《电视技术杂谈》PPT课件.ppt

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1、电视技术杂谈,2023年7月20日,前言,1908年，英国人肯培尔斯文顿，俄国人罗申克夫提出了电子扫描原理，奠定了近代电视技术的理论基础。现代电视技术涵盖了数学、光学、色度学、电磁学等多门学科，熔合了数字技术最新研究成果。时至今日，电视技术更是与计算机技术趋近于一体。时光回到一百年前，两位大师或许做梦也不会想到今日电视技术发展之快和应用之广泛。,时光回到今天，电视技术的数字化浪潮在冲击着传统的电视观念和思维习惯，我们，作为江山广电人，我们有责任去熟悉、掌握数字电视技术，更要勇于驾驭数字电视技术，以期为广播电视用户提供高质量的广播电视节目。本文将分为模拟电视技术、数字电视技术和高清晰电视等三大部

2、分进行阐述。,一、模拟电视技术,数字与模拟的定义,数字（Digital）在英语中表示的是“数值”或“离散值”等含意，例如：0，1，。模拟（Analog）这个词的意思是指相似物或类似物，有连续的数值的含意。,电视是如何实现的（1）,如果简单地概括，电视的实现只有八个字，摄像机端的光电转换，电视机端的电光转换。具体的方法，是先把光的图象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，到接收端把电信号变成与电信号相对应的光信号，这样，在电视机上就显示出图象。复杂一点描述：摄像机端的光电靶是由光敏半导体材料制成的，这种材料的电阻率的大小与光照的强弱有关。光照强时，电阻率减小；光

3、照弱时，电阻率加大。被摄取的景物通过光学镜头成像在靶面上时，靶面上各占电阻的大小，对应于景物各部分的亮度强弱：景物亮的部位，靶面上对应点的电阻小；暗的部位，对应点的电阻大。,电视是如何实现的（2）,这样就通过景物亮度的不同所对应的电阻大小转换成一幅“电的图象”，实现了光电的转换。在电视机端，阴极射线显像管的内层涂有在电子轰击下能发光的荧光粉，发光的强弱正比于电子束所携带的能量。摄像管输出的“电图象”经过有线电视网、卫星、无线、互联网等途径的传输，加到显像管上，电子束的强弱就随图象信号电压的高低而变化，于是电子束在荧光屏上就描绘出一幅与原景物一样的图象。,成像原理图,传输通道,K1,K2,K1、

4、K2同步转动,摄像机端,电视机端,彩色电视的成像原理,彩色电视的成像比黑白成像要复杂许多，不过成像的基本原理还是一样的。彩色电视的成像是基于三基色原理而实现的，即，用红、绿、蓝三种颜色几乎可以混配出自然界中存在的所有颜色。所以，在彩色摄像机端要把每个象素点分解为红、绿、蓝三种颜色显示在所对应的光电靶上，取出三种颜色所对应的电信号（这也就是分量信号，具有最逼真的信号质量），通过一定的数学运算，接下来的工作就和黑白成像的工作原理相同了。到彩色电视机端，彩色电视机把这三种颜色对应的电信号通过彩色显像管去轰击相对应的红、绿、蓝荧光粉，利用混色原理，映入人眼的就是一幅完整的彩色画面。,什么是模拟电视,自

5、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。我们把这些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。用这种方式传送的电视信号就定义为模拟电视。我们常说的模拟电视就是由此而来的。,模拟电视的参数宽高比、电视线、场频,电视图象传送而采用的信号加工、处理和传输方式称为电视制式。世界上有三种电视制式，即：PAL制、NTSC制、SECAM制。我国电视制式采用的是PAL制。所谓PAL制有特定的几个参数：1、宽高比4:34:3的宽高比是由人眼的视觉特性而决定的。2、电视线625行，垂直方

