太原有線數(shù)字電視IP 前端建設(shè)

張 冬

(太原有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司，山西 太原 030024)

太原有線電視網(wǎng)絡(luò)公司數(shù)字電視前端經(jīng)過多年使用出現(xiàn)了信源接收系統(tǒng)設(shè)備老化、線路損耗增大，數(shù)字電視信號原有編碼、復(fù)用、加擾、調(diào)制系統(tǒng)處理節(jié)目能力有限，無法滿足新業(yè)務(wù)要求，可靠備份系統(tǒng)不夠完善，供電和制冷系統(tǒng)功率不足等情況，為保證數(shù)字電視前端的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求，啟動了對數(shù)字電視前端的IP 化升級改造建設(shè)。

1 數(shù)字電視信源接收系統(tǒng)

1.1 衛(wèi)星天線系統(tǒng)

根據(jù)業(yè)務(wù)要求需要接收電視節(jié)目180 套，其中衛(wèi)星信號接收154 套，其他26 套節(jié)目由專用接收機(jī)和ASI 信號接收。系統(tǒng)中需要接收的衛(wèi)星信源分為兩類:第一類是55 套衛(wèi)星清流節(jié)目;第二類是99 套付費(fèi)節(jié)目。衛(wèi)星節(jié)目分布在中星6A、中星6B、亞洲3S 以及亞太6 四個(gè)衛(wèi)星上。由于主要的節(jié)目都在中星6A、中星6B 衛(wèi)星上，每個(gè)衛(wèi)星設(shè)計(jì)分別使用主備兩個(gè)衛(wèi)星接收天線，其余兩個(gè)衛(wèi)星只有少量節(jié)目，各用一個(gè)衛(wèi)星接收天線。

1.2 信號接收處理

1.2.1 新建一套信源接收處理系統(tǒng)

為了保證衛(wèi)星信源接收處理系統(tǒng)可靠，選用哈雷公司生產(chǎn)的支持4 路QPSK 接收功能的PVR7100 衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行接收。PVR7100 衛(wèi)星接收機(jī)單臺支持4 路QPSK 衛(wèi)星頻點(diǎn)輸入;輸出支持雙路ASI 及雙路IP 輸出;支持PID 過濾、節(jié)目復(fù)用及PSI/SI 再生功能。信源的接收一般是按照衛(wèi)星頻點(diǎn)劃分，故為充分利用PVR7100 衛(wèi)星接收機(jī)的性能，以上衛(wèi)星信號盡量按照衛(wèi)星頻點(diǎn)進(jìn)行配置。

接收中星6A 的節(jié)目需要配置哈雷PVR7100 解碼器4 臺，接收中星6B 的節(jié)目需要配備哈雷PVR7100 解碼器11 臺。亞洲3S 共接收1 個(gè)頻點(diǎn)，獨(dú)自用1 臺設(shè)備。亞太6A 節(jié)目接收1個(gè)頻點(diǎn)需要配備1 臺PVR7100 解碼器，對于清流標(biāo)清信源，PVR－7100 直接通過其QPSK 接收模塊進(jìn)行解調(diào)接收，經(jīng)過PID過濾，無需進(jìn)行CI 解密，直接通過千兆GBE 端口輸出，送核心交換機(jī)。對于加密信源，PVR－7100 首先通過其QPSK 接收模塊進(jìn)行解調(diào)接收，經(jīng)過PID 過濾后，送入CI 解密模塊進(jìn)行傳輸流解密，最后通過千兆GBE 端口輸出，送核心交換機(jī)。

針對ASI 信源的接收:哈雷ProStream 1000 是綜合處理平臺設(shè)備，可以完成信源的復(fù)用、加擾、不同格式信源的轉(zhuǎn)換，此處用于接收處理ASI 信源的節(jié)目并轉(zhuǎn)換為IP 格式信源，最多可接入5 塊板卡，每個(gè)模塊有4 個(gè)ASI 接口，本地節(jié)目共20路ASI 信號，需要20 路ASI 接口，IP 模塊支持2 路同時(shí)輸出，需要主備設(shè)備2 臺。

備份設(shè)備考慮:中星6A 垂直需要與亞洲3S 和亞太6 共用1 臺設(shè)備作為備機(jī)。中星6A 水平需要獨(dú)立使用1 臺設(shè)備作為中央臺節(jié)目的備份節(jié)目使用。中星6B 水平共使用2 臺備份接收機(jī)，1 臺作為中央臺節(jié)目的備份，另一臺作為其他節(jié)目的備份。中星6B 垂直使用1 臺設(shè)備作為節(jié)目的備份接收機(jī)。

