| | 我國大規(guī)模發(fā)展有線電視是在90年代初，發(fā)展速度非?？欤侥壳耙寻l(fā)展到8000萬用戶，預計到本世紀末，將達到1億用戶。上海有線網(wǎng)的建設從1993年開始，5年多的發(fā)展，已達250萬戶，成為全球有線第一大網(wǎng)。從規(guī)模上講，有線網(wǎng)絡取得了巨大的成功，但是，從傳輸技術上看，沒有大的突破。采用模擬傳輸，提供的業(yè)務范圍主要是視頻服務。數(shù)字衛(wèi)星直播電視的播出，INTERNET網(wǎng)的興起，對有線網(wǎng)的沖擊很大。在美國，短短幾年，10%的有線用戶轉向衛(wèi)星直播電視。美國已開始了數(shù)字電視的廣播，到2005年將全部改成數(shù)字廣播。澳大利亞近日宣布，2001年開始數(shù)字電視廣播。數(shù)字化時代已經到來，有線傳輸、廣播技術必須跟上，有線數(shù)據(jù)廣播正是順應這一潮流的產物。
所謂有線數(shù)據(jù)廣播是利用HFC網(wǎng)絡媒體進行數(shù)字化的視頻、音頻、數(shù)據(jù)廣播。有如下特征：
1.傳輸媒體是HFC寬帶網(wǎng)，帶寬一般在750M以上，最高達1G。
2.傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)字化的信息，區(qū)別于傳統(tǒng)HFC上傳輸?shù)哪M信號。采用數(shù)字化傳輸具有模擬傳輸不具備的優(yōu)勢，在一個8MHz的頻道中，采用64QAM調制，可以傳送8-9套經過MPEG-2壓縮過的視頻節(jié)目。這樣，大大增加了頻道資源，增強了有線電視與衛(wèi)星直播電視的競爭力。
3.圖象質量好于模擬電視。從兩個方面可以看出，一方面數(shù)據(jù)廣播采用MPEG-2編碼，模擬電視的圖象質量僅相當于MPEG-1。另一方面，傳輸過程中，數(shù)字信號抗干擾能力好于模擬信號。
4.采用數(shù)字傳輸，可以利用條件接受系統(tǒng)，提供特殊信息的有償服務。公共信息只受月租費，特殊信息，如股評、交通信息、時裝信息等可以收費。采用CA（條件接受系統(tǒng)），對特定的業(yè)務、組合業(yè)務可根據(jù)用戶的需求設定授權或不授權；
5.信息不再限制在傳統(tǒng)的視頻節(jié)目，可以開設音頻、多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務。特別是數(shù)據(jù)信息業(yè)務是一個新業(yè)務，傳統(tǒng)的無線電視利用逆程傳輸數(shù)據(jù)，一般帶寬較窄，只有幾十K，無法滿足多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?nbsp;
由上可知，數(shù)字廣播與傳統(tǒng)的電視傳輸技術、經營有較大的差別，本文從數(shù)據(jù)廣播標準、原理及應用三個方面進行闡述。
一、有線廣播標準介紹
數(shù)字廣播的的標準很多，與有線數(shù)字廣播密切相關的有MPEG-2、DVB、DAVIC、ASTC等標準。其中，MPEG-2已被國際標準化組織錄用為國際標準，DVB、DAVIC是歐洲標準，ASTC是北美標準。也就是說，數(shù)據(jù)廣播標準分為兩大陣營。我國廣播標準基本上是延用歐洲標準，因此，本文主要介紹歐洲標準。
1.1MPEG-2標準
MPEG即活動圖象專家組（Moving Picture Expert Group）, 是國際標準化組織IEC/JTC1/SC2/WG11的一個小組，成立于1988年，1993年指定出MPEG-1標準（ISO 11172），廣泛應用于VCD視頻光盤，1994制定出MPEG-2標準（ISO13818），DVD采用MPEG-2標準。
MPEG-1的碼速率為1.5Mbps,圖象質量略高于家用錄像VHS圖象質量，MPEG-2的碼速率為4-10Mbps,圖象質量接近演播室圖象質量，是DVB、ASTC采用的圖象壓縮標準。MPEG-2標準由三個標準組成：
1.ISO/IEC IS 13818-1（1995）：運動圖象與其相關聲音的編碼－第1部分：系統(tǒng)
2.ISO/IEC IS 13818-2（1994）：運動圖象與其相關聲音的編碼－第2部分：圖象
3.ISO/IEC IS 13818-3（1995）：運動圖象與其相關聲音的編碼－第3部分：聲音
