分前端子系统（共7篇）
分前端子系统 篇1
摘要：伴随信息技术的日益发展, IP传输、三网融合等技术逐渐步入高速发展轨道, 而数字电视分前端系统也正在向大容量、综合化方向迈进。新一代数字电视实现了分析、处理、调度、保护等多种功能, 与此同时, 数字电视分前端IP传输系统的设计与应用成为了当前数字电视分前端的核心。本文着重探讨了数字电视分前端IP传输系统的设计, 并对其具体应用进行了一定分析。
关键词：数字电视分前端,IP传输系统,信号处理系统,冗余设计
数字电视在我国距今已有十几年的发展历史, 传统的前端技术已发展的较为成熟, 然而随着技术的不断革新与三网融合的提出, 传统的数字电视前端技术已成为制约数字电视快速发展与革新的主要因素, 而基于IP技术的传输系统已经逐渐成为数字电视前端研究和发展的重点方向。为适应这种趋势, 有必要对数字电视分前端IP传输系统的设计与应用进行研究。
1 数字电视分前端IP传输系统的设计
1.1 数字电视分前端的功能构成
数字电视分前端系统主要负责接收、处理、调度和输出电视节目以及其他相关业务信息, 它涉及到许多重要的数字设备与技术, IP传输系统是数字电视分前端的核心与关键。一般而言, 数字电视前端系统包括信号处理系统、业务系统和管理系统等等。信号处理系统包括信号采集模块、信号处理模块和信号输出模块, 主要完成节目源信号的接收、加扰、复用与调制等工作。业务系统包括数据广播系统、交互式电视系统、信息群发系统等多个子系统, 主要完成对各种业务活动的分发与处理[1]。管理系统主要实现的是数字电视系统日常活动及其产生各类信息的分类整理等。各个部分分工协作, 共同构成了整个数字电视的前端系统。目前这些相关系统都已经实现了用IP数据来传输各种信息。
1.2 IP传输平台相比于传统的ASI平台具有巨大优势。
传统的ASI解决方案是基于ASI方式的数字电视设备而来的。所有设备都需要具备ASI接口, 这就决定了ASI平台需要大量的设备以及连接线, 并且设备之间的逻辑关系非常严格。而IP传输平台以IP数据包的方式传输数据, 设备均通过交换机连接, 无论控制线还是数据线均以网线连接, 设备的逻辑关系只需要在网管中设置, 不需要以大量的实物连线来完成, 这就极大了减少了设备数量和降低了设备连线的复杂度。
1.3 IP传输平台的备份设计
核心设备冗余设计。与传统模拟电视不同, 数字电视设备均工作在传输流层, 所以一旦某设备损坏将会影响到许多套节目。另外, 由于利用IP技术生产的数字电视分前端更加集成化, 业务处理更加集中化, 如果信号中断, 用户收视将会受到严重影响。为避免上述问题发生, 实现数字电视分前端的全链路备份设计至关重要。在对接收节目重要性、故障发生至恢复的总响应时间等因素进行综合考虑后, 一般对重要设备均采用自动切换热备份。同时, 通过对安全性、经济性和可靠性的充分考虑, 对核心系统设备采用高性能完全热备份[2]。这种备份方案可以实现设备、节目层、端口和调换的全链路备份。
当主路出现故障导致信号丢失时, 由于数字电视分前端IP传输系统具有两个不同的、核心处理一致的输入来源DCM, 可以及时将节目源切换至另一台DCM上, 从而保障节目的正常播出;当节目信号丢失时, 由于单独的DCM集成了多个节目源链路冗余, 加之其具有强大的路由选择功能, 可以实现将节目源快速倒换至备份链路上, 从而保障节目可以正常播出, 保证用户可以顺利收看节目。
节目源备份设计。目前, 数字电视节目主要分为两类, 即基本包频道和收费频道, 这两类在数量和内容上完全一致且互为备份, 对其进行编码并复用IPTS的打包方式经省市级主干传输网络发送至相应范围内的数字电视分前端平台。为实现分前端系统核心DCM的快速倒换与全链路备份, 需要为系统设计链接冗余, 可以利用光分路器、核心交换机的组播复制功能和配置引擎板卡来实现全线速倒换。而为保证IP传输系统的准确高效传输, 可以选用两块SEP模块的光纤业务板卡, 它具有端口密度大、便于维护等优点[3]。这种光纤传输方式能够有效避免电磁辐射的干扰, 从而大大提高数据传输的及时性、可靠性。此外, 为保证节目播出的及时、准确、安全, 对那些重要的节目还需要配置不同途径传输路由, 以作为容灾信源, 保障信号的不中断传输, 实现节目源的多路备份和快速调换。
2 数字电视分前端IP传输系统的应用
目前我国许多数字电视分前端从省级数字电视前端平台接收节目源信号作为主信号源, 并为市级及以下数字电视提供节目信号。其信号源主要由该地节目信号、卫星接收信号和省网下传节目信号三部分组成。其中卫星接收信号作为备份信号源, 省网下传节目信号作为IP前端信号源。
基于IP技术, 数字电视分前端系统的设计过程大致如下:由省前端平台下传来的IP信号经由光传送设备的SEP端口集聚到核心交换机上, 同时将当地节目信号等相关数据插入到前端[4]。前端系统核心处理设备DCM支持ASI (异步串行接口) 板卡插入, ASI板卡支持当地节目信号的输入, 便于当地信号插入到前端系统当中。另外两板卡互为备份, 负责接收来自交换机的IP信号。前端核心处理系统DCM通过对接收的IP节目信号和当地节目信号进行加扰、再复用等处理, 然后按照相关协议对节目信号进行打包组播后将其返回交换机中。交换机将接收到的节目流信号经由专门端口发送至调制设备, 调制设备对封装的节目源信号在IP、UDP (用户数据报协议) 层对其进行解封, 然后将每个节目流规划到射频载波上, 最后通过RF接口输出。