1.2.2 原有衛(wèi)星接收處理系統(tǒng)

太原有線數(shù)字電視前端升級改造后包括新舊兩套信源接收系統(tǒng)，原有接收系統(tǒng)主要由AD988HP、網(wǎng)管管理終端等主要設(shè)備組成，AD988HP 是BVCOM 針對數(shù)字電視IP 前端系統(tǒng)，基于ATCA 電信級設(shè)計(jì)理念，在傳統(tǒng)前端的基礎(chǔ)之上，增加了衛(wèi)星接收主備墊、千兆GE 網(wǎng)關(guān)、全硬件專業(yè)H.264 SDTV 轉(zhuǎn)碼等功能，可以獨(dú)立完成DVB/IPTV/SDV 業(yè)務(wù)的全線程傳輸接收功能。

2 數(shù)字電視IP 前端編轉(zhuǎn)碼、復(fù)用、加擾系統(tǒng)升級

升級方案拓?fù)淙鐖D1 所示，平臺核心交換、編碼適配、復(fù)用加擾均完全隔離，設(shè)計(jì)成完全隔離的2 個(gè)平面，任何一個(gè)設(shè)備損壞，對另外一張平面沒有影響，最終輸出到IPQAM，通過IPQAM 可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平面的自動切換［1］。

圖1 數(shù)字電視IP 前端系統(tǒng)圖

2.1 方案要點(diǎn)

系統(tǒng)全I(xiàn)P 化;原有主備設(shè)備由一個(gè)平面改造成完全隔離的物理2 個(gè)平面;所有節(jié)目單獨(dú)匯聚至思科7609 主備核心路由交換機(jī);核心交換機(jī)、核心復(fù)用加擾系統(tǒng)、IPQAM 系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)全部1∶1熱備份;整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)為電信級運(yùn)營平臺:在核心復(fù)用加擾系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)目熱備份、傳輸流熱備份、端口熱備份、設(shè)備級熱備份的四重?zé)醾浞輽C(jī)制;通過新增的時(shí)移DCM 設(shè)備將節(jié)目或業(yè)務(wù)內(nèi)容以IP 清流格式傳輸出互動平臺做時(shí)移節(jié)目使用。

統(tǒng)一網(wǎng)管:ROSA 網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)對H.264 轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)、核心交換機(jī)、核心復(fù)用加擾系統(tǒng)、IPQAM 系統(tǒng)的全部網(wǎng)管。平臺初期設(shè)計(jì)能力為500 套節(jié)目，可根據(jù)需要擴(kuò)展，同時(shí)現(xiàn)有硬件平臺已支持8 個(gè)千兆光口，由于目前節(jié)目流量還未超過1G，現(xiàn)有平臺已可支持2G 節(jié)目流量的配置。當(dāng)節(jié)目流量大于2G 以后，只需要增加GBE 板卡即可升級。通過對哈雷的設(shè)備進(jìn)行節(jié)目組播規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)兩套信源設(shè)備采用1 主1 備的方式同時(shí)使用，通過下一級的DCM 設(shè)備進(jìn)行選收。

主備核心路由交換機(jī):所有前端的視頻流將通過核心路由器，核心路由交換機(jī)放置在處理設(shè)備與信號獲取設(shè)備之間，本身不直接連接至IP 系統(tǒng)核心骨干網(wǎng)?？紤]以后對遠(yuǎn)郊區(qū)縣等業(yè)務(wù)端口的業(yè)務(wù)要求，需要板卡支持上述端口能力，可以提供更強(qiáng)壯的三層組播轉(zhuǎn)發(fā)能力。

核心復(fù)用加擾系統(tǒng):DCM(數(shù)字信號內(nèi)容管理器)是一個(gè)支持超大容量數(shù)字視頻處理平臺的智能型數(shù)字電視頭端處理設(shè)備，可以滿足現(xiàn)在和將來的需求。通過復(fù)用和碼流調(diào)整可對MPEG 視頻處理。DCM 最多支持8 Gbit/s 的輸入輸出能力。每塊處理板卡根據(jù)統(tǒng)計(jì)復(fù)用進(jìn)行碼流調(diào)整，對最多350個(gè)標(biāo)清或85 個(gè)高清流進(jìn)行碼率限制，可以進(jìn)行高密度的MPEG2 至H.264 的視頻轉(zhuǎn)碼，同時(shí)可以選擇性地支持從AC－3，MPEG1 Layer II 至HE－AAC 音頻轉(zhuǎn)碼，由于IP 化正在成為越來越多的傳輸網(wǎng)絡(luò)的選擇，通過一系列擴(kuò)展的IP 化接口實(shí)現(xiàn)與IP 網(wǎng)絡(luò)無縫的集成。

