数字电视讲座--广电加油站

数字电视讲座

一、什么是数字电视？
数字电视是相对于模拟电视而言的。
我们知道，电视——就是实时向远处传送可视的活动图像。具体的方法，是先把光的图像变成与其对应的电信号，利用电信号可以传得远的特点，实现向远处传送的目的。
什么叫模拟电视？自然界的实际景物图象千差万异，无论从亮度层次上，色彩种类上，都是极丰富的。用电信号表示它，一定是一个可以取任意值的连续变化的电量。我们把这样直接与自然界实际图象对应的，连续变化的电信号称为模拟信号，就是模拟实际，与实际一样。用这种方式传送电视就是模拟电视。
什么是数字电视？先从用离散值代表模拟量谈起。举个例子，人的脚在一定尺度内，其长短分布是无限多个的，数值上是连续的。就是多长的都有，这好比模拟量。但实际在工厂生产鞋的时候，并不是这样，而是仅使用一定数量的号码，就适应了整个人群不同尺寸的脚。只要选择靠近的某些号码，就可以穿。这些尺寸不连续的号码，把连续的脚长“离散化”了，就是用离散量表示连续量，这种用离散量表示连续量的做法叫模拟量的数字化。
数字电视，就是设想用离散的电量表示连续的电量，在电视信号的产生、传输、接收各个环节上，都使用离散数字来表示、处理。也就是说，数字电视是信源、信道、信宿三个环节上全面数字化的电视系统。信源指节目的产生：摄、录、编；信道指传输；信宿指接收、显示。
数字电视由五个环节组成:
1、信源编码：就是把原始的模拟电视信号用数字编码来表示，也称为数字化、模/数转换（A/D转换）。然后，进行压缩。数字电视信号源有三项：视频数据流、音频数据流和辅助数据流。辅助数据流包括管理数据、有条件接收数据以及与节目有关的数据。
2、复用：就是把上述三项数据流合成一路。采用以“包”为单位的时分复用方式。首先把上面说的三项数据流分割成一定长度的包（也称分组），在“包”的头部加上标识，作为区分是属于哪个流的标志，以便在接收时把它们区别开。然后把它们合流为单一的复用流。一个视频数据流、一个音频数据流、一个辅助数据流合成一套节目流。尔后，多套节目流再合成为传输流。
3、信道编码和调制：上述数据流不适于在传输通道中传输。为了使信号适配于传输信道，减少传输过程的差错，还需要对数据流进行必要的处理（再编码），这种做法叫信道适配，也称为信道编码。它的作用主要是负责误码的检错和纠错。调制的作用是把基带数据流搬移到高频载波上去，把基带信号变成频带信号。使之可以在频分复用的模拟信道中
4、传输信道：有HFC、数字干线、卫星、无线、存储介质等。
5、接收机：就是机顶盒，实现上述四项环节的逆过程，把从信道上接收的数据流还原成原始的模拟电视信号。二、怎样把模拟电视信号数字化？
先要解决用离散数字来表示连续的模拟信号问题。打个比方：气温是逐渐变化的，每时每刻都在变化，因而它是随时间连续变化的模拟量。但观测气温不必每分每秒都测量，隔一定时间测一点画在坐标图上，连一条线，就表示了气温的变化。如果时间间隔合适，这条线的形状与连续不间断测量的曲线形状会基本吻合，即，用离散量可以表示连续的模拟量。
这种间隔测量的方式，叫做在连续变化的模拟量上的取样。这是把模拟信号数字化的第一步。
取样间隔多大合适？首先的原则是能基本如实的代表原来的连续模拟量。间隔太远了要漏去重要的信息，比如测气温，最高气温出现在每天的14：00，取样间隔太大，偏偏漏掉了14：00，就会发生大错。因而，取样间隔与信号性质有关，要符合奈奎斯特定理：即取样频率要大于信号最高频率的二倍。这样抽取的样值就包含了原来模拟信号的全部信息而不遗漏。例如电视亮度信号，最高频率是6Mhz，取样频率就应该大于2×6=12Mhz。取样的实现也简单，让信号经过一个电子开关，开关每秒钟接通12M次（当然每次接通时间都很短），就实现了在模拟信号中每秒取12M个离散了的样值。这些样值，不再是连续的了。
取样的结果，仅是把模拟信号进行时间上的离散。样值的幅度，仍然是模拟取值的，具有连续的数值。必须在幅度值上也进行离散处理，才能实现不仅时间上离散，幅度值上也离散。对幅度值的离散，就是把幅度值分成若干等级，对不在等级线上的进行舍零取整处理，归到相邻的等级上去。这与我们买鞋是一个道理。这样，连续的幅度值就用离散化的有限个等级取代了，这个过程叫做量化。
量化取多少个等级合适？等级多了好，但要付出的代价大。理论和实际都证明，对电视图象信号，用256个等级就可以了。
取样、量化只是在时间和幅度上把信号的表示做到了离散化，还不是数字化。数字化的目的是用“0”和“1”两个数字码表示一切等级、量值。为什么要用“0”和“1”，不用0—9，就是因为“0”和“1”最容易用电量来表示。如，有电压是“1”，无电压是‘0“；开关接通是“1”，开关断开是“0’。但“0”和“1”只能表示两个等级，256个等级怎么办？使用“0”“1”的排列组成码就解决了。这有如条码，条码只有黑、白两种条，但它们不同的组合可以编出无数的码，可以分别代表多种商品。例如，我们用8位“0”和“1”编成8位码，00000000、00000001、00000010……..11111111，就有了256=28种不重复的码，表示256个量。把量化后的信号，用“0”和“1”组成的码来表示，叫做编码。用数字编码表示量化的信号，模拟信号才算是真正数字化了。
总的是，模拟数字化三个过程：取样、量化和编码。三、有关数字压缩。
    讨论压缩的必要性、可能性和压缩的方法。
下面的讨论会看到，经过取样、量化、编码后的电视信号信息量非常大。
电视亮度信号的最高频率是6Mhz，每个色差信号大最高频率为两个1.5Mhz。根据奈奎斯特定理，亮度与色度信号的取样频率分别应该大于12Mhz和2×3Mhz=6Mhz。量化等级取256，需要8位二进制编码。这样，传送一套电视节目，所需要的码率（每秒钟传送码的位数）为
（12+2×3）×8=144Mbit/s。传送这么高的速率，对我们现在一个频道8Mhz的带宽，实在是大得了不得。实际上取样频率是13.5Mhz,量化比特数是10,因而码率为270Mhz。所以，要想使数字化节目真正能付之使用，必须对码率进行压缩。这就是数字电视信号压缩的必要性。
数字电视信号之可以压缩，是因为电视信号存在着冗余。首先是空间冗余。就是一幅画面内，各象素之间有很强的相关性。例如，蓝天，不必全部蓝天的每一个象素都传送一次，只传送一个象素就行，其余的，到接收点全部按第一个复制。这样一来就节约了大量信息，去除了冗余。其次是时间冗余。相邻两帧图像的内容也大体相似。我们可以不必每一帧图像都传，例如只传送第一帧、在接收端，第三帧用第一帧预测产生，第二帧用第一、三两帧取平均产生，这又可以压缩码率。再次，是人的视觉冗余。利用人眼对图象高频细节、色度信号灵敏度低的特点进行压缩，把人眼本来看不到的信号取消，以节省码率。这就是信号压缩的可能性。
压缩的方法，采用MPEG-2标准。它针对图像上述几种冗余的特点，运用运动估值、离散余弦变换（DCT）、自适应量化和熵编码等技术（实际是一些算法），实现对信号码率的压缩。把数字化后144Mbit/s的码率压缩到6Mbit/s，仍然可以保持SDTV的水平。而且压缩比可变，由VCD到HDTV等级都可以。目前数字有线电视使用的压缩等级是主级主类：MP@ML，相当于SDTV（标准清晰度电视720*576象素）水平。
运动估值是为了消除相邻帧间的空间冗余。因为相邻的帧间，图象大量的数据是相同的，不必都全部传输，仅传递相邻帧的变化部分就可以了，这样就可以压缩了传输的数据量。
离散余弦变换DCT，是将信号由空间域变换到频域，使信号能量集中到低频率。
自适应量化是针对DCT而言，因为人眼的视觉对图象细节不敏感，故表示图象细节的高频部分可以压缩。自适应量化就是对DCT变换后的高频系数采用粗量化，对低频系数细量化。实际上是基于视觉冗余。
熵编码，就是可变字长编码。给使用概率大的事件分配短字码，给使用概率小的事件分配长字码，最大限度的提高编码效率。四、数据电视的传输码流；
模拟电视信号经过A/D转换、压缩后，变成了由二进制脉冲组成的脉冲序列，叫做码流。每一套节目有视频码流、音频码流，这些与模拟信号一一对应的码流称为基本流ES。为便于传输，实现时分复用，基本流ES必须“打包”，就是将顺序、连续传输的数据流按一定的时间长度进行分割，分割的小段叫做“包”，因而打包也称为分组。在每个包前加上包头，就构成了打包的基本流PES。传送一套节目有三种基本码流：视频、音频和相应的数据流，需要把它们组合到一起，叫做复用。复用的方法是时分复用。上述把同一节目的三种基本流复用到一起叫节目复用。复用后，根据需要可以形成节目流PS和传输流TS。它们分别适用于不同的传输环境。PS包的长度较长，且可变，适用于在良好的媒质里传输。TS包长是固定的，188个字节，适用于容易出错的媒体中传输。在有线电视系统中传输的是传输流TS。
