基于IP的高清电视平台研究 *

谭学琴,丁业兵

(安徽邮电职业技术学院 通信工程系， 安徽 合肥 230031)

近年来，高清业务的增长对传统有线网络运营商提出了前所未有的挑战，尤其是在带宽方面。随着广播节目高清化进程的不断推进，提供200个高清MPEG-2 HD频道已经远远超过了网络设计时的承载能力(200套MPEG-2 HD节目需要100个8MHz的QAM通道，而国内大部分网络只有700MHz左右的可用带宽)，更不用说开展高清互动、数据业务了。

同时，有线运营商的业务也面临来自DBS(直播卫星)、IPTV、互联网电视等的竞争压力。现有标清数字电视在QoS(服务质量)和VQ(视频质量)方面均不能满足用户日益增长的需求，有线运营商面临用户流失的压力。同时，有线运营商们在付费数字电视节目包销售方面的进展仍然难以令人满意，大部分的用户仍然只是购买基本的产品包。除了节目内容缺乏足够吸引力方面的原因外，现有标清节目的视频质量和网络QoS不足以吸引用户在视频方面更多地消费，传统电视正在逐渐失去新新人类用户群。此时，建设一个高稳定、易拓展、好管理的数字电视平台显得尤为重要，它能带给用户全新的收视体验，全面提升行业的技术力和竞争力。

一、电视业务平台转型的关键点

(一)网络架构设计

广播电视网络目前仍采用传统ASI架构，致使信号处理不方便，备份还需要昂贵的ASI矩阵。而IP方式以其固有的标准化和灵活扩展能力，是前端信号传输处理的最佳选择。鉴于此，从信源设备的输出，到节目编码(转码)的输入和输出、复用加扰子系统的输入和输出、传输平台、QAM调制器的输入可均采用IP方式以改善现状。

(二)节目处理技术

随着数字电视节目的高清化进程，未来的数字电视广播业务将会是全高清的。大量的高清节目如果仍然采用目前的MPEG-2编码格式，现有HFC网络的带宽就无法承载。因此，可选择H.264编码作为播出格式，但在技术上需要将MPEG-2 HD信源转码为H.264 HD格式。对于硬件，采用H.264高清编码设备较为合适，通过配置高配置的Flex解码模块，先将输入的MPEG-2 HD视频信号解码为HD-SDI，然后再进行H.264 HD编码。目前，市场上已有解码和编码在同一台设备内完成的产品，单台设备可支持4路高清节目的解码和H.264编码。

(三)复用加扰

需选用多功能流处理平台作为复用加扰设备，除具备完整的复用功能外还应支持DVB同密加扰、全IP架构、ASI输入和输出接口。

(四)可靠性

在可靠性方面需采用冗余备份以增加网络可靠性和用户满意度，如编码器的N:1热备、复用加扰器和流交换机的1:1热备。同时，从接收机的输出、编码器的输入和输出、复用加扰器的输入和输出，需支持GbE端口自动备份，再辅以IP Socket备份、节目备份等措施，构建一个全方位、多层次的冗余备份体系，使得整个前端平台不存在单一故障点，提高系统的可靠性，增强高清业务的QoS，增加用户满意度。

(五)节目传输平台设计

经前端平台处理后的高清节目，通过传送网从网络的高层向低层进行传输，传输技术为SDH或DWDM。同时，需利用冗余传输链路提供高可靠性链路备份。而处于网络低层的分前端机房可采用高密度IP QAM调制器，具备GbE输入端口的备份，支持冗余电源，从而形成了全网高可靠性的高清平台。

(六)网管系统

选用的网管系统应对前端机房内除接收机之外的所有前端设备进行集中统一管理和控制，完成设备配置、冗余控制、故障监控告警、软件升级等功能。区域内(如某省)的整个广播电视网络应实现统一网管，自动进行故障的冗余切换，无需人工干预。

二、电视业务平台方案设计

鉴于以上的关键点，下面以高清解码再编码技术为主导，以统计复用技术和冗余备份等技术为辅助，以All IP的架构技术为基础的技术路线结合各厂家现有的设备，设计出一个高可靠、多功能、高扩展性的高清广播电视业务平台，其技术分解如图1所示。

图1 技术分解图

本平台技术原理描述如下：

现有高清直播卫星通常有中星6B、鑫诺三号、亚洲5号等，此类直播星输出信号格式经高清卫星接收机接收输出后，多为MPEG-2和H.264格式HD高清视频信号，考虑到广播电视网目前可用频点资源少，传输带宽紧张，故本平台采用H.264格式HD高清视频信号作为传输信号，此种格式信号单套节目带宽需求仅为8M左右。同时，也可以通过有线网络或者IP网络的方式，直接获取H.264格式HD高清视频信号。对于从直播卫星接收到的MPEG-2格式HD高清视频信号，按照先解码再编码的技术实现手段进行设计，先将输入MPEG-2 HD视频信号解码为HD-SDI基带信号，然后再进行H.264 HD编码，这样可以充分保留原有视频质量，避免直接转码过程中产生信号质量劣化。

在获得所需的H.264格式HD高清视频信号后，需要对视频信号进行复用加扰，将所需要播放的高清节目按照带宽分别复用到不同的频点中，一般来说一个频点按照三套高清节目考虑，同时，由于现有数字电视采用CAS的方式进行加扰(加密)，以避免终端用户私自接入信号收看，在CAS系统的使用上，可以使用广电运营商现有的数字电视CAS系统进行加扰。

复用加扰后的信号流通过数据交换机发送IP组播流传输至所需覆盖的区域的广电机房，在广电机房通过IPQAM调制器将以IP方式传输的H.264格式HD高清视频信号调制为RF(射频)信号，通过广电同轴电缆网络传输至用户家中，用户可通过高清机顶盒+高清电视机进行节目观看。

三、结语

随着数字和网络技术的发展和不断融合，大量适用性的系统和产品在不断产生，如HDTV(高清电视)，IPTV，手机电视，大容量的存储、阳光技术，以及新一代的H.4技术等等。同时，用户对高清视频的选择也越来越多(如CNTV.CN、迅雷、PPTV、优酷等)，传统电视正在逐渐失去新新人类用户群。广播电视平台的发展应顺应视频广播节目的高清化发展趋势，在向有线数字电视用户提供高品质的高清数字电视广播业务体验的同时需要有效地提高HFC网络带宽利用率，All IP架构是网络建设的一个可选方案。

参考文献：

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[3]张晓林. 数字电视设计原理[M].北京:高等教育出版社，2008.