數字電視IP前端系統設計

周振海

（寧夏廣播電視網絡有限公司，銀川 750004）

數字電視IP前端系統設計

周振海

（寧夏廣播電視網絡有限公司，銀川 750004）

本文分析了傳統的ASI數字電視前端系統，深入研究了基于IP傳輸的數字電視單雙向前端平臺及其特點，對傳統ASI數字電視前端系統和IP數字電視系統做了對比，并詳細描述了IP數字前端的原理和業務流程。

ASI；IP前端；EPG；IPQAM

數字電視前端系統是數字電視節目及其他數據等相關業務信息采集、調度、處理、信號形成、分配以及傳輸的中心。總體可分為以下幾個部分：傳輸平臺、EPG系統、CAS系統、SMS或BOSS系統、網管及監控系統。其中，傳輸平臺由信號源、信號處理和信號傳輸等組成。本文主要介紹基于IP傳輸的數字電視前端系統。

1 傳統ASI前端系統

以往搭建數字電視前端平臺，都采用基于ASI的傳輸方式。前端采用ASI（異步串行接口）用于進行設備互連，ASI的最大碼率限制為270Mb/s，一根ASI連接線僅可攜帶一個多節目傳輸流（MPTS），對于有線運營商來講，帶來了很多限制。此外，設備之間采用ASI線纜連接相對來講非常靜態，無法提供強大的擴展性。

傳統的ASI前端系統組網如下圖所示：節目源包括衛星接收節目、本地編碼節目、SDH傳輸節目以及其它數據廣播等。衛星信號通過衛星接收解碼，本地編碼節目通過編碼器編碼，SDH傳輸信號通過DS3-ASI適配器適配成ASI信號后送入相應的復用器，由復用器對各單節目流和多節目流進行復用、加擾、PSI插入、PID重映射等處理。處理完成后再將復用后的多節目流送到ASI切換矩陣。經過矩陣調度，所有節目流被送入QAM調制器進行再復用和調制。之后由調制器輸出RF信號進入本地HFC網或者經由DS3適配器適配后進入SDH網傳輸到遠端。

圖1 數字電視ASI前端系統組網圖

隨著科技的發展，一些支持IP連接和傳輸的數字電視前端設備也層出不窮，技術越來越成熟，所以基于IP的傳輸的數字電視前端系統也被越來越多的廣電運營商所接受。

2 數字電視IP前端系統的優勢

數字電視IP前端不僅僅使運營商盡可能快的部署新的服務，減少運營成本，同時也使現有的視頻服務直接通過IP網絡與平臺部署提供了可能性。最終語音，視頻與數據全部可以在IP網絡中利用，有線運營商可以真正的成為“三網合一”的運營商并創建嶄新的服務模式。該類型前端已在國內及北美、歐洲進行大量部署。數字電視IP前端系統的優勢：

（1）采用IP傳輸后系統結構變得相對簡單，設備之間的連線大幅減少，擯棄原有的矩陣和跳線架，節省大量機架空間，減少了中間環節，使系統簡潔明了，更易于管理和維護。

（2）用交換機替代矩陣。矩陣為單設備運行，而交換機采用1∶1熱備份機制，從而提高了系統的安全性，使系統更加穩定、可靠。

（3）采用IP傳輸方式后系統靈活性大大提高。利用IP傳輸數字電視節目，我們的系統組建將變得非常靈活，編碼器、復用器、調制器等設備可以集中放置在中心機房也可以隨意放置在遠端任何有IP網絡的地方。QAM調制器也是類似，可以放在前端也可以放在遠端。如果總前端使用IP傳輸方式，我們可以將復用器輸出的IP信號通過IP傳輸網直接送到分前端，分前端只需使用IPQAM對信號進行接收、調制后送入當地HFC網絡就可以了；如果幾個地市同時使用IP傳輸方式，還可以把重要的電視節目打包后送入IP傳輸網進行互相備份。

（4）采用IP傳輸方式后增強了系統擴展性，便于開展數字電視新業務。傳統ASI傳輸平臺由于其結構的關系，在數字電視新業務的拓展方面存在一定弊端，而IP傳輸平臺正好就解決了這個問題，如時移電視、數字馬賽克、動態EPG等業務通過IP傳輸平臺可輕松實現。

（5）節省投資。ASI切換矩陣是一個比較昂貴的設備，而以太網交換機相對就非常便宜，因此設備投資減少；交換機替代矩陣后結構簡化、所占空間減少，機房投資減少；IP傳輸到遠端使用IPQAM調制輸出，不需要前端DS3調制和分前端解調，所以分前端建設投資減少；開展新業務直接使用Gbe接口而不需要增加IP網關等額外設備，后期投資減少。同時利用基于IP的統計復用功能，更有效的利用帶寬資源。