TS包的包头，长4个字节，包头里最重要的要素是包识别符PID，它标识该包是属于哪套节目的什么流。接着的是可变长度的适配域，后面是净荷，净荷携带实际内容。五、数字电视的特点。
与模拟电视相比，数字电视有如下特点：
⑴数字信号传输噪声没有积累。我们知道，模拟信号在传输的每个环节，都要加入噪声，如放大器，每级放大器的噪声都要加进去，放大后信号大了，C/N低了。数字信号是一连串的“0”和“1”脉冲序列，在传输过程中，侵入的噪声可以通过再生的方法去除。所谓再生处理，就是收到信号后，不是直接放大，而是重新在有脉冲的位置制作一个形状完全相同的脉冲，恢复信号中脉冲的原样而清除了噪声。再生是基带数字传输抗干扰的重要手段。其次，数字传输技术有非常有效的纠错方式，如我们使用的R-S纠错，可以把误码率由10E-4改善到10E-12。所以，我们收看数字有线电视时，主观感觉最为明显的是画面清洁，没有杂波、雪花。从维修的角度，数字信号对C/N的要求也比模拟信号宽容。模拟信号C/N=43dB时可以得到4分的收看质量。数字电视C/N=31dB就可以满意收看。事实上，整个网络中，数字信号的功率电平就是以比模拟电平低10dB来传输的。
⑵数字信号的传输和处理过程不存在非线性失真。
⑶有较好的收视稳定性。模拟电视的收看质量的劣化是渐变的，图像由好到坏有一个过程，令人讨厌。数字电视收看质量的劣化有“断崖效应”，只要有图像，质量就是好的，无噪点，稳定。信号劣化，就立即马塞克，没有过渡。相对于模拟信号，给收看者以稳定的感觉。
⑷模拟改数字以后，极大地释放了频率资源。
由于采用压缩率非常高的MPEG-2压缩方法，使码率降低很多，加上采用高效率的调制方式，可以在一个8Mhz的带宽里传送6套以上质量达到标准清晰度（SDTV）的节目。这给有线电视提供更多套节目，为实现NVOD、VOD提供资源。
⑸可以在现行传输体制下传输高清晰度电视（HDTV）。
⑹数字信号容易处理，易于使用大规模集成电路和微型化，生产时设备一致性好，无须调整。容易大量使用软件，实现智能化操作。
⑺对节目加扰、加密容易、可靠，保证商业运作。六、数字电视信号是怎样在有线电视HFC网上传输的？
模拟电视连续的电信号数字化后，变成了完全由“0”、“1”组成的脉冲串（经过MPEG-2编码形成由MPEG-2包组成的传输流）。直接把数字串在网络上传送，叫做基带传输（未经某种处理的数字信号称为基带信号）。它要占用从0开始的无限带宽。但是我们现在的HFC网络，传输模拟电视信号是采用AM-VSB（残留边带调幅）频分复用方式传输的。就是说，每套电视节目先调制到一个指定的高频率载波上（采用残留边带调幅方式），每一个高频率载运一套节目，占用不同频率的载频，混合送到HFC网络上传输。节目是以频率不同而区分的，这就是频分复用。每套节目占用的频带宽度都是8Mhz。这就是我们目前HFC的规矩——体制。数字化后的基带，不符合目前HFC的传输体制，没有办法让数字电视信号以基带的形式上网与现有的模拟电视信号兼容传输。数字电视信号要服从原来的规矩，这叫做兼容。为了使数字基带信号适应HFC网络的要求，与模拟的频带信号在HFC中兼容传输，就需要对数字基带信号做适当处理，我们称这种做法叫信道编码。就是说，信道编码，是使数字基带信号适配进HFC网络的过程。
信道编码是在前端完成的。包括以下几个部分：码流的随机化；R-S编码；卷积交织；字节到字符的映射；差分编码；基带成型滤波和QAM调制。
码流的随机化（也叫扰码）处理，有两个目的：一是防止在特殊情况下出现调制器输出未调制载波，对系统产生干扰。二是把MPEG-2码流中的连“0”、连“1”信号搅乱。因为连“0”、连“1”会破坏传输系统的定时功能，而定时一旦被破坏，收、发双方会失去同步，时分复用的数字传输就完全乱了。随机化的方法，是采用伪随机码（PRBS）对输入的MPEG-2码流进行随机化处理。就是用较长的伪随机序列与MPEG-2序列送如移位寄存器一个比特一个比特地“模2加”，使原来的信号规律也具有了伪随机性质。这样连“0”、连“1”的现象就被消灭了。由于伪随机码具有相当大的带宽，码流被随机化处理以后，功率谱被扩散，所以随机化处理也叫能量扩散。
R-S编码是为了纠错的。模拟方式传输错误一般称为失真——与原信号不一样。模拟传输时，失真的表现是渐变的。收视者对限度以内的失真劣化可以容忍。数字电视中的一切劣化集中表现为码错误——误码。数字信号误码对图像质量的影响有断崖效应，即码错误率超过一定值，整个图象会立即变成不可看，收视者没有容忍的余地。所以数字传输要集中力量解决误码问题，采用有效的措施，纠正传输误码。现在使用的R-S编码，纠错能力相当强，对每个传输包而言，可纠正8个字节随机错误的任意组合，或者可纠正长度不大于57的突发错误。具体的说，在输入误码率10E-4的情况下，纠正错误码，达到10E-12。误码率劣于10E-4已经无法恢复图像，而10E-12相当于几个小时才出现一个误码。可见其纠错能力之强。
R-S纠错是在发送端的MPEG-2码流中插入16个用于检验的冗余字节，使MPEG-2的传输包由188字节变成了188+16=204字节。在接收端，靠检验该冗余字节的情况，来判断并纠正错误。RS编码称为外层纠错编码，对突发干扰有较强的纠错能力。
卷积交织，是内层编码，它能使连续发生的误码发散。DVB-C采用的卷积交织深度为I=12。
字节到字符的映射（转换），也是一种适配。MPEG-2的传输流是以字节为单位传输的，1字节=8比特。在后面要进行的QAM调制中，是以符号为单位进行的。在2mQAM调制中，1个符号代表m比特（64QAM m=6）。由1字节=8比特转换为1符号=m比特，称为字节到符号的映射。映射就是转换，在64QAM，要将3个字节转换为4个6bit的字符。打个比方说，学生看电影，每8个人一组去影院。而影院是每6个人一条凳子。这样，学生就得由每8个人一组，转换为每6个人一条凳子。
差分编码。数字电视的调制方式是正交调幅，它需要把码流分成两路，一路称为同向分量I，一路称为正交分量Q。I和Q分别对频率相同而相互正交的载波进行幅度调制（两个正交的载波是cosωt和sinωt）。最后，二者叠加成QAM调制信号。因而，进入QAM调制之前，要把数据码流分成两路，即差分编码。它实质上是把单路串行码流分成两路并行码流。
基带成型滤波是脉冲波型变换。比特信号的“0和“1”是方脉冲，具有无限带宽。我们的网络是限带的（每个频道8Mhz），自然无法适应。为了减少比特占用的带宽，又不影响收到信号的判决，可以把方的脉冲改变一下形状。把上升沿和下降沿由突变的直线变为圆滑的曲线，把方波圆滑化。这种方法称为滚降。在电路上是使方形脉冲通过一个升余弦滚降滤波器。其滚降系数取α=5。
调制，是解决数字基带信号不能直接在HFC网络中与模拟信号按频分复用兼容传输的问题。用基带信号改变高频率载波的某个参数，让高频率载波载运基带信号并实现频谱从基带到载波频率的搬移，叫做调制。频率搬移是频分复用所必须的。调制就是使载波的参数按所载运基带信号的变化而变化。用载波的不同状态表示基带信号。调制方式有调幅（AM），调频（FM），调相（PM）几种。我们使用的是QAM调制，叫做正交幅度调制。它先把调制信号码流分成独立的两路，分别对同频正交的两个载波进行双边带抑制载波调幅，最后两路已调信号相加输出。QAM调制是幅度调制与相位调制的结合，既调幅又调相。有线电视使用的QAM调制是64QAM，就是调制后，载波有64种状态，每个状态代表一个符号（一个符号是6位比特组成的码）。
64QAM的调制状态可以直观的用星座图表示。座标里的64个点，代表64个符号。正常时，这些符号点在小方格中间。信号的劣化，造成符号点的偏移，严重时偏移到格子外，就“串”了。造成符号被错判。
MPEG-2码流经过上述的信道编码、调制，最终把传输码流载运到一个指定频率、8Mhz带宽的高频率载波上。从高频率载波的形式讲，它与现在HFC网中传输的模拟电视频道信号就一样了，可以堂而皇之的混合进网传输了，并与模拟信号同等待遇，被光链路、电缆链路传输到用户.
