IP技术在有线数字电视前端的应用

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1数字电视多业务发展对传输平台的要求

（1）有线数字电视每一个传输通道要具备统计复用（异步时分复用）和码率自动调整功能，可对每个数据传输通道的流量进行管理。采用DVB-C64QAM调制模式时，每个8M模拟电视频道带宽承载的数据码率为38Mbps，能传输6～8套4Mbps码率左右的节目，还需保留一定带宽用于传输加扰、EPG、广告业务等数据，实际应用中，接收的节目源都采用可变码率（VBR）传输，码流波动在2～10Mbps，此情况下，一般的码流复用器不能实时调整节目流量和附加数据流量。（2）能够把任意一个信源输入端口的电视节目分配到任何一个节目输出端重新排序组合，实现基于单个节目流的任意调度。（3）传输平台不仅要能提供基本的TS流输出，同时要能提供ip输出、SDI基带信号输出、光输出等输出端口，以满足不同信号接收端需要以及后期多业务发展的需求。同时，随着有线电视光缆网络双向改造的进行，传输平台还能够平滑升级，以便后期实现电视节目时移、点播、回看等功能。基于IP技术的内容调度分发加上IPQAM调制能很容易达到这些要求。（4）可靠性、稳定性及易维护性，由于行业要求，系统必须要有很强的可靠性，核心部件要能实现热备份，能满足长期高负荷的运转。所有硬件设备采用冗余电源，关键节目实现一加一热备，所有设备及板卡可实现热插拔，全系统可实现远程监测及维护。

2传统ASI前端与全IP前端的区别

2.1前端系统架构不一样。ASI前端主要有节目源接收、节目信息处理、节目输出三部分组成，每一部分设备都是采用独立的标准19英寸机架设备，每个设备之间通过同轴电缆进行连接，需要按单一频道进行节目配置，这就造成电视节目和其他系统业务信息不容易跨频道调度调整。另外，ASI切换矩阵只能实现ASI传输流的切换，而对单一电视节目的切换则无能为力。IP前端采用TSoverIP路由交换技术，所有节目和附加信息都通过千兆以太网交换机来实现调度、切换，管理，网络结构简单，可以处理多节目流（MPTS），也可以是单节目流（SPTS），甚至是某个节目的PID信息。2.2运营维护成本比较。ASI前端使用的都是独立设备，这些设备功能单一、占用空间大，设备连线复杂，故障点多，故障恢复时间长，运营成本较高，且传统设备的各类端口相对固定，在进行节目扩充及频道调整时限制较大，可能调整一套节目就要调整十几根线缆路由。而新的IP方案采用集成式设计，非常方便操作，利用一台网管电脑就能对系统内所有节目进行调度、加解扰、复用调制，能够灵活地进行端口的配置调整，使每个端口资源都得到充分利用，由于大量减少了设备之间的连线，系统安装也轻便快捷。2.3可靠性比较。ASI方案采用独立卫星解码器、视音频编码器、节目复用器、CA加扰器、QAM调制器等，设备和连接线都很多，自然故障点也多，只能通过ASI切换矩阵来单个节目流备份，如果要做到每个节目流都备份，就需要N倍多的硬件设备来实现，这样几乎是不可能的。而全IP方案在省去上述大量设备及连线的同时，使用双数据背板及冗余电源，通过各功能模块的组合，可形成一个多级别系统备份方案，不仅能对某个频道链路备份，还能做到针对每个数据端口的备份以及单个节目的备份。系统出现故障时，ASI系统备份方案切换时间至少需要几分钟，而IP方案切换时间一般在0～5秒。2.4扩展性及可升级性比较。ASI方案采用独立设备，每台设备功能单一，整个数字电视前端平台搭建完成，以后如需要增加新业务或扩充节目容量，特别是高清节目的全面铺开，这样的话就需要增添大量硬件设备，系统本身也需要进行大的调整，且不同厂家设备间会存在兼容性问题，给安装调试造成许多困难；采用IP技术方案搭建的前端综合扩展能力强，以标准模块化机箱设计，后期扩容及新增业务可通过增加不同功能的模块来实现，系统升级平滑性较强，几乎不存在兼容性问题。

