数字视频广播实现了数字电视信号的直接发射和接收，这一阶段始于20世纪90年代中期。1993年，欧洲150个组织合作开发数字视频广播（Digital Video Broadcast，DVB）项目，并成立了DVB联盟，DVB联盟是一个由30多个国家的230多个成员组成的国际机构。1994年，欧洲电信标准组织（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）通过了数字视频广播-有线电视（Digital Video Broadcast-Cable，DVB-C）标准，该标准适用于有线数字电视系统，已成为被大多数国家（包括中国）接受的国际标准。DVB-C标准规定有线数字电视系统使用统一的活动图像专家组-2（Moving Picture Experts Group-2，MPEG-2）压缩方法和传输流复用方法。

从20世纪90年代中后期开始，美国和欧美一些国家开始推动有线电视向数字化转换，经过十多年的发展，有线数字电视网不仅极大提高了传输容量，还增加了交互、宽带接入等多种服务功能，成为家庭用户享受文化娱乐和接收信息服务的主要渠道。中国于2003年率先在青岛开展有线电视数字化整体转换试点工作，到2006年，中国有线电视数字化进入了向全国大中城市全面推开的阶段。2007年，国家广播电影电视总局组织制定并下发了《有线电视网双向化改造指导意见》，有线数字电视网络从单向广播电视网全面朝着双向化的下一代广播电视网发展。截至2017年年底，中国有线数字电视用户数达到2.09亿户，在用户数量和系统规模上列世界第一位。图1为数字电视实况转播，图2为有线电视数字化播放大厅。

图1 美国首次实现数字电视实况转播

图2 有线电视数字化播放大厅

有线数字电视与有线模拟电视的主要区别有：从节目采集、节目制作、节目传输到终端处理均为数字方式；前端系统融合了电视、计算机、数字通信等技术，含有数字电视播出、互动电视平台、用户管理等硬件和软件的综合系统；用户端需要增加数字机顶盒以便开展各项业务。

有线数字电视系统的基本组成如图3所示，主要包括信号源、前端系统、传输网络和接收终端。

图3 有线数字电视系统的基本组成框图

有线数字电视信号源通常分为两大类：一类是从卫星及上级骨干网络接收到的各种电视信号或数据信号，另一类是源自有线电视系统内部的节目等。

数字电视前端系统是位于信号源和干线传输系统之间的设备组合。它的主要任务是将来自信号源的多路广播电视信号分别进行编码、复用、调制等处理后，混合成一路射频信号经传输系统传送给用户。其主要设备由有线数字电视信源系统（含数字卫星接收机）、业务系统、复用加扰系统、调制系统、电子节目指南（electronic program guide，EPG）系统、业务运营支撑系统（business operation support system，BOSS）、条件接收（conditional access，CA）系统和回传处理系统以及其他辅助系统等组成。

①电子节目指南系统。用户通过电子节目指南，能够了解到节目的相关信息（包括节目名称、播放时间、内容梗概等），并且实现对节目的快速检索和访问。电子节目指南系统的应用使处于数字电视单向网络中的用户享受到交互式的电视服务。

②业务运营支撑系统。随着有线数字电视相关业务的逐步发展，广播电视所涉及的业务领域越来越广，如宽带上网、付费电视、移动电视、单向数字电视、互动数字电视等。传统的用户管理系统（subscriber management system，SMS）侧重于单向的数字电视用户管理系统，尽管也涉及对其他相关业务的管理，但是功能都比较弱，无法统一其他领域的相关业务子系统。为了实现对用户更为有效的管理和业务发展，广播电视运营商正逐渐开始使用新一代业务运营支撑系统来管理运营。业务运营支撑系统强调业务支撑、运营支撑，通过一套完善可扩展的系统来帮助运营商整合网络资源，支持运营商开展的全部相关业务，提高为客户服务的水平。

③条件接收系统。通过对节目的加密控制、对用户授权解密收看，实现对每个用户的控制管理。条件接收技术只允许具有授权的用户使用相应业务，而未经授权或权限受限的用户不能使用相关业务。条件接收系统是推动数字电视走向市场成功的重要环节。

传输网络通过上一级的数字光纤骨干环网和本地的光纤骨干环网实现与其他各有线电视系统的联网。本地的传输覆盖网则采用有线电视双向网络，有线电视双向网络由城域网和接入网构成。

城域网由两个平面构成，第一个平面为总前端和分前端构成的数字电视广播网络，第二个平面为由IP网络核心路由、交换和传输以及汇聚交换构成的高速数据主干网络。数字电视广播网络一般采用星型和/或环型架构，能够提供数字和模拟电视广播的功能；数据主干网络一般网状联结，具有提供大容量高速数据路由、交换、转发以及汇聚的功能。

