太原有线数字电视IP 前端建设

2015-09-19张冬

电视技术 2015年23期

张冬

(太原有线电视网络有限公司，山西太原 030024)

太原有线电视网络公司数字电视前端经过多年使用出现了信源接收系统设备老化、线路损耗增大，数字电视信号原有编码、复用、加扰、调制系统处理节目能力有限，无法满足新业务要求，可靠备份系统不够完善，供电和制冷系统功率不足等情况，为保证数字电视前端的稳定可靠运行，满足业务发展需求，启动了对数字电视前端的IP 化升级改造建设。

1 数字电视信源接收系统

1.1 卫星天线系统

根据业务要求需要接收电视节目180 套，其中卫星信号接收154 套，其他26 套节目由专用接收机和ASI 信号接收。系统中需要接收的卫星信源分为两类:第一类是55 套卫星清流节目;第二类是99 套付费节目。卫星节目分布在中星6A、中星6B、亚洲3S 以及亚太6 四个卫星上。由于主要的节目都在中星6A、中星6B 卫星上，每个卫星设计分别使用主备两个卫星接收天线，其余两个卫星只有少量节目，各用一个卫星接收天线。

1.2 信号接收处理

1.2.1 新建一套信源接收处理系统

为了保证卫星信源接收处理系统可靠，选用哈雷公司生产的支持4 路QPSK 接收功能的PVR7100 卫星接收机进行接收。PVR7100 卫星接收机单台支持4 路QPSK 卫星频点输入;输出支持双路ASI 及双路IP 输出;支持PID 过滤、节目复用及PSI/SI 再生功能。信源的接收一般是按照卫星频点划分，故为充分利用PVR7100 卫星接收机的性能，以上卫星信号尽量按照卫星频点进行配置。

接收中星6A 的节目需要配置哈雷PVR7100 解码器4 台，接收中星6B 的节目需要配备哈雷PVR7100 解码器11 台。亚洲3S 共接收1 个频点，独自用1 台设备。亚太6A 节目接收1个频点需要配备1 台PVR7100 解码器，对于清流标清信源，PVR－7100 直接通过其QPSK 接收模块进行解调接收，经过PID过滤，无需进行CI 解密，直接通过千兆GBE 端口输出，送核心交换机。对于加密信源，PVR－7100 首先通过其QPSK 接收模块进行解调接收，经过PID 过滤后，送入CI 解密模块进行传输流解密，最后通过千兆GBE 端口输出，送核心交换机。

针对ASI 信源的接收:哈雷ProStream 1000 是综合处理平台设备，可以完成信源的复用、加扰、不同格式信源的转换，此处用于接收处理ASI 信源的节目并转换为IP 格式信源，最多可接入5 块板卡，每个模块有4 个ASI 接口，本地节目共20路ASI 信号，需要20 路ASI 接口，IP 模块支持2 路同时输出，需要主备设备2 台。

备份设备考虑:中星6A 垂直需要与亚洲3S 和亚太6 共用1 台设备作为备机。中星6A 水平需要独立使用1 台设备作为中央台节目的备份节目使用。中星6B 水平共使用2 台备份接收机，1 台作为中央台节目的备份，另一台作为其他节目的备份。中星6B 垂直使用1 台设备作为节目的备份接收机。

1.2.2 原有卫星接收处理系统

太原有线数字电视前端升级改造后包括新旧两套信源接收系统，原有接收系统主要由AD988HP、网管管理终端等主要设备组成，AD988HP 是BVCOM 针对数字电视IP 前端系统，基于ATCA 电信级设计理念，在传统前端的基础之上，增加了卫星接收主备垫、千兆GE 网关、全硬件专业H.264 SDTV 转码等功能，可以独立完成DVB/IPTV/SDV 业务的全线程传输接收功能。

