IP組播在CMMB單頻網中的應用與實踐

王 偉

（寧波廣播電視集團，浙江 寧波 315000）

CMMB是中國自主研發的第一套面向7 in以下小屏幕移動接收終端并提供高質量廣播電視節目和信息服務的技術系統，其技術優勢在于能夠極好地解決移動終端信號流暢的問題。目前中廣傳播已建成全球最大的移動多媒體廣播電視網絡，網絡覆蓋全國335個地級以上城市。寧波作為計劃單列市，列入首批開通CMMB的37個城市之一，于2008年5月1日正式開播CMMB多媒體廣播，2010年新增3個發射站點，組成單頻網進行信號覆蓋。本次單頻網組網中，CMMB信號利用TS over IP方式進行傳輸，同時采用IP組播方式，實現一點對多點傳輸[1，3]。

1 前端系統

寧波CMMB前端系統主要由衛星天線、衛星接收機、編碼器、復用器、交換機及ESG，EPG服務器等組成，如圖1所示。

中廣CMMB衛星信號經衛星接收機，輸出IP信號至交換機。寧波電視臺一套電視節目SDI信號經編碼器編碼成IP信號進入交換機。復用器將中廣信號、本地信號、ESG信號及緊急廣播等信號復用成播出ASI碼流。

為提高系統可靠性，前端系統基本采用1+1備份方式。復用器輸出經過一個二選一自動ASI切換器，實現備份冗余播出。ASI播出信號一路經過CMMB激勵器，通過衛星GPS同步延時后，發射播出；另外一路通過ASI-IP轉換設備，轉換成IP方式，進入IP網絡傳輸至各單頻網站點播出。

2 單頻網站點

CMMB主發射站點位于寧波市中心三江口商業核心區，周邊高樓林立，因此對信號覆蓋具有較大影響。為了完善信號覆蓋，2010年開始著手進行單頻網組建。一期單頻網發射三個站點分別為龍山站、姜山站及北侖中學站，為寧波移動基站發射站點。廣電發射站點保國寺、茅洋山作為后續發展規劃。

CMMB單頻網現有站點發射參數如表1所示。

表1 CMMB單頻網站點參數表

3 單頻網傳輸

單頻網建設必須考慮信號傳輸，傳輸模式基本采用兩種方式：光纜或者微波，傳輸類型較多采用ASI信號、DS3、QAM模式。根據1個中心需要對3個單頻網點傳輸的要求，筆者設計采用TS over IP方式進行傳輸，傳輸介質采用光纜。ASI碼流轉換成IP后，進入以太網絡，采用IP組播方式進行傳輸，實現一點發送、多點接收，大大降低了系統造價。今后如果需要擴充站點，只需要增加IP接收端就可以，無須增加發送設備。同時充分依靠寧波移動PTN網絡技術，實現傳輸路由冗余，在部分光路由中斷情況下，實現無縫倒換，大大提高了系統可靠性。

3.1 TS over IP

TS流又叫MPEG-2傳輸流，是一種固定長度的包結構，一般為188 byte或204 byte，包里可以填充視頻、音頻或者自己定義的信息，大多采用ASI接口進行傳輸。ASI又稱DVB-ASI（異步串行接口，遵循EN50083-9的規定），傳輸流經過8 bit/10 bit編碼后，在其物理層以270 Mbit/s的速率傳輸，但其最大有效負荷為216 Mbit/s。通常情況下，其有效速率遠遠小于216 Mbit/s，其中也有大量空包。TS結構示意圖如圖2所示，每個TS包有包頭、自適應區、包數據組成。

IP是一種基于因特網提出網絡的包傳輸協議，現在被廣泛應用于以太網數據傳輸。TS over IP是將一個包含壓縮后的視音頻數據信號傳輸到一個在以太網上使用IP協議的目的設備的系統。由于傳輸信道的誤碼原因，為了避免數據傳輸過程中出現差錯，節目源不可能重新發送。因此壓縮后的視音頻數據在IP網絡中傳輸時，通常采用UDP協議。當有FEC（前向糾錯）要求時，RTP協議也是必須使用的協議，通常位于UDP協議的上層。RTP協議提供包序列的檢測、重新排序等UDP協議不能完成的工作。

TS流通過以太網絡傳輸，必須先封裝成IP幀。在傳輸中要經過MTU（最大傳輸單元）為1500的以太網設備，而包含TS包IP幀不能被分片，所以就限制了每個IP包的最大TS包的數量為7（由7×204=1428＜1500可得）。每個IP包封裝7個TS包，可以提供較高的載荷，代價是每丟失一個IP包，會有過多的TS包丟失。如果每個IP封裝一個TS包，這時載荷就會比較低。圖3是每個IP包封裝7個TS包的示意圖。

3.2 IP組播與傳輸網絡

IP組播是利用一種協議將IP數據包從一個源傳送到多個目的地，將信息的拷貝發送到一組地址，到達所有想要接收它的接收者處。IP組播是將IP數據包“盡最大努力”傳輸到一個構成組播群組的主機集合，群組的各個成員可以分布于各個獨立的物理網絡上。IP組播群組中成員的關系是動態的，主機可以隨時加入和退出群組，群組的成員關系決定了主機是否接收送給該群組的組播數據包，不是某群組的成員主機也能向該群組發送組播數據包。IP組播群非常適合于視音頻等大容量數據業務傳輸[2]。

