數(shù)字電視ＤＶＢ前端系統(tǒng)設計

摘要：本文主要介紹了DVB（Digital video broadcasting）前端的設計和建設.

關鍵詞：數(shù)字電視；DVB；碼率轉(zhuǎn)換；前端；復用；加擾；數(shù)據(jù)廣播

1 前言

數(shù)字化是一場全世界范圍的技術革新，廣播電視中數(shù)字技術的應用提高了節(jié)目畫面質(zhì)量、擴大了通道傳輸容量、增加了業(yè)務服務內(nèi)容。而整體轉(zhuǎn)換是快速實現(xiàn)廣播電視數(shù)字化非常有效的手段和方法，部分地區(qū)已經(jīng)通過整體轉(zhuǎn)換的方式實現(xiàn)了廣播電視的數(shù)字化。整體轉(zhuǎn)換使得各地廣電運營商面臨來自政府和用戶雙重期望的壓力，在短時間內(nèi)發(fā)展大量整體轉(zhuǎn)換用戶、安全播出、降低用戶投訴率是影響數(shù)字電視發(fā)展的關鍵。廣電運營商必須提供安全、優(yōu)質(zhì)的節(jié)目和一流的運營服務。因此，技術保障是其中基礎，也是重點。數(shù)字電視平臺在技術層面上面臨的最大問題就是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、備份機制安全播出，包括硬件平臺、CA、SMS、EPG（Electronic Program Guide）以及終端接收系統(tǒng)機頂盒的穩(wěn)定性都提出了很高的要求。

2 數(shù)字電視DVB前端總體敘述

寧波廣電總結(jié)經(jīng)驗，面向用戶要求和事業(yè)發(fā)展，以原有的系統(tǒng)規(guī)模和設備為基礎，力將廣電大廈八樓新機房升級建設成為更加科學合理、擴容性好、管理性高、容錯性強、運行更安全可靠的數(shù)字電視播出前端。該平臺系統(tǒng)必須支持不小于200萬有線數(shù)字電視用戶的業(yè)務需求。同時，系統(tǒng)支持對寧波各縣、市數(shù)字電視SMS子系統(tǒng)的接入和授權控制，系統(tǒng)共使用27個模擬傳輸頻道，其中主要設備采用1+1熱備份。業(yè)務類型和節(jié)目容量為：不少于150套標清電視節(jié)目（或130套標清+5套高清電視節(jié)目），20套數(shù)字音頻廣播，占2個模擬頻道的數(shù)據(jù)廣播、電視網(wǎng)站，占2個模擬頻道的NVOD，占1個模擬頻道的股票信息。

在這種情況下，我們對多種設備進行了性能測試和綜合比較，特別是對碼率轉(zhuǎn)換、碼率修整、統(tǒng)計復用和千兆IP轉(zhuǎn)換輸出等功能進行了測試，最后結(jié)合綜合因素通過招標形式，確定系統(tǒng)的主要設備為Scopus IVG7000型設備。

3 數(shù)字電視DVB前端結(jié)構(gòu)和組成部分

前端系統(tǒng)負責數(shù)字電視節(jié)目及其他數(shù)據(jù)等相關業(yè)務信息采集、調(diào)度、處理、信號形成、分配及傳輸?shù)龋▍⒁娗岸讼到y(tǒng)圖）。DVB前端系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上總體來說由：主體系統(tǒng)、EPG系統(tǒng)、CAS系統(tǒng)、SMS系統(tǒng)、應急信號系統(tǒng)、數(shù)據(jù)廣播及NVOD系統(tǒng)、監(jiān)控監(jiān)測部分和網(wǎng)管系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。其中，主體系統(tǒng)由信號源部分、信號處理形成部分和傳輸部分等組成。各子系統(tǒng)、組成部分之間相互獨立又緊密結(jié)合、分工合作，形成整個系統(tǒng)的有機組成。