64QAM调制由于既调幅又调相，频率利用率高，每8Mhz带宽可以传输的信息速率达40Mbit/s以上，我们选为38Mbit/s。就是说，把几套节目先通过复用器复用成38Mbit/s的多节目传输流MPTS，再送进调制器。
64QAM的性能为：进制8，频谱利用率6bit/Hz，每套节目压缩到1.5Mbit/s时，每8Mhz频道可以传送17套节目,压缩到2Mbit/s时，可以传送13套节目,压缩到4Mbit/s,可以传送6套节目。正常接收所需要的C/N（无纠错）28dB，用R-S纠错为23dB。
经调制后码速率的变化如下：
R-S编码，由于传输包长由188变成了204字节，每包码字数增加了，速率将提高到约为38×204/188=41Mbit/s。
字节到字符映射，因为每字符为6bit，比特速率变为字符速率约为41/6=6.8Ms/s(每秒字符)。再经升余弦滚降滤波，我们实际使用的符号率是6.875Ms/s。这是一个非常重要的传输参数，是配置调制器和机顶盒必须的。

七   有线电视前端。
㈠数字有线电视前端的功能：
数字电视信号在有线电视HFC网内的传输，核心是信号对网络的适配问题。模拟电视信号数字化、压缩即信源编码，解决了用数字比特代表连续的模拟信号和速率对网络的适配。那么如何解决传输对网络的适配，使用户达到满意的接收，这就是前端要解决的问题。
具体说，前端的主要功能是：
⑴组织节目。
节目为王。向用户提供多套数，高质量的节目是数字电视的生命所在。数字有线电视的节目源主要有：来自卫星的节目；以SDH形式从光缆传来的节目；本地自办节目；由视频服务器播出的NVOD、VOD节目；由本台更新、增加的电子节目指南（EPG）等。前端的组织作用，就是要把这些不同的节目进行数字化，压缩编码等过程，统一为MPEG-2传输流（MPEG-2 TS）和ASI接口格式。
⑵监视、调度和切换播出节目。
在有线电视HFC网中，数字电视也应当按每8Mhz带宽一个频道来传输。那么，哪个频道传送哪几套节目，以及节目之间的切换、调度，都要在前端完成。完成这个任务的设备是一个多输入口，多输出口的数字切换矩阵，也称路由器。它还可以为信号源的监视提供选择节目的功能。
⑶系统管理。
数字有线电视节目是以一种新的付费方式提供给授权用户的。因而可靠的授权管理是数字有线电视必备的功能。系统管理包括有条件接收系统CAS、用户管理系统SMS和网络管理系统NMS。
有条件接收系统CAS；对节目和数据进行加扰、加密，对用户进行授权管理，实现有偿服务。
用户（订户）管理系统SMS：对用户进行管理，包括用户信息、用户设备信息、数字产品信息、订购信息、授权信息、财务信息等。
网络管理系统NMS：对前端和网络设备进行集中管理，包括规划、参数设置、检测报警等。从信号形成、流向到质量进行控制，对系统运行状态、故障、错误进行报警，保证系统协调、正常、安全运行。
⑷复用。
为了与模拟传输体制兼容，从多种渠道组织来的数字电视节目，都需要调制到8Mhz带宽的不同频道上。而每个频道不但载运不只一套节目，还必须载运引导接收机正确工作的节目专用信息PSI、业务信息SI、电子节目指南EPG以及授权管理信息ECM、EMM等。这些都需要在进入调制之前把它们复用到一起。
⑸进行信道编码和调制，实现与有线网络的传输适配。
㈡前端的组成。
比照模拟电视前端的组成，数字前端可以分为输入、处理和输出三部分。
⑴输入部分。
输入部分的主要功能，就是把来自不同渠道、不同格式的视音频信号，进行数字化、压缩编码或码流适配，统一为符合DVB-C标准的MPEG-2传输流格式和ASI接口的传输流，输出到处理部分。
数字电视的节目源有：卫星接收（数字或模拟）、数字干线SDH、本地自办、视频服务器或媒体播放器输出的数字节目（本地自办、NVOD、VOD）、各类数据广播节目等。与节目相关的PSI、SI、EPG以及各种管理信息，也都是必须进入网络和节目一起向用户传输的。
前端信号的统一格式是什么样的？
是DVB-C标准规定的MPEG-2传输流。由长度为188字节的传输包组成。每个包有4个字节的包头，可变字节长度的适配域和有效载荷。在传输链路里，这些MPEG-2传输包一个包一个包的串行传输。
实际上，为了提高系统的纠错能力，每个包增加了长度为16个字节的R-S纠错码，包长变成了204字节。
在整个数字有线电视系统中，设备与设备间，设备与线路间的传输接口，被规定为ASI（异步串行接口）。它的传输速率为270Mbit/s，可以轻松地承载8Mhz带宽，64QAM调制的数据流。ASI物理接插形式，用得最多的是BNC卡口。
下面研究不同格式接口的节目如何统一成MPEG-2传输流格式和ASI接口。
模拟视音频节目，经编码器完成数字化、压缩形成MPEG-2格式。编码器输入视音频信号，输出码率可在1.5?15Mbit/s之间调整的MPEG-2传输流，输出接口是ASI。
SDH传送的数字电视节目，已经是MPEG-2传输流。对应于电视的输出口是DS-3（或E3）口，以45Mbit/s的速率传送5?6套复用的节目。把它纳入数字有线电视，只需在SDH输出与数字有线电视的输入之间加一个适配器完成DS-3到ASI的转换就可以了。
点播类节目，如NVOD、VOD也是数字电视的重要节目源。它是由视频服务器经硬盘播出设备输出MPEG-2码流的。将此类节目接入数字前端，需要作接口的转换。一般来说，用于HFC网络播出的硬盘播放器，大都提供ASI接口，甚至已经将码流调制到高频载波上形成64QAM射频信号。输出为ASI接口的可以直接进切换矩阵，64QAM输出的，只要频率和电平合适，就直接与现有的模拟频道混合，进入HFC传输。对于输出口为DS-3（45Mbit/s）、ATM（155Mbit/s）以及高速以太网口，都需要经过适配器将接口转换为ASI，才能进数字切换矩阵。
开展多媒体传输和因特网接入，还要通过数据广播服务器、IP网关（代理服务器）等，组织相关信号。
⑵处理部分：
信号处理部分是前端的核心。它的功能是：对所有输入的节目码流进行切换、调度、分组、复用（再复用）；插入（更新）节目专用信息PSI、业务信息SI、电子节目指南EPG、各种管理信息（ECM、EMM）等，把它们与节目信号一起复用进数字传输通道；对条件接收节目进行加扰；进行节目管理、用户管理和系统管理。
数字切换矩阵。切换矩阵也叫路由器。它有若干个输入口和输出口，可以实现任意输入端口的信号从任意输出端口输出，可见它可以实现输入与输出节目的强大调配功能。在数字电视里使用矩阵的意义更大。数字电视的一个载波频道，可以载运6套以上电视节目，载运哪几套，组合是灵活的，有时需要调整，有了矩阵就容易了。还有，在数字电视播出中，增加一套节目，不是象模拟那样加一台调制器，它是在虚拟状态下进行的：只要把要增加的节目从矩阵输入端接入，切换到一个复用器上，复用进某个频道就成了。
复用器：所谓复用，是使多路信号共享一条物理信道。例如，一个载波频道可以载运6套节目，首先要在未调制前将六套节目的传输码流按时分复用的方法复用到一起。时分复用（TDM），是把传输通路分成若干个时间段（时隙），每段时隙分配给一套节目或一个特定的码流。。在分配的这段时隙内，节目唯一的占有整个频带，各节目周期的轮流占用。完成复用功能的设备叫复用器。
复用器可以把多路单节目传输流（SPTS），按时分复用成一路多节目传输流（MPTS），这叫做复接。也可以把输入的一路MPTS，分开成多路SPTS，这叫做分接。
复用器可以输入节目传输流，也可以输入PSI、SI、EPG等数据流，实现复用。
总的说，复用器要有如下功能：接口为ASI；可以输入单节目传输流SPTS，也可以输入多节目传输流MPTS；有PSI/SI生成、替换功能；支持PID重新映射（可以改变PID）；可以插入EPG：有数据接口TCP/IP。
复用方式有一般复用和统计复用。
一般复用是，多路信号复用后输出信号的码率等于各路输入信号码率之和，各路输入信号的码率不变。
统计复用是，根据信号的特点，动态地调整每路信号的码率。例如体育节目，动作变化大，需要占用较大的码率；教育节目静止画面多，不需要大的码率。二者使用一个复用器，互相调剂码率，充分利用资源，又保证每套节目都达到满意效果。
复用在复用器中进行。复用器的功能有；
