《有線數(shù)字電視技術(shù)》課件第1章

第1章緒論1.1有線電視技術(shù)的發(fā)展歷程1.2有線數(shù)字電視的優(yōu)點1.3有線數(shù)字電視的發(fā)展趨勢1.1有線電視技術(shù)的發(fā)展歷程

有線電視是利用高頻電纜、光纜、微波等傳輸介質(zhì)，在一定的用戶中進行分配和交換聲音、圖像及數(shù)據(jù)的電視系統(tǒng)。其主要特點是以閉路傳輸方式把電視節(jié)目傳送給千家萬戶。有線電視技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展離不開現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的孕育和催生。1949年，美國俄勒岡州的阿斯特利亞鎮(zhèn)為了解決電視陰影區(qū)居民收看電視的困難，在山頂上架設(shè)了增益高的大型天線，通過電纜把天線接收下來的信號傳輸?shù)骄用駞^(qū)，分配給用戶，這就是最早的共用天線系統(tǒng)(MATV)，這種方式一直沿用至今。隨著城市建設(shè)的逐步發(fā)展，高層建筑物越來越多，對電視信號形成遮擋，加之各類電波的干擾，致使MATV的發(fā)展受到限制。另一方面，隨著人們對文化、教育和信息等方面需求大幅度的提高，大家不再滿足于當(dāng)?shù)仉娨暸_開路播放的電視節(jié)目，而是期望實現(xiàn)高質(zhì)量、多頻道、多功能的電視傳播，面對電視大眾新的更高的需求，共用天線系統(tǒng)已無法適應(yīng)新的形勢。換言之，共用天線系統(tǒng)作為有線電視系統(tǒng)的初始階段的歷史使命已經(jīng)完成。大眾需求促進了技術(shù)進步，技術(shù)進步使有線電視跨出了共用天線階段，步入了有線電視的閉路電視階段。這一階段通常被人們稱為有線電視的開路電視階段。