2 数字电视IP 前端编转码、复用、加扰系统升级

升级方案拓扑如图1 所示，平台核心交换、编码适配、复用加扰均完全隔离，设计成完全隔离的2 个平面，任何一个设备损坏，对另外一张平面没有影响，最终输出到IPQAM，通过IPQAM 可以实现两个平面的自动切换［1］。

图1 数字电视IP 前端系统图

2.1 方案要点

系统全IP 化;原有主备设备由一个平面改造成完全隔离的物理2 个平面;所有节目单独汇聚至思科7609 主备核心路由交换机;核心交换机、核心复用加扰系统、IPQAM 系统、网管系统全部1∶1热备份;整套系统设计为电信级运营平台:在核心复用加扰系统中实现节目热备份、传输流热备份、端口热备份、设备级热备份的四重热备份机制;通过新增的时移DCM 设备将节目或业务内容以IP 清流格式传输出互动平台做时移节目使用。

统一网管:ROSA 网管实现对H.264 转码系统、核心交换机、核心复用加扰系统、IPQAM 系统的全部网管。平台初期设计能力为500 套节目，可根据需要扩展，同时现有硬件平台已支持8 个千兆光口，由于目前节目流量还未超过1G，现有平台已可支持2G 节目流量的配置。当节目流量大于2G 以后，只需要增加GBE 板卡即可升级。通过对哈雷的设备进行节目组播规划，实现两套信源设备采用1 主1 备的方式同时使用，通过下一级的DCM 设备进行选收。

主备核心路由交换机:所有前端的视频流将通过核心路由器，核心路由交换机放置在处理设备与信号获取设备之间，本身不直接连接至IP 系统核心骨干网。考虑以后对远郊区县等业务端口的业务要求，需要板卡支持上述端口能力，可以提供更强壮的三层组播转发能力。

核心复用加扰系统:DCM(数字信号内容管理器)是一个支持超大容量数字视频处理平台的智能型数字电视头端处理设备，可以满足现在和将来的需求。通过复用和码流调整可对MPEG 视频处理。DCM 最多支持8 Gbit/s 的输入输出能力。每块处理板卡根据统计复用进行码流调整，对最多350个标清或85 个高清流进行码率限制，可以进行高密度的MPEG2 至H.264 的视频转码，同时可以选择性地支持从AC－3，MPEG1 Layer II 至HE－AAC 音频转码，由于IP 化正在成为越来越多的传输网络的选择，通过一系列扩展的IP 化接口实现与IP 网络无缝的集成。

IPQAM 系统:RF Gateway IPQAM 调制器，在一个1U 机框中提供最多48 个QAM 频道，可最多配置6 块板卡，每块板卡有2 个RF 端口支持8 个QAM 频道，每个RF 端口支持4 个QAM 频道，捷变频道最高至1 GHz。

2.2 安全性设计

1)设备安全性

IP 数字前端设备都采用双冗余、热插拔电源设计，默认情况下两个电源只有一个在工作，另一个处于备份状态。核心交换机7609 提供强大的VPN 功能，可以灵活为客户提供其他业务。思科对IPQAM 可实现安全切换，核心交换机、编码器、适配器、DCM 复用器完全隔离，任何一个设备损坏，对另外一张平面没有影响，最终输出到IPQAM，通过DCM 可自动进行切换。

2)平台安全性

思科7609 路由器是一款高性能路由器，部署在对性能、IP 服务、安全性、冗余性和可靠性要求很高的广电运营商前端平台。不仅在性能上有更好的体现，同时还能实现以下全方位的安全功能。保证了IP 数字前端的安全性、可靠性，为实现节目的安全播出提供最有利的保证。

3)网络安全性

组播安全目标:保护组播协议的安全。攻击手段:非法用户产生虚假BSR 消息，向全网通告虚假RP 地址，导致全网组播树RPT 的异常建立。利用MSDP 发送虚假SA 消息或对MSDP 进行DoS 攻击［2］。