視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)按ISO/IEC13818-2、ISO/IEC13818-3進行編碼壓縮，經打包器形成包基本碼流，與節(jié)目、條件接受等信息一同進入復用器。MPEG流分為傳送流TS和節(jié)目流PS，TS用于有錯誤的環(huán)境，其分組長度為188字節(jié)。PS流用于錯誤較少的環(huán)境，如交互式多媒體業(yè)務，長度是可變的。
MPEG-2被DVB、DAVIC、ASTC采納為壓縮編碼標準，但不是廣播標準，因此，不詳細討論。
1.2視頻廣播標準DVB
DVB組織成立于1993年，DVB組織的目標是建立基于電視業(yè)務MPEG-2應用的統(tǒng)一框架，通過此框架，電視工業(yè)的數(shù)字設備供應商可以實現(xiàn)標準化和兼容性。DVB組織由25個國家200多個成員組成， 提供以市場為引導的系統(tǒng)框架，滿足電子消費及廣播工業(yè)的實際需要。該組織提供的一系列標準得到廣播界的廣泛接受。
DVB提供的標準涉及到有線、地面廣播、衛(wèi)星等領域，與有線網(wǎng)密切相關的有如下標準：
ETS 300 429 有線電視系統(tǒng)的信道編碼和調制
ETS 300 468 服務信息（SI）
ETS 300 472 ITU-R 圖文系統(tǒng)B的傳輸
ETS 300 743 字幕系統(tǒng)
ETR 154 MPEG-2 實施指南
ETR 162 SI 用法指南
ETR 289 通用加擾系統(tǒng)
EN 50083 有線電視前端傳送碼流接口
PRTS 101 192 數(shù)據(jù)廣播有關規(guī)定
PRTR 101 202 數(shù)據(jù)廣播實施指南
（注：ETS指歐洲電信標準）
上述有線數(shù)據(jù)廣播中最要的標準是ETS 300 429、ETS 300 468、ETR 289。ETS 300 429將有線系統(tǒng)分成功能塊，把基帶信號進行隨機化、編碼、交織、位變換、編碼等過程。
ETS 300 468在MPEG-2 PSI 表PAT、PMT、NIT、CAT的基礎上，描述了與廣播系統(tǒng)有關的SI，主要有信束關聯(lián)表、服務描述表、事件表、運行狀態(tài)表、時間表、填充表，用于描述提供的服務、發(fā)生的事件、網(wǎng)絡運行的狀態(tài)、時間信息，接受端根據(jù)這些信息形成電子節(jié)目指南、產生定時信號、獲取網(wǎng)絡信息。
ETR 289規(guī)定了數(shù)字廣播通用加擾、條件接受的規(guī)則。所謂條件接受就是對特定的業(yè)務、業(yè)務組合對用戶進行授權。這一標準僅規(guī)定流程及通用接口，沒有規(guī)定具體的算法。也就是說，各電視經營者采用的算法可以不一樣。這樣做，有效地保護電視臺的利益，但也帶來了相互不兼容的問題。用戶如需要看多家電視臺的加密節(jié)目，勢必購買多個IC卡。其中一個解決辦法，遠地的電視節(jié)目由本地的電視臺購買播放權后，在本地播放。
1.3數(shù)字多媒體應用標準DAVIC標準
DAVIC（數(shù)字音頻視頻理事會）成立于1994年，目的在于在MPEG-2、DVB、ATM FORUM、MHEG等標準的基礎上，使用已有的國際的、區(qū)域的、企業(yè)的標準，使這些標準統(tǒng)一在一個體系中，提供交互式多媒體應用標準。DAVIC擁有全球200多個成員，包括SAMSUN 、PHILIPH、SUN、ALCATE、GI等公司。DAVIC實際上是一個有關視頻、音頻、數(shù)據(jù)雙向應用標準，其原理如下：
DAVIC標準擬提供如下應用：
視頻點播（Video On Demand）
遠程購物（Teleshopping）
準視頻點播（Near Video On Demand）
廣播（Broadcast）
帶回傳或不回傳通道的增強型廣播
機頂盒訪問INTERNET
游戲
電子商務
到目前為止，DAVIC已出版4個標準：
1996.1 DAVIC 1.0
1996.9 DAVIC 1.1
Wireless CATV
Internet 訪問
電纜調制
虛擬機器JAVA 實現(xiàn)
1996.12 DAVIC 1.2
實現(xiàn)完整INTERNET 業(yè)務
