数字电视前端播控技术

数字电视前端播控技术江苏有线播控中心2020/1/18演讲人王伟任职江苏有线南京分公司副总经理兼江苏有线播控中心主任南京分公司传输中心主任职称研究员级高级工程师1969年参加工作、一直从事电子、通信技术工作1995年到南京有线电视台播出部、传输部工作至今演讲人简介有线数字电视前端平台1数字电视安播系统2演讲内容321:01有线数字电视前端平台概述1省级数字电视播控中心1地市数字电视前端1县(市、区)数字电视分前端112341421:011.1.1有线数字电视前端1.1.2江苏省、市、县数字电视三级传输平台概述11521:011.1.1有线数字电视前端621:01有线数字电视前端是有线电视网络的核心部分，主要完成五项任务：1、信源接入卫星、SDH、基带2、业务插入EPG、数据广播、本地节目3、信号处理编、解码、复用、统计复用、转码、CA4、传输分发协议转换、调制、内容分发5、安全播出监看、监测、监控、监管1、信源系统2、数字电视信号核心处理系统3、CA系统4、业务系统5、调制系统6、传输系统7、安播系统有线数字电视前端主要由以下系统构成：721:0181.1.1有线数字电视前端21:01数字电视前端技术：1、信源接入----编／解码技术2、业务插入----EPG、数据广播、中间件技术、3、信号处理----复用技术、加密／解密技术、IP路由/交换技术4、传输分发----调制与解调技术、DWDM技术5、安全播出----IP监测、TS流监测、RF监测、冗灾备份技术综上所述，数字电视是一项涉及广播电视技术、通信技术、计算机和的高新技术。从发展过程来看，有线数字电视前端平台经历了两个阶段：1.1.1有线数字电视前端有线数字电视前端平台：1、传统的独立式数字电视前端平台2、高度集成的新型数字电视前端平台921:01卫星信源SDH信源本地编码信源信源接收EPG信息传统数字电视前端核心处理平台核心网管CA系统HFC网络复用器#1ASI切换矩阵混合器ASI信号输入DS3适配复用器#2复用器#3复用器#4复用器#nASI切换矩阵QAM调制器#1QAM调制器#2QAM调制器#3QAM调制器#4QAM调制器#n加扰器#1加扰器#n加扰器#3加扰器#2加扰器#4RF信号输出1、传统的独立式数字电视前端平台传统数字电视前端平台，见下图：1021:011、传统的独立式数字电视前端平台传统数字电视系统有如下特点：1、采用独立功能的设备，设备数量较多；线路链接复杂2、只能针对节目链路进行备份，无法实现端口、系统、节目备份；3、需要用ASI矩阵进行信号调度和设备备份，不灵活；4、因为设备多，网管复杂；5、系统维护难度大，调整困难；6、系统功能少，接口单一；1121:011.1.1有线数字电视前端数字电视前端平台发展趋势：1、高度集成化，功能化、模块化、2、基于IP技术的路由交换和传输技术、3、电信级设计，大容量的无源背板技术、4、高度可靠性、稳定运行、5、智能化发展，多颗粒度的自动备份，网管便利6、向分布式系统、基于SDV网络结构演变1221:01新型数字电视前端平台，见下图：卫星信源SDH信源本地编码信源信源接收EPG信息ASI信号IP信号新型数字电视前端核心处理平台核心网管CA系统RF信号IP信号ASI信号码流重组优化复用--统计复用码率修正主备倒换……路由交换加扰--调制信号输出信号输入DS3适配2、高度集成的新型数字电视前端平台1321:012、高度集成的新型数字电视前端平台新型数字电视系统有如下特点：集中处理所有节目，系统集成度高，集中网管；可以实现设备、板卡、端口、节目的自动或手动备份；节目传送可以是ASI、IP光纤、网线，接口丰富。具有加扰、统计复用、码率修正、广告插播等功能信号调度灵活；1421:011521:01统计复用及码流修正实际运行中每路电视节目的码率是不同的，同时码流的性质也不同，有的是VBR，有的是CBR。当重建一个传输流时，带宽就具有不确定性。