3 基于IP傳輸的數字電視前端系統

數字電視IP前端系統設計實現100路衛星信號接收（各省衛視主、備信號共80路、20路專業加密節目）；EPG、本地節目，自辦節目準視頻點播、股票、數據廣播等ASI信號源，通過碼流分配器分別進入IP前端主、備接收設備并轉換成IP信號。再統一進行復用、加擾。原有20套高清節目已經進行了復用加擾，可以直接進入核心交換機。以上節目通過核心交換的千兆SFP光接口通過OTN傳輸系統下傳到各地市，在各地市機房通過IPQAM接收進行QAM調制。本次IP前端系統建設從信源接收、復用加擾、核心交換必須實現設備級、節目級的備份自動切換保護。基于IP的數字電視前端組網如圖2所示。

圖2 IP前端系統組網圖

（1）信源處理：實現衛星節目的接收，完成MPEG2和AVS+高清節目的轉碼，以保證終端設備正常解碼。

（2）核心交換設備：完成所有信號的匯聚，同時根據相應請求進行節目分發。具備高可靠性、安全性與穩定性，在增加節目和擴容業務時無需對現有系統做出改造。

（3）復用、加擾：核心處理系統對信號進行復用、加擾，對輸入節目進行頻道規劃和節目調整，處理后的信號采用組播方式輸入交換機。

（4）IPQAM：用于接收核心處理系統輸出的MPTS OVER IP節目，并將其調制為RF信號送入HFC網絡。

（5）網管系統：網管系統采用客戶端/服務器方式，對前端平臺所有的衛星接收設備、復用加擾設備、調制器和適配器進行統一網管，支持遠程管理和配置。

4 數字電視IP前端系統業務

數字電視IP前端系統業務分為單向直播節目和雙向互動業務，其中雙向互動業務又分為：回看和時移節目、高清點播、家家影院等點播節目。

4.1 單向直播節目

衛星接收機解碼節目之后（或者本地節目經編碼之后），根據需要單播或者組播輸出，經交換機和復用器連接，復用器插入CA信息，EPG信息。復用器輸出的節目經過核心交換機，單播到相應的IPQAM端口，多個IPQAM信號經過混合放大之后，傳輸到HFC網，最終到達用戶。

4.2 雙向互動業務

雙向點播前端的回傳采用CMTS或EPON+EOC系統。下行節目經本地及各分前端IPQAM設備，通過HFC網絡或數據平臺設備經IP網絡推向用戶終端設備。

4.2.1 視頻點播

用戶按需求點播音視頻存儲內容的業務，用戶對播放過程能夠控制，包括暫停、播放、快進、快退、拖動、選時等。業務流程圖如圖3所示。

4.2.2 電視回看

用戶按需求點播觀看已經播出過的電視頻道節目。當用戶對一個直播頻道發起回看請求，其流程如圖4所示。

圖3 視頻點播流程圖

圖4 電視回看流程圖

5 結束語

文章對傳統基于ASI信號傳輸的數字電視前端系統的特點進行了分析，研究了基于IP傳輸的數字電視前端系統，并對兩種前端系統作了對比，發現IP數字電視前端系統無論是在穩定性、可擴展性、安全性以及對雙向系統的適應性方面，都有很大的優勢，另外，基于IP的數字電視前端系統具有強大的處理能力，可滿足不斷發展的要求，運營商可根據需求擴展功能，同時使系統更經濟。也許在不久的將來，數字電視前端走IP傳輸會被越來越多的廣電運營商選擇。

[1] 劉俊，植德坤．IP數字前端建設和組播問題分析．有線電視技術，2012.03

[2] 肖曼．以IP傳輸方式的數字電視前端平臺構建．數字技術與應用，2011.10

[3] 鐘麗．新型全IP組網集成式數字電視前端平臺的構建．廣播電視信息，2010年03期

Digital TV Headend System Based on IP Transmission

Zhou Zhenhai
(Ningxia radio and television network co., ltd., Yinchuan, 750004)

This paper analyzes and compares the traditional ASI digital TV headend system and IP-based digital TV headend system. The paper details the principles and business processes of IP-based digital TV headend system.

ASI; IP-based DTV Platform; EPG; IPQAM

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.006

TN949.197文獻標示碼：A

1672-7274（2017）12-0020-03