对每个输入码流进行检测，包括TS流同步是否丢失，同伴字节是否错误，TS流是否连续，PAT、PMT表和PID值是否正确等。
从输入的MPEG-2 TS中过滤出基本流ES，提取PSI/SI。
将基本流复用成符合MPEG-2标准的TS流，同时生成PSI/SI。
已经加扰的码流不再解扰，直接以加扰形式与其它码流复用，包括ECM、EMM。
以上几点提示我们，有线电视里的许多数据，如与节目有关的信息EPG、PSI、SI，管理信息ECM、EMM，加扰信息等都是从复用器加入的。
处理部分的另一个重要功能是加扰。因使用设备不同，加扰可以在有内置加扰模块的复用器中进行，也可以外接独立的加扰器进行。
⑶输出部分：
前端输出部分的功能，是把处理部分送来的，已按每8Mhz带宽容量复用和加扰好了的多路数字电视节目传输流（含节目、PSI、SI、EPG及管理信息），变成可以在有线电视HFC网络中传输的64QAM调制射频信号。
该在前端，信号的统一格式是什么样的？
是DVB-C标准规定的MPEG-2传输流。由长度为188字节的传输包组成。每个包有4个字节的包头，可变字节长度的适配域和有效载荷。在传输链路里，这些MPEG-2传输包一个包一个包的串行传输。
实际上，为了提高系统的纠错能力，每个包增加了长度为16个字节的R-S纠错码，包长变成了204字节。

在整个数字有线电视系统中，设备与设备间，设备与线路间的传输接口，被规定为ASI（异步串行接口）。它的传输速率为270Mbit/s，可以轻松地承载8Mhz带宽，64QAM调制的数据流。ASI物理接插形式，用得最多的是BNC卡口。
下面研究不同格式接口的节目如何统一成MPEG-2传输流格式和ASI接口。
模拟视音频节目，经编码器完成数字化、压缩形成MPEG-2格式。编码器输入视音频信号，输出码率可在1.5—15Mbit/s之间调整的MPEG-2传输流，输出接口是ASI。
SDH传送的数字电视节目，已经是MPEG-2传输流。对应于电视的输出口是DS-3（或E3）口，以45Mbit/s的速率传送5—6套复用的节目。把它纳入数字有线电视，只需在SDH输出与数字有线电视的输入之间加一个适配器完成DS-3到ASI的转换就可以了。
点播类节目，如NVOD、VOD也是数字电视的重要节目源。它是由视频服务器经硬盘播出设备输出MPEG-2码流的。将此类节目接入数字前端，需要作接口的转换。一般来说，用于HFC网络播出的硬盘播放器，大都提供ASI接口，甚至已经将码流调制到高频载波上形成64QAM射频信号。输出为ASI接口的可以直接进切换矩阵，64QAM输出的，只要频率和电平合适，就直接与现有的模拟频道混合，进入HFC传输。对于输出口为DS-3（45Mbit/s）、ATM（155Mbit/s）以及高速以太网口，都需要经过适配器将接口转换为ASI，才能进数字切换矩阵。
开展多媒体传输和因特网接入，还要通过数据广播服务器、IP网关（代理服务器）等，组织相关信号。
⑵处理部分：
信号处理部分是前端的核心。它的功能是：对所有输入的节目码流进行切换、调度、分组、复用（再复用）；插入（更新）节目专用信息PSI、业务信息SI、电子节目指南EPG、各种管理信息（ECM、EMM）等，把它们与节目信号一起复用进数字传输通道；对条件接收节目进行加扰；进行节目管理、用户管理和系统管理。
数字切换矩阵。切换矩阵也叫路由器。它有若干个输入口和输出口，可以实现任意输入端口的信号从任意输出端口输出，可见它可以实现输入与输出节目的强大调配功能。在数字电视里使用矩阵的意义更大。数字电视的一个载波频道，可以载运6套以上电视节目，载运哪几套，组合是灵活的，有时需要调整，有了矩阵就容易了。还有，在数字电视播出中，增加一套节目，不是象模拟那样加一台调制器，它是在虚拟状态下进行的：只要把要增加的节目从矩阵输入端接入，切换到一个复用器上，复用进某个频道就成了。
复用器：所谓复用，是使多路信号共享一条物理信道。例如，一个载波频道可以载运6套节目，首先要在未调制前将六套节目的传输码流按时分复用的方法复用到一起。时分复用（TDM），是把传输通路分成若干个时间段（时隙），每段时隙分配给一套节目或一个特定的码流。。在分配的这段时隙内，节目唯一的占有整个频带，各节目周期的轮流占用。完成复用功能的设备叫复用器。
复用器可以把多路单节目传输流（SPTS），按时分复用成一路多节目传输流（MPTS），这叫做复接。也可以把输入的一路MPTS，分开成多路SPTS，这叫做分接。
复用器可以输入节目传输流，也可以输入PSI、SI、EPG等数据流，实现复用。
总的说，复用器要有如下功能：接口为ASI；可以输入单节目传输流SPTS，也可以输入多节目传输流MPTS；有PSI/SI生成、替换功能；支持PID重新映射（可以改变PID）；可以插入EPG：有数据接口TCP/IP。
复用方式有一般复用和统计复用。
一般复用是，多路信号复用后输出信号的码率等于各路输入信号码率之和，各路输入信号的码率不变。
统计复用是，根据信号的特点，动态地调整每路信号的码率。例如体育节目，动作变化大，需要占用较大的码率；教育节目静止画面多，不需要大的码率。二者使用一个复用器，互相调剂码率，充分利用资源，又保证每套节目都达到满意效果。
复用在复用器中进行。复用器的功能有；
对每个输入码流进行检测，包括TS流同步是否丢失，同伴字节是否错误，TS流是否连续，PAT、PMT表和PID值是否正确等。
从输入的MPEG-2 TS中过滤出基本流ES，提取PSI/SI。
将基本流复用成符合MPEG-2标准的TS流，同时生成PSI/SI。
已经加扰的码流不再解扰，直接以加扰形式与其它码流复用，包括ECM、EMM。
以上几点提示我们，有线电视里的许多数据，如与节目有关的信息EPG、PSI、SI，管理信息ECM、EMM，加扰信息等都是从复用器加入的。
处理部分的另一个重要功能是加扰。因使用设备不同，加扰可以在有内置加扰模块的复用器中进行，也可以外接独立的加扰器进行。
⑶输出部分：
前端输出部分的功能，是把处理部分送来的，已按每8Mhz带宽容量复用和加扰好了的多路数字电视节目传输流（含节目、PSI、SI、EPG及管理信息），变成可以在有线电视HFC网络中传输的64QAM调制射频信号。
该功能由信道编码和调制两部分完成，但二者都装在调制器里边。
QAM调制器的主要接口。
QAM调制器的信号输入是经复用的MPEG-2传输流TS。输入物理接口是异步串行口ASI。型式为BNC 75欧同轴卡口。一般还带有一个ASI输出口，它与输入ASI口是环通的（电平相等，有源的），供另外的设备使用。
如果需要DS-3（E-3）或PSI（同步并行接口）输入接口时，可以定制。有DS-3接口，可以直接与SDH的DS-3输出连接，省去了DS-3/ASI的适配器，因为适配器内置于里边了（如华为的调制器）。
调制器的主输出口是电视频道RF输出。每频道8Mhz带宽，中心频率可以捷变，输出电平可调，都是通过前面板的菜单设置。物理接口是75欧同轴F座。一般还设有-20dB测试口。
调制器还有中频IF输入/输出口。输入口输入已经QAM调制的中频IF信号，这时候调制器只起变频率的作用，把中频IF转移到电视频道上去。中频输出口输出经本调制器调制的QAM中频信号，供另外的设备使用。使用时要注意中频的频率。
还有遥控接口，一般是Sub-9 RS485口。
综上所述，数字电视在HFC网络中的传输是三个环节，即信源——信道——信宿。对应的就是前端——网络——机顶盒和信源适配、信道适配。机顶盒成为数字电视传输的一个重要环节是一大特色，将来，机顶盒的维修可能纳入网络维护工作中。
网络传输中要注意的几个概念：
1、64QAM调制频道传输实质上是数字信号的模拟传输，HFC网络可以不做任何改动，包括电放大器、光设备、无源器件等。
2、关于传输电平：与模拟传输相同，都受限于有源器件的非线性动态范围。现在设为比模拟低10dB，是由于二者功率分布不同，前者为峰值，后者为平均功率。全网整体平移后，虽全部传输数字调制信号了，电平仍然低10dB是合理的。
3、在模拟传输时忽略了的网络和设备相位特性，在传输数字QAM信号是成为重要矛盾。
二、节目专用信息PSI和业务信息SI：