CATV閉路電視階段在技術(shù)上的主要特點是以電纜傳播方式為主的公寓、辦公大樓、小型住宅區(qū)、大型企業(yè)或城域網(wǎng)絡(luò)，所以閉路電視又稱為電纜電視系統(tǒng)。電纜電視系統(tǒng)有效解決了電視節(jié)目的傳輸質(zhì)量和節(jié)目數(shù)量的增加，并在20世紀(jì)60～70年代得到全面發(fā)展。電纜電視采用了鄰頻傳輸技術(shù)，提高了頻帶利用率，增加了頻道容量，同時采用了電平控制技術(shù)，提高了信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。它是在有線電視臺、站配備前端設(shè)備，并用同軸電纜做干線傳輸，以閉路的方式組建電視臺網(wǎng)，其規(guī)模小到幾十戶，大到上萬戶。中小型有線電視網(wǎng)通常采用電纜傳輸方式，而大型有線電視網(wǎng)在體制和結(jié)構(gòu)上已從電纜向光纜干線與電纜網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的HFC形式過渡。有線電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的第三個階段為有線網(wǎng)絡(luò)電視階段。有線網(wǎng)絡(luò)電視的發(fā)展是伴隨著微波技術(shù)、衛(wèi)星電視技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展而同步進行的。20世紀(jì)80年代，采用多路微波分配系統(tǒng)、光纖傳輸代替同軸電纜進行干線和超干線傳輸?shù)姆绞竭M入實用階段，使有線電視的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為合理，規(guī)模更加擴大，使大范圍布網(wǎng)成為可能。有線電視由單向傳輸模擬電視節(jié)目向雙向傳輸多功能綜合業(yè)務(wù)方向發(fā)展已成為信息社會的必然趨勢。電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)的“三網(wǎng)合一”是信息社會發(fā)展的需要。隨著光纖技術(shù)逐步引入網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)最后1000米范圍的用戶接入系統(tǒng)。相比之下，采用同軸電纜分配結(jié)構(gòu)的有線電視分配網(wǎng)要比采用銅絞線的電信接入網(wǎng)更具有優(yōu)勢。HFC結(jié)構(gòu)的有線電視網(wǎng)，其數(shù)據(jù)傳輸速率是目前采用ADSL或N-ISDN接入方式的電信網(wǎng)的20～200倍，且傳輸距離長，運行成本低。因此近幾年來，有線電視網(wǎng)的寬帶特性備受關(guān)注，使得在國外有多個電信業(yè)巨頭不斷出資并購有線電視網(wǎng)?？傊?，CATV網(wǎng)絡(luò)以其實用性、經(jīng)濟性、技術(shù)性和先進性，不僅在國外，而且在國內(nèi)僅僅用了十多年時間，就已發(fā)展和形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)。為了適應(yīng)數(shù)字電視廣播或未來高清晰度電視廣播的傳輸要求，并滿足不斷增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，有線電視系統(tǒng)的數(shù)字化勢在必行。有線數(shù)字電視階段又稱數(shù)字有線網(wǎng)絡(luò)電視階段，它是有線電視技術(shù)發(fā)展的高級階段，是先進的有線電視系統(tǒng)。有線數(shù)字電視匯集了當(dāng)代電子技術(shù)許多領(lǐng)域的新成就，包括電視、廣播、微波傳輸、數(shù)字通信、自動控制、遙控遙測和電子計算機技術(shù)等，而且還將與“信息高速公路”緊密地聯(lián)系在一起。衛(wèi)星傳送與地面有線電視覆蓋的星網(wǎng)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)模式不僅成為21世紀(jì)廣播電視覆蓋的主要技術(shù)手段，也將構(gòu)成“信息高速公路”的基礎(chǔ)框架。它將改變傳統(tǒng)的信息傳遞模式，打破行業(yè)界限，做到統(tǒng)一規(guī)劃，建立一個寬頻帶、高速率的公用信息網(wǎng)絡(luò)，利用多媒體技術(shù)把計算機、電視機、錄像機、錄音機、電話機、電傳機和游戲機等融為一體，進行文字、圖像、音頻、視頻的多功能處理，將各種社會所需的信息服務(wù)業(yè)務(wù)納入網(wǎng)絡(luò)，從而給人們的工作、學(xué)習(xí)、衛(wèi)生保健、商業(yè)購物和娛樂方式帶來一次革命。目前世界范圍內(nèi)通用的數(shù)字有線電視網(wǎng)結(jié)構(gòu)為光纖同軸電纜混合網(wǎng)，即HFC網(wǎng)。該網(wǎng)既可以傳輸數(shù)字電視節(jié)目，也可以傳輸模擬電視節(jié)目，還可以傳輸數(shù)據(jù)，以及與Internet網(wǎng)相接。我國最早使用的數(shù)字電視系統(tǒng)是中央電視臺的衛(wèi)星加密頻道?？紤]到我國電視廣播的主要傳輸方式是有線電視廣播，如何充分利用有線電視的帶寬優(yōu)勢和HFC雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)使數(shù)字電視在有線電視網(wǎng)中得到充分應(yīng)用，成為眾多廠家都在考慮的問題。人類已步入21世紀(jì)，這是個信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，其基本特征是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化。縱觀世界，各國都在提出自己的信息基礎(chǔ)建設(shè)計劃。美國在1988年就成立了“有線電視實驗室”，由它來制定業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。日本也于2000年6月成立了“日本有線電視實驗室”，開始了制定標(biāo)準(zhǔn)的工作。為了進一步發(fā)展有線電視技術(shù)，從2000年4月起，日本開始了大容量有線電視傳輸技術(shù)、有線電視安全技術(shù)和雙向傳輸技術(shù)的研究開發(fā)。我國的有線電視經(jīng)歷了30余年的發(fā)展，已經(jīng)成為世界第一有線電視用戶國。我國的有線電視網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達52%，入戶率達27%，它已成為國家主要的信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之一。當(dāng)前，我國的有線電視正在向數(shù)字化、多功能化、產(chǎn)業(yè)化和全國聯(lián)網(wǎng)的方向普及和發(fā)展。我國有線數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)公布，該標(biāo)準(zhǔn)為大力發(fā)展有線數(shù)字電視奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。我國的數(shù)字電視廣播得到各級政府、有線電視運營商、設(shè)備制造商、投資商的普遍認(rèn)同，目前全國各有線電視臺(網(wǎng))都已開始了數(shù)字電視廣播，他們在積極探索如何利用有線電視網(wǎng)開展數(shù)字電視業(yè)務(wù)，有線電視的數(shù)字化改造和整體轉(zhuǎn)換已拉開序幕并取得了巨大成功。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，2005年全國已有49個大中城市開通了數(shù)字有線電視，目前正向中小城鎮(zhèn)縱深發(fā)展。 1.2有線數(shù)字電視的優(yōu)點

有線電視網(wǎng)之所以經(jīng)過短短幾十年就能夠在國內(nèi)外得以迅速發(fā)展，說到底是與其自身的優(yōu)勢分不開的。有線數(shù)字電視的主要優(yōu)點如下：