加擾，加密，授權的實現(xiàn)
家庭網(wǎng)絡IEEE1394
高質量視頻、音頻的實現(xiàn)
移動多媒體業(yè)務
1997.9 DAVIC 1. 3
增強型數(shù)字交互廣播
服務及網(wǎng)絡管理
支持MHEG/JAVA
與機頂盒密切相關的技術主要是DAVIC API及DSM-CC：
DAVIC 應用程序接口基于MGEH（多媒體/超媒體專家組）。MHGE標準是一個針對多媒體/超媒體應用的國際標準，包括ISO/IEC13522-1、13522-3、13522-4、13522-5 、13522-6五個標準。MHEG應用了對象的概念，不僅一般的各種媒體是對象，而且交互式菜單、按鈕也是對象。
DSM-CC協(xié)議是一個特殊的應用協(xié)議，用來提供在數(shù)字存儲媒體上管理ITU-T R .H.222.0|ISO/IEC 13118-1比特流所的基本控制函數(shù)和操作。DSM-CC是在網(wǎng)絡層之上，應用層之下的低層次協(xié)議。DSM-CC（數(shù)字存儲媒體-指令及控制是MPEG-2）標準的一部分，可在一個機頂盒內處理傳送流中的多個對象，好象本地與內存、外存交互一樣。
1.4ATSC及ATVEF標準
ATSC是美國高清晰度HDTV標準，最早由日本電視界提出，以模擬電視的高清晰度研制為主。美國則是全數(shù)字式的，其底層標準也采用MPEG-2標準，其余標準類似于DVB標準，如SI、CA等。ATSC標準主要用在北美及東南亞地區(qū)，DVB標準主要用在歐洲。
ATVEF是美國數(shù)家公司如CNN、INTEL、TCL聯(lián)合成立的組織，成立于1995年。目前，第一版已經出臺，定義了基于HTML的電視節(jié)目的應用，但這一標準并未涉及整個系統(tǒng)的構成，相應的標準估計到1999年出臺。
1.5數(shù)字廣播標準層次圖
從上面介紹可以看出，數(shù)字廣播的標準很多，主要有兩大陣營，美洲陣營、歐洲陣營，我國以往的廣播標準大多數(shù)是采用歐洲標準，數(shù)字廣播標準到目前沒有發(fā)布。
二.有線數(shù)字廣播原理
與有線數(shù)字廣播密切相關的標準是DVB-C、DVC-SI、DVB-CA。DVB-C關于有線系統(tǒng)的幀結構、信道編碼及其調制技術，DVB-CA與用戶授權、付費電視、加解擾有關，DVB-SI提供有關節(jié)目菜單、網(wǎng)絡信息、時間的信息，機頂盒技術DVB 標準中沒有規(guī)定。機頂盒一種從模擬向數(shù)字的過渡方案，與提供的服務、性能、功能有關，是目前最常用的用戶接入設備，這一節(jié)也進行探討。
2.1有線系統(tǒng)前端與接受原理
有線系統(tǒng)前端與接收原理圖如下：
2.1.1基帶接口與同步
該單元將數(shù)據(jù)結構與信號源格式適配，幀結構與包括同步字節(jié)的MPEG-2傳送層一致。
2.1.2 SYNC1變換和隨機化
減少連1碼（或0）以保證定時恢復是數(shù)字基帶信號傳輸?shù)闹匾獑栴}。將二進制數(shù)字信息先做隨機化，變?yōu)閭坞S機序列，可以減少連碼的出現(xiàn)。這種隨機化是有規(guī)律的，接收端根據(jù)同樣的隨機算法將信息還原。響應的過程也被稱之為擾碼和解擾。
DVB-C隨機算法是1+X14+X15，經過這一過程處理的二進制序列周期長度為215-1，產生的序列近似隨機化序列。
2.1.2 編碼RS
編碼采用里德-索洛蒙編碼，是一種二進制編碼，在MPEG188個包后加上16個奇偶校驗字節(jié)，8個錯誤字節(jié)可以糾正，碼字為（204，188）。
碼生成多項式：g(x)=(x+ λ0)(x+λ1)?x+λ15) 其中λ=02HEX
域生成多項式為：p(x)=x8+x4+x3+x2+1
糾t個符號的RS碼有如下參數(shù)：
碼長 n=2m-1 個符號
信息段 k個符號
監(jiān)督段 n-k=2t符號
最小碼距 d =2t+1符號
方法：在實現(xiàn)RS編碼時，應在TS包前加上51個字節(jié)0，然后輸入RS（255，255）編碼器，在完成編碼操作時，再去掉這些這些字節(jié)。
2.1.3卷積交織