从上述数字电视分前端IP传输系统设计来看, 整个系统及设备具备较高的安全性与可靠性, 不仅实现了节目信号的热备份, 而且保障了节目信号的高效准确传输[5]。
3 关于数字电视分前端IP传输系统的探讨
随着数字电视分前端IP传输系统设计的不断完善, 前端系统数据冗余备份等功能的不断强化, 未来数字电视分前端在实际处理节目信号时, 节目信号传输会更加安全快速, 信号处理会更加准确高效, 而数字电视分前端IP传输系统给人们提供的服务水平也将会变得更高、更优质。总之, 数字电视分前端IP传输系统具有良好的发展前景。
4 结语
由以上分析可知, IP传输技术在现代数字电视分前端传输系统中的广泛应用, 既是网络信息时代给数字电视带来的重大变革, 也是在信息化时代背景下, 数字电视分前端发展的必然结果。而数字电视分前端IP传输系统的不断进步与发展, 无疑会推动数字电视前端技术的快速变革, 对整个数字电视系统的发展具有重要意义。
参考文献
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分前端机房新型联网方式探讨 篇2
在有线电视城区骨干环网设计中, 为分解总前端过多光节点的管理压力和数据交换压力, 介于总前端与光节点之间就设置了众多的分前端。分前端机房一般设计为无人值守机房, 这就对机房的场地监控、设备管理、安防等信息交换又提出了更高的要求。目前, 与总前端机房的通信主要采用点对点的光纤收发, 这样不但浪费了大量的骨干网纤芯, 而且其网络处于单路由无保护状态。在徐州广电网改时, 我们就急需设计一种新型的联网方式, 以满足广电安全播出的需要。而EPON作为一种多业务宽带光纤接入网技术, 具有性能价格比高、可扩展性、易安装及高可靠性等优点, 对分前端联网是一种很好的选择。
2 网络方案设计
根据EPON网络的特点我们将徐州市区按照地理位置走线方式, 以中心机房为切点, 分别设置东环和西环, 再分为主环和副环, 即工作环和保护环, 采用12台网络终端组成千兆主干网络, 这样可以全面覆盖整个市区。选用了2台线路终端OLT连通, 整个环网冗余度增加一倍。由于EPON网络采用了无源网络设计, 当系统中增加网络终端时, 不需要再单独增加有源设备。只需要增加线路分支器即可将网络终端设备接入, 这样很大程度上减少了投资成本。这一点体现了我们的设计原则——可靠性与经济性。
如图1所示, 每个独立环网中的网络节点配置1台网络终端ONU, 放在分前端机房, 所有的网络终端通过光纤环网一一对应互连, 并最终连接至位于中心机房的2台OLT线路终端, 形成一个双环冗余网络。
3 网络冗余保护
3.1 光纤保护实现方案
ITU-T G.984.1建议采用两种保护方式:骨干光纤保护倒换方式和光纤全保护倒换方式。通信标准委员会建议的骨干光纤保护适应于一级分光, 多分支的传统网络拓扑结构, 而对于前端机房网络拓扑和高可靠性要求的特点, 则需在原有基础上发展改进成环网冗余的结构方式。
EPON光纤环网冗余结构通过建立一个环状的光纤以太网结构来实现网络冗余, 减少网络单点故障, 增强整个通信网络在突发情况下的生存能力。如图2, 采用双OLT设备, 每个OLT向ONU设备提供4个千兆以太网光纤端口, 具有二层/三层交换和光纤端口冗余功能, 通过单环网交叉接入OLT设备完成单环网间冗余, 保证了环网传输的可靠性。
3.2 简单骨干光纤保护倒换的实现
为了实现简单的骨干光纤保护倒换, EPON系统应由光线路终端 (OLT) 、工作光纤、保护光纤、2×2光分支器、光网络单元 (ONU) 、网络冗余管理器组成, 其中OLT内包括保护倒换控制模块 (在工作光纤故障的情况下, 发出切换信号来控制系统的保护倒换) , 同时冗余管理器可根据与其耦接的光纤的工作情况发出告警信息, 如光信号丢失和信号劣化告警, 并对OLT激光器工作状态裁决, 如图2所示。
冗余管理器与工作光纤和保护光纤的末端相连, 工作光纤和保护光纤又分别连接2×2光分支器的两个输入口, 从2×2光分支器到ONU侧采用常规连接。系统正常工作时, 冗余管理器保护倒换控制模块在线监测光纤末端信号, 当光检测器监测到来自OLT的线路故障、信号劣化等信息时, 根据预设的机制进行判断是否进行倒换, 并触发备用OLT光开关实现切换, 从而实现EPON系统骨干光纤的主备倒换。
3.3 实现简单光纤保护倒换实现流程
当冗余管理器完成倒换后, 由于主、备用光纤的长度不可能完全相同, 为避免上行业务冲突, 控制模块会同时触发PON模块重新发起发现、测距、注册等过程, 从而完成E P O N系统业务的保护倒换。
光纤保护倒换在以下两种情况时进行: (1) 自动倒换:由故障触发, 如信号丢失等; (2) 强制倒换:由管理事件触发。保护倒换的原因有: (1) 光缆断 (双芯齐断, 如图1点A和B同时中断) , 为常见断缆故障。保护倒换启动后, 两个OLT同时工作, 分别为断点两侧的ONU提供通信服务; (2) 工作纤芯断, 如图1点A中断, 网络冗余管理器收不到光信号, 启用备用OLT后, 管理器收到末端光信号, 证实备用纤芯正常, 关闭主用OLT (不然会造成断点后的ONU收到的光信号冲突) ; (3) 保护纤芯断, 如图1点B中断, 系统定时自检后发出告警信息。
