太原有線數字電視IP 前端建設

張 冬

(太原有線電視網絡有限公司，山西 太原 030024)

太原有線電視網絡公司數字電視前端經過多年使用出現了信源接收系統設備老化、線路損耗增大，數字電視信號原有編碼、復用、加擾、調制系統處理節目能力有限，無法滿足新業務要求，可靠備份系統不夠完善，供電和制冷系統功率不足等情況，為保證數字電視前端的穩定可靠運行，滿足業務發展需求，啟動了對數字電視前端的IP 化升級改造建設。

1 數字電視信源接收系統

1.1 衛星天線系統

根據業務要求需要接收電視節目180 套，其中衛星信號接收154 套，其他26 套節目由專用接收機和ASI 信號接收。系統中需要接收的衛星信源分為兩類:第一類是55 套衛星清流節目;第二類是99 套付費節目。衛星節目分布在中星6A、中星6B、亞洲3S 以及亞太6 四個衛星上。由于主要的節目都在中星6A、中星6B 衛星上，每個衛星設計分別使用主備兩個衛星接收天線，其余兩個衛星只有少量節目，各用一個衛星接收天線。

1.2 信號接收處理

1.2.1 新建一套信源接收處理系統

為了保證衛星信源接收處理系統可靠，選用哈雷公司生產的支持4 路QPSK 接收功能的PVR7100 衛星接收機進行接收。PVR7100 衛星接收機單臺支持4 路QPSK 衛星頻點輸入;輸出支持雙路ASI 及雙路IP 輸出;支持PID 過濾、節目復用及PSI/SI 再生功能。信源的接收一般是按照衛星頻點劃分，故為充分利用PVR7100 衛星接收機的性能，以上衛星信號盡量按照衛星頻點進行配置。

接收中星6A 的節目需要配置哈雷PVR7100 解碼器4 臺，接收中星6B 的節目需要配備哈雷PVR7100 解碼器11 臺。亞洲3S 共接收1 個頻點，獨自用1 臺設備。亞太6A 節目接收1個頻點需要配備1 臺PVR7100 解碼器，對于清流標清信源，PVR－7100 直接通過其QPSK 接收模塊進行解調接收，經過PID過濾，無需進行CI 解密，直接通過千兆GBE 端口輸出，送核心交換機。對于加密信源，PVR－7100 首先通過其QPSK 接收模塊進行解調接收，經過PID 過濾后，送入CI 解密模塊進行傳輸流解密，最后通過千兆GBE 端口輸出，送核心交換機。

針對ASI 信源的接收:哈雷ProStream 1000 是綜合處理平臺設備，可以完成信源的復用、加擾、不同格式信源的轉換，此處用于接收處理ASI 信源的節目并轉換為IP 格式信源，最多可接入5 塊板卡，每個模塊有4 個ASI 接口，本地節目共20路ASI 信號，需要20 路ASI 接口，IP 模塊支持2 路同時輸出，需要主備設備2 臺。

備份設備考慮:中星6A 垂直需要與亞洲3S 和亞太6 共用1 臺設備作為備機。中星6A 水平需要獨立使用1 臺設備作為中央臺節目的備份節目使用。中星6B 水平共使用2 臺備份接收機，1 臺作為中央臺節目的備份，另一臺作為其他節目的備份。中星6B 垂直使用1 臺設備作為節目的備份接收機。

1.2.2 原有衛星接收處理系統

太原有線數字電視前端升級改造后包括新舊兩套信源接收系統，原有接收系統主要由AD988HP、網管管理終端等主要設備組成，AD988HP 是BVCOM 針對數字電視IP 前端系統，基于ATCA 電信級設計理念，在傳統前端的基礎之上，增加了衛星接收主備墊、千兆GE 網關、全硬件專業H.264 SDTV 轉碼等功能，可以獨立完成DVB/IPTV/SDV 業務的全線程傳輸接收功能。

2 數字電視IP 前端編轉碼、復用、加擾系統升級

升級方案拓撲如圖1 所示，平臺核心交換、編碼適配、復用加擾均完全隔離，設計成完全隔離的2 個平面，任何一個設備損壞，對另外一張平面沒有影響，最終輸出到IPQAM，通過IPQAM 可以實現兩個平面的自動切換［1］。

