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1、有线数字电视安全播出及运营保障体系 广州市广播电视网络有限公司 朱勤伟为更好地推进有线数字电视整体转换工作，广州市广播电视网络有限公司根据广电总局有线数字电视试点的相关技术要求，结合广州现有网络的情况和业务发展情况，广州有线设计建设了全新的数字电视前端系统，系统设计的基本要求是：支持30个频点的数字电视节目和数字广播节目，可支持约200套数字电视节目和数字广播节目。48个频点的准视频点播业务24个频点的数据广播业务 1个频点的股票业务系统合计约40个频点的播出能力，可满足数字电视整体转换对基本业务的需求。其余30个频点供cablemodem和互动电视使用。系统要求前期支持用户数达到100万，覆
2、盖用户数200万，远期支持用户数达到300万。因此，从安全播出的和用户服务的角度，都要求系统具有高可靠性和高稳定性。数字电视前端技术特点相对于模拟电视前端，它具有以下四个突出特点：（1）标准多，已公布的DVB和MPEG2标准将近一百个，基础和常用标准也有三十多个。（2）设备种类多，省会以上城市的数字电视前端，一般都会有近二十个子系统，近百种不同的前端设备。（3）软件支撑系统复杂，不同的前端设备往往会采用不同的软件平台和技术，如windows、linux操作系统；SQL、Oracle和XML数据库；TCP/IP协议、防火墙和病毒防护等。假定某次数字电视故障是计算机操作系统问题引起的，即使是win
3、dows和数据库方面的专家，要在数分钟内使其恢复正常运转也是有相当难度的。（4）模数混传，技术人员还必须对原有的模拟电视和系统有相当的了解。数字电视前端安全播出的备份设计随着有线数字电视整体转换的稳步推进，有线电视已由原来的模拟播出、模拟传输逐步向数字播出、数字传输转变，原来适应模拟前端安全播出的技术体系面临着新的课题和挑战。广州市广播电视网络有限公司在有线数字电视前端的建设中，对数字电视安全播出和系统建设方面进行了研究。我们根据数字电视前端的自身特点，提出了数字电视前端系统安全播出的两个重要原则：（1）系统故障恢复以硬件备份恢复为主，故障设备离线修复为辅的方式。不把系统的修复仅仅寄托在高水平
4、技术人员的身上。鉴于系统的复杂性，系统中的核心设备、唯一设备、易发故障设备一定要有双备份。根据备份等级和设备特点，分别确定是系统备份、板卡备份、端口备份还是线路备份方式。（2）在系统设计阶段就结合系统和设备特点，着手制定周密的应急预案。对每个环节设备故障引发的故障面、故障修复时间、人员技术水平需求等要素做全面细致分析，对系统方案进行反复的优化和评估，尽可能地减少系统中的单点故障点和技术隐患，将故障时间控制在允许和可控制的范围。根据上述原则，确定了各种设备的备份方式，如图1所示： 图1 前端数字电视系统原理图从图1中我们可以看到：（1）复用器和加扰器的参数最为复杂，配置时间长，是数字电视前端系统
5、的核心，采用主、备冗余方式自动切换；尤其是网管系统，是系统备份中的重中之重，采取双机冗余自动切换；（2）CA和业务信息（SI）系统都采用双机冗余自动备份方式；（3）编码器的参数较为简单，修复时间较短，同时随着播出的数字化，编码器的数量会逐步减少，采取n:1自动备份方式；（4）卫星信号在传输链路上的不确定性因素较多，日凌、雨衰、非法信号攻击等都会使主、备接收机信号同时中断。卫星接收机参数复杂度为中等，采用双机方式运行，手动倒换和备份。（5）QAM调制器的自动备份，需要在QAM的输入增加一ASI切换器，输出增加一射频RF信号自动切换器，增加了系统的单点故障点，这一方案尚需充分试验，现阶段采取双机备