EPON系统实现简单光纤保护倒换实现流程如图3所示。
3.4 简单骨干光纤保护倒换方法的特点
(1) 实现了EPON系统骨干光纤保护倒换, 成本低, 实现机制简单, 同时有效地提高了EPON系统的生存性和健壮性;
(2) 只需要配置在EPON系统中光纤末端光信号监测的网络冗余管理器和2×1光纤分支器, 无需冗余配置昂贵的PON模块, 成本优势十分明显;
(3) 检测机制简单, 干线冗余保护完全在物理层自动完成, 无需上层协议的支持, 不需要倒换协议, 不需要对已安装的ONU进行任何改动, 可操作性简便, 仅需要对现有OLT进行软件升级, 使其在管理器的控制下可以实现光发射器的开启和关闭;
(4) 切换快速和业务恢复时间短等优点。
4 光分路器设计
光分路器是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件, 常用M×N来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。为实现光纤冗余功能, 需要设计一种特殊的光缆分光器, 具有双入双出单分支的光分路器。
4.1 新型分光器的设计
光分路器是ODN网络的关键器件, 在不同位置设置各种分路比的无源光分路器, 形成不同的分光形式。分光方式决定了ODN的逻辑结构。因此, ODN网络设计中, 对无源光分路器的结构, 参数, 分光比是非常关键的问题。在本设计中采用的双环冗余设计, 就需要双入双出单分支的无源光分路器, 如图4。新型的光分支器包括三部分:SP1和SP2是分光比可选的分光器, SP3是光耦合器。P主IN为工作光纤输入接口, 经SP2分光, 主路光信号经P主OUT输出到下一级光分路器, SP2分支下来的光信号进入SP3耦合输出到ONU。当主路OLT出现故障或前方主路光纤中断时, P主IN光信号丢失, 备用OLT切换光信号输出, 保护光纤启用, 信号进入P保IN输入到SP1, 主路光信号经P保O U T输出到下一个光分路器, 分支光信号耦合到SP3, 输出到ONU。主路光纤和保护光纤在网络冗余管理器的监测控制下, 始终保证一路光信号进入分支器, 这样SP3耦合器可选用普通的合路器, 而不用考虑光信号冲突的问题。
4.2 光链路损耗
光链路损耗包括三个部份:一是光缆对光信号强度产生的衰减;二是网络中各种接头、接点对光信号的衰减;三是网络中器件对光信号产生的衰减, 例如光分路器的分光损耗和附加损耗。
光链路全程损耗可按下式计算:A=αL-10lgk+Ac+Af。式中:A为光链路全程损耗, αL为光纤对所传输光信号的衰减, α为光衰减系数, L为光缆长度。在设计中在光信号波长为1310nm时一般取α=0.4dB/km, 波长为1490nm时一般取α=0.3dB/km, 当光信号波长为1550nm时, 可取α=0.25dB/Km (包括熔接损耗) 。Ac为插头损耗, 每个接头可按0.5dB计算。Af光分路器附加损耗。根据IEEE802.3ah物理层1000BASE-PX20的规定, 从OLT到ONU的光纤长度最长为20km, 链路衰减上行为24dB, 下行为23.5dB, 即要求光链路全程损耗A≤23.5dB。在本设计采用的OLT光发可达到2~5dB, ONU光收灵敏度为-26~-29dB, 因此容许光链路全程损耗A≤28dB。
4.3 分路器中分光比的计算
对于冗余环网计算分光比采用最坏值法进行O D N光通道损耗核算。OLT输出以2d Bm为基准, ONU接收侧的光功率在-11~-26d Bm之间, 避免ONU接收的光强度超过ONU光接收饱和光功率-3d Bm, 计算取-16d Bm标准;光衰减最大的地方光功率不能小于-23d Bm, 否则光功率小于ONU的接收灵敏度, OLT无法发现ONU。环形冗余网络光功率富裕量较多, 为简化计算, 可采取从前到后, 逐级计算分光比。
ONU接收侧光功率=OLT发射光功率-光路损耗
ONU接收侧光功率 (-16) =OLT发射光功率 (2) -分光器插损值之和-光纤长度 (KM) ×0.4-法兰盘个数×0.5
SP1插损:A1=10lgK-0.2×2-10lg2=10lg K-3.4
计算SP1主输入光功率:P1IN=2-1×0.4-0.5=1.1d Bm计算
此式为环形冗余网络分光比的简单公式, 计算时只需将分光器的输入d Bm代入即可。
则:
同理计算其它光分路器的分光比, 链路损耗与ONU理论复算的光功率值如表1所示, 所计算的主副链路损耗和核算后的ONU接收的主副路光功率都在合理的范围内。
5 小结
EPON双环冗余环网作为接入网技术的延伸应用, 有极高的经济性和高新性, 但在广电城区骨干网应用还不多, 其可靠性、健壮性还有待进一步的验证。
参考文献
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[3]张国圆.基于EPON网络的煤矿监控系统的研究与设计[D].中国矿业大学硕士学位论文, 2008.