圖1 數字電視IP 前端系統圖

2.1 方案要點

系統全IP 化;原有主備設備由一個平面改造成完全隔離的物理2 個平面;所有節目單獨匯聚至思科7609 主備核心路由交換機;核心交換機、核心復用加擾系統、IPQAM 系統、網管系統全部1∶1熱備份;整套系統設計為電信級運營平臺:在核心復用加擾系統中實現節目熱備份、傳輸流熱備份、端口熱備份、設備級熱備份的四重熱備份機制;通過新增的時移DCM 設備將節目或業務內容以IP 清流格式傳輸出互動平臺做時移節目使用。

統一網管:ROSA 網管實現對H.264 轉碼系統、核心交換機、核心復用加擾系統、IPQAM 系統的全部網管。平臺初期設計能力為500 套節目，可根據需要擴展，同時現有硬件平臺已支持8 個千兆光口，由于目前節目流量還未超過1G，現有平臺已可支持2G 節目流量的配置。當節目流量大于2G 以后，只需要增加GBE 板卡即可升級。通過對哈雷的設備進行節目組播規劃，實現兩套信源設備采用1 主1 備的方式同時使用，通過下一級的DCM 設備進行選收。

主備核心路由交換機:所有前端的視頻流將通過核心路由器，核心路由交換機放置在處理設備與信號獲取設備之間，本身不直接連接至IP 系統核心骨干網?？紤]以后對遠郊區縣等業務端口的業務要求，需要板卡支持上述端口能力，可以提供更強壯的三層組播轉發能力。

核心復用加擾系統:DCM(數字信號內容管理器)是一個支持超大容量數字視頻處理平臺的智能型數字電視頭端處理設備，可以滿足現在和將來的需求。通過復用和碼流調整可對MPEG 視頻處理。DCM 最多支持8 Gbit/s 的輸入輸出能力。每塊處理板卡根據統計復用進行碼流調整，對最多350個標清或85 個高清流進行碼率限制，可以進行高密度的MPEG2 至H.264 的視頻轉碼，同時可以選擇性地支持從AC－3，MPEG1 Layer II 至HE－AAC 音頻轉碼，由于IP 化正在成為越來越多的傳輸網絡的選擇，通過一系列擴展的IP 化接口實現與IP 網絡無縫的集成。

IPQAM 系統:RF Gateway IPQAM 調制器，在一個1U 機框中提供最多48 個QAM 頻道，可最多配置6 塊板卡，每塊板卡有2 個RF 端口支持8 個QAM 頻道，每個RF 端口支持4 個QAM 頻道，捷變頻道最高至1 GHz。

2.2 安全性設計

1)設備安全性

IP 數字前端設備都采用雙冗余、熱插拔電源設計，默認情況下兩個電源只有一個在工作，另一個處于備份狀態。核心交換機7609 提供強大的VPN 功能，可以靈活為客戶提供其他業務。思科對IPQAM 可實現安全切換，核心交換機、編碼器、適配器、DCM 復用器完全隔離，任何一個設備損壞，對另外一張平面沒有影響，最終輸出到IPQAM，通過DCM 可自動進行切換。

2)平臺安全性

思科7609 路由器是一款高性能路由器，部署在對性能、IP 服務、安全性、冗余性和可靠性要求很高的廣電運營商前端平臺。不僅在性能上有更好的體現，同時還能實現以下全方位的安全功能。保證了IP 數字前端的安全性、可靠性，為實現節目的安全播出提供最有利的保證。

3)網絡安全性

組播安全目標:保護組播協議的安全。攻擊手段:非法用戶產生虛假BSR 消息，向全網通告虛假RP 地址，導致全網組播樹RPT 的異常建立。利用MSDP 發送虛假SA 消息或對MSDP 進行DoS 攻擊［2］。

3 數字電視前端供電和制冷系統

3.1 供電系統

外部電源接入為兩路市電，一路發生故障時另一路外電可切換工作。同時由于接收機、網絡設備和服務器等設備不斷增加，原有UPS 為90 kW，已經不能滿足所有設備功率，本次根據情況新增兩臺120 kW 的UPS，并機工作，保證前端機房設備穩定運行，主備播出設備、雙電源播出設備分別接入不同的UPS 供電回路。