当数字电视信号通过QAM调制在网络上传输时，其中还要插入许多其他信息如：EPG、CA系统的EMM、ECM等，这就需要对一个传输流中的节目流进行码流修正和钳位以确保插入信息的带宽；另外，还要在图象质量不损伤或损伤很小的情况下尽量增加传输的节目。实现这些功能的方法是采用统计复用（STAMUX）和码率修正（TRANSRATING）技术。关键技术1621:01统计复用（STAMUX）技术•统计复用（STAMUX）技术采用时间位移的方法，把瞬时码率高于设定值的部分位移到瞬时码率低于设定值的地方传输；•它主要采用缓存的方法来进行节目流的预测和调整。•用统计复用方法降低码率不损伤图象质量，对VBR节目更为有效•对总体码率降低的贡献一般在15%以下。BMR端口的统计复用1721:01码率修正（TRANSRATING）•码率修正（TRANSRATING）是对所需降低码率的节目进行MPEG-2编码的逆过程处理；•一般还原到量化层，通过改变量化系数实现降低码率；•有的还可以还原到运动补偿和估值层；•其算法的不同对码率降低的效率以及降低后图象质量的影响很大；•这是一种有损图象质量的修正方法；•它对码率降低的贡献可达到50%以上。•它的原理如下：1821:01码率修正（TRANSRATING）HDTV节目设置为“直通”方式，图中白色部分为空包码率修整之前码率修整之后采用码率修整功能之后，空包部分可填充更多的SDTV节目1921:01A/D转换DCT变换量化游程长度编码输出缓冲区速率控制量化步长缓冲区空间MPEG输出游程长度编码游程长度解码量化输出缓冲区速率控制缓冲区空间量化步长MPEG输入MPEG输出码率调整过程原理编码过程原理码率修正（TransRating）-原理框图2021:01MPEGoverIP随着IP技术的广泛应用，数字前端运行的周边环境大量采用IP技术进行数据的交换和传输，这就要求从核心设备送出的TS流必须能够承载到IP流上，以便能够灵活方便的应用。视音频传输主要考虑它的实时性，一般有两种方法传输：UDP：一个无连接的传输层协议，它不提供传输的服务质量保证，但传输高效和低时延，每7个188字节的TS包封装成一个UDP包；RTP：（Real-TimeTransportProtocol）是一个提供端到端传输服务的实时传输协议，它是一个应用层和传输层之间的协议，应用程序要求传输的实时数据在RTP层封装后再交给UDP封装传输。RTP本身不提供传输的质量保证，它是由与之配对使用的实时传输控制协议RTCP来完成流量控制和拥塞控制服务保证。2121:01MPEGoverIPASIInASIInMPEG编码ASIOutASIOutIPIPASI输入接口AV输入ASI输出接口GigabitEthernet接口IP路由交换管理接口管理接口AV输入IPTMIPIPIPIPMPEG编码IP2221:01同一块板上的输入/输出路由调度不经过主板即可实现。同一机箱不同板上的输入/输出路由调度必须经过主板才能实现。数据链路层传输→采用BigBand私有二层传输协议NativeMedia封装。跨机箱的路由调度，采用TSOverIP封装为UDP包传输。它一般包括网络寻径→三层传输协议路由交换123456789A2321:01UDP协议：UDP地址+端口号MPTS传输输入1.1.1有线数字电视前端1.1.2江苏省、市、县数字电视三级传输平台概述112421:01省播控中心地市广电网络县广电网络省备份前端地市平台县市平台省前端1.1.2江苏省、市、县数字电视三级传输平台江苏数字电视平台采用省平台—地市平台--县（市、区）平台的三级架构。2521:01建设初期现阶段未来几年2008年8月底之前完成全省有线数字电视平台建设，并支撑8个城市（镇江、泰州、淮安、宿迁、连云港、盐城、南通、徐州）共100万用户的数字化整体转换。已经支撑全省1000万用户的数字电视、高清电视等业务服务。能够支撑全省1500万用户的数字电视、高清电视等业务以及新型全媒体业务。