6、向625行,水平方向的扫描点数以625行乘以宽高比即可。3、隔行扫描，场频50Hz，帧频25Hz,即：每秒钟25幅图象。或者说：就是一幅图象在0.04秒时间内分两次扫描完成，第一次先扫描奇数行的312.5行，第二次再扫描偶数行的312.5行，各用时0.02秒。利用人眼的视觉惰性，由一个一个的独立的象素点感觉出一幅完整的图像。,模拟电视的参数行频、频带,4、PAL制的行频为15625Hz，除去行逆程时间12微秒，正程时间为52微秒，根据水平方向点数可得出PAL制带宽约为5.5MHz,一般取6MHz。这也是现有模拟电视频道选8MH带宽(加上伴音带宽和残留边带)的理论依据。计算为：理论上垂直扫描行数

7、为625行，但实际上，垂直扫描线只有0.68955625431行，也就是说PLA制垂直方向上只有431条扫描线。水平分解力为4314/3=575点 水平方向575点相当于在一个行周期内信号电平变化575/2=287.5次，则:信号的最高频率为287.5/52=5.5M 在实际使用中频带取6M。,彩色电视重显原理,彩色电视是利用三基色原理而实现彩色图象的重显。接收端、显示端都是基于三基色来摄录和显示。在信号处理过程中用Y信号和色差信号(R-Y、B-Y)进行处理。,电视质量的主观测试标准（分制）,二、数字电视技术,什么是数字电视（1）,先从用离散值代表模拟量谈起。举个例子，在一定尺度内，人的脚和身

8、高其长短高矮分布是无限多个的，数值上是连续的，就是说各种数值都有，这好比模拟量。但实际在工厂生产鞋子和衣服时，并不会有这么多型号，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和身高。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，把连续的脚长和身高“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。,什么是数字电视（2）,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，数字电视是摄录、传输、接收三个环节上全面数字化的电视系统。从广播电视行业来说，所谓数字电视是专指具有广播

9、级质量标准的数字电视，是一个狭义的行业术语。从整个社会生产来说，数字电视包含了一切用数字技术产生的活动图象信息内容，,什么是数字电视（3）,包括电视、流媒体电视、可视电话，网络可视聊天，甚至采用数字技术的可视门铃等都具有数字电视的基本技术特性，主要差别仅在压缩率、稳定性与不同的应用。泛数字电视，从电视行业来说，引入数字电视技术有了向外延伸与拓展业务的机遇，因此数字电视还包含了多功能业务的涵意，如信息服务、数据服务、互动服务等，因此这就是数字电视的泛化，数字电视不仅是数字电视。,数字电视系统的广播链,信源编码和压缩复用信道编码和调制信道接收机,一、编码信源编码：就是把原始的模拟电视信号用数字编码

10、来表示，也称为数字化、模/数转换（A/D转换），然后，进行压缩。备注：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。,数字电视系统的组成（1）,数字电视系统由五个环节组成,二、复用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。什么是时分和频分？时分

11、是指不同的数据流按时间依次排序发送。与此对应的还有频分，频分是指不同的节目用不同的频率调制区分。,数字电视系统的组成（2）,三、调制上述复用的数据流还不适合于在传输通道中传输，为了使信号适配于传输信道，必须进行调制，把时分信号变成频分信号，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传送，同时也兼容了模拟电视的并存。主要的信道调制方法有：四相相移键控（）；正交振幅调制（）调制；正交频分复用（）；分别对应于卫星数字电视、有线数字电视和地面数字电视广播信道。,数字电视系统的组成（3）,四、传输信道数字电视传输系统与模拟电视传输系统一样，有卫星、

12、微波、有线、地面无线等媒介来传输数字信号。,数字电视系统的组成（4）,五、接收机接收机端就是机顶盒，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。上述五部分组成了数字电视的整体系统。,数字电视系统的组成（5）,基本的数字电视系统组成图,抽样量化编码器,HFC,复用器,信号源,信号源,信号源,抽样量化编码器,抽样量化编码器,A/V,A/V,A/V,TS,TS,TS,TS,机顶盒,调制器,编码模拟转数字的过程,要实现数字信号处理，首先要将模拟信号转换为数字信号，进行/转换。这个过程主要有三个步骤：抽样，量化，编码。抽样就是把连续变化的模拟量转换成在时间上离散的模拟脉冲信