同單播（unicast）和廣播（broadcast）相比，組播效率非常高，因為任何給定的鏈路至多用一次，可以節省網絡帶寬和資源。IP組播必須通過IP傳輸網絡進行，目前的以太網交換機、路由器均支持IP組播業務。通過現有IP局域網或城域網絡可以輕松實現IP組播業務。寧波CMMB單頻網傳輸利用了中國移動寧波分公司的PTN網絡實現IP傳輸。PTN(Package Transport Network)分組傳送網，是支持多種基于分組交換業務的雙向點對點連接通道，具有適合各種粗細顆粒業務、端到端的組網能力，提供了更加適合于IP業務特性的“柔性”傳輸管道。點對點連接通道的保護切換可以在50 ms內完成，可以實現傳輸級別的業務保護和恢復。從PTN網絡特性來看，該技術非常適合IP方式業務傳輸。

市區CMMB中心站點安裝PTN網絡終端（提供2個100 Mbyte IP接口），通過光纖接入PTN網絡。各單頻網站點通過PTN設備以IP方式連接至中心站點[4-6]。

3.3 實際應用

寧波CMMB單頻網傳輸具體信號如圖4所示。

衛星接收的中央節目及寧波臺節目，經過復用器復用，經DCH4000 ASI轉IP設備后，輸出IP數據流格式，經交換機進入移動PTN網絡傳輸。在PTN網絡中，將該業務封裝成IP組播業務。經過PTN網絡傳輸后，到達相應發射站點，采用IP-ASI轉換設備，將復用節目還原成ASI碼流，再經過與GPS同步的激勵器，最后通過發射機發射出去。

實際傳輸中，ASI/IP轉換設備采用了PBI公司的DCH-4000P專業解碼器。該解碼器支持ASI、IP、DS3多種協議轉換，同時通過軟件設置，可以便捷地設置為ASI轉IP模式和IP轉換ASI模式，應用比較靈活。支持SNMP網絡管理能力，可通過TCP/IP網絡進行遠程設置和管理。

利用TS over IP作為單頻網絡傳輸手段，采用IP組播技術，實現一點發送，多點接收，大大降低了傳輸設備數量，有效地節約了網絡帶寬、降低網絡負載。同時，采用IP網絡，可以很便利地實現網管信號的回傳。實踐中，利用移動PTN網絡，實現了對單頻網發射站點信號傳輸設備的遠程管理，并實現了對發射機遠程網管。

4 覆蓋測試

2010年，中廣浙江公司與寧波移動公司協商，利用浙江移動通信寧波分公司3個基站，采用與GSM信號共塔模式，新增加了CMMB單頻網發射點。3個新站點啟用運行一段時間后，又對寧波市區進行了信號覆蓋測試。信號覆蓋測試結果如圖5所示。

測試時間：2011年4月13日。

測試儀器：世紀鼎利CMMB路測儀。

測試車輛：發射中心現代吉普車。

接收采用：外置吸頂全向天線。

測試路徑：西郊發射中心-中山路-機場路-環城北路-通途路-江南公路-環城東路-環城南路-鄞州大道-秋實路-西郊發射中心。

圖5中，顏色較淺的軌跡為信號正常接收，顏色較深的軌跡部分為信號接收不好。根據測試圖可以看出寧波繞城方面除西南角方向靠近機場位置，信號接收不好外，其余路途接收穩定，圖像清晰。與原單站點發射情況測試數據相比，可明顯看到覆蓋范圍增大，接收效果有了很大改善。部分測試數據如表2所示。

該測試因受條件限制，只是利用帶CMMB測試功能的導航儀進行了環路測試，測試精度不高，但也反映了基本覆蓋情況。測試同時使用GSM手機天語V958進行實際觀看，信號接收效果良好。

5 結束語

CMMB在寧波起步較早，經歷了從單點發射，到單頻網組網發射過程，信號覆蓋不斷優化，較大改善了市區接收效果。前端系統采用1+1熱備份模式，降低停播率，提高系統可靠性；同時單頻網傳輸采用TS over IP、IP組播方式，優點明顯，信號傳輸采用IP組播一點對多點，大大節約了設備投入；另外通過IP傳輸通道，可順利實現對CMMB無人站點的網絡遠程管理。由此可知，該方法值得推廣和借鑒[7-9]。

表2 CMMB測試數據表

[1]國家廣播電影電視總局.GYT 220.1-2006移動多媒體廣播第1部分：廣播信道幀結構、信道編碼和調制[S].北京：國家廣播電影電視總局標準化規劃院，2006.

[2]POSTEL J.Internet protocol，RFC 791[S/OL].[2011-09-10].http∶//www.faqs.org/rfcs/rfc791.html.

[3]國家廣播電影電視總局.GYT 220.2—2006移動多媒體廣播第2部分：復用[S].北京：國家廣播電影電視總局標準化規劃院，2006.

[4]ISO/IEC.ISO/IEC13818-1：2000(ITU-T Recommendation H.222.0)，Generic coding of moving picture and associated audio information：Systems[S/OL].（1994-11-13）[2011-09-10].http∶//pbx.mine.nu/dvhs/is138181.pdf.

[5]POSTEL J.User datagram protocol，RFC 768[S/OL].（1980-08-28）[2011-09-10].http∶//tools.ietf.org/html/rfc768.

[6]SCHUIZRINNE H，CASNER S，FREDERICK R，et al.RTP：A trans?port protocol for real-time applications[S/OL].[2011-09-10].http∶//tools.ietf.org/html/rfc3550.

[7]趙建平.CMMB單頻網覆蓋優化思路及補點淺談[J].廣播電視信息，2010（2）：31-35.

[8]王波.CMMB單頻網同步技術[J].廣播與電視技術，2008（9）：20.

[9]徐輝，張清，宋春榮.CMMB地方節目傳輸的探索和實踐[J].廣播與電視技術，2010（6）：38-40.