(1)可以解決位于電視信號弱場強區(qū)和陰影區(qū)用戶的電視接收問題，提高電視覆蓋率。

(2)抗干擾，提高了圖像的質(zhì)量。

(3)增加了頻道，可供給用戶更多電視節(jié)目。一般一個大城市的電視臺能發(fā)射七八套開路電視節(jié)目，中小城市的電視臺能發(fā)射四五套電視節(jié)目，否則將會與鄰近地區(qū)的電視臺形成同頻干擾。因此，僅靠開路傳輸電視節(jié)目，一個用戶的電視機能夠收到的電視節(jié)目是很少的。有線電視系統(tǒng)是一個獨立系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)部傳輸?shù)男盘柌皇芡饨绺蓴_，也不干擾其他系統(tǒng)的信號，因而最大限度地利用了頻率資源。除國家統(tǒng)一的電視標(biāo)準(zhǔn)頻道外，還可設(shè)立幾十個增補頻道，例如550MHz的模擬系統(tǒng)可傳60套節(jié)目。若采用先進的數(shù)字碼率壓縮技術(shù)，僅在一個頻道內(nèi)便可傳輸8～10套節(jié)目，因此，該系統(tǒng)可為用戶提供幾百套不同的電視節(jié)目。

(4)便于綜合利用。有線電視最大的優(yōu)點是可以實現(xiàn)綜合利用。有線電視系統(tǒng)是一個大型的寬帶網(wǎng)絡(luò)，它把千家萬戶聯(lián)系起來，我們不僅能在有線網(wǎng)絡(luò)中傳輸電視節(jié)目，而且還可傳送電話，包括可視電話及各種數(shù)據(jù)。

隨著有線電視向數(shù)字化方向發(fā)展，有線電視將能實現(xiàn)各種數(shù)字業(yè)務(wù)及交互式電視業(yè)務(wù)等新型服務(wù)方式，CATV網(wǎng)將成為多功能服務(wù)網(wǎng)。由此可以看出，有線數(shù)字電視比有線模擬電視將顯示出更多、更突出的優(yōu)點，概括如下:

(1)收視節(jié)目更多，內(nèi)容更豐富。

有線數(shù)字電視用戶收視的節(jié)目更多，這有三個方面的含義：一是可收看常規(guī)電視頻道的節(jié)目數(shù)大大增加；二是數(shù)字信號的比特流可以在一個傳輸頻道內(nèi)復(fù)接、交織，因而可使輔助信號或數(shù)據(jù)信號與視、音頻信號一起被發(fā)射、傳輸、儲存或處理，使原來的廣播電視頻道具有拓展綜合信息廣播的功能，增加了廣播電視節(jié)目的多樣性；三是數(shù)字業(yè)務(wù)、交互式電視業(yè)務(wù)專用頻道的開播，用戶由單純的收視者變?yōu)榉e極的參與者，利用專用頻道還可進行電話、計算機瀏覽等業(yè)務(wù)，也可以實現(xiàn)電視購物、電子銀行、遠(yuǎn)程教育、VOD等新型有條件接收的交互式業(yè)務(wù)。我國模擬電視的頻道寬帶是8MHz，一個8MHz電視頻道可以傳輸8～10套數(shù)字電視節(jié)目(有線數(shù)字電視的調(diào)制方式為64QAM)。也就是說，在不增加模擬信號頻道的情況下，可以開展視頻點播(VOD)及其他多媒體業(yè)務(wù)。另外，有線數(shù)字電視的節(jié)目源更為豐富，除了可以轉(zhuǎn)播當(dāng)?shù)仉娨暸_開路發(fā)送的電視節(jié)目、衛(wèi)星電視節(jié)目及其他有線電視臺或企事業(yè)單位的有線電視節(jié)目外，也可以轉(zhuǎn)播光碟、計算機硬盤、互聯(lián)網(wǎng)等媒介上的娛樂、特技或解說的內(nèi)容，使節(jié)目內(nèi)容豐富多彩。

數(shù)字電視在信號源編碼方面已有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，因此有線數(shù)字電視信號源進行國際間的交流更為方便、快捷。

(2)圖像質(zhì)量更好，伴音更為悅耳動聽。眾所周知，有線電視由于采用閉路方式傳輸信號，因此使圖像質(zhì)量大大優(yōu)于開路收視無線電視信號的圖像質(zhì)量。即使用普通彩色電視機收看，有線數(shù)字電視信號的圖像質(zhì)量也會更好(一般會提高一級)。