分前端子系统 篇3
关键词：数字电视,业务信息
1 有线数字电视技术体系
广电总局部署，有线数字电视技术新体系主要由节目平台、传输平台、服务平台和监管平台组成。其中传输平台由中央和省级网络公司建立，根据节目平台的业务委托，调度线路，将节目送达预定地点，同时开展互联网上音视频广播等增值业务，它分国家干线网和省级干线网两级。
服务平台的主要任务是：在本地网前端将各套模拟节目数字化后与传输平台送来的节目集成在一起，经过本地加密后送入分配网，按照用户订购单给用户机顶盒授权，服务、管理和发展用户。服务平台由直辖市有线电视网络公司、具有一定规模和用户数量的有线电视分配网的省和市（地）网络公司建立，主要集成中央和省节目平台的数字电视节目、卫星电视节目、本地节目，经过本地加密后送入县、市、区的有线电视分配网，授权用户通过数字机顶盒接收。县级广播电视运营机构不具备独立建立数字电视运营前端的条件，它作为服务平台的一部分，由市（地）数字电视前端输出的TS流通过接口适配器转换成DS3信号，通过SDH传输网络传送到县（市）的分前端，在县（市）分前端，使用网络接口适配器（或直接用支持DS3接口的QAM调制器调制），将信号转换成TS流信号，再使用QAM调制器进行调制，混入到本地的CATV网络。
目前市（地）CATV网络的频道设置和县（市）CATV网络的频道设置不尽相同，市（地）数字电视前端产生的PSI/SI只适用于市（地）的有线电视网络，不适用于县（市）CATV网络。需要在县（市）的分前端编辑部分PSI/SI信息，下发到本地CATV网络，使机顶盒能正常接收。县（市）本地模拟节目通过编码器进行编码后输出ASI格式数字信号再经过QAM调制器调制后混入CATV网络。
2 数字电视业务信息作用
数字电视信息由市（地）数字电视前端产生，插在每个TS流中向本地HFC网和县（市）CATV广播，分为PSI和SI。
PSI由MPEG-2定义包括节目关联表（PAT）、条件接收表（CAT）、节目映射表（PMT）、传送流描述表（TSDT）、网络信息表（NIT）组成。SI是对PSI的扩展由DVB定义，由业务描述表（SDT）、事件信息表（EIT）、时间和日期表（TDT）、业务群关联表（BAT）、运行状态表（RST）、时间偏移表（TOT）、填充表（ST）、选择信息表（SIT）、间断信息表（DIT）等九个表组成。其中MPEG-2没有规定NIT的格式，而是由DVB定义。
对于基本的数字电视业务，PAT、PMT、NIT、SDT、EIT、TDT是必需要传送的信息表。
PAT表是业务信息的根节点，在TS流中的包标识符固定为0。PAT表指出了NIT和各节目PMT的PID，其中节目号码为零总是指向NIT表。要保证传送流能正常接收，在该流中至少有一个完整有效的PAT。
PMT包含了与单路节目复用有关的控制信息。提供了节目中的视频、音频Pes的PID，同步参考时钟Pc R的PID值等。
CAT描述了节目的加密方式，提供TS中条件接收系统的有关信息，指定的EMM（授权管理信息）的PID，以及相关参数。只有授权的解码器才能由CAT收到密钥，解码出相应的数据流。如果不对节目加扰，不需要在TS流中插入CAT表。
NIT包含节目的频道调谐参数、频率、符号率等物理传输网信息，这些信息使得接收机可以按照用户的选择改变频道、调谐参数，正确地解码出TS。NIT表把属于特定节目提供者的所有节日集中在一起，供IRD自动调谐接收，同时也用于在节日接收参数有变化时及时更新参数，使IRD能自行跟踪接收。
SDT包含了描述系统中业务的数据，使用户能方便地了解每个业务的内容。每一个TS都有一个SDT与之对应。SDT给出特定复用器中与每个节日或业务有关的其他节目名字与参数。节目SDT的每一个子表都对一个特定TS中的节目业务进行了描述。
EIT按时间顺序提供每个业务中包含的事件的信息, 它给出了业务中事件的名称、事件开始时间、持续时间及其他一些信息。EIT实际上是一个节目表, 是各类节日的时间安排。对于每一个节目都存在一个独立的EIT, 是生成EPG的主要表。
TDT给出了与当前的时间和日期相关的信息。时间与日期表提供节日开始与结束的具体时间, 由于TDT表有具体的时钟信息, 因此也用来更新综合接收解码器的内部时钟。
3 县 (市) 分前端业务信息的处理
机顶盒设置好主频频率、符号率、调制方式后, 机顶盒首先在该频道的TS流中搜索PAT表, 然后将PAT表解析保存, 取得NIT的PID。分析NIT表取得传输流的物理参数, 机顶盒将高频头分别锁定到所有频道上。通过分析BAT/SDT表 (PID为11) , 机顶盒得到业务号、业务名称、业务类型等信息。分析EIT (PID为12) , 得到具体节目描述信息、节目名称、节目时长、观看等级等。通过机顶盒的应用程序接口 (API) 把从NIT、EITBAT、SDT等表中得到的信息组成EPG, 显示到用户电视机上。从PAT表中得到当前TS上PMT表的PID。分析PMT, 得到视频PID、音频PID和同步时钟参考PCR＿PID。在CAT表 (PID为1) 中得到EMM的PID, 用固化在智能卡中的分配密钥对EMM解密, 得到业务密钥 (SK) , 如果已授权继续用SK对ECM解密, 得到CM, 送STB解密节目。
根据机顶盒的解码工作原理, 为了在县 (市) CATV网络能接收到数字电视节目 (包括本地节目) , 需要对NIT、PAT、PMT、BAT、SDT、EIT等信息表进行修改。让来自市 (地) 数字电视前端的TS流适应县 (市) 本地的CATV网络。
NIT表修改, 首先提取NIT表, 在网管PSI/SI编辑工具中修改NIT表中frequency字段, 使NIT表的物理网络信息符合本地CATV网络。另外, 本地节目插入使用了独立的TS流, 需要在NIT表中增加本地TS流的描述 (频道调谐参数、频率、符号率等) 。保存后NIT表下发给每个QAM调制器, 并过滤掉来自市 (地) 数字电视前端的NIT表, 使本地CATV网络的机顶盒能正确锁定到本地数字电视频道上。在SDT表中增加一个子表描述本地TS流的节目业务, 描述本身传送流节目业务的表标识符应为ox42, 其他TS流的所有节目业务采用表标识符ox46, 在BAT中增加对本地台的节目描述, 让机顶盒能够建立包括本地台在内的节目列表。