6、份手动切换方式进行。（6）适配器的相关参数配置也较简单，采取N:1备份方式进行手动切换。（7）电源的备份是系统安全的重要保障，机架均为A、B双路UPS供电。主备系统分别采用不同的UPS电源，主系统的所有设备均需采用同一路UPS供电，备用系统也一样。对于在主备系统中均需同时使用的设备，如矩阵、切换器、网管电脑等均配备双模块电源。确实无法自动备份的设备，采取负载均衡方式合理安排布局，防止机架单路电源故障导致大面积信号中断。（8）系统中的各种服务器均为专业系统，无法安装防病毒软件，网络安全问题尤为突出，为此对系统中IP网络进行了合理规划，安装了硬件防火墙，各子系统在物理上隔离，确保相互独立， 将病毒
7、对系统可能的影响控制在最小范围，避免造成连锁反应。同时，为了降低前端故障处理的难度，保证节目的视频质量，决定对于来自卫星、SDH的外来码流，尽量维持原有的码流结构，仅对其作SI/PSI参数的调整和配置，不进行解码和二次编码，不调整MPEG2层面的码流结构和码率。重要信号的码流，采取整个MPTS码流转发的方式，如中央台的两个MPTS码流、南方台的MPTS码流。这样，降低了系统复杂性，信号流程清晰明了，有利于和上游的节目供应商进行技术协调工作，有利于分清各自的责任，易于系统管理员分析和定位故障。4、业务信息（SI）播发的安全有别于传统的模拟电视系统，数字电视系统增加了业务信息（SI），它是数字电视
8、系统必不可少的一部分。业务信息（SI）服务器的主要任务是生成数字电视系统所需的业务信息（SI）。如果业务信息（SI）中断，所有的机顶盒将无法正常搜索和收看节目，相当于全网中断的播出事故。因此，业务信息（SI）播发的稳定性和准确性是衡量数字电视前端系统的重要指标之一。我们在设计规划新的数字电视前端系统时，重点研究了业务信息系统的播发机制，根据各种业务的特点，采取了合理的播发机制，科学分配业务带宽，有力地保障了安全播出和业务发展。1)业务信息（SI）播发的机制现在的系统一般都包括广播电视、NVOD(准视频点播)、数据广播这几种业务，一般而言，广播电视节目的业务信息（SI）都是由业务信息（SI）服务
9、器产生的，而NVOD 的视频服务和数据广播的打包机也会产生本身系统的业务信息（SI）。从规范和长远的角度考虑，所有业务采用统一的业务信息（SI）发生器最能保证系统业务信息（SI）的准确性和一致性。但在实际工作中，三个子系统一般是由不同供货商提供的，大家对业务信息（SI）的理解和配置方法并不完全相同，协调难度较大，系统集成时间长。加上数据广播、NVOD业务的发展时间不长，业务形态不确定，业务信息（SI）的调整和更新较为频繁。因此，我们采取了以下业务信息（SI）播发机制： S I广播电视业务频点NVOD业务频点数据广播业务频点 NIT含广播、电视、NVOD、数据广播所有业务的频率信息NVOD所有频
10、点的频率信息NIT表所有数据广播频点的频率信息 SDT含本流和其它流所有广播电视业务的SDT包含NVOD所有频点的SDT含所有数据广播频点的SDT或只含本频点的SDT EIT含本流和其它流所有广播电视业务的EIT p/f仅含本流EIT schedule含NVOD所有频点的EIT p/f 和 EIT schedule 表1 业务信息播发机制采用以上折衷方式，既实现了对所有业务信息（SI）的统一规划和引导，又将广播电视的基本业务和增值业务有效分离。当NVOD和数据广播业务信息（SI）更新或出现播发故障时，都不会影响到广播电视业务信息（SI）的正常播发，不会对广播电视业务的正常运行产生任何影响，反之