13、号编码就是将量化后的标称信号用一组二进制码串来表示,编码模拟转数字示意图,101,100,011,010,001,000,111,110,000,001,010,011,100,100,101,110,量化比特数,量化级数,抽样频率,数码率,数字信号,模拟信号,编码,量化电平,编码模拟转数字（1）,抽样频率：获取离散脉冲幅度的间隔时间，至少两倍的最高信号频率什么叫抽样？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。如果时间间隔足够小，这条线的形状与连续不间断测量的曲线形状会

14、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抽样。这是把模拟信号数字化的第一步。,编码模拟转数字（2）,抽样间隔取多大合适呢？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，抽样间隔太大，偏偏漏掉了14：00，就会发生大错。因而，抽样间隔与信号性质有关，要符合奈奎斯特定理：即抽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，抽样频率就应该大于26=12Mhz。抽样的实现也简单，让信号经过一个电子开关，开关

15、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，每秒12M是什么概念，换种说法，就是小于0.08微秒就测一次信号，这些样值，不再是连续的了。实际使用中抽样频率是13.5Mhz。,编码模拟转数字（3）,量化级数：区分取样后量化离散脉冲幅度值的总级数（一般用二进制码表示，表现为二进制码的数量，如级）。如量化比特数为，就表示有级的量化级数。抽样的结果，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

16、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。,编码模拟转数字（4）,量化取多少个等级合适？等级多了当然好，但要付出的代价大码流会非常大。理论和实际都证明，对电视图象信号，用256个等级就可以了，即用8位二进制数字位表达。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09，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

17、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。这有如条形码，条形码也只有黑、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。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。,编码模拟转数字（5）,数字信号的数码率：抽样率和量化比特数的乘积就是数码率如：抽样频率13.5Mhz 8位二进制量化。则：数码率为：13.58=107Mbit/s。就是说每秒钟有1亿零7百万个数值（0或1）。实际使用中，亮度抽样频率取13.5Mhz，色度信号取6.75Mhz，用10位二进制量化。所需要的码率为（13.5+26.75）10=207Mbit/s。传送这么高的速率，

18、对我们现在一个频道8Mhz的带宽，实在是大得受不了，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。,压缩模拟转数字（1）,数字电视信号之所以要压缩，是因为抽样、编码以后码率非常大（具体码率后面另行计算）。之所以可以压缩，是因为电视信号中存在着冗余信息，一幅图象中很多信息多余的，或者说不重要的。传送与否，不影响图象的质量。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。相邻两帧图象的内容也

19、大体相似。我们可以不必每一帧图象都传，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。,压缩模拟转数字（2）,压缩的方法，采用MPEG-2标准。它针对图象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（实际是一种算法），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

20、以。目前数字有线电视使用的压缩等级是主级主类：MPML，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。,压缩模拟转数字（3）,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

21、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。,码流复用数字信号的混合,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

22、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，适用于容易出错的传输介质中传输。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。,多个数字电视节目复用成一个传输流,调制器,复用器,节目编码,节目复用,抽样量化编码,视频 1,音频 1,抽样量化编码,抽样量化编码,抽样量化编码,抽样量化编码,视频 2,音频 2,视频 3,音频 3,视频 4,音频 4,视频

23、5,音频 5,节目传输流,节目1,节目2,节目3,节目4,节目5,调制数字信号的兼容传输（1）,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

24、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。,调制数字信号的兼容传输（2）,数字化后的基带信号，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。,传