数字电视与模拟电视一个最大的不同是数字电视的接收必须由前端提供的信号引导才能完成。不象模拟电视接收，只要选好频道就可以直接解调，就把信号取出来了。数字电视一个射频频道载运的一路传输流中，时分复用着多套节目，一套节目又由各自的视频流、音频流和相应的数据流。如何从复合的信息流中把它们分开，必须前端提供识别的办法。又如哪个频道载运的是哪几套节目，这些参数也必须由前端提供。所以，数字电视系统在传输视、音频数字信号之外，还必须把与节目有关的数据同时不间断的传输下去。这些向接收设备传送的与业务有关的信息，是数字电视码流的重要组成部分，称为节目专用信息PSI和业务信息SI。它们的作用是帮助接收设备从码流中选择业务和事件，引导接收机搜索节目，找到构成节目的视音频组件等。
（一）节目专用信息PSI：
1、PSI的作用：节目专用信息PSI的主要作用是自动设置和引导接收机进行解码。因为它提供接收解码所需的各种参数和同步信息，提供节目与包识别符PID的关系。因而PSI的传输是不能中断的，并且是不能被加扰的。至少每秒传输20次。PSI的损伤也会造成收看的马塞克。
2、PSI的组成：PSI由节目关联表PAT、节目映射表PMT、有条件接收表CAT、传输流描述表TSDT四个表组成。
PAT是PSI的根。接收机必须从寻找PAT开始整个接收过程，因为下边的一切表和PID都从PAT开始查找。
PMT指出某个节目由哪些组件构成，给出各组件的PID和节目时钟基准PCR的PID。
CAT给出系统CA标识，指定授权管理信息的PID。
TSDT提供传输流参数。
PSI的所有表都不被加密。
（二）业务信息SI：
1、为什么还要引入SI？因为PSI不足以满足接收端的全部需要，所以采用SI对PSI进一步扩展。
SI提供整个网络所有传输流TS的频点、全部频道/节目的信息，使接收端可以调谐、接收特定的节目，并对节目进行分组；为解码器构成EPG及频道自动搜索功能；提供网络信息。
SI的主要目的是：自动利用PAT、PMT、NIT进行频道搜索；选择节目和定位；实现EPG：作为应用程序接口API的基础；进行CA控制。
2、SI的组成：SI包括网络信息表NIT、业务描述表SDT、事件信息表EIT、时间及日期表TDT四个必须传送的基本表与一些可选的表。SI中只有EIT可以被加密。别的表是不可以加密的。
NIT提供与多组传输流、物理网络及传输相关的信息，如调谐频率、编码方式、调制方式、业务列表等。
SDT给出复用器中与每个业务有关的名称、业务提供者、业务类型等信息。
EIT相当与广播电视节目报的节目表，给出节目（Event）的时间安排。如节目识别号、名称、起止时间、长度、运行状态、是否加密、节目介绍、节目码流类型、使用的加密系统、节目类型、限制级别、交互联系电话号码等。
TDT提供当前日期和时间。
三、电子节目指南EPG：
（一）什么是EPG？是给接收端提供的一种应用。EPG是同数字电视传输流一起传到用户的，用户通过浏览EPG的内容可以获悉当前和未来及天的节目安排等信息，如，目前共有哪些节目，节目时间表等。用户操纵遥控器上的EPG按钮，即可在屏幕上浏览EPG的内容。EPG用于向用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式，并提供分类功能，帮助用户选择节目。
EPG为多层显示方式，用户通过遥控器分层浏览。
EPG建立在SI基础上，根据EIT、SDT提供的提供的信息工作。

（二）如何实现EPG？
一是前端的EPG编辑器，二是用户机顶盒中要有相应的接收/显示控制软件，二者一一对应。
（三）SI的三种插入方法：SI是在复用器合成传输流TS时插入的。
1、   经复用器应用程序接口API插入。
2、   经复用器异步串行接口ASI插入。
3、   经加扰器插入。

八、有条件接收基本知识
（一）什么是有条件接收系统CAS？
为什么数字电视要采用CAS？是广播电视网络从原来粗放型经营向集约经营管理的要求。集约经营是指在前端复用器里对提供的节目或服务进行管理，通过用户管理系统（SMS）对每个用户的要求实行记录、统计、管理，使整个系统提供的各种服务精确到每个终端。在终端，用机顶盒实现系统提供的各种服务。
CAS贯穿于前端服务器、SMS、机顶盒三个环节中。
CAS的目的是将收费服务对应的码流加扰，使每个用户必须按时交费才能获得服务。
CAS的功能：对传输的数字信号加扰，对用户密钥加密，建立一个确保只有被授权用户才能收到节目的用户授权管理系统。
CAS涉及的技术很广，但主要的是加扰和加密。
（二）几个有关概念：
1、加扰：指在前端系统的控制字CW的控制下，连续不断的对被传送的全部内容（视、音频流和数据流）进行扰乱，使不用恰当的解码器和密钥就不能收到正确的信号。
加扰的方法是由伪随机码发生器产生的伪随机序列与原始的传输流进行XOR运算，改变被传输信息的特征，使信号变为不可预测的数据流。
2、控制字CW：指用于解码器中的电子密钥。解扰的关键是必须掌握伪随机序列发生器的初始条件，初始条件受控于控制字CW，有了CW就可以恢复加扰时使用的伪随机序列，可以实现对信号的解扰。
CW是CA的关键，必须可靠的传输。CW由前端加密后经网络传送到用户机顶盒的智能卡上，经解密后产生密钥。为了防止被破译，CW要不断改变，一般每隔5—20秒改变一次。
3、同密：是一种加扰方式。该方式通过同一种加扰算法和控制字使多个条件接收系统一同工作。这种方式便于多级运营管理，为多级运营商选择CA系统提供灵活性（不必大家都使用同一CA系统）。而每台机顶盒也只须选用一种CA系统，不必装多个CA系统。这样便于不同的CA开发商在同一网络中公平竞争。
4、多密：也是一种加扰方式，也称公共接口CI方式。是针对接收端机顶盒而言的。在多密方式下，每台机顶盒通过公共接口CI对不同的CAS解密。即用同一台机顶盒接收不同CA系统的加密节目。当CA更换时，仅需更换CA模块，不必换盒。从而实现机卡分离。机顶盒是通用的，卡是由不同运用商管理的。机顶盒换网络，只需换卡。
5、解扰：加扰的逆过程。指接收端用相同的伪随机码对已加扰的传输流做同样的XOR运算，还原出加扰前的码流。
6、加密：指为了加扰信号而进行的连续不断的改变密钥的处理。
7、授权控制信息ECM：是一种特殊的电子密钥信号和信道寻址信息。就是与CW有关的加密编码和接收参数信息。
ECM传送加密后的密钥和节目标识、收视条件、加扰算法、提供商等。
ECM是在前端形成的。把控制字发生器产生的加扰控制字，按一定的数据编码格式加密、打包，送到复用器中传送。
在接收端，ECM用来控制解扰。
8、授权管理信息EMM：
是授权用户对某个业务进行解扰的信息。对用户在什么时间看，看什么节目授权。
EMM传送对CW加密的密钥SK。
在前端，EMM发生器从用户管理系统取得授权信息（用户标识号、智能卡号、用户授权信息等）和密钥，编码后形成EMM数据包，加密送到复用器中传送。
在接收端，EMM也用于控制解扰。
9、用户个人分配密钥PDK：是一个数列，是机顶盒的唯一地址码。由CA系统自动生成并严格控制，存放在用户智能卡中。
在用户端，智能卡通过PDK对EMM和ECM密，取出CW，实现对加扰传输流的解扰。
 
（三）条件接收系统（CAS）的构成：
前端部分：完成对节目的加扰和对密钥的加密。把ECM、EMM送到复用器与节目复用到一起，通过信道传送给用户。
机顶盒部分：与前端的加密系统匹配，完成加密的逆过程，有匹配的软件和接口。
基本原理：
数字信号的加扰是在基带进行的。首先，将MPEG-2 TS在CW的控制下进行加扰。之后，加扰的传输流、加密的ECM、EMM三者同时送入复用器，进入传输系统。其中ECM、EMM是专门送给智能卡的。九、关于数字电视机顶盒（STB）：
目前，用户大量的电视接收机不能直接接收数字电视节目，需要使用机顶盒实现数字到模拟的转换。
⑴数字电视接收与模拟电视接收有如下不同。
接收模拟电视：
一是一套节目对应一个频道。
二是解调后就可以恢复节目,不需解码，一般也不需解扰。
三是接收过程由接收机独立完成。
接收数字电视：
一是多套节目复用在一个码流中，调制在一个载波上。
二是解调后恢复码流，必须再解码才能恢复节目。
三是节目都加扰、加密。接收、解码、解扰过程和所需要的数据，都需要前端提供的信息来引导，机顶盒不能独立完成接收功能。