11、亦然，这有利于系统的稳定运行，安全播出得到了有效保障。2)业务信息的带宽分配随着数字电视前端的业务和节目的不断增加，业务信息（SI）对带宽的需求也会同步增加，在带宽分配上，需同时兼顾节目和业务信息（SI）对带宽的要求，不能单纯追求每频点节目传送的数量，要为未来数年业务信息（SI）的增加预留足够的带宽。根据DVB标准，在符号率为6.875Mbaud时，每个频点的最大带宽=6.875*6=41.25Mbps；除去纠错保护字节实际有效带宽约为38Mbps。根据经验，视频节目在4.5 Mbps以上时，节目质量才比较有保障，按5 Mbps规划，每个频点传六套节目，共需30Mbps。广州节目规划目标为20
12、0套，一周的节目表和节目简介对带宽需求较大，SI分配12Mbps带宽；广州目前用户已经有一百万，需按两百万考虑，ECM和EMM分配12Mbps带宽；同密情况下分配24 Mbps带宽。这样规划，既保证了视频节目的基本质量，又保证了机顶盒能快速接收到业务信息（SI），每个频点的带宽还留有24Mbps左右的带宽余量，当节目码率增加或CA EMM带宽增加时，只需对系统进行简单调整，有效地保证了安全播出。5、数字电视前端时间同步系统的实现在广播电视发展史上，中央台的报时信号曾经对社会生活产生了不可估量的积极作用。数字电视时代，这一影响依然存在。如果各电视台之间的时间如果不同步，就无法充分发挥电子节目指南
13、(EPG)的作用。如果电视节目码流和NVOD码流的时间不一致，节目预约功能就不能实现，机顶盒就会出现异常状态。数字电视前端各子系统内部的时间不同步，不仅会增加日常故障分析的难度，严重的还会影响到节目的安全播出。广州数字电视前端有SDH网、业务信息（SI）系统、CA系统、用户管理系统、复用加扰系统、NVOD系统、VOD系统、数据广播系统等，总共有约16个子系统需要定时同步信号。鉴于IP网络安全的特殊性和复杂行，每个子系统均设置一个单独的NTP时间源，各子系统之间不发生物理上的连接，以确保网络安全。传统的定时方法如图2所示： 图2 传统定时方法图2中的时码分配器可提供多路RS232接口方式的定时信
14、号，在校时服务器上安装专用的定时软件获得标准时间，子系统内的服务器采用NTP网络校时方式与校时服务器同步。由于数字电视前端不少系统属专业系统，如CA、网管等，不能安装未经兼容性测试的软件，需使用专用的时间同步服务器。因此，这一方案实际上仍属计算机方式的软件定时方案，设备数量多，维护不便，耗电量大，可靠性低。经过分析，可以知道对定时要求最高的几个子系统依次为SDH网、业务信息（SI）系统、CA系统、NVOD系统，其中定时要求最高的是SDH，因此决定以SDH网定时供给系统（BITS）为核心的时间同步方案：（1）系统配备卫星接收系统，用卫星信号接收系统获取长期稳定度优良的信号，同时配备高性能的铷原子
15、振荡器作为本地振荡器。（2）产品符合IUT-T建议，满足中国国标，兼容其他国际规范（ANSI、TELCEDLE（以前的BELLCORE）、ETSI）。（3）可向SDH网输出2M标准的BITS信号，作为广州城域SDH网的同步信号；（4）配备20路独立的时间同步输出，物理接口为RJ45，可同时向20个子系统提供时间同步信号。上述方案，标准统一规范，已在电信网广泛使用多年。在建设高精度、高可靠性、高稳定性的现代同步网时，提供时间同步功能，满足网络对时间准确度的需求。为纯硬件方式，设备可靠性高，维护简单，设备的总造价也低于传统定时方式。在传统广电模拟系统中很少采用该种方式。如果扩展为全电视台的时间同步系统，性价比则更为突出。6、数字电视前端系统的监测1)监测的层次分析一个完善的数字电视前端，除了系统本身的可靠性，必要的监测手段也是不可少。首先我们