25、输基带传输与载波传输,数字信号的传输分为基带传输和载波传输所谓基带传输就是把数字信号直接送入线路进行传输而载波传输则是用原信号去改变载波的某一参数实现频谱的搬移中国数字电视传输采用QAM64调制。8兆频带中传输4至6套节目，每秒传输信息速率38Mbit,完整的数字电视系统,上述五个部分只是简化后的数字电视系统，在实际工程应用中，数字电视系统还要加入用户管理系统（SMS）、条件接收系统（CA）、电子节目指南（EPG）等。下面我们深入地介绍这些部分的原理和功能。先看一张完整的数字电视系统组成图：,完整的数字电视系统组成图,前端播控系统,复用传输系统,用户接收端,条件接收系统,用户管理系统,回传系统

26、,HFC,条件接收系统简介,条件接收系统也叫CA，是数字电视系统中非常重要的组成部分，它完成了系统用户的认证、授权和节目加扰工作，它解决了两个问题，即，如何让交费用户看到授权频道和如何阻止用户收看那些未经授权的频道，也就是解决了单向广播的可管理性问题，因此给广播电视行业的管理模式、经营模式带来了非常深刻的变革。通俗地说，CA就是能够保证有授权的用户观看节目，没有授权的用户不能观看节目。这是模拟电视时代梦寐难求的功能。是数字电视区别于模拟电视的显著标志。,条件接收系统工作原理,条件接收系统由两个相互的部分组成：加解扰部分、接收控制部分采用三重密钥传输机制什么是三重密钥传输机制？是指第一道是用控制

27、字对TS流加扰；第二道用业务密钥对控制字进行加密；第三道是用私人密钥对业务密钥进行加密。,条件接收系统工作原理加扰和解扰,加扰就是对视频、音频和辅助数据加以一定的处理，把明文变成密文。如果直接显示加扰信号的话，在屏幕上呈现的将不是景物，而是杂乱无章的东西。只有经过解扰才能恢复原始的景物。在发送端靠伪随机码发生器产生的伪随机码和原始数据做一个混合运算，就得到加扰的视频和音频码流。在接收端用相同的伪随机码发生器，如果他的起始点和发送端的一样，那么他产生的伪随机码和发送端完全一样，用它就可完全恢复原始信号。解扰的关键是要掌握伪随机码发生器的起始点。,条件接收系统工作原理加解扰密钥CW,伪随机码的起始

28、点就是破密的关键字，称为控制字。这个控制字也要传送到用户端才能解密。为了使黑客不容易掌握控制字，要使控制字经常变动而且变得很快，几秒种就变一次。这个控制字也称为加解扰密钥，通常要不断变化。同样黑客只要掌握了这个控制字就可以解密，因此还要对这个控制字进行加密。,条件接收系统工作原理业务密钥SK,通过业务密钥SK对控制字进行加密，形成授权控制信息ECM，然后再将加密后的控制字传送到终端机顶盒中。与控制字有关的加密信息通常称为授权控制信息ECM。ECM信息插入传送流，大约每几秒钟在传送流中出现一次。,条件接收系统工作原理用户个人分配密钥PDK,为了确保业务密钥SK不在传输过程中被破解，就必需对业务密

29、钥SK进行加密。在前端，使用个人分配密钥PDK对业务密钥SK进行加密，然后放在授权管理信息EMM中传送到用户端。EMM大约每810秒插入传送流一次。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，是CA系统安全性的重要保障。,条件接收系统工作原理解密三要素,授权管理信息的解密是唯一的，也就是说一张智能卡只能解与其有关的信息。解密后可以得到用于解的所有信息。因此解密要用到三种元素：、保密的可编址的智能卡、传送来的加密授权管理信息、传送来的加密授权控制信息,条件接收系统工作原理示意图,下图是有关整个条件接收系统的流程示意：,下图是有关整个条

30、件接收系统的流程示意：,条件接收系统典型加密算法概述（）,对加密算法的要求有两条最基本的原则：一是不能被轻易破解，二是解密算法运行所需时间不应太长，因为控制密钥几秒种就改变一次。加密算法主要有两种：秘密密钥算法和公开密钥算法。秘密密钥体制的特点是秘密信道，密钥源产生之后，通过秘密信道将秘密密钥传送给用户。由于加密和解密使用同一密钥，称对称密码体制公开密码体制的特点是有两个密钥（公开和秘密），只有两者搭配使用才能完成加密和解密的全过程。发送者利用公开密钥加密，只有具有秘密密钥的人才能对它解密，因此不需通过信道传送。,条件接收系统典型加密算法概述（）,由于所选择的加密技术的不同，CA系统被破解的次