调制本地TS流的QAM调制器PSI/SI管理界面, 过滤掉来自编码器的NIT、PAT、PMT。根据市 (地) 数字电视前端的规划编辑PAT, 包含本地台的节目号码, 指出本地台PMT的PID, 以及NIT表的PID。编辑PMT, 指出本地台的音频PES的PID、视频PES的PID以及节目参考时钟PCR的PID。修改完成后下发到该QAM调制器。
数字有线电视前端系统解析 篇4
一、数字有线电视系统的特点
数字有线电视系统与模拟有线电视系统的区别主要有两点:一是数字有线电视前端系统是融合了电视、计算机、数字通信等技术, 含有数字电视播出、用户管理等硬件和软件的综合系统;二是数字有线电视系统用户前端需要增加数字机顶盒以便开展各项业务。
二、数字有线电视系统前端主要组成部分
数字有线电视系统前端主要由以下几个部分组成:数字电视信源系统、业务系统、存储播出系统、复用加扰系统、条件接受系统、用户管理系统、编码调制系统、回传处理系统以及其它辅助系统。系统结构如图1所示。
其中, 数字电视信源系统、业务系统、存储播出系统属于数字电视前端的信号输入部分, 而复用加扰系统、用户管理系统、条件接收系统则属于数字有线前端的信息处理部分。
三、数字有线电视前端的作用和特点
1. 数字电视信源系统。
数字电视信源系统包括数字卫星信号的接收系统、模拟信号的编码系统、SDH网络信号的分接、转换系统。该系统以后还将逐步传输来自宽带IP等多种网络节目源。它的特点是将信号进行一定格式转换, 使之成为符合DVB-C标准的TS流信号。它对节目的内容不进行编辑和存储, 只起到节目转发的作用。
2. 存储播出系统。
存储播出系统包括节目素材上载与收录系统、节目存储与节目库管理系统、节目预编/审核系统、准视频点播 (NVOD) 系统和专业频道管理播出系统。该系统的特点是可以对多种格式节目进行上传, 收录存储多种传输方式的节目, 并将其转换成TS流文件, 并且支持手动和自动采集方式;对节目库中存储的文件进行分类编目, 提供高效的文件检索功能;对 (延时) 播出的节目进行监审/编辑的功能, 通过准视频点播 (NVOD) 系统和专业频道管理播出系统完成节目播出。
3. 数字有线前端复用加扰系统。
数字有线前端复用加扰系统将从数字有线前端输入的信号, 根据码率进行节目、数据信息复用并完成加扰, 形成若干个频道的码流。根据使用设备的不同, 系统的结构也各不相同, 有些复用器内置加扰模块, 信号在复用器的内部可以完成加扰, 有些复用器内部不具有加扰模块, 需要外接独立加扰设备。
4. 用户管理系统与条件接收系统。
用户管理系统与条件接收系统使用专用的接口进行连接, 主要对网络中的信号进行商品化定义、管理以及用户收看节目的权限控制和收费。条件接收系统是个庞大而又复杂的系统, 它的功能是:只允许具有授权的用户使用相对应的业务, 而未经授权或权限受限的用户不能使用相关业务。该系统是数字电视接收控制的核心技术保障系统。
浅谈广电高清互动电视的前端系统 篇5
1 省中心
省中心节点系统主要包括:BO系统、存储系统、EPG系统和网管系统, 是双向交互电视系统的核心, 负责对节目内容的采集、存储, 对内容资源的管理、审核、服务绑定、上线, 对点播请求的鉴权、认证、定向、重定向, 对信道资源的分配, 以及对内容分发策略、设备配置、服务策略的管理等。省中心节点系统需要和BOSS系统、信源系统、媒资系统等进行对接, 实现运营管理等业务功能。
1.1 BO系统
是后台管理系统, 由多个系统组件构成, 包括:AAA、CRD、OCS、CSG、MEDIA、MSC等, 负责用户认证、授权, 用户定向、重定向, 资源管理、分发等功能。
1.1.1 AAA (认证, 授权, 统计系统)
实现用户登录时的认证:验证用户的身份与可使用的网络服务;实现用户的授权:依据认证结果开放网络服务给用户;使用服务时的鉴权以及预扣费:记录用户对各种网络服务的用量, 并提供给计费系统, 并实时和BOSS系统同步数据。
1.1.2 MEDIA (媒资管理系统)
media系统共分为资产管理、编排管理、系统管理三大部分, 用于视频、信息类节目资产的注入、管理、编排、审核、服务绑定、上线。
1.1.3 OCS (省中心推流)
在省中心部署OCS, 提供原始内容。当在分中心部署的缓存系统未命中需求的内容时, 由省中心OCS系统处理, 提供需求的内容。
1.1.4 CRD (内容路由导向)
内容路由导向作用, 通过机顶盒请求服务指令中携带的RE-GION信息, 将用户的内容请求导向到最佳的访问站点, 使用户可以得到快速的服务, 实现分布式、全网智能化负载均衡。
1.1.5 CSG (内容服务导向)
通过地市分中心CSG组件上传服务器状态信息, 将用户重定向至最佳服务器, 避免其中某台服务器负载过大, 实现负载均衡作用。
1.1.6 MSC (本地推流)
对本地未命中节目的内容分发, 与流媒体服务软件 (比如Microsoft WMS) 共同组成缓存服务器, 是一个基于软件的流媒体缓存, 用于控制流媒体服务, 为用户提供实际的流媒体边缘服务。
1.2 存储系统
具备高清双向交互系统的存储能力, 用于存储上线的节目内容文件, 随时被业务系统调用, 实现节目内容的存储和分发。存储分发系统采用中心+边缘结构, 中心服务器存储所有的节目内容, 边缘节点只存储部分热播节目。媒资管理系统生产出来的节目首先被推送至存储分发系统的中心节点, 然后中心节点根据分发策略将部分节目发布至分中心节点和边缘节点。分发策略支持主动PUSH、被动PULL (可设置点击多少次以上就回推到本地) 。
1.3 EPG系统