⑵数字电视接收的过程：
调谐——就是从众多高频频道中取出需要的频道，其作用相当于高频头。
解调——从载运信号码流的高频载波上取出码流。
解复用——从码流中把不同节目的数据包分离开来。
解码——把数字码恢复成节目。
制式编码——把接收得到的电视信号按当地需要编成相应制式的复合视频信号（如PAL）。
⑶有线电视机顶盒。
机顶盒（STB）是一个广义的定义，目前的有线电视机顶盒是以有线电视网络为平台，显示器为终端，提高现有电视机功能的设备。基本型机顶盒的功能大致为：
接收数字电视，提供高质量的视、音频输出；
具有安全的条件接收系统（解密、解扰）；
接收EPG（电子节目指南），为用户提供容易使用、界面友好、可快速访问想看节目的方式，用户通过EPG可以看到节目表；
软件在线升级：由前端将升级软件的版本广播下去，机顶盒自动识别版本，用新版本更新机顶盒内的旧版本；
有应用软件平台——中间件系统；
能接收数据广播；
具有回传通道，支持交互业务。
a)  机顶盒的组成：
⑴控制子系统：是STB的核心，控制整个系统的协调工作，就是微处理器，由CPU、ROM、RAM组成。它的作用是通过总线把各部分和谐的组织起来，实现整体功能。
⑵信号处理子系统：由专用芯片组成，包括调谐、解调、解码等部分。调谐器，选出数字频道信号，向各部分通告信号的传输类型，带宽，解调方式和有关解码信息。信道解调，解调出视频数据流和音频数据流。解码，完成MPEG-2解码和音频解码。
⑶网络接口子系统：
⑷用户接口及扩展接口子系统：与遥控、面板、游戏杆等外设通信，与解密卡、智能卡通信。
b)  软件组成：
机顶盒是高度智能化的设备，软件的作用极大。它的软件分三层：应用层、功能层、平台层、I/O设备驱动层和资源层。
 
这里只要研究有关中间件的问题。
在开发应用软件时会遇到一些具体困难，如实时多任务操作系统、硬件的原理细节、复杂的行业标准、繁杂的拥用户界面、多种多样的功能等跨行业的难题。为解决这些问题，在应用软件与操作系统、硬件平台之间嵌入一个中间层，定义一组较完整的、标准的应用程序接口，使应用程序独立于操作系统和硬件平台，使应用软件的开发变得简捷，也加强了产品的可移植性。使底层与应用层隔开，二者只对中间件说话，互不依赖。
c)  机顶盒对有线电视系统输出口（用户盒）64QAM数字信号的要求：
电平   46—67dB（比现在的模拟频道低10dB）
最大电平差    相邻数字频道≤3dB
相邻模拟频道     ≤ 13dB
   载噪比  31 dB
误码率（BER）  ≤10E-4（在R-S纠错之前）
调制差错率（MER）    30dB
相位抖动     ±50
射频载波相位噪声    —50dB/Hz@100Hz—10kHz
   —70dB/Hz@100kHz
单频干扰35dB
多频互调干扰  37dB(落在64QAM频道内所有群聚产物之和)
频率长期稳定度±100kHz十、数字电视与模拟电视兼容传输的特点
当前，各地有线电视网的数字电视，都是采用64QAM调制，以8Mhz的频道带宽纳入现有的HFC网中与模拟电视兼容传输的。在网络不做任何改动的情况下，数字电视的传输效果基本满意。但经过一段时间的试运行，也发现了一些值得重视的特点。
一、数字电视与模拟电视的频谱结构和能量分布不同。
模拟电视在HFC网中是以AM-VSB即残留边带调幅方式频分复用传输的。我们知道，载波被调幅后，以载波为中心产生上、下两个边带，两个边带都携带有调制信号的全部信息。为了压缩占用带宽，节约频率，并考虑到技术上的一些困难，采用抑制了下边带一部分的办法，即残留边带调幅。它的特点是有明确的载波频率。如第九频道的192.25Mhz就是图象载波频率，电视图象信号就是调制到这个频率的载波上的。由于抑制了部分下边带，所以九频道占用的带宽是191-199Mhz。伴音的传送，是先把声音信号以调频的方式调到6.5Mhz的载频上，称为伴音副载频。频率选为6.5Mhz的原因是为了与图象信号捆到一起传送，不再另外占用独立的频道。为了避开图象信号的主要能量区域，又要在8Mhz带宽之内，因而选为6.5Mhz。伴音调频到6.5Mhz的副载频上后与图象信号混合，一起再去调制图象载频，伴音载频就变成了图象载频±6.5Mhz（fA=fV±6.5），由于下边带被抑制，只有fV+6.5Mhz被传输。
对AM-VSB信号进行频谱分析，在每个8Mhz带宽，即一个频道内,能量集中分布在图象载频上（部分边带抑制，并不抑制载波，这与平衡调幅是不同的）。如九频道的1192.25Mhz，频谱显示出一个峰，图象载频两边特别是向高频方向，有相当的能量分布（呈簇状分布），代表图象的存在。在fV+4.43处有一个跳动的峰，这是彩色副载波所在的位置，随图象色饱和度的不同而变化。在fV+6.5Mhz处，是伴音副载波的峰。
数字电视信号，采用的是QAM调制。它首先把完成了信道编码的MPEG-2传输流对高频载波既调幅又调相。调幅又是平衡调幅，抑制了载波。因而从频谱分析仪上看，一个数字频道的已调信号，象一个抬高了的噪声平台，均匀的平铺于整个带宽之内。它的能量，是均匀分布在整个限定带宽内的。伴音信号在MPEG-2编码时，已经与图象信号以包的形式复用到了一起。因而，一个数字电视频道，不但没有所谓图象载波，也没有伴音载波。
二、信号电平的表达方式与测量方法不同。
从频谱分布看，模拟电视载波信号，有准确的图象载波点，所以可以规定模拟信号的图象载波电平为图象调制包络峰值处图象载波电压的有效值。其测量取样点从频域看是图象载波处，从时域看（使用示波器）是图象信号包络的峰值处——同步头。各类测量模拟电视信号电平的仪器都是这个测试机理。
而QAM调制的数字电视信号，没有图象载波电平可取，整个限定的带宽内是平顶的，无峰可言。所以，QAM数字频道的电平，是用被测频道信号的平均功率来表达的，称为数字频道平均功率。测量的方法，是对整个频道进行扫描、抽样，把每一个抽样点的功率值取平均（因为每个随机取样点的功率也是随机分布的）。这种测量功能，是模拟电平测试仪器不具备的。有人说，使用模拟电平表测数字频道电平，把结果进行简单修正就行了。实际完全不是这样，因为用模拟表测数字频道电平，结果不单是简单的差多少dB的问题，而是因为仪器不同，测量的结果无规律可言。就是说只能使用数字表测平均功率电平。测量时应当把频率设定在该频道的中心频率处（注意，不称为载频），如399—407Mhz频道，是（399+407）/2=403Mhz，而不是400.25Mhz。
也是由于数字电视类噪性质的频谱分布，测量数字频道噪声也不能使用模拟频道的测量方法。在模拟频道取噪声测试点，只要偏离图象载频就可以。数字频道内有用能量也象噪声，没有什么特点把它们分开，所以测噪声，要到被测频道的邻频道去取样，当然这个邻频道应当是空闲的。
三、衡量传输质量的标准不同。
衡量模拟电视信号传输的标准是两个，一是信噪比，一是保真度。信噪比表现为图象里的噪波点。保真度即非线性失真的程度，表现为图象里的网纹、滚条等干扰（CSO、CTB、HM等影响），以及DP、DG等。
由于数字电视信号是离散的信号，衡量其质量的标准只能用被传送数字电视信号的取值（或状态）判断的正确与否来评价，把误码率作为系统的主要指标。系统的CSO、CTB、C/N等指标都反映到误码率上。而且我们还注意到，接收数字电视信号，要么就是稳定、清晰的图象，要么就是中断（包括马塞克、静帧）。在稳定、清晰与中断二者之间，没有模拟信号那种劣化渐变的过程,不能在不同等级上维持收看。这种被称为“断崖效应”的特点，是数字电视信号所特有的。信号的这种变化，只与传输的误码率有关。
四、传输系统非线型产物的分布和对图象质量的影响不同。
（1）非线性产物频谱分布的特点：传输系统非线性的根源是有源设备（如调制器、放大器等）。在频率处理（调制、变频）和电平处理（放大）过程中，产生非线性失真是必然的。传输系统非线性失真产生新的频率成分，落到本频道或其它频道，都要成为干扰。在传输频道数很多时，非线性产物的数量是大量的。