31、数以及被破解所造成的损失也不相同。在欧洲,几乎所有的CA系统都已被破解，其中包括我们常见的几个国外CA厂家。然而CA系统被破解所产生的后果却有着本质上的区别，有的仅仅是一个运营商的系统在一段时间内被破解，但并没有影响其它系统的安全运营；有的却是其CA系统被完全破解，从而殃及了其所有的运营商的系统。,条件接收系统典型加密算法概述（）,在CA系统的密钥管理体系中，除了那些使用自己独有算法的CA系统外，一般的CA系统都使用以下的三种算法:Data Encryption Standard(DES)算法三重DES(Triple-DES)算法RSA算法前两种属于对称密码体系，第三种属于非对称密码体系。,条

32、件接收系统典型加密算法算法（）,DES算法是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的一种基于对称密码体系的算法。其基本的原理是用一个64位字长的密钥(实际是56位加8位效验)分组后通过16次的左移得到16个子密钥，然后通过16次的迭代运算去加密一个64位的数据块，从而得到加密后的数据。在CA系统中表现为加密的密钥和解密的密钥为同一个64位的密钥，解密的过程就是加密的逆过程。目前除个别的CA系统还采用外，一般的CA系统最多将其用于对ECM的处理。,条件接收系统典型加密算法算法（）,DES算法最有效的破解手段就是采用穷举法 一个DES算法的穷举空间是256，这意味着在1975年用一台计算机需要运

33、算两千年才能破解。然而随着计算机技术的发展，目前仅用一台高档的PC机用穷举法破解一个DES算法也就十几天的时间。采用DES算法的CA系统的安全性受到了极大的威胁。,条件接收系统典型加密算法riple算法（）,Triple-DES算法的基本原理是用两个密钥对数据进行3次的加密/解密运算，即首先使用第一个密钥对数据进行加密，然后用第二个密钥对其进行解密，最后用第一个密钥再加密。Triple-DES算法保留了DES算法运算速度快的特点，通过增加运算次数和密钥长度(两个64位密钥相当于128位密钥)来增加破解者的破解时间，但是从密码学本身上讲，其安全强度并没有增加。,条件接收系统典型加密算法riple

34、算法（）,采用Triple-DES算法的CA系统的密钥在使用一段时间以后就需要进行更换，加密方需要通过某种安全的渠道把新的密钥传送给解密方，从而实现密钥的传递更新或者子密钥的生成。为了达到此目的，采用Triple-DES算法的智能卡中必须嵌入一个根密钥(Root Key)或主密钥(Master Key)，来完成密钥的生成和分发等，而根密钥或主密钥的安全则关乎到整个CA系统的安全。黑客通过跟踪截获其传递的密钥达到破解该密钥的目的，或者通过对CA系统根密钥或主密钥的破解从而破解整个CA加密体系，那时即使采用了密钥循环的方法也无法剔除非法的智能卡。,条件接收系统典型加密算法 RSA算法（）,RSA算

35、法是非对称密码体系(又称公开密码密钥体系)中最著名的一个算法。它是在1979年由Rivest、Shamir、Adleman三个人提出的一种分组密码算法。从其提出到现在的二十多年间，它经受了各种安全测试的考验，被证明是目前最安全的非对称密码算法。,条件接收系统典型加密算法 RSA算法（）,RSA算法是建立在一个数论模型基础上的一种算法。数论模型是两个大的素数的乘积可以得到一个大整数，而将该大整数还原成两个大素数的乘积是非常困难的，迄今还没有找到一种算法来完成分解。在RSA算法中存在着一对互不相同但又密切相关的密钥，我们称之为公钥和私钥。它们的密钥长度都大于512位，从算法的原理上我们很难从其中的

