DVB介紹
DVB（Digital Video Broadcasting）是數字視頻廣播的縮寫，包括衛星、電纜（有線）電視、地面廣播的數字電視、未來高清晰度電視在內多種格式數字電視的廣播與傳輸。作為一套技術上比較完善、明確、易於遵循的標准，DVB在世界范圍內已得到了廣泛的支持。
DVB信源編碼和系統復用都遵循Mpeg2標准，信道編碼根據傳播方式的不同，可分為DVB-S、DVB-C、DVB-T三類，歐洲電信標准組織ETSI於1994年、1995年分別通過了適合於DVB-S、DVB-C、DVB-T的3個DVB標准，特點如下：
DVB-S：衛星數字電視。用於11/12GHz頻段的衛星系統，技術難度小，傳輸業務量最大，覆蓋面廣，接收不靈活。
DVB-C：有線數字電視。通常用於8MHz有線頻道，能客納38.5Ｍbit/s的有效載荷容量，傳輸8--10個電視頻道，並沒有鄰頻干擾，技術難度中等，傳輸業務量較小，可有交互功能。
DVB-T：地面數字廣播電視。用於地面7-8MHz頻段的數字式地面電視系統，技術難度高，傳輸業務量小，接收靈活。
比較上述3類，衛星是最直接的途徑，實現的技術難度較小，地面傳輸的難度最大。因此，衛星廣播最容易實現，而且可傳輸的業務量幾乎是無限的。但是，衛星接收必需有一個合適的天線和接收機，要想作到隨處的靈活接收是極困難的；地面傳輸情況正相反，有限的頻譜只能提供有限的業務量，但在其覆蓋的范圍內，接收則靈活得多。有線電視的情況介於兩者之間，它有較高的業務容量，但受限於電纜的鋪設范圍。
DVB標准的主要部分
1、 DVB信源編碼
DVB信源編碼采用Mpeg2標准。
2、DVB信道編碼。
目的是為保證正確接收。3種傳輸條件下的信道編碼基本相似，分外碼和內碼兩級，外碼采用RS（Reed-Solomon）碼，內碼采用卷積碼。為避免突發干擾所引起的連續誤碼，采用碼流交織技術處理。
3、DVB信號調制
調制方法在不同傳輸情況下是不同的。DVB-S衛星廣播系統中采用四相相移鍵控（QPSK），QPSK調制抗干擾能力強，接收機能在非常低的信噪比下可靠地檢測出信號，適合衛星信道的要求。並且，QPSK調制在一個周期內可以傳送2比特數據，相同帶寬條件下，碼率比BPSK提高1倍。
DVB-C有線電視系統傳輸時采用正交調幅（QAM）方式調制，因為有線信道的主要困難是信道帶寬受限，QAM調制可以使信道的利用率達到最大。
DVB-T地面廣播系統傳輸時采用正交頻分復用（OFDM）調制方式。因為在地面廣播中信道環境惡劣，圖像會遇到許多在衛星信道和有線信道中沒有的破壞，而OFDM調制方式采用多載波代替單載波，對於多徑、頻率選擇性衰落、時間選擇性衰落及地面移動廣播接收時的多普勒效應都有較強的抗干擾能力。
4、有條件接收系統
由於將來DVB業務趨向付費電視方式，要求廣播運營者具有控制和管理網絡系統的能力，按照用戶要求對其授權並收發信號的能力，因此DVB系統需要有一個高度可靠的有條件接收系統。
有條件接收系統的任務是保證廣播業務僅僅被授權接收的用戶所接收，其主要功能是通過對廣播電視信號加擾，連續改變信號形式的方法，使得只有用恰當的解碼器和電子密鑰才能接收到正確的信號。電子密鑰一般通過智能卡或其他安全信道傳送給用戶，通過對用戶電子密鑰的加密實現信號的加擾。另一方面，有條件接收系統還必須確保被授權的用戶能接收到加擾節目。
有條件接收系統由加擾器、解擾器、加密器、控制字發生器、用戶授權控制系統、用戶授權管理系統和條件接收子系統等部分組成。條件接收子系統是對電子密鑰進行解碼，恢復出控制解擾序列所需的信息。有條件接收系統框圖如下：
控制字（CW）是用於解碼器中的密鑰。
授權控制信息（ECM）是一種特殊形式的電子密鑰信號和信道尋址信息。發送端ECM被加密后與信號一起傳送，接收端ECM被用來控制解擾器。