双向交互系统门户展现。根据服务能力的需求, 可增加EPG Portal服务器, 保证高峰时期终端用户的正常访问, 可生成符合本地区域风格的个性化界面, 实现酒店和集团用户的专属页面展现。TSG Portal:回看业务页面展示。根据服务能力的需求, 增加TSG Portal服务器, 保证高峰时期终端用户的正常访问, 实现本地频道回看业务等。
1.4 网管系统
网管系统可采用1:1冗余配置, 对CDN和推流服务器进行全面管理, 以避免单点故障对整个系统造成影响。
网管系统包括的网络管理、应用管理、数据管理、监控统计、播测管理、告警管理、后台任务、用户管理、软件管理、统计报表、直播频道、内容分发等功能模块能够实现对全网系统的管理, 完成对全省设备及业务的监控统计, 提供完善的内容管理机制、高效的内容分发机制、功能齐全的业务管理系统, 可以实时监控服务器、业务运行状态, 对服务器资源进行合理调度, 提高整体服务质量。其中各功能模块又包括了不同的子功能模块, 可以对点播统计、用户统计、详单查询、资产点播统计、栏目点播统计、IPQAM的监控等等。使得我们通过该平台为用户提供高质量的流媒体服务, 可促进宽带用户的发展, 并通过流媒体业务的运营获得丰厚的回报。
1.5 外围系统
外围系统主要包括:信源系统 (主要向双向交互系统提供指定格式、码率的组播信源, 供回看、时移业务使用) 、BOSS系统 (全省高清互动业务统一运营支撑平台) 、资源调度系统 (负责全局EPG、IPQAM、推流服务器等设备的调用, 保证系统的稳定可靠性, 提供大规模用户的服务能力) 。
2 CDN系统
CDN (内容分发网络) , 是一种用于提高网络内容分发质量, 降低节目源的访问负载的技术, 通常由媒体资源描述库、媒体存储源、边缘Cache (视频服务器) 和分发控制中心组成。CDN系统提供节目源的复制和迁移策略, 既涉及内容的预分发 (预分发带宽控制, 断点续传能力, 平行分发功能) , 即时远程访问和即时分发等内容访问和迁移策略。
CDN系统作为中心存储的缓存节点, 一个CDN节点可以为多个地市节点或边缘节点提供服务, 通过存储策略的设置, 在分中心合理的存储一定比例中心存储的节目内容, 做到终端用户未命中节目由分中心分发至推流服务器, 有效减少终端用户未命中从中心分发的系统、带宽压力, 实现终端用户未命中的分中心服务, 节省骨干网带宽。
3 地市分中心
地市分中心属于高清互动系统总体架构的第三级和边缘节点, 主要包括推流服务系统和播发服务系统。推流服务系统主要由推流服务器集群和SRM后台管理调度系统构成, 播发系统由IPQAM调制播发, 通过省到市的骨干传输网及千兆交换机承载。
SRM是交互电视系统的核心模块之一, 根据用户请求分配和管理网络资源, 并将用户点播请求对象解析为对应的内容传递给视频服务器以创建视频流, 同时对于结束服务的会话回收相应的资源。
4 边缘节点
边缘节点主要是播发服务系统。由IPQAM调制播发, 通过市到县的城域传输网及千兆交换机承载。
IPQAM配置数量:先统计0-1GHz频点使用情况, 规划IPQAM可使用的频点, 再按照高标清平均码率为3.75Mbps, 64QAM调制方式下单频点有效带宽36Mbps, 假设每台IPQAM可配置44个频点计算, 每台IPQAM能够提供的服务能力为44*36/3.75≈422个用户, 按照1:10收敛比, 可以得出单台IPQAM覆盖用户数为4220个, 依次可以得出本区域覆盖用户所需要IPQAM的数量, 分解到每个分前端, 最后根据每个分前端大概覆盖互动用户数可以计算出每个分前端底下所需要的IPQAM具体数量。当用户数量增多需要增加IPQAM时, 同时需要考虑是否需要对推流服务器和SRM等进行扩容。
浅析有线电视前端信号系统的构建 篇6
有线电视前端机房承担着把中央、省、市及地方广播电视节目信号传输到千家万户的任务, 其信号形成与传输质量关系到用户的收视效果, 因此设计处理好机房信号从接收、调制、传输、混合、分配到播出等一系列工作, 确保有线电视前端的信号传输质量, 是有线电视前端信号系统构建的一项十分重要的任务。
建湖县位于江苏中北部, 面积约1 155 km2, 辖有16个镇 (区) , 总人口80万人, 有线电视用户约16万户。全县的有线电视信号早已实现了“县—镇 (区) —行政村—自然村”光纤传输的网络全覆盖工作。全县城区网络主要采用星树型结构, 以1 310 nm光信号传输覆盖至小区 (或楼栋) , 县城到各镇 (区) 采用1 550 nm光信号传输覆盖, 各镇间、镇到行政村、自然村采用1 310 nm光信号传输覆盖。2008年, 建湖县启动了有线电视模转数工作, 从县城开始, 逐步实现了有线电视信号的模转数, 目前县城模数转换率达95%。
按照国家标准GB/T20030-2005《HFC网络设备管理系统规范》、GY/T221-2006《有线数字电视系统技术要求和测量方法》、GY/T121-1995《有线电视系统测试方法》等相关技术规范的要求, 为了建设好有线电视前端信号系统, 做了精心的规划设计和认真的安装工作, 使有线电视前端信号播出的质量, 达到了很好的预期效果。笔者主要对有线电视前端信号系统构建过程中的做法, 进行简单介绍, 供同仁借鉴。
2 前端信号组成
有线电视前端系统是整个有线电视的基础平台。利用这个平台, 把许许多多的广播电视节目, 根据节目传输的需要, 通过合理的配置信号处理或传输的设备, 将多路节目信号变成一路有线电视网络信号传输。有线电视前端信号系统示意图如图1所示。
建湖县有线电视前端信号分为输入信号和输出信号。前端输入信号有:卫星接收信号、市县光纤网下传的数字电视未加扰信号和加扰信号, 自办电视节目信号, 自办广播节目信号等。前端输出信号有:全模拟广播电视与数字电视混合信号, 6套模拟与数字电视混合信号, 有线数字电视信号, 有线调频广播信号等。目前有线电视前端机房建设下传34套模拟电视节目 (包括2套自办电视节目) , 1套调频广播节目, 112套数字电视节目。前端输出信号主要是光信号输出。