模拟电视信号的能量基本集中在图象载频附近，呈离散的簇状群聚分布。这是由于AM-VSB模拟电视采用分立的载频分别载运亮度、伴音和色度信号，以及信号能量按行频相关分布所决定的。又由于电视频道的频率间隔大多是相同的（我国8Mhz），因而上述各频率相互作用的差拍产物，同时落到某个频道的可能性很大。这些产物的群聚性，又使得它们都集中在图像载波或频道内某个频率附近的±15Khz（行频）频带内形成簇。在一个频道内有可能有几个簇，而在图像载频附近的一簇又往往是最大的，对图像的干扰最严重。这就是模拟电视CSO、CTB产物频谱分布的特点：即在频谱分布上不是连续的，而是以离散谱的形式出现；在被干扰频道的图像载频附近呈簇状群聚，每一簇又有限定的带宽。
数字电视频道与模拟电视频道的能量分布是不同的。64QAM已调波的频谱象一个限定宽度的噪声带。从频谱分析仪上看，一个频道的64QAM已调信号，象一个抬高了的噪声平台，均匀的分布在其中心频率两侧。它的能量，在限定带宽内是均匀分布的。由于这个特点，在传输通道存在非线性失真的情况下，数字频道与数字频道之间，数字频道与模拟频道之间的互调、交调产物，就不可能呈离散分布了。不会形成象模拟频道之间的CSO、CTB那样，在图像载频附近呈谱线形分布。而是呈白噪声性质，在被干扰的频道内弥散分布。这等于在被干扰频道里增加了噪声，通常称之为组合互调噪声（CIN）。
（2）对传输质量影响的特点：
模拟频道间的非线性产物，在被干扰频道里呈离散分布，群聚在图像载频附近的那些簇，对图像干扰最大。其互相调制产物在电视画面上表现为斜向黑白相间的条纹，干扰频率越接近被干扰频道的图像载频频率，斜纹表现越粗。其交扰调制产物，在被干扰频道的画面上表现为极性反转的串像（负像）。由于电视信号的消隐脉冲是幅度最高的，当干扰较轻时，画面上仅出现竖直的白条，向左或向右缓缓水平移动，即雨刷干扰。当干扰严重时，会出现反转了的串像——干扰频道的彩色反转图像缓慢移动。
数字频道间，数字频道与模拟频道间的非线性产物，不再具有离散分布的特点，它以均匀分布的噪声形式出现。它对被干扰频道图像质量的影响，不表现为互调的网纹，也不表现为交调的负像，而是以组合互调噪声（CIN）的方式，劣化被干扰频道信号的信噪比。被干扰频道是模拟频道时，画面表现为信噪比劣化，全画面象是罩上一层部分网孔被灰尘堵塞了的窗纱，细看是黑白相间的小点子。使图像的分辨率、对比度明显降低。看上去不透落，缺乏力度。
由于数字频道的引入不会产生离散的CSO、CTB产物，因而用仪器测试指标时，C/CSO、C/CTB并不出现明显劣化，但C/N却明显降低。我们发现在这样的C/N劣化5-6dB时，画面上堵塞纱窗状噪点已相当讨厌。
被干扰频道是数字频道时，则表现为图像频繁的马塞克，虽然该频道的电平并没有降低。
五、传输电平配置不同。
国家标准推荐，在兼容传输的网络中，数字频道的电平比模拟频道电平应当低10dB，有以下几个原因：
一是从频道内能量的频谱分布上看，已如前所述，即数字QAM信号有类似双边带的特性，能量均匀分布在整个频道的带宽内；模拟信号的能量主要集中在三个载频（图像、伴音、彩色）附近，且呈离散簇状分布。
二是从信号电平的表述上看，AM-VSB调制模拟电视信号电平，是指调制包络峰值（同步头）处图像载波电压的有效值。其取样点从频域看是图像载波处，从时域看是包络峰值（同步头）处。这个特征，只有AM-VSB调制的模拟电视信号才具有。
QAM调制数字电视信号电平，是用被测信道信号的平均功率表述的。测量方法是对整个信道进行扫描，通过对相邻抽样点的抽样功率值取平均，画出整个频道的频谱，把频道内每一个抽样点的功率值取平均值，得到信道的平均功率（即所谓积分信道功率）。
三是从误码率的计算看：
按国际标准，为保证良好的接收，在进入接收解调器RS纠错前，误码率BER应小于10E-4。这相当于经过RS纠错之后，误码率达到10E-12的准无误码水平。即在传输速率40Mbit/s时，每七个小时才产生一个误码。由误码率BER与Eb/N0的关系曲线中可以查得对应于BER=10E-4，Eb/N0为16.5dB。而Eb/N0与系统载噪比的转换式为（对64QAM，近似）
C/N=Eb/N0+10lgm
  对64QAM调制，m=log264=6
故对应10E-4误码率的C/N=16.5+10lg6=24.28dB
而模拟频道,要获得主观收看评价4分,需要43dB的C/N。
试验还表明，在把数字64QAM信道平均功率配置为比模拟信道电平低8-10dB的情况下，降低整个通路信号电平，当模拟信号主观收看评价达到2分时，数字信道的收看质量仍在4分。
我们在550Mhz HFC系统中传送27套模拟频道，用5个8Mhz 64QAM调制数字频道传送25套节目时发现，当数字信道平均功率提高到比模拟信道图像载拨电平低5dB时，部分模拟频道受到干扰的程度已十分明显。画面上象是盖上一层部分网孔被堵塞的窗纱，对比度、清晰度明显下降，给收看者压抑感。但数字信道并没有出现明显的马塞克现象。将数字信道功率调回到比模拟峰值功率低10dB，干扰就不可察觉。
上述事实说明，数字频道的存在，非线性产物对模拟频道的干扰明显比数字频道严重。把数字64QAM信道功率配置为比模拟信道图像载波峰值电平低至10dB是正确的。
六、网络的相位特性对数字频道误码率的影响不容忽视。
数字电视的抗噪声能力是很强的。其原因是之一是采用了纠错性能非常好的RS编码，使得达到理想收视的载噪比只需23dB左右。这比模拟频道收看4分所需载噪比43dB低得多。
我们有这样的经验：因为用户电平低落，收看模拟电视信号劣化到3分以下时，同一用户盒上的数字电视接收机仍可以满意的接收。这说明了数字信号的抗干扰能力强。
但在实际工作中我们也遇到相反的情况：测量数字频道的平均功率足够高，模拟频道信号接收很理想，说明载噪比不低。但数字电视机顶盒却不能解调某一个或某几个频道的数字节目。
这说明必然有另外的重要因素影响着误码率。这个因素是传输链路的相位特性。
模拟电视采用调幅方式，所以网络的相位特性对传输质量的影响比较小，以至长期被忽略。
数字电视采用即调幅又调相的QAM调制，不但信号的幅度影响码值的判决，信号的相位也影响码值的判决。尤其是高阶的64QAM，有64个判决点，点与点之间的幅度和相位差异都很小，对链路相位特性必然是十分敏感的。
（1）   多径效应产生符号间干扰（ISI）。
有线电视网络存在的反射，使得到达机顶盒的信号不只是直接路径传来的，还有由反射路径传来的，这些多径信号将在机顶盒内按矢量相加的规律迭加。
这些信号由于经过的路径不同，媒质（电缆、放大器、无源器件等）的传输特性不同，使得它们到达接收机的时间和幅度都将不同。时间上延时的信号与直接信号到达接收机混合在一起，不但会从幅度影响，更会从相位上影响数字码的正确判决。
不同路径的信号迭加、合成的结果是十分复杂的。因为这里不但包含射频载频的相位关系，更包含调制在载频上的数字符号的相位关系。
从载频角度讲，只要两个信号到达的时间差改变1/fC（fC是射频载频的频率），二者的相位差就会改变2π弧度，就是说很小的时间差就会引起很大的相位差。在两信号相位差为2π时，二者同相相加，合成信号幅度最大，两者相位差为π时，二者反相相减，合成信号幅度最小。例如载频300Mhz，电缆波长是0.88米，只要反射波的路径比直接波的路径发生0.88米的差异，到达接收机合成时，就会有
2π弧度的相位变化。可见路径对相位影响之大。
由电缆中同一反射点产生的反射波，和直接波到达同一接收点，对不同频率的载波，由于波长不同，相位差是不一样的。因此直接波与反射波合成、迭加，不同频率载波的幅度变化是不一样的。某频率段同相相加，幅度凸起来，另一频率段反相相减，幅度凹下去。形成严重的幅频特性不平。这就是我们常见的“鼓包”现象，频道间不正常的电平差达10dB以上，甚至一个频道带宽内也发生起伏。网络里的这种频率特性的异常，不能用频率均衡器解决。此现象的本质，与无线电波传播中的频率选择性衰落是相同的。它从载波幅度上影响载噪比，造成交、互调指标变劣，产生误码。