授權管理信息（EMM）是一種授權用戶對某個業務進行解擾的信息。發送端EMM被加密后與信號一起傳送，接收端EMM被用來打開/關閉單個解碼器或一組解擾器。
授權管理系統是根據用戶訂購節目和收看節目的情況來向授權控制系統發出指令，決定哪些用戶可以被授權看哪些節目、接受哪些服務。同時，授權管理系統向用戶發出賬單。
授權控制系統是根據用戶授權管理系統的指令，產生業務密鑰，決定哪些用戶收看哪種節目、享有哪種服務。
有條件接收系統工作原理：
在信號的發送端，首先由控制字發生器產生控制字CW，並將CW提供給加擾器和加密器A。CW典型字長為60bit，並且每隔2至10秒改變一次。加擾器根據CW對來自復用器的MPEG-2數據流進行加擾運算。加擾器輸出經過擾亂以后的MPEG-2數據比特流，CW即為加擾器加擾使用的密鑰。加密器A接到CW后，根據用戶授權控制系統提供的業務密鑰（Sercice Key）對CW進行加密運算，加密器A輸出經過加密后的控制字，即為ECM。業務密鑰同時提供給加密器B，加密器B與加密器A的區別在於加密器B能夠自己產生密鑰，並可以利用此密鑰對授權控制系統送來的業務密鑰進行加密。加密器B輸出加密后的業務密鑰，即為EMM。然后ECM和EMM信息均被送到MPEG-2復用器，與被送到同一復用器的圖像、聲音和數據信號比特流一起打包成MPEG-2傳送比特流輸出。
注意：ECM和EMM均可以打入MPEG-2數據包。
在信號的接收端，經過解調后得到加擾比特流，由於最開始的瞬間，CW在加擾比特流中沒有被恢復，加擾比特流通過解擾器不被解擾就送到解復用器。 ECM和EMM信號被置於MPEG-2數據包包頭的固定位置，因此，解復用器很容易就可解出ECM和EMM信號。解復用器出來的ECM和EMM信號被分別送到智能卡（Smart Card）中的解密器A和解密器B。解密器A、解密器B與智能卡中的安全處理器共同工作，恢復出控制字CW，並將CW送到解擾器。以上獲得CW的過程只在初始化的瞬間進行，一旦正確獲得了CW，解擾器就可恢復正常工作，將解調后的比特流去擾，恢復成正常的比特流。
DVB有條件接收系統安全性的三層保護：
第一層保護是用控制字對復用器輸出的圖像、聲音和數據信號比特流進行加擾，通過擾亂正常的比特流使其在接收端如果不經過特定的解擾就不能獲得正常的圖像、聲音和數據信息。
第二層保護是通過對控制字CW用業務密鑰加密，從而使CW在傳送過程中即使被盜， CW的非法獲得者也無法對加密后的CW解密。
第三層保護是對業務密鑰的加密，它使得整個系統的安全性更強，使非授權用戶在即使得到加密業務密鑰的情況下也不能輕易解密。因為如果不能對加密的業務密鑰解密就不能得到正確的CW，沒有正確的CW也就無法解出正常的信號比特流。
DVB有條件接收系統公共加解擾算法：
根據廣播電視運營商的不同需要，在一個網絡中可以支持不同的條件接收系統。但是DVB只定義了一個公共加擾系統，也就是要求不同的條件接收系統都要采用DVB規定的相同的加解擾算法，不過允許各個有條件接收系統的加解擾密鑰、CW及其產生方法不同。所有符合DVB標准的有條件接收系統對圖像、聲音和數據信號加擾方式都相同，而各個密鑰的保密處理方法則是由生產廠家自行設定。
通過公共的加擾系統和MPEG-2復用傳送機制，DVB可以在同一個傳輸網絡中通過不同有條件接收系統傳送不同節目和不同業務。這樣，通過一個接收機就可以接收多個有條件接收節目。
公共接口：
有條件接收系統通過一個公共接口與綜合接收解碼器相連。使用公共接口可以使有條件接收系統集成在一塊模塊上，裝入DVB機的插槽。
公共接口的物理格式采用個人計算機的PCMCIA標准，這個標准中規定了一個68路的連接口。
DVB額外服務信息（SI）
