基于IP的高清電視平臺研究 *

譚學(xué)琴,丁業(yè)兵

(安徽郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 通信工程系， 安徽 合肥 230031)

近年來，高清業(yè)務(wù)的增長對傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提出了前所未有的挑戰(zhàn)，尤其是在帶寬方面。隨著廣播節(jié)目高清化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，提供200個(gè)高清MPEG-2 HD頻道已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)的承載能力(200套MPEG-2 HD節(jié)目需要100個(gè)8MHz的QAM通道，而國內(nèi)大部分網(wǎng)絡(luò)只有700MHz左右的可用帶寬)，更不用說開展高清互動(dòng)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)了。

同時(shí)，有線運(yùn)營商的業(yè)務(wù)也面臨來自DBS(直播衛(wèi)星)、IPTV、互聯(lián)網(wǎng)電視等的競爭壓力?，F(xiàn)有標(biāo)清數(shù)字電視在QoS(服務(wù)質(zhì)量)和VQ(視頻質(zhì)量)方面均不能滿足用戶日益增長的需求，有線運(yùn)營商面臨用戶流失的壓力。同時(shí)，有線運(yùn)營商們在付費(fèi)數(shù)字電視節(jié)目包銷售方面的進(jìn)展仍然難以令人滿意，大部分的用戶仍然只是購買基本的產(chǎn)品包。除了節(jié)目內(nèi)容缺乏足夠吸引力方面的原因外，現(xiàn)有標(biāo)清節(jié)目的視頻質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)QoS不足以吸引用戶在視頻方面更多地消費(fèi)，傳統(tǒng)電視正在逐漸失去新新人類用戶群。此時(shí)，建設(shè)一個(gè)高穩(wěn)定、易拓展、好管理的數(shù)字電視平臺顯得尤為重要，它能帶給用戶全新的收視體驗(yàn)，全面提升行業(yè)的技術(shù)力和競爭力。

一、電視業(yè)務(wù)平臺轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵點(diǎn)

(一)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

廣播電視網(wǎng)絡(luò)目前仍采用傳統(tǒng)ASI架構(gòu)，致使信號處理不方便，備份還需要昂貴的ASI矩陣。而IP方式以其固有的標(biāo)準(zhǔn)化和靈活擴(kuò)展能力，是前端信號傳輸處理的最佳選擇。鑒于此，從信源設(shè)備的輸出，到節(jié)目編碼(轉(zhuǎn)碼)的輸入和輸出、復(fù)用加擾子系統(tǒng)的輸入和輸出、傳輸平臺、QAM調(diào)制器的輸入可均采用IP方式以改善現(xiàn)狀。

(二)節(jié)目處理技術(shù)

隨著數(shù)字電視節(jié)目的高清化進(jìn)程，未來的數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)將會是全高清的。大量的高清節(jié)目如果仍然采用目前的MPEG-2編碼格式，現(xiàn)有HFC網(wǎng)絡(luò)的帶寬就無法承載。因此，可選擇H.264編碼作為播出格式，但在技術(shù)上需要將MPEG-2 HD信源轉(zhuǎn)碼為H.264 HD格式。對于硬件，采用H.264高清編碼設(shè)備較為合適，通過配置高配置的Flex解碼模塊，先將輸入的MPEG-2 HD視頻信號解碼為HD-SDI，然后再進(jìn)行H.264 HD編碼。目前，市場上已有解碼和編碼在同一臺設(shè)備內(nèi)完成的產(chǎn)品，單臺設(shè)備可支持4路高清節(jié)目的解碼和H.264編碼。

(三)復(fù)用加擾

需選用多功能流處理平臺作為復(fù)用加擾設(shè)備，除具備完整的復(fù)用功能外還應(yīng)支持DVB同密加擾、全I(xiàn)P架構(gòu)、ASI輸入和輸出接口。

(四)可靠性

在可靠性方面需采用冗余備份以增加網(wǎng)絡(luò)可靠性和用戶滿意度，如編碼器的N:1熱備、復(fù)用加擾器和流交換機(jī)的1:1熱備。同時(shí)，從接收機(jī)的輸出、編碼器的輸入和輸出、復(fù)用加擾器的輸入和輸出，需支持GbE端口自動(dòng)備份，再輔以IP Socket備份、節(jié)目備份等措施，構(gòu)建一個(gè)全方位、多層次的冗余備份體系，使得整個(gè)前端平臺不存在單一故障點(diǎn)，提高系統(tǒng)的可靠性，增強(qiáng)高清業(yè)務(wù)的QoS，增加用戶滿意度。

(五)節(jié)目傳輸平臺設(shè)計(jì)