3．1 信號源部分

前端平臺信號源部分以各種方式接收信號，為整個平臺提供節(jié)目源，接收的各種信號進入復用、切換、矩陣等信號處理設備。由系統(tǒng)圖可知，同一節(jié)目的信號提供兩路輸出，同時給主、備兩部分。該部分主要由衛(wèi)星接收天線、衛(wèi)星接收機、信號適配器、光接收機、信號播發(fā)服務器等設備組成。衛(wèi)星接收機為50臺Scopus 2900，該接收機內(nèi)配備雙解碼芯片、3個獨立ASI輸出口，同時具備較好的信號監(jiān)測、報警和網(wǎng)管功能。在功能和設備使用上提供了很大的方便。

其中通過亞太6號、中衛(wèi)一號等7副衛(wèi)星天線、衛(wèi)星接收機接收中央臺、國內(nèi)衛(wèi)視、上海文廣節(jié)目、中數(shù)傳媒節(jié)目等節(jié)目信號。通過國家、省干纜等SDH網(wǎng)絡接收中央臺、浙江省臺節(jié)目信號。通過本地光纜、光接收設備接收寧波電視臺、電臺等所有電視、廣播信號。本地視頻播發(fā)服務器提供數(shù)據(jù)廣播、NVOD、互動信息等信號。

3．2信號處理部分

信號源提供的信號傳送給信號處理部分，實現(xiàn)電視信號和所有輔助信號的復用、碼率轉(zhuǎn)換壓縮處理、加擾等功能，這部分是整個系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中既是難點也是重點部分，直接決定信號處理部分系統(tǒng)的容量、信號的質(zhì)量和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能等。這部分主要由復用、加擾、矩陣及碼流處理設備等組成。寧波數(shù)字電視前端對該部分采主、備用1+1熱備份。主要設備為原系統(tǒng)的SA復用器，Scopus IVG7000、NETWORK矩陣、NETWORK的ASI分配器。

IVG7000集成度高，單機完成4個模擬頻點節(jié)目的節(jié)目路由復用、速率轉(zhuǎn)換、碼率修正壓縮和加擾功能，基于每臺IVG 4Gbps的強大處理能力，每個輸入/輸出端口均可提供170Mbps的帶寬。每個端口傳輸6-10套標清節(jié)目或1套高清加3套標清節(jié)目。在IVG內(nèi)部，對輸入的CBR節(jié)目進行CBR－>VBR或VBR－>CBR的處理，在保證節(jié)目質(zhì)量的前提下動態(tài)的進行碼率壓縮功能Transrating，提高帶寬的利用效率。IVG的網(wǎng)管是基于Java技術的圖形化網(wǎng)絡管理，穩(wěn)定而且界面更美觀更友好，ETR290的碼率監(jiān)控功能，能夠?qū)VG的所有輸入碼率進行基于ETR290的碼流分析，并且給出錯誤信息。相對于IVG7000的高集成和處理能力，16個輸入端口就略顯不足，特別是對SPTS較多的輸入流。為解決這一問題，同時，充分利用原系統(tǒng)的復用器，對各省衛(wèi)視等SPTS進行了預復用，形成MPTS流后再進主、備通道。

由圖可知，預復用信號和其他直接接收的MPTS流同時進主路的IVG7000和備路的128矩陣，矩陣輸出給備路的IVG7000。主、備兩路的IVG7000輸出信號給64矩陣，矩陣輸出信號經(jīng)分配后到華為QAM調(diào)制或ASI－>DS3適配器。整個過程中、預復用和IVG7000都是1+1熱備份。

128*128矩陣和64*64矩陣的結(jié)合大大提高了前端平臺的靈活性和安全性?？梢詫崿F(xiàn)任意信號調(diào)度，對信號的監(jiān)控、測試、備份、分配都提供了很大的便利。同時與網(wǎng)管功能的結(jié)合，實現(xiàn)主備切換，提高系統(tǒng)安全性。

加擾方面，IVG內(nèi)置了SCS和加擾器，對輸出的節(jié)目進行加擾，同時配合中央節(jié)目平臺進行2級CA的處理（例如愛迪德2級CA）。系統(tǒng)實現(xiàn)了同方和愛迪德2個CA系統(tǒng)的同密。

3．3信號輸出部分

處理后的信號經(jīng)華為調(diào)制器進行QAM-64調(diào)制，符號率6.875， 一路調(diào)制到高頻段送入混合器與現(xiàn)有低頻段模擬信號混合進HFC，另一路直接調(diào)制到低頻段，純數(shù)字信號預留給以后模擬信號停掉后使用，兩組調(diào)制信號主頻點相同，其他頻率不同。另外一路上適配由大市區(qū)SDH送至各縣市。