特別是在傳輸高清晰度的數(shù)字電視信號后，配合高清晰度的彩色電視機，可使用戶真正觀看到寬屏幕電影般的藝術(shù)效果；數(shù)字電視信號本身的技術(shù)特點，如無噪聲積累，不怕干擾，無幅度失真等，再加上閉路傳輸方式，較為徹底地解決了圖像重影、干擾等影響圖像質(zhì)量的諸多因素，從而使高清晰度的信號源能夠高質(zhì)量地傳輸?shù)娇蛻舳?。?shù)字電視信號的伴音質(zhì)量本身就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬電視，與CD音質(zhì)等同。特別是高清晰度數(shù)字電視的伴音為5.1聲道，加上有線電視優(yōu)越的傳輸條件，為用戶身臨其境地聆聽優(yōu)美的電視伴音提供了條件。

(3)頻道資源的利用更為充分。頻譜資源是有限的，對于無線傳輸?shù)碾娨曨l段有著嚴(yán)格的劃分。我國的無線電視臺、轉(zhuǎn)播臺通常采用隔頻發(fā)射方式，或VHF頻段覆蓋范圍靠近的兩個電視臺、轉(zhuǎn)播臺的工作頻道彼此之間至少要隔一個頻道，UHF頻段要隔六個頻道。例如，在北京地區(qū)中央電視臺第一套節(jié)目安排在VHF頻段的2頻道，北京電視臺第一套節(jié)目安排在VHF頻段的6頻道，中央電視臺第二套節(jié)目是8頻道，中央電視臺第三、第五套節(jié)目分別在15、33頻道，北京電視臺第二、第三套節(jié)目分別在21、27頻道。除此之外，各電視臺、轉(zhuǎn)播臺的鐵塔高度和設(shè)備的發(fā)射功率、天線形式都必須嚴(yán)格遵守國家的統(tǒng)一規(guī)劃。顯然，在這樣的工作方式下，其頻率資源不能得到充分利用。有線電視采用閉路傳輸，其信號不會對空間電波形成干擾，因此，不僅可以采用鄰頻傳輸，而且可以啟用無線傳輸留給其他鄰域的頻段，即所謂的增補頻段，使每個頻段都可用來傳輸電視節(jié)目，從而使頻譜資源得到充分利用。目前，我國有線數(shù)字電視信號釆用的調(diào)制方式一般為64QAM，可在一個8MHz的模擬信號帶寬內(nèi)傳送8～10套數(shù)字電視節(jié)目，從而使頻譜的利用率提高到一個新的水平。

順便指出，隨著有線電視系統(tǒng)的快速發(fā)展，同軸電纜的性能不斷提高，尤其是光纖的大量應(yīng)用，使網(wǎng)絡(luò)帶寬得到迅速提高，5MHz～1GHz的帶寬越來越受到重視，它為開展多種業(yè)務(wù)提供了非常富裕的頻譜資源。

(4)雙向服務(wù)與多功能業(yè)務(wù)的開展成為可能。隨著有線數(shù)字電視頻譜資源的開發(fā)，可使用頻道的大量增加和一系列新技術(shù)的應(yīng)用，在有線電視網(wǎng)上進行增值業(yè)務(wù)和擴展業(yè)務(wù)的開發(fā)成為可能。例如，把有線電視工作頻段劃分出一些作為上行傳輸專用頻段，開展雙向服務(wù)，利用圖像與聲音的回傳，用以實現(xiàn)電視會議、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、可視電話、電視購物及視頻點播等。

VOD就是有線電視臺提供的節(jié)目單，用戶可以從中選擇自己喜愛的節(jié)目進行點播。VOD改變了各類節(jié)目都必須按照電視臺安排的時間順序收視的被動方式，使用戶可以依據(jù)自己的時間靈活安排收看。另外，利用有線電視雙向傳輸功能，還能把圖像、語言、數(shù)字、計算機技術(shù)綜合成一個整體(即多媒體)進行信息交流。有線電視在監(jiān)控、防火、防盜和報警等方面也能為廣大用戶帶來新的服務(wù)項目?？梢灶A(yù)計，有線數(shù)字電視將成為國家一個新興的高科技的網(wǎng)絡(luò)媒體，將成為社會經(jīng)濟及人們?nèi)粘Ｉ钪械囊粋€新亮點。

