按需分配,同时也能够保证实现经营者的收益。 CA系统作用 条件接收系统是数字电视收费的技术保障系统 条件接收系统是各项增值业务的保障系统 确保节目制作成本与商业收入的平衡 保护合法的节目版权 条件接收系统涉及的范围 CA系统 贯穿在Head/SMS/STB构成的整个系统之中。 前端 CA核心系统:ECMG/EMMG/SMS接口 用户管理系统 加密接口(DDM&SCS/独立扰码器/加扰卡) EIS/EPG/SIG 接收端 CA模块 智能卡 CAS原理和关键术语 加扰技术 在发送端CA系统的控制下,改变或控制被传送的服务的某些 特征,使未被授权的用户无法获取该服务。 DVB通用的加扰算法,CW(Control Word)5~10秒变化一次 加密技术 在发送端提供一个加密信息,使被授权的用户端解扰器能以此 来对数据解密; 该信息受CA系统控制,并以加密形式配置在传输流信息中以 防止非授权用户直接利用该信息进行解扰; 不同的CA系统管理和传送该信息的方法有很大不同。 在目前各种标准组织提出的有条件接收标准中加扰部分往往力求 统一,而在加密部分则一般不作具体规定,是由各厂商定义的部 分。 CA基本原理 ECM(授权控制信息) ECM中包括 加密处理后的CW、节目来源、时间、内容分类和节目价格等 节目信息 ECM的作用 为了把控制字发送到IRD (STB)中,必须使用ECM ECM的加密 ECM的发送有严格的时间要求并且ECM要和加扰服务同时被 传输 只有智能卡有该加扰服务的授权时,ECM中的已经加密的控制 字才能被解密 EMM(授权管理信息) DVB规定有EMM基本流 EMM用来发送或者取消智能卡上的授权 EMM用来发送管理信息(如密钥的管理,IRD数据 发送等等) 在一条MPEG-2传输流中,每个CA系统有且只有一 条EMM基本流 CA系统的破解 传输破解(30%) 截获传输流,分析其内容,得到解密的 钥匙 接收破解(60%) 复制一张卡的硬件结构,读写软件信息 全面破解(10%) 分析前端系统,完全破解其系统 EPG—电子节目指南 频道管理方式的变迁 八十年代——模拟无线——几个频道——手动按钮 九十年代——模拟有线——几十频道——遥控器 二十一世纪——数字信号——几百频道——? 模拟电视收台时须全频段搜索,排序麻烦,节 目频道变化不知道,数字电视会怎样? 可不可以预定节目,可不可以分类节目,可不 可以让各节目的声音一致,能不能与节目互动…… EPG—电子节目指南 EPG的组成 PSI(节目特定信息) 在MPEG-2中专门定义了(Program Specification Information) ,作用是自动设置和引 导解码器进行解码。 PSI表:由PAT、CAT、PMT和NIT组成。 节目关联表(Programme Association Table-PAT):它的PID=0,从PAT中可以找 出节目号(program_number)和载有此节目的节目映射表(PMT)所在TS包的PID (PMT_PID); 节目映射表(Programme Map Table-PMT):在PMT中可找出包含有某个节目内容的 相应PES流的PID;(比如视频、音频的PID、ECM的PID) NIT(Net Information Table-NIT):私有流,提供有关物理网络的信息。如果存 在,Network PID值由用户定义,并且应在PAT表中定义,其Program Number为保留 的0x0000 条件接收表(Conditional Access Table-CAT):提供所采用加扰系统的细节以及 CA管理和授权信息传送包的PID值。(EMM的PID号) PAT表 PAT表的PID号为“0x00”,解复用器工作总是通过寻找PAT表开始。PAT给出 了构成传送流中各个节目业务的PMT(节目映射表)的PID(包识别符), 同时,也给出了NIT(网络信息表)的PID号。 以某个上星的数字广播为例(单路单载波方式SCPC,亚洲2号卫星,频带 宽度为7MHz,符号率为4.42Mb,下行频率为3734MHz,极化方式为水平极 化)。其PAT表包含以下信息: PMT表 节目映射表提供并指示了组成每路业务的流的位置,及每路业务 的节目时钟参考(PCR)字段的位置。 