IP組播技術(shù)在數(shù)字電視前端的應(yīng)用

摘 要：世界通信與信息技術(shù)的迅猛發(fā)展將引發(fā)整個(gè)電視廣播產(chǎn)業(yè)鏈的變革，數(shù)字電視是這一變革中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。伴隨著數(shù)字電視的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的ASI 傳輸方式已經(jīng)不能適應(yīng)新形式的需要，取而代之的是IP組播技術(shù)。它憑借自己強(qiáng)大的優(yōu)越性，已經(jīng)在中國(guó)的大江南北生根發(fā)芽。新技術(shù)的產(chǎn)生也為現(xiàn)代廣播電視的發(fā)展起到了促進(jìn)性的作用，為電視事業(yè)的發(fā)展開啟了新的篇章。

關(guān)鍵詞：IP組播；組管理協(xié)議（IGMP）；IP前端設(shè)備；數(shù)字電視

中圖分類號(hào)：TN949.197 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）01-0142-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種基于互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)的視頻應(yīng)用也應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)電視、OTT TV等都對(duì)有線電視機(jī)頂盒有巨大的沖擊。傳統(tǒng)的ASI數(shù)字電視前端系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在多業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求，這就要求電視前端必須轉(zhuǎn)型，向互動(dòng)化、高清化和3D化的方向發(fā)展，并且還能成為快速部署業(yè)務(wù)的綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)。

由于IP組播技術(shù)的特點(diǎn)完全能夠滿足現(xiàn)在和未來的發(fā)展需求，因此數(shù)字電視前端的IP化是重中之重。IP數(shù)字電視組也是構(gòu)建綜合數(shù)字電視系統(tǒng)平臺(tái)、提高與互聯(lián)網(wǎng)視頻競(jìng)爭(zhēng)力的重要技術(shù)手段。

1 IP組播技術(shù)

1.1 IP包的傳輸方式

組播技術(shù)是TCP/IP傳送方式的一種，先來簡(jiǎn)單地介紹一下TCP/IP的傳送方式。TCP/IP有三種傳送方式：?jiǎn)尾?、廣播、組播。組播提高了數(shù)據(jù)傳送效率，減少了主干網(wǎng)擁塞的可能性。組播組中的主機(jī)位置是非常靈活的，可以在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，也可以在不同的物理網(wǎng)絡(luò)。為了實(shí)現(xiàn)IP組播的傳輸，組播源、接收者和兩者之間的下層網(wǎng)絡(luò)都必須支持組播，其包含以下幾個(gè)要點(diǎn)：①主機(jī)協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)接口支持發(fā)送和接收IP組播；②有進(jìn)入、離開、查詢的組管理協(xié)議，如IGMP（v1、v2、v3）；③有IP地址分配策略，能把第三層的組播地址映射到第二層物理地址；④IP組播需要的軟件設(shè)備；⑤各個(gè)硬件設(shè)備必須支持組播。

1.2 互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）

互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）是一種應(yīng)用較廣泛的組播協(xié)議，用于主機(jī)向任何一個(gè)相鄰的路由器告之它們組成員情況的一種協(xié)議。在路由器支持多播協(xié)議的前提下，規(guī)定不同網(wǎng)段的主機(jī)怎樣進(jìn)行多播通信。IGMP 信息封裝在 IP報(bào)文中，它的主要用途就是與組成員建立關(guān)系。IGMP 目前有三種版本，即 IGMP v1、IGMPv2 和 IGMPv3。