SI信息主要提供接收解碼的設置信息，如節目的種類、節目的時間、節目的來源等。SI信息有 4個基本表：網絡信息表NIT，它把一些節目集中在一起，提供調諧接收必須的轉發器、頻率、符號率、調制方式等參數，供接收解碼器的自動調諧接收；業務描述表SDT，它給出傳輸流中與每個節目或業務有關的其它節目的名稱和參數；節目信息表EIT，它給出了各類節目的時間安排及預定時間播放；時間及日期表TDT提供節目開始的具體時間、結束時間等。此外還有運行狀態表RST、電子節目指導EPG等。
DVB主要技術特點
總體特點：
DVB系統采用MPEG壓縮的音頻、視頻及數據格式作為數據源。
系統采用公共MPEG-2傳輸流（TS）復用方式；
系統采用公共的用於描述廣播節目的系統服務信息（SI）；
系統的第一級信道編碼采用R-S前向糾錯編碼保護；
調制與其它附屬的信道編碼方式由不同的傳輸媒介來確定；
使用通用的加擾方式及條件接收界面。
音頻特點：
DVB音頻編碼采用MPEG-2第二層音頻編碼MUSICAN，這一方案利用了聲音在低頻部分的掩蔽效應，對人耳不太敏感的頻率進行低碼率的編碼，從而達到較大的壓縮率，降低音頻編碼速率。MUSICAN支持對單聲道、立體聲、環繞聲和多路多聲道的編碼，具有接近激光唱片的聲音質量。
視頻特點：
DVB視頻編碼采用MPEG-2視頻編碼標准，定義了4個等級和5個檔次的編碼，各個等級和檔次可以任意組合，形成靈活多用途的編碼機制。編碼等級是根據圖像清晰度來划分，分別代表從低清晰度的錄像帶到高清晰度電視。檔次是根據算法的復雜程度來划分，每個檔次提供構成編碼系統的一套壓縮工具和壓縮算法。
傳輸復用器：
傳輸復用器將送入復用器的4-10路節目流（PES）復用為MPEG-2傳輸流（TS），在復用器中，數據量極大，PES至TS的碼轉換工作十分繁重，傳輸復用器的技術關鍵是如何負擔碼流的均衡和統計復用工作，最大限度地提高信道利用率。
DVB信道編碼器：
TS流作為DVB信道編碼器的輸入，為了克服在傳輸過程中產生誤碼或在接收方能有效的糾正誤碼，DVB信道編碼器采用前向糾錯編碼等手段，編碼方式運用了RS碼、深度交織、網格編碼等最新編碼方式，調制方法根據信道的不同進行調整，衛星信道采用QPSK、電纜信道采用64QAM、地面信道采用OFDM。
用戶端機頂盒：
機頂盒是用戶端用來還原信號的設備，其對信號的處理過程包括：接收來自電纜或衛星的信號，進行解調、信道解碼，並且恢復MPEG-2的傳輸流，然后經過解復用選出需要的節目流，並對節目流進行必要的解密處理，送MPEG-2視頻、音頻解碼器進行信源解碼，恢復出的視頻、音頻信號送用戶TV接收機及放音設備。此外，機頂盒還能夠在碼流出現錯誤的時候進行掩蓋處理，並實現IC收費卡的管理。
DVB-C標准
DVB-C在數據傳輸、數字電視傳輸、加密、電子導航和回傳等方面都作出了說明，涵蓋了實現寬帶綜合信息服務系統的幾乎所有方面。
DVB-C系統組成
DVB-C系統由功能模塊組成，能使電視基帶信號適應於電纜電視系統的頻道特性。在前端考慮下列基帶電視信號流：衛星信號，饋送鏈路來的信號，和本地節目源。系統組成方框圖如下圖所示。
DVB-C系統組成方框圖
圖 1中各部分的作用是：
(1 )基帶物理接口
使數據結構適合於信號源的格式，幀結構與包含了同步字節的MPEG-2傳送格式相同。
(2 )同步極性翻轉和隨機化
該單元將翻轉同步字節極性，並為了譜線成形將數據流隨機化。在MPEG-2傳送復用輸出端的數據應按下圖所示的結構進行隨機化，偽隨機二進制序列的生成多項式為g(x)=x15+x14+1。每8個傳送包為一組，每組第一個包的MPEG-2同步字節應逐比特倒相，為解碼器提供一個啟動信號。並且在每組開始，解/擾碼器復位一次，復位初始化序列為：100101010000000。
加擾/解擾器原理圖
(3)ＲＳ編碼
對每個已隨機化的傳送包，該單元使用截短的ＲＳ編碼，以產生一個具有防錯功能的數據包。同步字節本身也參加ＲＳ編碼。
(4)卷積交織過程
該單元應完成一個深度為Ｉ=12的卷積交織變換。同步字節周期將保持不變。
(5)將字節變換到ｍ比特符號
該單元是將交織后產生的字節變換為ＱＡＭ符號。