但事情还要比这复杂得多：载波幅度上的影响仅仅是一个方面。载波上还调制着数字符号。对64QAM来说，这些符号不但有多个幅度，而且载运在不同相位的载频上。不同的幅度，不同的相位，都代表不同的信号。幅度偏差了会影响正确判决，相位移动了也会影响判决。因为直接波与反射波以不同的相位到达接收点，解调后，将产生额外的数字符号序列，在直接波载运的符号后面会跟着一个由反射波载运来的符号，甚至重叠。路径不同，时延不同的两路符号以不同的相位到达接收机的判决电路时，必将形成干扰——符号间干扰（ISI—Inter Symbol Interference或码间干扰），影响相位判决的准确性，造成误判决，也就是误码。而且这种由码间干扰造成的误码，不能靠提高传输电平来消除，因为提高了直接波的电平，反射波的电平也将同时提高，自我干扰的程度不会因提高传输电平而缓解。
我们在维护工作中体会到，多径效应造成的频率特性异常（“鼓包”）和码间干扰，是影响数字电视接收质量的重要原因。
（2）相位噪声的影响不容忽视。
采用调幅方式的模拟电视信号，由于不是相位调制，相位噪声对传输质量的影响不严重。因而，关于相位噪声的指标是被忽略的。QAM数字调制，是既调幅又调相，因此，载波的相位噪声对传输质量的影响不能忽略。
相位噪声是指单位赫兹的噪声密度与信号总功率之比，也称残余相位调制，表现为载波相位的随机漂移，是评价频率源（振荡器）频谱纯度的重要指标。在时域中，它被解释为一个正弦信号在时域中过零点的不确定性，表现为波形的抖动；在频域中，则表现为谱线的近旁扩散，常转化为载波边带的幅度噪声。该指标反映的是频率的短期稳定性。
相位噪声的影响，在星座图上表现为的星座点轨迹围绕着I-Q平面的原点旋转。与通常噪声使星座点以原地点为中心的扩散不同。
我们知道，在64QAM调制方式中，I-Q平面星座图上的每个点代表一个6bit的二进制数据，在理想的传输条件下，64个星座点的位置是固定不变的。当星座点的旋转扩散范围超过了判决门限框时，就不会正确判决而形成误码。由于相位噪声，使星座图上星座点的轨迹围绕IQ平面的原点旋转，因而，位于星座图四角的星座点，受相位噪声的影响而偏离最大。可见，在相位噪声影响下，星座点的旋转，要比通常噪声形成的星座点扩散严重。
相位噪声对模拟电视的影响比较轻，即便相位噪声指标很差，也不过表现为图像暗场时出现杂乱的花纹。因而，相位噪声指标在模拟电视里是不被考察的。
系统相位噪声的来源是频率处理，即含有振荡器的设备，如调制器、频率变换器、解调器等。许多设备里还不只一个振荡源。因而，在选择设备时，不可放过相位噪声这个指标。挑选相位噪声低的QAM调制器、上变频器是从根本上保证传输质量的关键。在检查误码故障时，不能轻视前端这些对相位噪声产生贡献的设备的影响，而只去在电缆传输链路上下功夫。应该首先测试调制器、上变频器等设备的相位噪声指标和调制错误率MER，因为它们产生误码的一个十分重要的环节。
七、光链路非线性的影响；
光链路非线性主要产生于激光器。我们知道，激光器的驱动电流与输出光功率特性上存在一个拐点。当驱动电流小于拐点时，输出光功率会急剧减小，形成光功率削波。从而产生大量的非线性产物。
如前所述，数字与模拟兼容传输系统，数字电视信号的载波幅度都配置比模拟电视信号的载波幅度低（10dB左右），且模拟AM-VSB信号有明确的栽波峰，因而削波主要发生在模拟电视信号副载波上。
削波对模拟电视信号CSO、CTB的影响已众所周知。理论分析表明，在QAM信号的光调制度较小时，对系统非线性的影响主要是模拟调幅信号的削波。一旦QAM信号幅度增大到与模拟调幅信号的光调制度接近时，不但数字频道的误码率迅速增加，组合互调噪声CIN也将迅速增加。呈弥散性分布的CIN，会严重影响模拟频道的传输质量。因而，正确配置光发射机的RF输入电平，防止削波特别是防止数字信号的削波必须予以高度重视。
近来，各地有线电视网络改造中，普遍采用了二级光传输的拓扑结构。信号要通过两次光调制，某个环节电平配置不当，都会产生削波。
特别在分前端，一般不使用光放大器，而使用数量众多的小功率光发射机。每个小光发射机都需要单独配置驱动电平。这样，从前端传来，经光接收机解调出来的电信号，电平配置是否发生了改变，频率响应是否还均匀；分前端通过什么方式把电平再配置给二次光发射机，有没有经过前置放大器；用分配器、分支器配置电平时，使用是不是都合理，剩余的空闲口是不是都做了终结匹配；最终配置到二次光发射机RF输入端的电平是否合理，频率响应是否平直——这些都是不能忽视的问题。最好在前端、分前端经常进行调制错误率MER的测试，做到对调制器、光发射机的调制指标心中有数。遇到故障时，不要盲目地把问题都转移到电缆网上。
十一、数字电视接收和维护工作的特点：
接收数字电视节目有许多不同于接收模拟电视信号的特点，全面掌握这些特点，对提高维护工作水平有极大的意义。
1、接收数字电视，频道不等于节目。由于模拟电视一个8Mhz带宽的频道只能传送一套节目，所以长期以来，我们的用户已经习惯的把频道和节目看成是一回事。在电视机里改换频道就是改换节目。而数字电视，几套节目调制在一个8Mhz带宽的载波上，一个频道载运几套节目。所以传输过程造成的频道损伤，往往是几套节目同时出现劣化。
2、数字电视接收由解调、解码两个过程完成，模拟电视接收只要完成解调，节目就恢复了。而且，解调、解码还必须在前端提供的引导信息引导下才能进行，机顶盒不能独立完成。因此，前端提供的引导信息在接收中的作用等同于节目信号，丢失、损伤也会造成收不到节目。
3、数字电视信号的一切劣化在图像中的表现通通都是马塞克、中断，没有模拟电视图像劣化那些雪花、网纹、雨刷等现象，因而给从图像判断故障性质造成困难。
4、接收数字电视有断崖效应。我们都已经有了这样的经验：接收模拟电视，信号的劣化在图像上的表现是渐变的。比如C/N逐渐变坏，图像的雪花越来越多；交、互调逐渐变大，网纹越来越多。但图像仍然是存在的。用户可以在一定程度上容忍这样的逐渐劣化。而接收数字电视就不是这样了：信号好时，图像清晰无瑕。一旦信号劣化超过限度，图像就立即马塞克、中断。没有渐变、过渡的过程。维修者不能从图像上的具体表现分析故障的原因。
5、单频干扰对数字电视接收的影响比模拟电视大得多。单频率的干扰，对模拟电视的影响，一般只是一个频道出现网纹，影响不大，判断也容易。对数字电视的影响就复杂。一是影响一个频道载运的几套节目，而不是一套节目；二是都表现为马塞克、中断，没有过渡过程，不以网纹出现，不容易判断。单频干扰的来源有网络设备自身产生的，也有外界侵入的。自身原因有设备自激（正、反向放大器、光结点都可能发生）、较强的互调干扰等。外界原因主要是无线通信干扰，特点是分布于固定通信频段、干扰发生时由同一个频道载运的几套节目同时劣化、有地域性（在无线发射台附近）。比较难于解决的是突发性、一过性干扰，它也造成一个频道的几套节目图像马塞克、中断，并且恢复时间较长。突发性干扰，如电脉冲、火花等，在接收模拟信号时，只不过在一套节目的图像上出现零星的噪点、杂乱的黑、白线，伴音里出现卡拉声而已。时间上只是一过。
6、网络反射对传输的影响不容忽视。接收模拟电视信号时，反射的影响仅仅是在图像上出重影。接收数字电视，影响要严重得多。原因是这样的：网络里存在的反射波，在时间上落后于直接波传到接收点。相对于接收点而言，同一时间会有两个信号到达：一个是直接波，一个是反射波，反射波由于经过的路径比直接波长，相位将落后于直接波。两个频率相同、载运信息相同，相位不同的波在接收点按矢量叠加。对载波来说，会出现幅频特性的鼓包、凹下的起伏；对解调后的基带来说，直接波载运的码流和反射波载运的码流一前一后的送到解码器。幅频特性平坦度的破坏，会使部分频道电平低落，非线性失真增加，CTB、CSO指标劣化。而两个码流序列混到一起，会直接影响解码器判决的准确，明显加大误码率。这就是所谓码间干扰。实践证明，因反射造成的误码率增加是十分明显的。这一在模拟传输中不被重视的问题，必须引起足够注意。在维修中，在排除了网络其它故障之后，仍然解决不了问题时，就要考虑反射了。反射产生的原因就是不匹配。如电缆的不同轴（电缆连接不规范的使用对接头、用电灯线充当同轴电缆、电缆弯曲半径不符合要求、压扁等）、器件有空闲头未做终端匹配、电缆内部短路断路绝缘劣化外伤遗留问题等造成特性阻抗突变、不合格器件（主要是反射指标不合格）、不合理分配方式等。发射特性不良的隐患存在比较普遍，因为传输模拟电视时这是被忽略了的问题，数字电视对相位敏感和接收的断崖效应使得它突现出来。在数字电视整体转移之前，必须有针对性的对网络进行计划整治，防止问题的集中发生。