3 系统中信号的形成与传输
在有线电视前端中, 因为输入信号源的多样性且要求输出下传多样性的信号源, 所以, 有线电视前端采用多种不同性能的设备接收处理不同的输入信号, 形成有线电视RF信号, 然后再把这些RF信号经过滤波、混合、放大、分配、光发光放等传输处理环节后, 输出为有线电视下传信号。有线电视前端信号系统结构图如图2所示。
3.1 输入信号
输入信号主要分为两大类即自行产生的有线电视信号和市网下传的有线电视信号。对市网下传的有线电视信号, 通过光接收机接收后, 输出为有线电视RF信号。对输出传输的RF信号, 根据实际要求, 进行滤波、放大、混合处理, 获得规定合理的传输电平, 以保证正常传输使用。对自行产生的有线电视信号, 通过将卫星接收的信号和自办的广播电视节目信号, 在保证其输入视音频信号质量的前提下, 对其信号进行合理的分配、编码、复用、调制、混合等传输处理后形成有线电视RF信号。
3.2 输出信号
建湖县有线电视网络系统采用有线模拟电视信号和有线数字电视信号混合传输的模式。前端输出信号要求的信号构成不同, 信号输出为光信号。因此, 要根据不同输出信号的构成要求, 把不同节目的信号进行混合、放大、分配, 形成不同的RF信号, 传输到光发射机输出, 形成不同的输出信号, 作为有线电视前端播出下传的信号 (如图2所示) 。为了给不同的光接点提供合适的光功率信号, 在实际工作中, 要根据输出光发光设备的输出功率要求和HFC网络各光接点光功率的要求, 按照光接点的距离, 设计合理的光分路器。
3.3 信号传输
前端系统中传输有不同节目的信号, 使用的设备较多, 系统信号的形成及传输主要需考虑各设备之间RF信号进行混合传输的电平匹配问题, 以确保获得高质量的系统信号传输质量。为了获得很好的输出信号质量, 对有线电视前端中设备的输入输出信号的传输电平, 尤其是有线电视RF设备和光设备电平。要按照设备的不同技术指标要求规定执行操作。以下介绍几种主要设备在实际使用中的电平要求。
1) 调制器。有线广播电视前端机房使用的调制器有AM调制器、QAM调制器、FM调制器等。虽然它们性能不同, 但都是把广播或电视信号调制成RF信号输出。调制器一般使用邻频型, 分固定频率和捷变频率。调制器输出的RF电平一般最高为110～120 dB, 最低90～100 dB, 输出电平调节范围为10～30 d B。实际使用时调制器输出电平宜选高些, 以获得较好的输出RF信号的C/N指标。调制器输出电平一般选取比调制器最高输出电平低2～5 dB。
2) RF放大器。前端机房一般使用低噪声、平衡、宽频带放大量约20 dB的高质量前置放大器。为保证有线电视信号C/N, CTB, CSO等主要指标, 一般放大器输入电平为 (80±5) dB。输入电平高有助于C/N指标的改善。
3) 1 550 nm光放大器 (掺铒系列) 。一般光放大器的输入光功率在1～7 d B, 如果低于0 dBm时, C/N指标将会严重下降, 高于7 dBm时, 非线性指标又会变差, 因此, 一般输入光功率选择2～5 dBm较好。
4) 光发射机输入电平。一般有线电视光发射机输入电平按照厂家的推荐值为 (80±5) dB, 实际电平可在推荐电平基础上, 加上10lg (推荐信号载波数/实际传输信号数) 电平值。经多方实践证明, 在有线数字电视与有线模拟电视混合传输的HFC网络中, 为了保证系统C/N指标和CTB, CSO指标, 一般将有线数字电视RF电平比有线模拟电视RF电平降低6 dB以上进行混合传输, 以获得较高的信号质量, 实际取降低8～10 dB较好。
3.4 信号频道频率的规划
建湖县有线电视前端信号中, 有线数字电视信号采用市平台的同频道有线电视RF信号。市平台采用Z18～Z36频道, 每频道复用7套电视节目加扰后以64QAM调制作为有线电视信号下传, 同时采用Z8, Z9两个频点传送未加扰信号, 供前端机房作信号源使用。Z37频道作为县自办数字电视频道使用, 550 MHz的HFC网中其他频道传送有线模拟电视信号。
为了避免市平台下传的有线电视信号中其他频道的信号对县有线电视前端下传的频道信号造成同频干扰, 在市下传的经光接收机输出的RF信号, 采用Z18～Z36频道带通滤波器, 滤出Z18～Z36频道中的有线数字电视频道信号, 经放大处理后, 直接作为县有线电视前端下传信号使用。对市下传的专供有线电视前端机房使用的Z8, Z9两个频点未加扰的有线数字电视信号, 经分配后作为清流机顶盒信号源以解调出相关节目的视音频信号供前端机房使用。本地插播的有线数字电视自办节目经过编码压缩、复用、64QAM调制后, 用Z37频道输出信号下传。市有线数字电视平台在下传信号的EPG信息中, 增发Z37频点的相关信息, 供用户机顶盒接收使用 (自办节目为无加扰信号) 。
本地自办广播节目信号采用102 MHz频点传送, 信号经调频调制器调制后作为有线电视前端信号源下传。
3.5 设备信号的连接
有线电视前端信号系统中有众多设备及器件, 做好他们之间的信号连接是保证信号系统良好性能指标的重要方面之一。为了获得良好的输出信号质量, 必须认真做好设备之间的接线。根据有线电视前端信号系统中的不同信号类型, 信号的连接要采用不同的信号线及接线方法。在实际工作中, 要采用国标高质量的信号连接线和接线头, 连接时要保证信号接线和焊接符合技术规范, 接插头接触要良好, 连接线宜短不宜长, 接线固定规范, 设备安装摆放要整齐等。
4 信号系统设备电源
广播电视部门是党和政府的喉舌, 是重要安全保障部门之一。有线电视前端的电力保障尤其重要。因此, 建湖县有线电视前端采用了双线路电源供电方式, 即从两个变电所分别提供电源, 确保供电的安全。同时增加了在线UPS电源连接方式, 确保不断电。机房动力设备及照明设备单独供电, 与机房前端设备用电相分离。