(5)有線數(shù)字電視使電視信號的有條件接收變得更為容易。我國傳統(tǒng)的有線電視是直接接入用戶電視機的，這一方面使管理部門收取維護費用相當(dāng)麻煩，另一方面也無法向不同的用戶群提供優(yōu)質(zhì)的收費節(jié)目服務(wù)或提供特定收看內(nèi)容。在模擬電視信號中實現(xiàn)加擾、解擾或加密、解密等有條件接收，在技術(shù)上難度較大，弄不好還可能對電視圖像造成干擾，甚至影響圖像質(zhì)量。而在數(shù)字電視中這些問題的解決變得相對簡單，甚至可以在軟件上進行處理，真正實現(xiàn)有線電視的有條件接收，在管理上也由被動的局面變?yōu)橹鲃臃?wù)。 1.3有線數(shù)字電視的發(fā)展趨勢

在迎面而來的廣播電視數(shù)字化大潮的推動下，數(shù)字技術(shù)將在有線廣播電視、地面廣播電視和衛(wèi)星廣播電視中得到全面的應(yīng)用。同時，有線、衛(wèi)星和地面電視廣播等各種傳輸媒體的全面競爭也將更加激烈。所謂“全面競爭”，這其中包括業(yè)務(wù)的競爭、傳輸方式的競爭和服務(wù)的競爭。其中作為“潮頭”的有線廣播電視，要充分利用現(xiàn)有的用戶資源和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，開展適合于有線電視的新業(yè)務(wù)，使有線廣播數(shù)字電視能在廣播電視數(shù)字化這場革命大潮中不斷發(fā)展和壯大。在從模擬電視向數(shù)字電視的過渡階段，有線電視網(wǎng)主要將從模擬窄帶網(wǎng)發(fā)展為寬帶數(shù)字網(wǎng)，傳輸媒介以光纖為主，發(fā)展數(shù)字有線電視。在我國，目前有線電視的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下方面：

在節(jié)目源方面，實現(xiàn)C波段衛(wèi)星電視向Ku波段轉(zhuǎn)變，從線性編輯到非線性編輯過渡；

采用MPEG-2數(shù)碼壓縮技術(shù)，8MHz內(nèi)傳送4～8套節(jié)目，并從2008年起推廣具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的AVS壓縮編碼技術(shù)；

采用IP和SDH網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)從模擬向數(shù)字過渡的行政區(qū)域聯(lián)網(wǎng)及全國聯(lián)網(wǎng)；

采用數(shù)字或模擬加擾，實現(xiàn)有線電視付費收看；

開展綜合業(yè)務(wù)，如會議電視，點播世界廣播節(jié)目，數(shù)字音頻廣播(DAB)，數(shù)據(jù)廣播，圖文電視，計算機聯(lián)網(wǎng)，家庭購物，金融股市信息查詢，遠(yuǎn)程教學(xué)，遠(yuǎn)程治療等。進入20世紀(jì)90年代以后，廣播電視的全面數(shù)字化和因特網(wǎng)的迅速發(fā)展對有線電視形成了有力的挑戰(zhàn)，同時也給有線電視的發(fā)展帶來了千載難逢的機遇。全球在廣播電視數(shù)字化方面，美國因其科技與經(jīng)濟實力而走在發(fā)展的前列，除此以外，許多先進的國家如德國、西班牙、澳大利亞、英國、日本也相繼制定了自己的數(shù)字電視發(fā)展規(guī)劃。面對嶄新的形勢，有線廣播電視的發(fā)展機遇在于數(shù)字技術(shù)和業(yè)務(wù)服務(wù)的引進。其中，數(shù)字技術(shù)可以使本來已經(jīng)很寬的有線電視網(wǎng)增加更多的服務(wù)空間，而數(shù)據(jù)服務(wù)則可以使有線電視網(wǎng)真正走進信息基礎(chǔ)設(shè)施的行列。數(shù)字化能夠充分挖掘有線電視的雙向傳輸能力，真正實現(xiàn)寬帶高速接入，使有線電視網(wǎng)絡(luò)在21世紀(jì)的信息時代與廣大用戶更緊密地連接在一起。展望未來，有線電視的數(shù)字化決不僅僅是個產(chǎn)業(yè)的問題，它還有著更豐富的內(nèi)涵，這就是多媒體時代將隨著有線電視的數(shù)字化進入千家萬戶。大家知道，因特網(wǎng)的出現(xiàn)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)媒體時代已經(jīng)到來，網(wǎng)絡(luò)媒體的最大優(yōu)點是高速的交互