以某个上星的数字广播为例:节目2的PMT的PID值为0x64,在PID (包标识符)为0x64的包中,携带了有关节目描述的如下信息: 通过PSI定位节目 节目1的PMT 节目2的PMT Table id = 0x02 PAT, PID=0 Table id = 0x00 Table id = 0x02 0 PAT 22 Prog1 PMT 33 Prog2 PMT 99 Prog1 EMM 31 Prog1 PCR 48 Prog1 Audio1 54 Prog1 Video1 109 Prog2 EMM 多节目MPEG-2传输流 CA Sec1 (Prog 1) EMM PID (99) NIT Section 1 NIT info 网络信息表 CA Sec1 (Prog 2) CA Sec1 (Prog 3) …… CA Sec1 (Prog k) EMM PID (109) EMM PID (119) …… EMM PID k 条件接收表 PID=1 NIT Section 2 NIT Section 3 …… NIT Section k NIT info NIT info …… NIT info NIT由 Program 0 指定 SI(业务信息表) SI定义 DVB组织对MPEG-2的PSI进行了扩展,提供了不同信 息种类的多种表格; SI描述传输系统内容、广播数据流的编排/时间表等的 数据; SI的特征 SI插在广播数据流中,不是用专门的数据通道传送 ; SI是接收机选择业务的数据信息,主要作用是选择业 务; SI是构成电子节目指南EPG的基础数据 。 SI(业务信息表) 业务描述表(SDT) 业务描述表包含了描述系统中业务的数据,例如业务名称、业务提供 者等。 业务群关联表(BAT) 业务群关联表提供了业务群相关的信息,给出了业务群的名称以及每 个业务群中的业务列表。 事件信息表(EIT) 事件信息表包含了与事件或节目相关的数据,例如事件名称、起始时 间、持续时间等; 不同的描述符用于不同类型的事件信息的传输,例如不同的业务类 型。 时间和日期表(TDT) 时间和日期表给出了与当前的时间和日期相关的信息。由于这些信息 频繁更新,所以需要使用一个单独的表。 时间偏移表(TOT) 时间偏移表给出了与当前的时间、日期和本地时间偏移相关的信 息;由于时间信息频繁更新,所以需要使用一个单独的表。 SI(业务信息表) 运行状态表(RST) 运行状态表给出了事件的状态(运行/非运行)。运行状 态表更新这些信息,允许自动适时切换事件。 填充表(ST) 填充表用于使现有的段无效,例如在一个传输系统的边 界。 选择信息表(SIT) 选择信息表仅用于码流片段(例如,记录的一段码流) 中,它包含了描述该码流片段的业务信息的概要数据。 间断信息表(DIT) 间断信息表仅用于码流片段(例如,记录的一段码流) 中,它将插入到码流片段业务信息间断的地方。 NIT表 NIT:提供物理的传输网络信息,在MPEG-2中不定义数据格式,此表在SI规 范中规定 NIT提供如下的信息 传送系统有两个标识:网络标识符和原始网络标识符。 传送系统参数:有线传送系统参数包括:频率、调制方式、FEC外 码、符号率、FEC内码; 另外,还可以传输一些可选信息,如多语种提供网络名称、业务列表 等 网络名称可以由多语种的方式提供出来; 提供了节目业务类型及service_id(节目业务识别),以便列出节 目业务清单 。 作用 NIT中提供的上述数据是供解码器自动搜索频道用的,也可以显示出 来为用户提供参考数据 解码器内部也可以根据节目业务类型这一项建立节目分类,供用户按 节目类型检索电视节目 SDT表 SDT:对一个特定传送流中的节目业务进行描述 SDT的每一个子表都对一个特定TS流中的业务进行描述; 这些业务可能是实际TS流的一部分,也可能是其它TS流的一 部分,可以通过不同的表标识符来区分; SDT可分成若干业务描述段,任何构成SDT的段都要由PID为 0×0011的TS包传送。 SDT提供如下的信息 业务所属的业务群; 节目业务的类型,如PAL、NTSC、SECAM、调频广播、图文电 视、准视频点播等; 该业务的准用国家、业务名称和业务提供者; 业务使用的加密系统、与其它业务的链接信息、实现准视频点 播的指导信息 ,以及多画面的控制、实现交互式回传信道的 电话号码和多语种业务名称等信息。 