(6)差分編碼
為了得到一個旋轉不變的星座圖，該單元將對每個符號的兩位最高有效位（MSB）進行差分編碼。
(7)基帶成形
該單元完成經差分編碼的ｍ比特符號到Ｉ和Ｑ信號的映射。在ＱＡＭ調制前，對Ｉ和Ｑ信號進行余弦滾降平方根濾波。
(8)ＱＡＭ調制和物理接口
該單元完成ＱＡＭ調制。隨后將ＱＡＭ已調信號連接到電纜ＲＦ信道。
基於DVB-C標准的數字機頂盒系統
數字機頂盒是模擬電視機向數字電視機過渡的最佳的解決方案，是數字電視的過渡產品。通過數字機頂盒，可用模擬電視機收看數字節目。典型的有線電視DVB機頂盒系統框圖如圖所示：
標准DVB-C機頂盒系統框圖
這種機頂盒可以實現基於DVB-C下的數字電視廣播的接收，提供電子節目導航（EPG）。從Cable下來的信號通過調諧、QAM解調后形成MPEG-2的TS復合流送到解復用器中，解復用模塊從中提取特定的流（視頻、音頻和數據）進行解碼。用戶通過遙控、鼠標或鍵盤控制機頂盒，同時這種機頂盒還可以通過回傳信道進行交互。
DVB-C綜合業務機頂盒硬件體系：
DVB-C綜合業務機頂盒要實現各種功能必須在硬件上包括以下幾個部分：DVB模塊、數據處理模塊和呈現模塊。
(1 ) DVB模塊：首先這個模塊實現將電纜模擬信號進行QAM解調和信道解碼，然后進行解密、解復用和過濾，之后送到數據處理模塊進行處理。其次，這個模塊同時實現回傳信道的編碼和QPSK發射。如圖所示。
DVB模塊硬件框圖
(2 )數據處理模塊：這個模塊是機頂盒的大腦。它通常由高性能的ＣＰＵ、ＡＳＩＣ及一些外圍設備（如高速數據總線、計算機接口、Smart Card讀寫器等）組成。完成數據和視頻的分離、DVB/DAVIC協議解釋、網絡訪問的ＭAC控制、加解密、用戶輸入控制、與計算機進行高速數據互傳等功能。如圖所示。
數據處理模塊硬件框圖
(3)呈現模塊：這個模塊實現機頂盒的顯示功能。一般由MPEG2解碼器、數據瀏覽器、顯示數據緩沖、視頻編碼、音頻編碼等組成，主要完成MPEG2數字電視節目的解碼和顯示、各種數據業務的解釋和顯示、電子節目導航的菜單顯示、圖形用戶接口（GUI）等功能。如圖5所示。
顯示模塊硬件框圖
目前兩大地面數字電視制式歐洲的DVB-T和美國的ATSC，其視頻編碼標准均采用MPEG-2編碼標准，不同之處在於ATSC采用“方形像素”和AC-3音頻壓縮算法，在信道編碼與調制技術上也略有不同。
DVB-T數據包格式
1、 基於TS包，固定長度188字節，是一種很基本的數據廣播。
2、 基於PES包，PES包提供一種長度可變的打包方式，最大包長64k字節。根據時鍾的不同，又可分為異步數據流、同步數據流、被同步數據流3種格式。異步數據流用來傳輸異步數據；同步數據流支持同步數據，而且利用顯示時鍾標簽PTS提供數據流精確同步，時鍾信息在接收端精確恢復；被同步數據流不僅每個數據流本身是同步的，而且每個數據流之間也要保持同步。
3、 基於數據片，MPEG-2數據片Section也提供長度可變的打包方式，但最大包長4k字節，而且是異步傳輸。這種格式能夠通過MPEG-2碼流傳輸其他通信協議的數據包，並可以通過解碼芯片的硬件完成解復用過濾，效率非常高。
4、 基於DSMCC（Digital Storage MediaControl Command），這種格式能夠對變化不大、相對穩定的數據進行周期性的傳輸，保證用戶盡可能接收到數據。
5、 基於對象，這種格式支持用戶到用戶的數據傳輸。
什么是數字電視？
數字電視（Digital television, or DTV）含義並不是指我們一般人家中的電視機，而是采用數字信號廣播圖像和聲音的新的電視系統，它從節目采編、壓縮、傳輸到接收電視節目的全過程都采用數字信號處理。其具體傳輸過程是：由電視台送出的圖像及聲音信號，經數字壓縮和數字調制后，形成數字電視信號，經過衛星、地面無線廣播或有線電纜等方式傳送，由數字電視接收后，通過數字解調和數字視音頻解碼處理還原出原來的圖像及伴音。因為全過程均采用數字技術處理，因此，信號損失小，接收效果好。