3．4 EPG系統(tǒng)

電子節(jié)目指南（EPG）在數(shù)字電視中是一個極其重要的應用，其中各種參數(shù)信息為用戶提供豐富的節(jié)目信息和個性化服務，同時也為機頂盒提供運行的各種引導信息，被認為是數(shù)字電視的標志。

寧波數(shù)字電視EPG系統(tǒng)已于原來的同方DBC1.1(數(shù)字廣播中心)升級到同方EPG Hendend Col ， 界面更科學合理、使用更方便，可提供豐富的節(jié)目信息和方便靈活的檢索引擎。EPG信號經(jīng)播出服務器輸出，經(jīng)ASI分配器后輸入到各IVG7000的第15輸入口。目前，EPG系統(tǒng)除播出標準的PSI/SI信息外，通過私有表述符、私有數(shù)據(jù)的插入和播放實現(xiàn)了節(jié)目排序、機頂盒升級引導、機頂盒節(jié)目更新、音量聲道控制等功能。

系統(tǒng)配置了403和538兩個主頻點，并只在此頻點上下發(fā)BAT表，考慮到復用單元的1+1熱備，安全性更高，EPG只下發(fā)所有頻點的NIT、SDT、EIT表，更重要的PAT、PMT以及CAT、TOT/TDT由IVG產(chǎn)生。

3．5 CAS系統(tǒng)

條件接收系統(tǒng)，即CA （Conditional Access）系統(tǒng)，就是通過節(jié)目的加密控制，使得只有交費的用戶才能夠得到授權解密收看。能實現(xiàn)電視節(jié)目等各項業(yè)務的統(tǒng)一管理授權和控制。從技術角度看，該系統(tǒng)又是一個綜合性的系統(tǒng)，集成了多種先進技術，包括系統(tǒng)調(diào)度管理、網(wǎng)絡技術、數(shù)字壓縮編碼、加解擾技術、加解密技術、復用器技術、調(diào)制解調(diào)技術、機頂盒技術、智能卡技術等，同時也涉及到用戶管理、節(jié)目管理、收費管理等數(shù)據(jù)庫方面的應用技術。

在DVB（digital video broadcasting）中開發(fā)了兩種條件接收操作方式來接收數(shù)字信號，一種是同密方式，就是兩個或兩個以上的CA系統(tǒng)對同一個MPEG傳輸流的加擾控制字（CW）進行不同算法的加密，使多個條件接收系統(tǒng)統(tǒng)一工作的方式或技術。這個標準的制定使得加、解擾設備生產(chǎn)商和有條件接收系統(tǒng)提供商可以在標準的規(guī)定下相互合作和相互競爭，有利于數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。系統(tǒng)組成如下圖1：

寧波前端實現(xiàn)了永新同方和愛迪德兩家CAS的同密，同時，實現(xiàn)了與中數(shù)平臺的兩級加密和各縣、市遠端加密。新系統(tǒng)中同方CA以及新建的愛迪德CA的應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和加密機都采用了雙機冗余熱備，提高了系統(tǒng)的處理能力，同時大大加強了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

3．6前端平臺的用戶管理SMS系統(tǒng)

寧波數(shù)字電視DVB系統(tǒng)的用戶管理系統(tǒng)為同方SMS產(chǎn)品，具有以下子系統(tǒng)：產(chǎn)品管理子系統(tǒng)、中心管理子系統(tǒng)、業(yè)務受理子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)具備各項相應模塊和功能，滿足整體系統(tǒng)的業(yè)務和管理需求。各縣市本地增加SMS授權客戶端，通過SDH連到寧波SMS系統(tǒng)，在寧波SMS中開設各縣獨立的用戶數(shù)據(jù)庫。在各縣市本地可以實現(xiàn)本地的產(chǎn)品定義、用戶授權和數(shù)據(jù)庫管理。