36、一个密钥去推算出另一个密钥，从而破解该系统。什么叫素数？是这样的整数，它除了能表示为它自己和1的乘积以外，不能表示为任何其它两个整数的乘积。,条件接收系统典型加密算法 RSA算法（）,对一个采用了RSA算法的CA系统来讲，一般采用公钥进行信息的加密，用私钥来进行信息的解密。由于每一张智能卡都有不同的公钥和私钥用于自身的加密和解密。因此，即使破解了某一张智能卡的密钥。对其它智能卡也没有什么影响，系统可以通过剔除的方法将非法卡阻止在系统之外，从而保证了CA系统的安全。除数字电视广播以外，它被广泛地应用于开放式的环境，例如Internet等。,条件接收系统典型加密算法 算法比较（）,迄今为止，世界上

37、所有采用Triple-DES算法的CA系统都已被破解，而且找不到任何防止破解的办法，即使更换了新一代的智能卡，也未能阻止黑客的攻击。随着黑客破解的手段越来越高明，破解的周期越来越短，给运营商造成的损失也越来越大。,条件接收系统典型加密算法 算法比较（2）,秘密密钥体制中发送者与接收者要使用同一密钥，为此必须使发送者不仅要传送加密后的数据，还要将密钥传给接收者，这就必须使密钥在传送过程中不被窃取。公开密钥体制中各个用户在接收端进行解密所使用的密钥不必传输，这样就提高了安全性，从而有可能在公共信道上传送加密的信息，这是公开密钥体制优于秘密密钥体制的地方目前各种秘密密钥体制的算法的软硬件实现速度显著

38、快于公开密钥的加密算法。通常将两种密钥算法结合一起用。,条件接收系统典型加密算法 算法比较（3）,RSA算法本身比Triple-DES算法和DES算法有更高的安全性，已经被广泛地采用在各种安全强度要求较高的环境中。国内外近十年来在数字电视广播以及Internet上CA技术的应用也证明了这一论点。,条件接收系统概述（1）,条件接收系统是一个综合性的系统，它集成了多种先进的技术，所涉及的技术包括：系统调度管理、网络技术、数字压缩编码、加解扰算法、加解密算法、复用器技术、调制解调技术、机顶盒技术、智能卡技术等，同时也涉及到用户管理、节目管理、收费管理等数据应用技术。其中，CA系统的性能和安全性是整个

39、系统最关键的问题。,条件接收系统概述（2）,条件接收系统在数字电视系统中是比较深奥难懂的部分，它的内在机理让人感到迷惑不解，CA是如何实现加密的？加密的安全性是如何确保的？这些都是模拟时代我们所没有考虑过的新问题。为便于理解这些问题，我们可以换个角度来理解，打个比方：小时候，父母不放心把家里的钥匙交给我们，怕把钥匙掉了，但同时又怕我们放学回不了家，在外面游玩。怎么办，解决这个矛盾的方法是：把钥匙放在一个父母和我们约定的地点，以便于我们放学后回家，如，放在邻居家或房屋边上不引人注目的墙洞内，这样就解决了矛盾。在这个矛盾解决的过程中，用的也是三重加密机制，第一层是门锁，把室内外隔绝开对室内加密，这

40、个钥匙就是控制字。第二层是对钥匙加密放在邻居家或墙洞内，邻居家或墙洞就是业务密钥，通过这个密钥对钥匙控制字进行加密，不然直接插在钥匙孔内就不安全了。,条件接收系统概述（3）,第三层就是家长要私下告诉我们钥匙放在哪里，总不能在门上贴张字条告诉我们钥匙放在哪里，这就好比用私钥加密，否则，我们也不知道钥匙放在哪里。这过程中，安全性的关键是我们，只要我们自己不泄密，安全性就有保障，就好比智能卡不被破解一样。在前述加密算法中，RSA算法的数论模型是两个大的素数的乘积可以得到一个大整数，而将该大整数还原成两个大素数的乘积是非常困难的，迄今数学界还没有找到一种算法来完成分解，可见RSA算法的安全性完全依赖于