有线电视前端信号系统设备众多, 因市供电源电压不稳, 所以有线电视前端信号系统的设备供电必须采用经精密性能的稳压电源供电方式。在设备电源连接时, 尽量保证同一传输系统设备使用同一组电源, 同时各设备电源的火线与零线的连接要统一。为了避免因接地不同, 各设备和系统之间易形成电位差易造成设备损坏, 信号易出现网纹干扰等现象, 根据实践经验, 在实际工作中将安全保护接地、直流工作接地、防雷接地、防静电接地、屏蔽接地等全部就近与机房等电位网连接在一起, 形成等电位系统。为了保证接地系统良好, 接地体应采用较厚宽铜带连接为佳。
5 小结
浅谈有线数字电视前端系统设计 篇7
前端主系统由信号接收、信号处理、信号输出、系统管理四部分组成。信号接收系统主要完成对来自不同网络的各个信号的接收, 然后把它们变换成符合MPEG—2标准的TS流。信号处理是把输入的TS流经过复用器变成多节目的TS流, 然后经过CA加密的处理, 送到输出部分。信号输出则是把含有多套节目的TS系统调制成RF信号输出给整个HFC网络。
1.1 信号输入部分
由于信号源众多的原因, 信号输入部分是前端中设备型号最多、最复杂的部分。信号输入部分涉及的设备有光收机、卫星接收机、编码器等应将它们转换为统一的格式送入信号处理部分。
为提高数字电视信号的质量和可靠性, 数字有线电视前端设备造型非常重要。卫星天线一定要满足卫星天线电视接收技术文件中关于天线的要求, 要有良好的机械性能。高频头选择本振频率稳定、噪声温度指标低的产品, 如Ku波段噪声温度指标要在0.7db以下。数字卫星接收机应选用带ASI标准的基带数字信号传输的综合IRD (符合MPEG—2/DVB标准) 数字卫星接收机。这就保证了与各种设备之间、以及不同公司的设备之间的相互连接性。
1.2 信号处理部分
信号处理部分包括:传输码流 (TS) 的监视、解扰、复用与业务信息 (SI) 处理等。它是数字前端的核心。在这部分主要完成的是对所有节目进行解扰、截取、复用等处理。在模拟前端中, 若要增加一套节目, 只需简单将一台接收机与一个调制器相连接就可以了。在数字前端中, 增加一套节目是以虚拟方式进行的, 该节目是被加到某个复用器中, 至于在整个通路中的什么地方加入并不重要, 机顶盒会自动地用每个传输流的SI信息找到它。另外, 信号部分的管理必须采用集成的管理系统, 在所有的前端处理部分, 均以ASI (异步串行接口) 作为标准接口, 确保与其它设备具有良好的兼容性。
1.3 信号输出部分
信号输出部分主要设备是6 4 Q A M调制器, 其使用带宽为38MB/S, 它把各个复用皿输出的加密TS流调制到RF, 经过混合皿混合后传送到HFC网络。
根据计算和实践的经验, 通常数字调制器的输出电平比模拟调制器输出电平低10db。另外, 前端模拟与模拟相邻频道、数字与数字相邻频道之间电平差不要超过+0.5db。
由于模拟信号和数字信号调制方式不同, 因此它们的输出频率设置也有所不同。模拟频道载频是图像载波频率, 数字频道载频在8MHz频道的中央位置。
1.4 系统管理部分
各种管理服务器主要完成一些用户信息和计费工作, 以及影视材料的管理工作和安全保密等。控制网络部分主要完成各种服务器中的各种信息传递工作及后台的影视材料和数据的交换。
系统管理必须能实时地了解前端输入和输出的工作状态, 能够监视输入信号和输出信号及所需节目的有无和质量。所有的设备之间都是用DVB—ASI作为基带数字信号传输的连接, 并可使用任何基于SNMP的管理系统。对于CA的有关功能, 应采用公共界面和DVB同密标准。
2、有线数字电视前端设计应注意几个问题
有线电视中数字前端与模拟前端的设计有很大的不同。在模拟电视前端中, 8MHz带宽只能传送一套电视节目, 只需将一台卫星接收机与一个调制器相连接就可以了。在数字电视前端中, 8MHz带宽可以传送4~8套数字电视节目, 传送节目的套数与哪些条件、设备有关, 是设计中必须考虑的因素。
2.1 与信道编码和QAM调制器有关
QAM是用数字信号去调制载波的幅度和相位, 使载波的幅度和相位受控于数字信号, 常用的有16QAM、32QAM、64QAM等。目前普遍采用64QAM调制器, 即对应于一个8MHz模拟电视频道, 调制器的输入码率为38.1Mbps。
2.2 与节目信号的传送方式和有效传输码率有关
在卫星信道传输中, 我国上星的DVB—S节目多数为SCPC方式, 符号率4.42Mbps, 采用RS (204, 188) 编码、3/4卷积码、QPSK调制方式, 1套节目的有效传输码率为4.42×2×3/4×188/204=611Mbps, 复用器可传送6套节目, 即6.11×6=36.66 Mbps, 距最多传输码率38.1Mbps还有裕量, 复用器会自动以填空包加以补足。如传输码率超过38.1Mbps, 设有7套节目, 第7套将不予传送。因此, 一个频点只能传送一套模拟电视节目, 但能传送6套4.42Mbps数字电视信号。由此可见, 传送全国30几套省市区的数字电视节目, 也只占用6个8MHz的模拟电视频道。
SCPC方式接收1套节目需要1台数字卫星接收机, 而MCPC方式1台数字卫星接收机就可接收多套数字电视节目。因此在设计时要根据接收电视节目的套数确定所需要的接收机台数。
3、结语
有线电视中对数字电视前端的设计除了设备 (硬件) 之外, 管理 (软件) 也很重要。在大型网络中, 网络管理是数字电视前端的一个重要功能, 主要对前端数字设备进行监控, 对保证信号质量、降低维护成本等有十分重要的意义。
与传统的模拟电视相比, 数字电视技术中软件技术占有更为重要的位置, 电视内容的重现及EPG、SMS和CA系统的建立都要由软件来实现。因此数字电视前端设计远不能满足硬件设备的完成, 建立一个数字化的安全高效管理体系, 才是我们要追求的目标。
参考文献
[1]吴文斌, 孙卫民.发射机远程控制与测试系统.广播与电视技术, 2010, 11.