數字電視與數字電視機關系
准確地說，數字電視是指用數字技術對電視信號進行處理、傳輸、存儲、記錄、接收及控制的系統。而數字電視機是指在不改變現行傳輸體制的前提下，對視頻信號和音頻信號進行數字處理的電視接收機。前者是指一整套系統，后者僅是一種設備，是前者的一個分支。
數字電視的分類
1.按信號傳輸方式分類：可分為地面無線傳輸(地面數字電視)、衛星傳輸(衛星數字電視)、有線傳輸(有線數字電視)三類。2.按產品類型分類：可分為數字電視顯示器、數字電視機頂盒、一體化數字電視接收機。3.按清晰度分類：可分為低清晰度數字電視(圖像水平清晰度大於250線)、標准清晰度數字電視 (圖像水平清晰度大於500線)、高清晰度數字電視(圖像水平清晰度大於800線，即HDTV)。4.按顯示屏幕幅型分類：可分為4：3幅型比和16：9 幅型比兩種類型。5.按掃描線數(顯示格式)分類：可分為HDTV掃描線數(大於1000線)和SDTV掃描線數(600～800線)等。
與傳統的模擬電視相比較，數字電視有哪些優勢？
1.高清晰度的電視畫面：清晰度可與DVD相媲美。 2.優質的音響效果：采用了數字技術，使得數字電視的伴音更趨逼真。3. 內容豐富：節目套數增多。4.便捷的節目指南：電子節目指南方便快速找到自己喜歡的頻道。5.抗干擾能力強：數字電視受其他電器的干擾很小，因此畫面穩定。6.擴展功能多：機頂盒除了一些基本功能外，還具有上網、點播等功能。
什么是機頂盒？
機頂盒，又稱頂置盒，英文名稱為STB（Set-top Box）。是放在電視機頂上的小盒子，並因此而得名。數字電視機頂盒是可以將數字電視信號轉換成模擬信號的變換設備，它對經過數字化壓縮的圖像和聲音信號進行解碼還原，產生模擬的視頻和聲音信號，通過電視顯示器和音響設備給觀眾提供高質量的電視節目。
機頂盒的分類
第一類稱為基本型機頂盒，能滿足免費數字電視業務和付費電視業務的基本功能，具備授權數字電視業務的接收、中文顯示、基本電子節目指南EPG（即節目預告）、軟件升級、加密信息提示、故障提示等功能。第二類稱為增強型機頂盒，在基本型基礎上能滿足按次付費業務、數據廣播、廣播式視頻點播和本地交互業務的需要。第三類稱為高級型機頂盒。在增強型的基礎上，能滿足視頻點播、上網瀏覽業務、電子郵件收發、互動游戲及IP電話業務等功能。
數字電視標准
數字電視標准是一個龐大的標准體系，牽扯到制作、傳輸、接收等5個主要技術環節和上十個技術標准，但最為核心的是傳輸標准，主要包括衛星、有線、地面三種。在這三個傳輸標准中，我國衛星標准已經確定為DVB-S，有線電視標准采用歐洲標准DVB-C，現在僅剩地面數字標准還未確定，此外我國自行研發的AVS標准已經成功，並將逐步推廣使用。
電視台現在所用的技術：
電視台接受的是數字調制的衛星信號，經機房解調后調制成模擬信號，通過光纖傳入有線電視骨干網，信號傳入分支箱轉換成模擬信號分配到各用戶。
電視台將要采用的技術
電視台接受的是數字調制或者高信噪比的模擬衛星信號還有省中心傳來的光纖信號和自制節目模擬或數字信號，為什么說這么多呢，現在是傳送的信號源里有數字信號和模擬信號或者模擬轉數字信號，經機房調制成數字信號，傳入光纖傳入有線電視骨干網，信號傳入小區的數字信號分支箱，分配到各用戶，用戶也可以將遙控信號通過分支箱傳入機房，分支箱相當於普通計算機網絡的交換機，而機頂盒相當於一台傻瓜式小電腦。我們用的是機頂盒中的第二類增強性機頂盒。機頂盒將數字信號轉換成模擬信號給電視，所以我們電視機接收的還是加強后的模擬信號。
注1：一般電視台自己制作的電視節目還是模擬信號轉換成數字信號的，要是純數字制作，電視台的數字攝像機最大的可能是換固定在演播室的新聞攝像機，便攜式數字攝像機估計還沒有配備。