3.2 制冷系統

為了解決制冷問題，機房設計使用3 臺精密空調，保證整體的制冷效果，能夠產生足夠的制冷量來保證前端機房溫度，滿足設備的正常運行。

其他機房溫度、濕度、防塵、接地、消防、安全防范等方面要求按照相關規定實施［3］。

4 數字電視IP 前端系統的割接

經過4 個月的緊張建設，新IP 前端系統搭建完成了，經測試，新IP 數字電視前端系統功能與現網IP 前端完全一致，具備割接條件并完成實施。

4.1 單平面割接

用一個晚上的時間完成，首先將原有BVCOM 的信源連接到新IP 平臺的單平面，與哈雷信號源一起工作，實現兩個信源的自動備份功能，在割接前將DCM 的主備信源配置信息提前設置完成。將現網中備IPQAM 與思科7609 交換機連接配置，使新IP 平臺單平面信號由這臺備IPQAM 輸出。由ROSA 網管完成主備IPQAM 信號切換，切換后大網信號將由備IPQAM 輸出，完成信號的割接。割接完成后，單平面與舊IP 平臺形成主備系統，并能自動切換。在用戶終端用機頂盒測試大網信號，確保機頂盒能正常收看所有節目。

4.2 另一個平面搭建與割接

單平面運行后，觀察一星期，再進行另一個平面的割接。

用一個晚上的時間完成，利用原前端的復用加擾設備與另一臺思科7609 交換機搭建另一個平面并進行測試。將BVCOM、哈雷的主路信源、原核心DCM、原高清轉碼、原主IPQAM 接入思科7609 交換機，并進行相關配置。對輸出的QAM 信號進行測試，確保兩個平面的QAM 信號中各頻點的參數保持一致。將兩個平面的QAM 信號混合后送入大網，并在ROSA 網管完成相關配置，實現兩個平面QAM 信號的自動切換。在用戶終端用機頂盒測試大網信號，確保機頂盒能正常收看所有節目。

4.3 回退機制與應急措施

每個平面割接后，如發現機頂盒有搜臺、死機、節目不能正常收看等現象，及時回退切換回原IP 平臺的主IPQAM信號。

5 數字電視前端系統IP 化改造后特點與優勢

可靠性方面，原有數字電視前端由于信源系統只有一套，且運行了近十年有時會出現節目故障，而經過升級后有兩套信源系統，具有切換機制，不會因為某套節目故障而影響用戶收看。更重要的是兩個平面相當于同時運行的兩套數字電視前端系統，在調制輸出部分實現兩個平面切換，消除了單平面系統某個設備故障而引起的播出事故，可靠性有極大的提高。同時，供電系統和制冷系統的改造也提高了設備的可靠性，通過各相關系統的改造，從而使數字電視前端的可靠性達到甚至超過總局要求的99.99%的標準［4］。

業務能力方面，通過該系統提高了高標清直播節目能力，由于思科7609 交換機的業務交換能力很強，理論上支持幾千套高清節目，只需在復用加擾提供授權即可滿足要求。同時由于IP 化以后，可靈活引入不同平臺不同來源的節目，并按照不同業務需求實現節目編轉碼，為互動電視及多屏應用提供信源，為開展各種綜合業務奠定了基礎。

性價比方面，由于廣播電視是一個特殊的行業，既有市場特性又有政治特性，在某一方面后者比前者還重要，為實現百分之百安全可靠地播出電視節目而進行的投資不能簡單地用投資效益來衡量。通過改造后系統能夠提供的高標清節目數量大大增加，為開展基于IP 化的綜合業務提供節目源，從而提高了用戶ARPE 值，在數字電視用戶流失的情況下，保證了經濟效益實現7%的增長。

6 總結

由于IP 化數字電視前端具備IP 的靈活性及DVB 數字電視系統的成熟可靠性，目前，各地都在積極進行數字電視前端系統IP 化升級改造，太原有線在升級改造后經歷了十八界三中全會、春節、兩會等敏感時期的檢驗，安全穩定運行近一年，證明了在可靠性和業務提供能力方面都得到提升。

［1］劉小元.陜西廣電省網基于數字電視IP 平臺實現高清直播節目統傳［J］.有線電視技術，2015(5):99－101.

［2］思科網絡技術學院教程CCNA Exploration［EB/OL］.［2015－06－10］. http://ccnprenzheng. up4g. com/?sem = bdsspc＆kc =ccnp＆fw=rz.

［3］GB 50174，電子信息系統機房設計規范［S］.2008.

［4］廣電總局令第62 號，廣播電視安全播出管理規定［S］.2014.