IPQAM 系統(tǒng):RF Gateway IPQAM 調(diào)制器，在一個(gè)1U 機(jī)框中提供最多48 個(gè)QAM 頻道，可最多配置6 塊板卡，每塊板卡有2 個(gè)RF 端口支持8 個(gè)QAM 頻道，每個(gè)RF 端口支持4 個(gè)QAM 頻道，捷變頻道最高至1 GHz。

2.2 安全性設(shè)計(jì)

1)設(shè)備安全性

IP 數(shù)字前端設(shè)備都采用雙冗余、熱插拔電源設(shè)計(jì)，默認(rèn)情況下兩個(gè)電源只有一個(gè)在工作，另一個(gè)處于備份狀態(tài)。核心交換機(jī)7609 提供強(qiáng)大的VPN 功能，可以靈活為客戶提供其他業(yè)務(wù)。思科對IPQAM 可實(shí)現(xiàn)安全切換，核心交換機(jī)、編碼器、適配器、DCM 復(fù)用器完全隔離，任何一個(gè)設(shè)備損壞，對另外一張平面沒有影響，最終輸出到IPQAM，通過DCM 可自動進(jìn)行切換。

2)平臺安全性

思科7609 路由器是一款高性能路由器，部署在對性能、IP 服務(wù)、安全性、冗余性和可靠性要求很高的廣電運(yùn)營商前端平臺。不僅在性能上有更好的體現(xiàn)，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)以下全方位的安全功能。保證了IP 數(shù)字前端的安全性、可靠性，為實(shí)現(xiàn)節(jié)目的安全播出提供最有利的保證。

3)網(wǎng)絡(luò)安全性

組播安全目標(biāo):保護(hù)組播協(xié)議的安全。攻擊手段:非法用戶產(chǎn)生虛假BSR 消息，向全網(wǎng)通告虛假RP 地址，導(dǎo)致全網(wǎng)組播樹RPT 的異常建立。利用MSDP 發(fā)送虛假SA 消息或?qū)SDP 進(jìn)行DoS 攻擊［2］。

3 數(shù)字電視前端供電和制冷系統(tǒng)

3.1 供電系統(tǒng)

外部電源接入為兩路市電，一路發(fā)生故障時(shí)另一路外電可切換工作。同時(shí)由于接收機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器等設(shè)備不斷增加，原有UPS 為90 kW，已經(jīng)不能滿足所有設(shè)備功率，本次根據(jù)情況新增兩臺120 kW 的UPS，并機(jī)工作，保證前端機(jī)房設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，主備播出設(shè)備、雙電源播出設(shè)備分別接入不同的UPS 供電回路。

3.2 制冷系統(tǒng)

為了解決制冷問題，機(jī)房設(shè)計(jì)使用3 臺精密空調(diào)，保證整體的制冷效果，能夠產(chǎn)生足夠的制冷量來保證前端機(jī)房溫度，滿足設(shè)備的正常運(yùn)行。

其他機(jī)房溫度、濕度、防塵、接地、消防、安全防范等方面要求按照相關(guān)規(guī)定實(shí)施［3］。

4 數(shù)字電視IP 前端系統(tǒng)的割接

經(jīng)過4 個(gè)月的緊張建設(shè)，新IP 前端系統(tǒng)搭建完成了，經(jīng)測試，新IP 數(shù)字電視前端系統(tǒng)功能與現(xiàn)網(wǎng)IP 前端完全一致，具備割接條件并完成實(shí)施。

4.1 單平面割接

用一個(gè)晚上的時(shí)間完成，首先將原有BVCOM 的信源連接到新IP 平臺的單平面，與哈雷信號源一起工作，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信源的自動備份功能，在割接前將DCM 的主備信源配置信息提前設(shè)置完成。將現(xiàn)網(wǎng)中備IPQAM 與思科7609 交換機(jī)連接配置，使新IP 平臺單平面信號由這臺備IPQAM 輸出。由ROSA 網(wǎng)管完成主備IPQAM 信號切換，切換后大網(wǎng)信號將由備IPQAM 輸出，完成信號的割接。割接完成后，單平面與舊IP 平臺形成主備系統(tǒng)，并能自動切換。在用戶終端用機(jī)頂盒測試大網(wǎng)信號，確保機(jī)頂盒能正常收看所有節(jié)目。