建设目标2621:01总体建设原则1.1.2江苏省、市、县数字电视三级传输平台统一技术统一信源统一业务安全播出分级运管2721:01统一信源统一全省数字电视节目信源，由播控中心完成节目汇聚，再下发到各地市、区县。统一技术统一业务统一全省传输与核心处理平台、统一数字电视业务系统、统一机顶盒终端及中间件、互动数字电视等技术标准。统一全省数字电视业务定义和打包，统一全省用户管理和计费管理。安全播出统一建设全省数字电视安全播出系统，建立从省到市到县的监测系统，实现全链路监测，采用多种手段实现冗余备份。2821:01两个省级播控中心（南京、泰州）负责将内容和数量完全一致的公共节目（包含公共频道、付费频道、准视频点播以及公用信息等内容），经过编码、复用后，以相同的打包方式用清流通过省干线传输网络提供给各地市播出前端，从而形成两个省级播控中心互为安全备份的格局。1.1.2江苏省、市、县数字电视三级传输平台卫星信源SDH信源省台节目自办节目节目信源接收预处理信源部分BMR#1BMR#4BMR#2BMR#5BMR#3BMR#6核心处理平台光切换开关光切换开关省播控中心GbE1GbE2GbE1GbE2数据广播卫星信源SDH信源省台节目自办节目节目信源接收预处理信源部分BMR#1BMR#4BMR#2BMR#5BMR#3BMR#6核心处理平台光切换开关光切换开关省备份中心GbE1GbE2GbE1GbE2数据广播2921:011.1.2江苏省、市、县数字电视三级传输平台各地市前端可以根据本地实际情况决定需要的公共频道和付费频道。各地市和县（市、区）的自办节目分别在地市、县（市、区）分前端插入。BMR#1BMR#4BMR#2BMR#3(加扰)(调制)BMR#6(加扰)(调制)光切换开关GbE1GbE2EPG系统CA系统地市节目数据广播BMR#5其他业务光分路器光分路器地市保留模拟节目模拟调制器混合器光发射机EDFA射频切换开关加扰流TSOverIP清流TSOverIPGbE1GbE2光分路器光分路器GbE1GbE2GbE1GbE2地市前端RF3021:01江苏省、市、县数字电视三级传输平台框图卫星信源SDH信源省台节目自办节目节目信源接收预处理信源部分BMR#1BMR#4BMR#2BMR#5BMR#3BMR#6核心处理平台光切换开关光切换开关省播控中心GbE1GbE2GbE1GbE2BMR#1BMR#4BMR#2BMR#3(加扰)(调制)BMR#6(加扰)(调制)光切换开关GbE1GbE2EPG系统CA系统地市节目数据广播数据广播BMR#5其他业务光分路器光分路器地市保留模拟节目模拟调制器混合器光发射机EDFA射频切换开关光分路器光分路器DCM主路IPQAM主路IPQAM备路射频切换开关区县节目数据广播其他业务DCM备路BMR#1BMR#3BMR#6射频切换开关光接收机光接收机射频切换开关分配器区县节目编码器解调器复用器QAM调制器混合器区县节目数据广播其他业务EPG系统CA系统BMR#5BMR#4BMR#2加扰流传输模式县(市、区)分前端清流传输模式县(市、区)分前端RF传输模式县(市、区)分前端RFRF光分路器光分路器加扰流TSOverIP清流TSOverIPGbE1GbE2光分路器光分路器GbE1GbE2GbE1GbE2卫星信源SDH信源省台节目自办节目节目信源接收预处理信源部分BMR#1BMR#4BMR#2BMR#5BMR#3BMR#6核心处理平台光切换开关光切换开关省备份中心GbE1GbE2GbE1GbE2数据广播地市前端RF省干线DWDM市县DWDM省干线DWDM市县DWDM3121:01省干线DWDM网覆盖全省南京、镇江、常州、无锡、苏州、南通、泰州、扬州、淮安、宿迁、徐州、连云港、盐城13个地市，分为南北两个环网，设有1个中心站、13个节点站和7个中继站。3221:01目前省网DWDM平台采用的是华为OptiXOSN6800系统，设计容量80波，每波10G带宽。目前的DWDM