經(jīng)前端平臺處理后的高清節(jié)目，通過傳送網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)的高層向低層進(jìn)行傳輸，傳輸技術(shù)為SDH或DWDM。同時(shí)，需利用冗余傳輸鏈路提供高可靠性鏈路備份。而處于網(wǎng)絡(luò)低層的分前端機(jī)房可采用高密度IP QAM調(diào)制器，具備GbE輸入端口的備份，支持冗余電源，從而形成了全網(wǎng)高可靠性的高清平臺。

(六)網(wǎng)管系統(tǒng)

選用的網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)對前端機(jī)房內(nèi)除接收機(jī)之外的所有前端設(shè)備進(jìn)行集中統(tǒng)一管理和控制，完成設(shè)備配置、冗余控制、故障監(jiān)控告警、軟件升級等功能。區(qū)域內(nèi)(如某省)的整個(gè)廣播電視網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管，自動(dòng)進(jìn)行故障的冗余切換，無需人工干預(yù)。

二、電視業(yè)務(wù)平臺方案設(shè)計(jì)

鑒于以上的關(guān)鍵點(diǎn)，下面以高清解碼再編碼技術(shù)為主導(dǎo)，以統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)和冗余備份等技術(shù)為輔助，以All IP的架構(gòu)技術(shù)為基礎(chǔ)的技術(shù)路線結(jié)合各廠家現(xiàn)有的設(shè)備，設(shè)計(jì)出一個(gè)高可靠、多功能、高擴(kuò)展性的高清廣播電視業(yè)務(wù)平臺，其技術(shù)分解如圖1所示。

圖1 技術(shù)分解圖

本平臺技術(shù)原理描述如下：

現(xiàn)有高清直播衛(wèi)星通常有中星6B、鑫諾三號、亞洲5號等，此類直播星輸出信號格式經(jīng)高清衛(wèi)星接收機(jī)接收輸出后，多為MPEG-2和H.264格式HD高清視頻信號，考慮到廣播電視網(wǎng)目前可用頻點(diǎn)資源少，傳輸帶寬緊張，故本平臺采用H.264格式HD高清視頻信號作為傳輸信號，此種格式信號單套節(jié)目帶寬需求僅為8M左右。同時(shí)，也可以通過有線網(wǎng)絡(luò)或者IP網(wǎng)絡(luò)的方式，直接獲取H.264格式HD高清視頻信號。對于從直播衛(wèi)星接收到的MPEG-2格式HD高清視頻信號，按照先解碼再編碼的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段進(jìn)行設(shè)計(jì)，先將輸入MPEG-2 HD視頻信號解碼為HD-SDI基帶信號，然后再進(jìn)行H.264 HD編碼，這樣可以充分保留原有視頻質(zhì)量，避免直接轉(zhuǎn)碼過程中產(chǎn)生信號質(zhì)量劣化。

在獲得所需的H.264格式HD高清視頻信號后，需要對視頻信號進(jìn)行復(fù)用加擾，將所需要播放的高清節(jié)目按照帶寬分別復(fù)用到不同的頻點(diǎn)中，一般來說一個(gè)頻點(diǎn)按照三套高清節(jié)目考慮，同時(shí)，由于現(xiàn)有數(shù)字電視采用CAS的方式進(jìn)行加擾(加密)，以避免終端用戶私自接入信號收看，在CAS系統(tǒng)的使用上，可以使用廣電運(yùn)營商現(xiàn)有的數(shù)字電視CAS系統(tǒng)進(jìn)行加擾。

復(fù)用加擾后的信號流通過數(shù)據(jù)交換機(jī)發(fā)送IP組播流傳輸至所需覆蓋的區(qū)域的廣電機(jī)房，在廣電機(jī)房通過IPQAM調(diào)制器將以IP方式傳輸?shù)腍.264格式HD高清視頻信號調(diào)制為RF(射頻)信號，通過廣電同軸電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸至用戶家中，用戶可通過高清機(jī)頂盒+高清電視機(jī)進(jìn)行節(jié)目觀看。

三、結(jié)語

隨著數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和不斷融合，大量適用性的系統(tǒng)和產(chǎn)品在不斷產(chǎn)生，如HDTV(高清電視)，IPTV，手機(jī)電視，大容量的存儲、陽光技術(shù)，以及新一代的H.4技術(shù)等等。同時(shí)，用戶對高清視頻的選擇也越來越多(如CNTV.CN、迅雷、PPTV、優(yōu)酷等)，傳統(tǒng)電視正在逐漸失去新新人類用戶群。廣播電視平臺的發(fā)展應(yīng)順應(yīng)視頻廣播節(jié)目的高清化發(fā)展趨勢，在向有線數(shù)字電視用戶提供高品質(zhì)的高清數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)體驗(yàn)的同時(shí)需要有效地提高HFC網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，All IP架構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個(gè)可選方案。

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