2 IP數(shù)字電視前端系統(tǒng)的組成部分及其特點(diǎn)

IP的傳輸方式有很多優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)ASI信號(hào)相比，它有很多不同，現(xiàn)在總結(jié)如下：①采用IP傳輸后整個(gè)前端系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得相對(duì)簡(jiǎn)單，環(huán)節(jié)減少了，設(shè)備間的連線也減少了，原有的矩陣和跳線減去了，因此采用IP傳輸方式具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。②原來的矩陣消失了，取而代之的是交換機(jī)。這提高了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。③采用IP傳輸方式后，系統(tǒng)靈活性也得到了相應(yīng)的提高。相關(guān)設(shè)備比如說編碼器、復(fù)用器、調(diào)制解調(diào)器等能夠擺放在機(jī)房，也能夠擺放在遠(yuǎn)端任何有IP網(wǎng)絡(luò)的地方。④采用IP傳輸方式后增強(qiáng)了系統(tǒng)擴(kuò)展性，便于開展數(shù)字電視新業(yè)務(wù)，如時(shí)移電視、數(shù)字馬賽克、動(dòng)態(tài)EPG等業(yè)務(wù)通過IP傳輸平臺(tái)可輕松實(shí)現(xiàn)。⑤大大減少了投資。

3 組播技術(shù)在數(shù)字電視前端系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于IP傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)，太原有線電視臺(tái)于2011年底搭建了IP數(shù)字電視平臺(tái)。節(jié)目規(guī)模為30個(gè)頻點(diǎn)，傳輸數(shù)字電視175套，其中163個(gè)標(biāo)清節(jié)目包括1套自辦的節(jié)目，高清11套，3D1套，數(shù)據(jù)廣播1套，股票、音頻廣播6套。

3.1 IP前端設(shè)備的選擇

接收系統(tǒng)采用博威康A(chǔ)D988（BVCOM），單卡為SMG1270和SMG1271（增加信源主備自動(dòng)切換功能）寬帶媒體路由器。該產(chǎn)品是交換式數(shù)字電視體系的核心設(shè)備，通過SMG1270單機(jī)可實(shí)現(xiàn)32通道視頻節(jié)目的RF信號(hào)接入、ASI信號(hào)接入、雙IP信號(hào)的輸出。

復(fù)用加擾系統(tǒng)，該設(shè)備采用思科的3RU機(jī)箱嵌入式結(jié)構(gòu)，所有模塊采用積木式插拔設(shè)計(jì)，升級(jí)維護(hù)方便。電源采用1+1冗余設(shè)計(jì)。該設(shè)備集合IP流復(fù)用加擾功能。

高清轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)，該設(shè)備采用思科3RU機(jī)箱嵌入式結(jié)構(gòu)，所有模塊采用積木式插拔設(shè)計(jì)，升級(jí)維護(hù)方便，電源采用1+1冗余設(shè)計(jì)，該設(shè)備單卡支持4路高清，16路標(biāo)清；一臺(tái)滿配轉(zhuǎn)碼器可以配置三塊轉(zhuǎn)碼板，一塊I/O板。

交換機(jī)，采用思科的10RU機(jī)箱嵌入式結(jié)構(gòu)的4507-E，配置2個(gè)光口板、2個(gè)電口板、1個(gè)引擎板。

IPQAM調(diào)制器，采用1RU機(jī)箱嵌入式結(jié)構(gòu)，所有模塊采用積木式插拔設(shè)計(jì)，升級(jí)維護(hù)方便；電源采用1+1冗余設(shè)計(jì)，4個(gè)GbE端口，滿配6塊QAM板卡，每塊卡有2個(gè)RF輸出端口，每個(gè)端口有4個(gè)相鄰頻道輸出，其頻率范圍為45～1 000 MHz。

CA系統(tǒng)，采用永新視博的CA系統(tǒng)，EMMG2臺(tái)，ECMG2臺(tái)，加密機(jī)2臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器2臺(tái)。備份機(jī)制采用1+1熱備份，采用Legaoto AAM雙機(jī)熱備軟件，當(dāng)主機(jī)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可自動(dòng)切換至備份服務(wù)器自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)主服務(wù)器故障恢復(fù)后，可手動(dòng)切換至主服務(wù)器，也可以繼續(xù)以備機(jī)為主服務(wù)器運(yùn)行，此時(shí)原主機(jī)為備份服務(wù)器。