按照传输介质和技术体系的不同，有线接入主要分为混合光纤同轴电缆（hybrid fiber coax，HFC）接入、基于光纤到楼(fiber to the building，FTTB)加同轴电缆接入和光纤到户（fiber to the home，FTTH）接入3种网络结构。

接收终端为可以实现各种交互式应用的有线数字电视机顶盒。

严格地说，有线数字电视是从信源开始，将图像画面的每一个像素、伴音的每一个音节都用二进制数编码成多位数码，再经过高效的信源压缩编码和前向纠错、交织与调制等信道编码后，以非常高的比特率进行数码流发射、传输和接收的系统工程。有线数字电视系统原理框图如图4所示，具体包括8个环节。

图4 有线数字电视系统原理框图

①节目源。视频和音频数据流。

②压缩编码。去除视频、音频、数据等原始信号的冗余信息，以实现码率压缩与宽带占用减少，使信号在各类信道中进行有效传输。

③复用。将多路电视节目、多媒体数据等复接成一个标准的传输流（transport stream，TS），在一个电视频道内传输。

MPEG-2定义了传输流和节目流（program stream，PS）两种复用信息。传输流已经成为数字电视领域中普遍应用的系统层编码标准。

MPEG-2的结构分为压缩层和系统层。压缩层对经过数字化处理后的视音频数据进行压缩编码，输出视音频基本码流（elementary stream，ES），系统层将基本码流分别经过打包器打包为可变长度的打包基本码流（packet elementary stream，PES），打包的基本码流再经过节目复用打包为长度为188字节的单节目传输流。

数字电视节目的复用包括节目复用和系统复用。节目复用将PES和节目特定信息（program specific information，PSI）复用成单节目传输流，PSI在传输流中用特定的包标识符（packet identifier，PID）进行标识，用以引导接收终端进行解扰和解码；系统复用将多个单节目（或者多节目）传输流和业务信息（service information，SI）合成一个传输流，业务信息是对整个系统所有码流的描述，描述系统传输内容、广播数据流的编排和时间表等数据，主要功能在于调谐、节目选择、实现电子节目指南。

④信道编码。要实现数字电视信号的可靠传输，就需要采取一定措施对误码进行控制，以保证接收端在较差的接收条件下也能准确恢复数据。实现误码控制的编码过程称为信道编码。提高数据传输效率，降低误码率是信道编码的任务。

误码控制通常包括误码检测和误码校正两个方面，误码控制是通过特定的纠错编码技术实现的。纠错编码是数字通信所特有的处理方式，它利用数字信号可以进行数值计算这一特点，将若干个数字信号组成一个码组，按照某种运算法则进行数值运算，然后将运算结果（也是数字信号）附加在码组后面一起传送给接收机。由于每个信号码组与它们的运算结果之间保持着一定的关系，所以如果传输过程中发生了错误，这种运算关系就会遭到破坏。接收端按照规定的运算法则对接收到的每个信号码组及其运算结果进行检查，如符合运算关系，则认为信号中没有误码。如不符合运算关系，则说明发生了误码。  

常见的误码控制编码方式如图5所示。有线数字电视信道编码主要包括数据随机化、RS编码和卷积交织。

图5 误码控制编码方式的分类

⑤调制。经过信源编码数据压缩和信道编码差错控制后得到的数字信号，通常为二元数字信息，这种信号的频谱大致从零频开始，称为数字基带信号，如果是较长距离的有线信道传输，则需要采用合适的调制方式将数字基带信号调制在高频载波上进行传输，这种传输称为数字信号的调制传输。有线数字电视DVB-C系统采用的调制方式为正交振幅调制（quadrature amplitude modulation，QAM）。

⑥混合。将两路以上的不同频率的射频信号混合在一起形成一路宽带的射频信号输出。

⑦传输信道。有线电视传输网络。

⑧机顶盒。对接收到的已调制高频信号进行与发送端相逆的信号处理，包括解调、信道解码、解复用、视频、音频和各种辅助数据流的解码和终端显示等。在信道解码中，进行误码纠错，并分离时分复用的图像信号、声音信号和文字数据；在信源解码中，视频数据经去压缩后，恢复出原来的图像信号供给显示装置如电视机等，同时，由数字音频和文字数据的信源解码电路恢复出声音和文字数据，配合图像一起呈现。

有线电视数字化、双向化后，数字电视多功能业务不断发展，包括视频点播、付费频道、高清频道以及本地化、专业化、个性化的电子政务、资讯信息、电视商务等服务。

相较于传统的有线模拟电视，有线数字电视主要的特点和优势有：频道资源丰富，传送的节目多，节目套数可达数百套；节目质量高，抗干扰能力强；节省发送功率，覆盖范围广；便于加解密和加解扰，可实现双向交互，提供视频点播、时移电视、信息服务等互动业务；提供多种增值业务，实现高速数据传输。