EIT表 EIT:按时间顺序提供每个业务中包含的事件的信息 其类型通过表识别符进行区别; 任何构成EIT段均在PID为0×0012的传送包中进行传送; 当前/后续事件信息表只包含给定业务中的当前和后续一个事件的信 息,但在NVOD情况下可以有多于两个事件描述信息。 EIT提供如下的信息 节目段的标识号、起始时间、节目长度、播放状态、是否加密,指向 特定信息的链接信息 ; 节目段多语种的简短介绍; 节目段的详细介绍; 基本码流类型,如视频的幅型比、伴音的类型、字幕的类型等;使用 的加密系统; 节目类型,如电影/戏剧、新闻、综艺、体育、少儿、音乐、艺术、 社会政治、文教等; 节目限定年龄的级别;给出实现交互式回传信道的电话号码;为满足 各节目段的码率而提供的缓存大小信息及私有数据。 不同SI信息所起的作用 PID=0x10 网络信息表 NIT 传输流 (频道) 业务识别 单个节目/业务 (PMT号) PID=0x11 业务描述表 SDT PID=0x12 业务名称 业务提供者 事件信息表 EIT 节目时间表 节目内容描述 节目类型 产生电子节目 指南(EPG) 节目限制级 PID=0x14 时间日期表 TDT 获得当地时间 日期信息 EPG的实现过程 Freq.mode 锁定频道 TS流 取PAT PID of NIT 解析保存NIT network_name_descriptor 显示 运营商名称 cable_delivery_system_descriptor() 取频道资源信息表 取PAT、PMT、SDT 接收EIT 分析各描述符 组织菜单、播放节目 形成完整EPG并显示 特别说明 在PSI中,网络信息表(NIT)的内容是专用的且未作规定,但在 SI表中专门定义了NIT的语法和语义,扩展了NIT的数据格式, 旨在提供更多有关物理网络的信息。 与PSI中PAT、PMT、CAT不同的是,SI的9个表在实际使用中 并不都是强制性传送的。 在实际(现行)传送系统中,NIT、SDT、EIT及TDT的传送是 强制性的; 在其它传送系统中,NIT、SDT、EIT是可选传送的; BAT、RST、TOT在任何情况下都是可选传送的; ST、SIT和DIT则是需要时才存在。 特别要注意的是,除携带时间表信息的EIT外,所有的PSI和SI 表都不能加扰,以免影响解码器正常工作。 SMS——用户管理系统 数据库程序 与其他行业的系统可通用 节目符合广电行业运营商的要求 记录客户信息 通过EMM interface 命令CAS产生EMM信 息 未来双向网与STB连接,直接听从STB命令 厂家:华为、永新、武汉东太、迪威特 数据广播系统 对象轮播(OC) 基于对象,数据按被OC标准分为主条目、二级条目、三 级条目……内容等 优点:系统开放 缺点:接收速度慢 数据轮播(DC) 基于数据,数据按自定标准标准分为主条目、二级条 目、三级条目……内容等 优点:接收速度快 缺点:系统封闭 管道封装 封装后的数据的大小/播放码率=最慢接收速度 视频点播系统 NVOD 准视频点播:利用空间换时间 VOD 真正的视频点播:利用分布式前端,避免带 宽的不够用 数字电视组网 lqx8 幻灯片 50 lqx8 数字电视组网从广义的角度来说包括了前端设备组网与传输组网。前端设备组网也 就是将上文所介绍的设备,按照业务的需要进行组合。下图是一个典型的数字电视前 端组网图。 Lqx, 2007-3-9 网管系统 性能管理 对网络设备的状态及网络和网络单元的有效性进行评估和报告 故障管理 对网络及其运行环境的异常情况进行动态检测 配置管理 提供收集、鉴别、控制来自代理的数据,并将数据提供给代理 安全管理 提供保证运行中的网络安全 计费管理 提供保证运行中的网络安全 备份系统 冷备份方案 备份设备处于关机状态 出现问题时:改变连线,启动备机,设置参数 优点:造价便宜 缺点:恢复时间慢 热备份方案 备份设备处于开机状态 出现问题时:网管报警,矩阵自动切换,参数自动拷贝 优点:实时切换 缺点:造价过高 结束 谢谢

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