在通信由于外界因素的干擾,常?；爻霈F(xiàn)突發(fā)性干擾,產生突發(fā)性錯誤。突發(fā)性錯誤誤碼一般比較長，通常糾錯碼不能提供的糾位數(shù)糾錯。防止突發(fā)性錯誤一般有兩種方法：一種是采用交織碼，另一種采用糾錯碼。交織碼一般也有兩種方法：一種是矩陣行列轉置法，將能糾正T個隨機錯誤的碼作為行碼，I行組成一個矩陣，這樣可以糾正T個突發(fā)長度為I的錯誤。另一種是卷積交織碼，這種方法基于Forney的方法。交織器由I=12個分支組成，由輸入開關輪流接通輸入的字節(jié)。這樣，在前端由復用器將輸入流傳輸次序打亂，經有干擾的信道傳輸?shù)竭_接受端后由去擾器將次序恢復，從而達到抗干擾的能力。
每個分支器都有一個長度為Mj字位的FIFO移位寄存器，其中，M=17，1≦ j≦17。
2.1.4 QAM調制
正交幅度調制（QAM）用在通信中稱為正交幅度鍵控調制，調制效率好于其它調治方法。DVB-C采用QAM調制，至少要支持64QAM調制。經64QAM調制，在一個模擬頻道上，碼率為8MHz/1.15（1.15為滾降因子，調制效率6bit/band,可調制出速率6.9*6=41.4Mbps ,除去開銷，信道凈速率為38.8Mbps。
2.2 DVB-SI原理
DVB的SI（服務信息）提供目標解碼器所必須的信息以及為私有數(shù)據(jù)的傳輸提供手段。在MPEG-2標準中稱為節(jié)目專用信息（PSI），DVB標準稱之為SI。PSI數(shù)據(jù)在復用器上提供目標解碼器解復用以及解不同節(jié)目流自動配置的信息。PSI由四個表組成：
1）節(jié)目關聯(lián)表（PAT）：對于復用器內的每個服務，PAT指出相應節(jié)目映射表（PMT）的位 置（指TS流的PID值），同時，給出網(wǎng)絡信息表（NIT）的位置，PID=0；
2）條件接收表（Conditional Access Table）:CAT表提供授權信息，信息是私有的，依賴于具體的系統(tǒng)，包含了EMM（授權管理信息）的位置，PID=1；
3）節(jié)目映射表（Program Map Table）:指出每一個業(yè)務流以及對應于每個業(yè)務節(jié)目參考時鐘的位置；
4）網(wǎng)絡信息表（Network Information Table）:提供物理網(wǎng)絡的信息，PID=10；目標解碼器根據(jù)用戶的節(jié)目選擇從PSI流中獲取碼流，其原理如下：
除了PSI信息，需要提供目標解碼器有關服務和事件的信息。PSI僅提供本復用器的信息，SI除此之外還提供其他復用器的信息，以及其他網(wǎng)絡的服務及事件信息。這些數(shù)據(jù)主要由六個表組成：
1）信束關聯(lián)表（Bouquet Association Table）:所謂信束指一組業(yè)務的集合，作為市場運行的一個實體，如同欄目。提供欄目的名稱以及每一欄目的服務列表；
2）服務描述表（Service Description Table）:描述服務的名字、服務提供商等；
3）事件信息表（Event Information Table）:提供有關事件的名稱、起始時間、持續(xù)時間；
4）運行狀態(tài)表（Running Status Table）:提供事件的運行狀態(tài)，這個信息是經常改變的；
5）時間日期表（Time and Date Table）:提供時間及日期信息，這個信息也是周期性更改的；
6）時間偏移表（Time Offset Table）:給出時間的偏移信息；
7）填充表（Stuffing table）:用于段的空白部分的填充字節(jié)，段的概念在后面解釋；表在插入TS流之前須映射成段（sections），段的長度不超過1024個字節(jié)（除了NIT）。表映射成段時，如有空位不足填一個段時，要用填充字節(jié)來填，一般為"FF"。 段有相同的數(shù)據(jù)結構：
1）table_id:標識段所在的表
2）table_id_extention
3）section_number：按順序編號
4）version_number：用于更新信息沒有變化時，表示版本號；
5）Current_next_number
表的PID為16位，其PID值如下：
從上表可以看出，表的PID值有的是相同，但是table_id沒有相同的。
2.13 條件接受原理
條件接收流程如下:
1）前端在控制字CW控制下加擾收費節(jié)目，具體算法不確定；
2）控制字CW也經加擾生成ECM信息；
3）用戶管理系統(tǒng)及節(jié)目管理收費信息經用戶授權系統(tǒng)生成EMM信息，加入復用器；