以上設(shè)備的信號(hào)全部是IP信號(hào)以組播的形式傳輸。

3.2 節(jié)目、設(shè)備備份機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

節(jié)目源方面，衛(wèi)星接收天線采用主備天線。

設(shè)備方面，接收設(shè)備采用博威康A(chǔ)D988，采用SMG1271板卡，可以同時(shí)接收同套節(jié)目?jī)蓚€(gè)信源的接入。其板卡可以自動(dòng)檢測(cè)信源的指標(biāo)，如有異?？梢宰詣?dòng)切換，主信源恢復(fù)后自行恢復(fù)使用主信源。

信源采用三種方式：國(guó)干線網(wǎng)的光纜信號(hào)、中星6B-H（水平極化）、設(shè)備使用BVCOM的SMG1271板卡和墊播板卡。接入方式，SMG1271板卡的主信源采用國(guó)家干線網(wǎng)的光纜信號(hào)；備份信源采用中星6B-H（水平極化）的衛(wèi)星信號(hào)；墊播板卡采用模擬機(jī)房多路切換器輸出至編碼器的信源。備份方式，采用多源、多級(jí)、多設(shè)備的備份方式：①SMG1271板卡具備主源光纜和備源衛(wèi)星信號(hào)的自動(dòng)備份和切換；②當(dāng)此板卡出現(xiàn)物理故障時(shí)，墊播板卡會(huì)自動(dòng)代替工作，以保證節(jié)目的不間斷 。

核心設(shè)備DCM復(fù)用加擾器，交換機(jī)4507，IPQAM均采用1+1熱備份。

其中核心DCM復(fù)用加擾器的切換機(jī)制是由后一級(jí)設(shè)備IPQAM的輸入IP信號(hào)來判斷。如果主IPQAM檢測(cè)到?jīng)]有IP流輸入，就順序檢測(cè)備DCM核心復(fù)用器有無流吐出，如果有就啟動(dòng)DCM級(jí)的切換?，F(xiàn)將DCM以CCTV-1為例，簡(jiǎn)要說明IP前端的連接方式及其備份切換。

CCTV-1主播板卡的配置：組播地址232.81.2.1，播出的業(yè)務(wù)地址72.16.3.105，端口號(hào)1234.CCTV-1墊播板卡的配置：組播地址232.105.2.1，播出的業(yè)務(wù)地址72.16.3.108，端口號(hào)1234.當(dāng)主播板卡的主源無信號(hào)時(shí)，其SMG1271板卡會(huì)自動(dòng)切換至備源信號(hào)，組播地址、業(yè)務(wù)地址、端口號(hào)等不變。相對(duì)后級(jí)的核心DCM沒有變化。當(dāng)主播的SMG1271板卡出現(xiàn)故障時(shí)，墊播板卡開始工作，但是播出的主播地址、業(yè)務(wù)地址等也發(fā)生了變化，這時(shí)核心DCM檢測(cè)出主源無流，自動(dòng)啟動(dòng)墊播源，保證信號(hào)的正常播出。

4 總結(jié)

通過以上的介紹不難看出，基于IP 的數(shù)字電視前端傳輸平臺(tái)與傳統(tǒng)ASI 傳輸平臺(tái)相比有很多鮮明的特點(diǎn)，所以在數(shù)字電視飛速發(fā)展的今天，IP 的數(shù)字電視前端平臺(tái)將會(huì)在全新的舞臺(tái)中大放光彩。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭志航.數(shù)字電視原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)廣播電視出版社，1997.

[2]余兆明，余智.數(shù)字電視傳輸與組網(wǎng)[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[3]彭明全.有線電視技術(shù)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999.

[4]國(guó)明.IP組播技術(shù)在數(shù)字電視前端系統(tǒng)中的應(yīng)用[DB/OL].新疆廣電網(wǎng)絡(luò)股份有限責(zé)任公司，2012（08）.

[5]鄭志堯.基于IP的數(shù)字電視前端平臺(tái)[J].有線電視技術(shù)，2009（08）.

〔編輯：白潔〕endprint