41、分解大素数的难度。在CA系统中对EMM信息的加密，通常采用RSA算法。,RSA算法的数学原理,RSA系统由以下几部分组成：(1)随机选取的大素数P和Q，还有N，其中N=P*Q，P和Q保密，N公开。(2)任取(n)=（P-1）*(Q-1)，其中(n)表示比n小的素数的个数，任取2=e=(n),且(e,(n)=1,e为加密密钥，公开。(3)计算d,使（e*d）(mod(n)1,求得d，d为解密秘钥，保密。在RSA系统中，设m为明文，c为密文，则其加密和解密算法如下：加密算法 c=me(mod n)解密算法 m=cd(mod n)在RSA系统中(e,n)构成加密秘钥，即公钥，(d,n)构成解密秘钥，

42、即私钥。,RSA算法的流程图,电子节目指南（EPG）,什么是的作用功能描述系统结构前端系统软件的发送方式,电子节目指南什么是EPG,什么是EPG？用户通过机顶盒收看电视节目和享受信息服务时所使用的导航菜单就叫EPG。,电子节目指南EPG的作用,EPG是Electronic Program Guide电子节目指南的英文缩写，也称为电视节目指南，是一种互动应用。它的主要作用是帮助用户快速的找到需要的节目与服务信息。当有几十个甚至上百个电视频道及不同的信息服务时，EPG的作用就变得特别重要。,电子节目指南功能描述（）,基本功能：提供节目单频道浏览及当前节目播放自选节目与切换,电子节目指南功能描述（）

43、,高级功能：附加信息功能：给出节目的附加信息，如节目情节介绍、演员名单、年度排名等；节目分类功能：按节目内容进行分类，如体育、影视、新闻、音乐等自排节目顺序节目预订功能家长分级控制功能其它：根据应用的情况，电子节目指南提供切换视角天气预报游戏以至各种通过数字电视来实现的电视商务业务等高级功能注：以上所有功能既要求前端提供数据，又要求机顶盒能处理数据并形成方便收看的EPG功能。,电子节目指南系统结构,系统结构在前端主要包括电子节目指南的制作与播出系统。电子节目指南的制作系统所生成的格式标准是我国颁布的数字电视广播业务信息规范/。在接收端的接收设备可以接收、识别、及利用这些信息实现节目的网络表、频

44、道表、节目时间表并能使用户参照频道表和节目表进行准视频点播，完成电子节目指南的功能。电子节目指南的信息通过来实现,电子节目指南前端系统软件,、电子节目指南信息编辑软件电子节目指南信息编辑软件实现人机对话，编辑输入电子节目指南实现所需的信息，并将数据存入信息库。、电子节目指南信息数据库存放电子节目数据的信息库。3、信息播放软件。信息播放软件实现数据库的实时访问，提取所需要插入的码流的信息，送入复用器中。,电子节目指南数据发送方式,EPG应用软件是网络公司根据本网和用户需求设计的包含节目播出单的多功能应用软件，提供节目播出单是各种EPG应用软件的基本必须的功能，每种EPG应用软件都需要节目播出数据

45、。在实际实现时，含有EPG的SI服务信息有不同的发送方式，比如单独的SI频道、SI信息在所有频道传送、部分SI集中传送等。SI信息的发送方式对于机顶盒中EPG的实现和硬件的配置有非常大的影响。,用户管理系统（SMS）功能,数字电视用户管理系统（SMS）的功能：用于记录、管理用户的各项信息，与条件接收系统紧密结合，完成用户的授权控制,用户管理系统（SMS）功能,SMS需要完成的主要功能：与CA/银行远程SMS系统的联接权限验证用户信息管理资源管理业务产品管理用户订购管理记费标准设置（PPV、IPPV、OPPV等）费用计算和财务管理提供信息查询与报表分析,用户管理系统（SMS）技术特点,SMS需要