3 数字电视前端供电和制冷系统

3.1 供电系统

外部电源接入为两路市电，一路发生故障时另一路外电可切换工作。同时由于接收机、网络设备和服务器等设备不断增加，原有UPS 为90 kW，已经不能满足所有设备功率，本次根据情况新增两台120 kW 的UPS，并机工作，保证前端机房设备稳定运行，主备播出设备、双电源播出设备分别接入不同的UPS 供电回路。

3.2 制冷系统

为了解决制冷问题，机房设计使用3 台精密空调，保证整体的制冷效果，能够产生足够的制冷量来保证前端机房温度，满足设备的正常运行。

其他机房温度、湿度、防尘、接地、消防、安全防范等方面要求按照相关规定实施［3］。

4 数字电视IP 前端系统的割接

经过4 个月的紧张建设，新IP 前端系统搭建完成了，经测试，新IP 数字电视前端系统功能与现网IP 前端完全一致，具备割接条件并完成实施。

4.1 单平面割接

用一个晚上的时间完成，首先将原有BVCOM 的信源连接到新IP 平台的单平面，与哈雷信号源一起工作，实现两个信源的自动备份功能，在割接前将DCM 的主备信源配置信息提前设置完成。将现网中备IPQAM 与思科7609 交换机连接配置，使新IP 平台单平面信号由这台备IPQAM 输出。由ROSA 网管完成主备IPQAM 信号切换，切换后大网信号将由备IPQAM 输出，完成信号的割接。割接完成后，单平面与旧IP 平台形成主备系统，并能自动切换。在用户终端用机顶盒测试大网信号，确保机顶盒能正常收看所有节目。

4.2 另一个平面搭建与割接

单平面运行后，观察一星期，再进行另一个平面的割接。

用一个晚上的时间完成，利用原前端的复用加扰设备与另一台思科7609 交换机搭建另一个平面并进行测试。将BVCOM、哈雷的主路信源、原核心DCM、原高清转码、原主IPQAM 接入思科7609 交换机，并进行相关配置。对输出的QAM 信号进行测试，确保两个平面的QAM 信号中各频点的参数保持一致。将两个平面的QAM 信号混合后送入大网，并在ROSA 网管完成相关配置，实现两个平面QAM 信号的自动切换。在用户终端用机顶盒测试大网信号，确保机顶盒能正常收看所有节目。

4.3 回退机制与应急措施

每个平面割接后，如发现机顶盒有搜台、死机、节目不能正常收看等现象，及时回退切换回原IP 平台的主IPQAM信号。

5 数字电视前端系统IP 化改造后特点与优势

可靠性方面，原有数字电视前端由于信源系统只有一套，且运行了近十年有时会出现节目故障，而经过升级后有两套信源系统，具有切换机制，不会因为某套节目故障而影响用户收看。更重要的是两个平面相当于同时运行的两套数字电视前端系统，在调制输出部分实现两个平面切换，消除了单平面系统某个设备故障而引起的播出事故，可靠性有极大的提高。同时，供电系统和制冷系统的改造也提高了设备的可靠性，通过各相关系统的改造，从而使数字电视前端的可靠性达到甚至超过总局要求的99.99%的标准［4］。

业务能力方面，通过该系统提高了高标清直播节目能力，由于思科7609 交换机的业务交换能力很强，理论上支持几千套高清节目，只需在复用加扰提供授权即可满足要求。同时由于IP 化以后，可灵活引入不同平台不同来源的节目，并按照不同业务需求实现节目编转码，为互动电视及多屏应用提供信源，为开展各种综合业务奠定了基础。

性价比方面，由于广播电视是一个特殊的行业，既有市场特性又有政治特性，在某一方面后者比前者还重要，为实现百分之百安全可靠地播出电视节目而进行的投资不能简单地用投资效益来衡量。通过改造后系统能够提供的高标清节目数量大大增加，为开展基于IP 化的综合业务提供节目源，从而提高了用户ARPE 值，在数字电视用户流失的情况下，保证了经济效益实现7%的增长。