4）目標解碼器由IC卡提供的用戶信息以及從碼流中獲取EMM的信息解開CW，在ECM算法的控制下解擾選擇的信息；
條件接受的難點在于各家采用的CA系統(tǒng)可能不同，導致各家的接入部分不兼容。用戶希望看到不同電視經營者的收費電視，用戶需要買多個IC卡甚至多個機頂盒。常用的辦法是，本地電視經營者買下其他經營者的播放權，再用本地加密系統(tǒng)加密。如果有多個本地經營者，采用不用的CA系統(tǒng)，下面的辦法可以解決這個問題：
1）解密算法由前端通過網(wǎng)絡下傳，加密算法用用戶的密鑰加密。這樣，機頂盒上根據(jù)用戶密碼解開加密算法，從而，不同的電視經營者使用不同的加密算法，避免了不兼容的問題。
2）采用公共接口規(guī)范。有了公共接口以后，不同的條件接受接受系統(tǒng)可以使用各自的條件模塊與公共接口相接。這樣，由于多了公共接口算法，成本提高了，因此，推廣不是很好。
DVB-CA沒有規(guī)定具體的加密算法，各個國家甚至各個電視經營者使用不同的加密算法。這樣，一方面提供靈活性，另一方面，有效保護了版權。有兩種加密方式：
1）序列加密：基于移位寄存器原理，對二進位逐位加密的辦法。一個16bit的生成多項式可以生成2 16-1個有限域的多項式，多項式是16位0、 1序列的一種表達形式而已。這16位可以連續(xù)生成2 16-1個二進制數(shù)，這些數(shù)不會重復，將這個2 16-1長的序列與明文相加，得到加密密文。在這個加密方法中，生成多項式是加密算法，移位寄存器的初值是密鑰。這種算法中，多項式的次數(shù)越高，偽隨機性能越好，序列周期越長，算法開銷越大。在廣播中，16次生成多項式的安全性能可以滿足需要。
2）分組加密：是一種依賴于算法難度的加密體制。將信息分成固定長度的分組，每組用復雜算法加密。為提高安全性，分組之間可以進行交錯。這種算法又分為兩類：
對稱加密：加密鑰匙與解密算法相同，有如下缺點：
信息容易泄密、鑰匙更換困難、發(fā)放key困難。加密原理：
IDEA（IDEA(x,k),k）=x，IDEA為算法，K為key，X為明文信息。最著名的對稱加密算法是DES，目前我國使用的是64位，再高于64位算法由于版權無法獲得。
非對稱加密：加密KEY與解密KEY不一樣，有一對鑰匙，稱為公鑰和私鑰，發(fā)信人從公共場所獲得收信人的公共鑰匙，用公共鑰匙加密后發(fā)布，只有具有私鑰的人才能打開，其他人即使收到密文也無法解密。
原理：P（）公鑰，S（）私鑰，SP（X）=PS（X）=X
最有代表性的非對稱加密算法是RSA，RSA是三個發(fā)明人名字的縮寫，以大素數(shù)的難分解性為基礎，具體算法：
1）設計密鑰
選擇兩個充分大（取決于具體應用安全的要求）的素數(shù)P和Q，r=P×Q， z=（P-1）?#65288;Q-1）找兩個整數(shù)d、e,使其滿足：gcd(d,z)=1, e ×d o 1(mod z),則（e,r）就是公開密鑰，（d,r）為私有密鑰；
2）形成密文：把要求發(fā)送的密文M數(shù)字化、分塊、加密：
C o M e(mod r)
3)解密密文：對C解密
M o C d(mod r)
結論：由于分組加密算法較為復雜，開銷大，無疑增加STB成本，可以用分組算法下傳序列加密算法，收費信息由序列加密算法。
2．4機頂盒原理
機頂盒具有視音頻播放功能的圖形用戶終端設備，支持MPEG-2協(xié)議，一般由解調器、去多路復用器、解擾器、解碼器、CPU、MPEG-2解碼器等組成，
機頂盒設計有如下特點：
1）芯片應具有處理多媒體數(shù)據(jù)的能力；
2）OS容量不宜太大，一般在幾十K；
3）初期可以不用IC卡，而用將繳費信息儲存在EEPROM中的辦法減少機頂盒的成本；
4）應用程序設計成可下載，靈活使用；
5）應用程序選用HTML或MHEG；
DAVIC規(guī)定用MPEG語言，資源消耗小，適合小容量STB使用，但實現(xiàn)較為復雜，目前，沒有廠家采用這家語言。HTML消耗資源較大，交互性由C/S方式實現(xiàn)。一般有兩種方法實現(xiàn)：
1）將有關超連接數(shù)據(jù)下載，機頂盒與本地內存交互；
2）直接與碼流交互，使用特別的方法解決超連接問題。 |
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