隨著業(yè)務的需求，新系統(tǒng)又增加了兩級授權、刷新、機卡解除綁定等接口和功能。同時，對SMS系統(tǒng)作了整體升級，應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器都實現(xiàn)了雙機熱備，增加了數(shù)據(jù)庫的異地實時備份，使系統(tǒng)的安全性得到很大的提升。

寧波數(shù)字電視SMS網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)具體如圖2：

3．7應急信號系統(tǒng)

系統(tǒng)中配備應急信號內(nèi)容、設備參數(shù)信息服務器和播放服務器，經(jīng)ASI分配器后輸入到各IVG7000的第16輸入口。根據(jù)需要時，通過網(wǎng)管調(diào)用、服務信息提取和IVG700的參數(shù)更改，將應急流參數(shù)表更改為信號丟失節(jié)目的參數(shù)后，替換對應的丟失的節(jié)目流。

3．8數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)

數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)采用DVB-C作為數(shù)據(jù)傳輸標準，信源的節(jié)目輸出采用組播或廣播的IP信息包，它通過網(wǎng)關及其它傳輸設備輸出MPEG2 TS流。

目前在國內(nèi)的數(shù)據(jù)廣播應用上，數(shù)據(jù)輪播（DC）和對象輪播（OC）技術占據(jù)主流地位。寧波原先前使用的是基于DC的系統(tǒng)，頭尾端均為統(tǒng)一廠家提供，包括播出服務器、機頂盒瀏覽器和機頂盒。由于DC是基于一定程度的私有協(xié)議的，別家機頂盒要想正常接收顯示，必須移植播出頭端廠商提供的中間件（硬件芯片或軟件），因此對機頂盒存在的制約，而隨著平移的鋪開，機頂盒的需求不斷增加、品種增多綜合利弊，我們選用了深圳茁壯（ipanel）基于對象輪播（OC）技術的數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)。

3．9監(jiān)控監(jiān)測部分

平臺中我們實施了多層次、多方位的實時監(jiān)控。從節(jié)目源、信號處理到信號最終輸出，分別有博匯衛(wèi)星信號監(jiān)控系統(tǒng)、2900、IVG700和華為調(diào)制器等設備本身監(jiān)控和碼流分析功能、系統(tǒng)網(wǎng)管、博匯多畫面監(jiān)控系統(tǒng)、MTM400碼流測試儀器等進行實時監(jiān)控和報警。確保故障及時發(fā)現(xiàn)、準確環(huán)節(jié)定位、實時碼流分析和處理。

3．10網(wǎng)管系統(tǒng)

整個系統(tǒng)中開發(fā)了主體系統(tǒng)設備統(tǒng)一網(wǎng)管ScopusNMS400，在ScopusNMS400網(wǎng)管平臺上實現(xiàn)設備的設置、狀態(tài)的監(jiān)控、告警的提示、信號的調(diào)度、設備及通道的切換等工作。

結(jié)束語

寧波數(shù)字電視前端新系統(tǒng)于2006年4月經(jīng)驗收投入使用，目前系統(tǒng)中傳輸通道用了27個中的23個，其中數(shù)字電視節(jié)目復用為18個通道，共122套標清、1套高清、6套數(shù)字音頻廣播。2個通道的信息頻道、陽光政務等數(shù)據(jù)廣播，2個通道的NVOD和1個通道的證券信息服務?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)提供了豐富的信息咨訊，分為新聞薈萃、信息廣場、頻道信息、服務信息四大版塊，通過對軟件的升級，實現(xiàn)了跨頻點數(shù)據(jù)、視頻調(diào)用，再加上原有的背景音樂，內(nèi)容豐富、形式多樣。

從使用到現(xiàn)在，系統(tǒng)滿足使用需求，運行基本正常。期間，做過幾次參數(shù)調(diào)整：比如，因為隨著節(jié)目數(shù)量的增加，各PSI/SI中各表的大小和總體流量加大，各家機頂盒接收機制有所不同，根據(jù)幾次測試，調(diào)整BAT等表的發(fā)送頻率，解決了問題。另外隨著系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，原先因牽涉到終端機頂盒技術要求而暫時未完成的機頂盒統(tǒng)一升級的Loader系統(tǒng)、數(shù)字電視移動字幕播出系統(tǒng)都應該陸續(xù)完成。