4.2 另一個(gè)平面搭建與割接

單平面運(yùn)行后，觀察一星期，再進(jìn)行另一個(gè)平面的割接。

用一個(gè)晚上的時(shí)間完成，利用原前端的復(fù)用加擾設(shè)備與另一臺思科7609 交換機(jī)搭建另一個(gè)平面并進(jìn)行測試。將BVCOM、哈雷的主路信源、原核心DCM、原高清轉(zhuǎn)碼、原主IPQAM 接入思科7609 交換機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)配置。對輸出的QAM 信號進(jìn)行測試，確保兩個(gè)平面的QAM 信號中各頻點(diǎn)的參數(shù)保持一致。將兩個(gè)平面的QAM 信號混合后送入大網(wǎng)，并在ROSA 網(wǎng)管完成相關(guān)配置，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平面QAM 信號的自動切換。在用戶終端用機(jī)頂盒測試大網(wǎng)信號，確保機(jī)頂盒能正常收看所有節(jié)目。

4.3 回退機(jī)制與應(yīng)急措施

每個(gè)平面割接后，如發(fā)現(xiàn)機(jī)頂盒有搜臺、死機(jī)、節(jié)目不能正常收看等現(xiàn)象，及時(shí)回退切換回原IP 平臺的主IPQAM信號。

5 數(shù)字電視前端系統(tǒng)IP 化改造后特點(diǎn)與優(yōu)勢

可靠性方面，原有數(shù)字電視前端由于信源系統(tǒng)只有一套，且運(yùn)行了近十年有時(shí)會出現(xiàn)節(jié)目故障，而經(jīng)過升級后有兩套信源系統(tǒng)，具有切換機(jī)制，不會因?yàn)槟程坠?jié)目故障而影響用戶收看。更重要的是兩個(gè)平面相當(dāng)于同時(shí)運(yùn)行的兩套數(shù)字電視前端系統(tǒng)，在調(diào)制輸出部分實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平面切換，消除了單平面系統(tǒng)某個(gè)設(shè)備故障而引起的播出事故，可靠性有極大的提高。同時(shí)，供電系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的改造也提高了設(shè)備的可靠性，通過各相關(guān)系統(tǒng)的改造，從而使數(shù)字電視前端的可靠性達(dá)到甚至超過總局要求的99.99%的標(biāo)準(zhǔn)［4］。

業(yè)務(wù)能力方面，通過該系統(tǒng)提高了高標(biāo)清直播節(jié)目能力，由于思科7609 交換機(jī)的業(yè)務(wù)交換能力很強(qiáng)，理論上支持幾千套高清節(jié)目，只需在復(fù)用加擾提供授權(quán)即可滿足要求。同時(shí)由于IP 化以后，可靈活引入不同平臺不同來源的節(jié)目，并按照不同業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)節(jié)目編轉(zhuǎn)碼，為互動電視及多屏應(yīng)用提供信源，為開展各種綜合業(yè)務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

性價(jià)比方面，由于廣播電視是一個(gè)特殊的行業(yè)，既有市場特性又有政治特性，在某一方面后者比前者還重要，為實(shí)現(xiàn)百分之百安全可靠地播出電視節(jié)目而進(jìn)行的投資不能簡單地用投資效益來衡量。通過改造后系統(tǒng)能夠提供的高標(biāo)清節(jié)目數(shù)量大大增加，為開展基于IP 化的綜合業(yè)務(wù)提供節(jié)目源，從而提高了用戶ARPE 值，在數(shù)字電視用戶流失的情況下，保證了經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)7%的增長。

6 總結(jié)

由于IP 化數(shù)字電視前端具備IP 的靈活性及DVB 數(shù)字電視系統(tǒng)的成熟可靠性，目前，各地都在積極進(jìn)行數(shù)字電視前端系統(tǒng)IP 化升級改造，太原有線在升級改造后經(jīng)歷了十八界三中全會、春節(jié)、兩會等敏感時(shí)期的檢驗(yàn)，安全穩(wěn)定運(yùn)行近一年，證明了在可靠性和業(yè)務(wù)提供能力方面都得到提升。

［1］劉小元.陜西廣電省網(wǎng)基于數(shù)字電視IP 平臺實(shí)現(xiàn)高清直播節(jié)目統(tǒng)傳［J］.有線電視技術(shù)，2015(5):99－101.

［2］思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院教程CCNA Exploration［EB/OL］.［2015－06－10］. http://ccnprenzheng. up4g. com/?sem = bdsspc＆kc =ccnp＆fw=rz.

［3］GB 50174，電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.2008.

［4］廣電總局令第62 號，廣播電視安全播出管理規(guī)定［S］.2014.