3IP前端的几个关键技术

3.1TSoverIP。TSoverIP就是指TS流通过以太网以IP方式进行传输，数字前端采用TSoverIP技术，系统设备送出的TS流承载到IP流上，通过以太网交换机进行数据的交换和传输。视音频传输主要考虑它的实时性，而对可靠性也就是数据的正确率要求不是很严格，因此一般采用UDP协议（单播或组播）方式传输，UDP是一个分发信息的理想协议，广泛用在多媒体应用中，它的特点是数据传输延迟小、数据传输效率高、容错功能强，虽然如此，我们建设数字电视前端时，也要尽量做到简化网络结构，优化节目路由，因为网络情况过于复杂时就会有数据包丢失、抖动等问题出现，UDP协议就无法处理了，这一点要特别注意。3.2采用IP技术的信息处理流程。首先，把从信源输入端口的每个TS流（多节目流或单节目流）转换成IP数据包，通过TS流中的PAT表解析出每个节目的PID信息，然后对每个节目单独打包，也就是说，每个节目都有自己独立的IP地址、MAC地址及端口号，这就可以根据需要把任意一个节目通过设备内部数据交换插入到任意一个输出端口的SPTS（单节目流）或MPTS（多节目流）中去，再把TS流送入交换机进行下一步处理，从而实现基于单节目的调度。交换机是整个系统的核心，它要具备强大的CPU处理能力和足够的背板带宽才能满足大量视频数据的交换。

4采用IP传输的明显优势

（1）IP传输系统的结构简单，设备之间连线少，节约空间，易于管理和维护。（2）用千兆以太网交换机替代ASI矩阵，可实现交换机1+1冗余备份，从而提高了系统的安全性。（3）灵活性大大提高，信源接收编码、复用加扰、QAM调制等功能模块可以放置在中心机房，也可放分前端机房和其他地方。（4）IP传输增强了系统的扩展性，便于开展数字电视新业务。

5长葛市电视台IP数字前端介绍

正是基于IP传输方式的很多优点，长葛市广播电视台于2015年底采用伟乐科技公司的DMP数字电视集成前端设备搭建了全IP有线数字电视前端，节目规模为19个模拟通道传输108套标清电视节目、2套高清电视节目，采用64QAM调制方式，每个模拟通道传输6-8标清电视节目。节目由中央、省、自治区卫星节目，河南省及许昌市光缆传送节目、河南省长葛市广播电视台2套自办节目组成。系统采用集成式、模块化结构，用户只需根据实际情况插入不同的板卡（模块）以实现不同的功能。5.1节目源接收部分。卫星电视节目通过卫星接收模块送入DMP主机，经路由复用后以TSOVERIP的方式通过DMP主机的IP输出板送至交换机，每个卫星接收模块可同时接收4路卫星信号；省市光缆传送的模拟电视节目及自办需要编码的节目通过MPEG2编码板送入DMP主机，处理后同样通过IP输出板送至交换机，每个编码板可同时处理两路模拟音视频信号。5.2加扰调制部分。根据具体系统配置情况在DMP主机上加装IP输入模块、加扰模块、QAM调制模块，通过IP输入模块将所需的电视节目信号从交换机送入该主机，然后经过加扰板进行节目的加扰，再送入调制板进行调制输出，当然，这其中信号的处理可在同一个DMP主机内完成的，也可根据实际情况在不同的DMP主机内完成，灵活度非常大。5.3信号输出部分。每块调制板可以输出连续8个频点的射频信号，本系统中只需3块调制板就能满足19个频点的需求，而且还有5个频点作为以后业务扩充预留。三块调制板输出的信号经混合器混合后可直接进入光发射机入网传送。5.4EMM、EPG、机顶盒广告信息。EMM用户授权信息通过IP方式直接送入加扰板IP输入口，EPG、机顶盒广告信息也通过IP方式送入千兆交换机。上述各种附加数据根据情况或通过主频点或通过其他相关频点和电视节目复用在一起调制输出。在这里要着重说明，为了保证以后机顶盒广告业务的质量和流畅度，建议后期选购机顶盒时芯片性能要强一点，运存要大一点。5.5系统备份问题。本系统中所有硬件设备全部采用双电源冗余；核心交换、QAM调制器、关键信源设备采用1+1双机热备，其中任意一台主设备出现问题，备份设备可自动接管工作，切换时间小于2秒钟，主设备恢复正常后又能自动接管工作，保证整个系统安全可靠地运行，保养维护时也可以做到电视信号零中断。

6结语

IP技术作为有线数字电视发展的方向，已成为广播电视设备厂家和有线电视运营商的共识。据了解，以前采用传统ASI前端的电视台大多数已经着手升级改造自己的前端了，新型的IP数字电视前端，支持视频点播、回看、节目时移等功能，为用户提供了更多的服务，提升了用户的满意度及收视率。

参考文献：

[1]国明.IP组播技术在数字电视前端系统中的应用[J].有线电视技术,2012(8):36-38,52.

[2]肖曼.以IP传输方式的数字电视前端平台构建[J].数字技术与应用,2011(10):35-36.

[3]师志广.IP技术在青海广电城域网中的应用[J].广播电视电影技术,2013(2):23-26.

作者:胡海涛 单位:河南省长葛市广播电视台