46、具备的技术特点：采用开放式设计可以支持分级、分区形式的分布式管理模式支持多银行接口、多SMS接口可靠的数据备份和恢复功能管理用户数可以根据需要扩充,用户管理系统基本组成,服务器操作系统应用软件中间件软件系统数据库系统,数字电视的接收机顶盒,电视由模拟到数字的转化不但是视频传输和显示的一场革命，更由于采用了数字的压缩、处理和传输技术后与计算机数据处理技术及网络技术日益融合，从而使电视广播不再限于单纯地单向发送音视频信号，它可以完成基本的计算机和网络的多种服务。,数字电视的接收现代机顶盒特点,新的机顶盒的特点是：数字化、交互、多媒体、多功能。数字化是必须的，只有数字化才能提供更多的选择和灵活性，才

47、能拥有先进的计算机技术和网络技术带来的便利和强大功能。交互是机顶盒的生命力所在，因为交互才能使用户的要求得以实现，交互电视已成为发展趋势，已定义了一系列的回传信道标准，随着多媒体技术的发展和普遍应用，它成了机顶盒中不可缺少的要素。在拥有了网络交互功能后，机顶盒所能提供的功能也会越来越多。,交互网络适配,广播接口模块,广播服务提供商,广播网络适配,交互服务提供商,交互接口模块,顶置单元,广播传输媒介,交互网络,最终用户,数字电视的接收交互系统的参考模型,数字电视的接收机顶盒组成框图,解复用,接入控制,解码,模拟调谐与解调,模拟解码,音视频接口,遥控器,调谐与解调,其它交互接口,电缆调制解调器,数

48、字广播和交互接口,数字电视的接收机顶盒各部分功能,是完成各种指令和控制的硬件基础、等完成信息和应用程序及库的存储调谐器完成模拟和数字信号的射频选择与转换输入解调、解复用用于解出所选择的视音频码流或数据流视频音频解码将视音频码流还原成未压缩的的原始信号以便显示和播放调制解调器完成控制信号数据和回传信号在网络上的传输和交换接口接入控制单元完成权限控制和解密算法,数字电视的接收机顶盒的定义,机顶盒的定义对于机顶盒，目前没有标准的定义，传统的说法是：“置于电视机顶上的盒子”。它是通过接收各类网络传输的电视信号，利用现有电视机作为用户终端，提高现有电视机的性能或增加其功能的一种设备。由于功能和用途不同，

49、这就使机顶盒这个概念有些含糊不清，如早期的增补频道机顶盒，图文电视机顶盒，付费电视机顶盒等。,数字电视的接收数字机顶盒的功能（）,数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，同时具有所有广播和交互式多媒体应用功能，如：（1）电子节目指南（EPG）。给用户提供一个容易使用、界面友好、可以快速访问想看节目的一种方式，用户可以通过该功能看到一个或多个频道甚至所有频道上近期将播放的电视节目；（2）高速数据广播。能给用户提供股市行情、票务信息、电子报纸、热门网站等各种消息；,数字电视的接收数字机顶盒的功能（）,（3）软件在线升级。软件在线升级可看成是数据广播的应用之一。数据广播服务器按DVB数据广播标准

50、将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新；（4）因特网接入和电子邮件。数字机顶盒可通过内置的电缆调制解调器方便地实现因特网接入功能。用户可以通过机顶盒内置的浏览器上网，发送电子邮件。同时机顶盒也可以提供各种接口与PC相连，用PC与因特网连接；（5）有条件接收。有条件接收的核心是加扰和加密，数字机顶盒应具有解扰和解密功能。,数字电视的接收数字机顶盒的功能表,数字电视的接收数字机顶盒的分类（）,市场上的机顶盒基本上可划分为三类：“数字电视机顶盒”“网络电视（WebTV）机顶盒或电视机顶盒”“多媒体（Multimedia）机顶盒”,数字