數字電視ＤＶＢ前端系統設計

摘要：本文主要介紹了DVB（Digital video broadcasting）前端的設計和建設.

關鍵詞：數字電視；DVB；碼率轉換；前端；復用；加擾；數據廣播

1 前言

數字化是一場全世界范圍的技術革新，廣播電視中數字技術的應用提高了節目畫面質量、擴大了通道傳輸容量、增加了業務服務內容。而整體轉換是快速實現廣播電視數字化非常有效的手段和方法，部分地區已經通過整體轉換的方式實現了廣播電視的數字化。整體轉換使得各地廣電運營商面臨來自政府和用戶雙重期望的壓力，在短時間內發展大量整體轉換用戶、安全播出、降低用戶投訴率是影響數字電視發展的關鍵。廣電運營商必須提供安全、優質的節目和一流的運營服務。因此，技術保障是其中基礎，也是重點。數字電視平臺在技術層面上面臨的最大問題就是系統的穩定性、備份機制安全播出，包括硬件平臺、CA、SMS、EPG（Electronic Program Guide）以及終端接收系統機頂盒的穩定性都提出了很高的要求。

2 數字電視DVB前端總體敘述

寧波廣電總結經驗，面向用戶要求和事業發展，以原有的系統規模和設備為基礎，力將廣電大廈八樓新機房升級建設成為更加科學合理、擴容性好、管理性高、容錯性強、運行更安全可靠的數字電視播出前端。該平臺系統必須支持不小于200萬有線數字電視用戶的業務需求。同時，系統支持對寧波各縣、市數字電視SMS子系統的接入和授權控制，系統共使用27個模擬傳輸頻道，其中主要設備采用1+1熱備份。業務類型和節目容量為：不少于150套標清電視節目（或130套標清+5套高清電視節目），20套數字音頻廣播，占2個模擬頻道的數據廣播、電視網站，占2個模擬頻道的NVOD，占1個模擬頻道的股票信息。

在這種情況下，我們對多種設備進行了性能測試和綜合比較，特別是對碼率轉換、碼率修整、統計復用和千兆IP轉換輸出等功能進行了測試，最后結合綜合因素通過招標形式，確定系統的主要設備為Scopus IVG7000型設備。

3 數字電視DVB前端結構和組成部分

前端系統負責數字電視節目及其他數據等相關業務信息采集、調度、處理、信號形成、分配及傳輸等（參見前端系統圖）。DVB前端系統從結構上總體來說由：主體系統、EPG系統、CAS系統、SMS系統、應急信號系統、數據廣播及NVOD系統、監控監測部分和網管系統等子系統組成。其中，主體系統由信號源部分、信號處理形成部分和傳輸部分等組成。各子系統、組成部分之間相互獨立又緊密結合、分工合作，形成整個系統的有機組成。

3．1 信號源部分

前端平臺信號源部分以各種方式接收信號，為整個平臺提供節目源，接收的各種信號進入復用、切換、矩陣等信號處理設備。由系統圖可知，同一節目的信號提供兩路輸出，同時給主、備兩部分。該部分主要由衛星接收天線、衛星接收機、信號適配器、光接收機、信號播發服務器等設備組成。衛星接收機為50臺Scopus 2900，該接收機內配備雙解碼芯片、3個獨立ASI輸出口，同時具備較好的信號監測、報警和網管功能。在功能和設備使用上提供了很大的方便。

其中通過亞太6號、中衛一號等7副衛星天線、衛星接收機接收中央臺、國內衛視、上海文廣節目、中數傳媒節目等節目信號。通過國家、省干纜等SDH網絡接收中央臺、浙江省臺節目信號。通過本地光纜、光接收設備接收寧波電視臺、電臺等所有電視、廣播信號。本地視頻播發服務器提供數據廣播、NVOD、互動信息等信號。

3．2信號處理部分

信號源提供的信號傳送給信號處理部分，實現電視信號和所有輔助信號的復用、碼率轉換壓縮處理、加擾等功能，這部分是整個系統的核心，在系統中既是難點也是重點部分，直接決定信號處理部分系統的容量、信號的質量和系統的安全穩定性能等。這部分主要由復用、加擾、矩陣及碼流處理設備等組成。寧波數字電視前端對該部分采主、備用1+1熱備份。主要設備為原系統的SA復用器，Scopus IVG7000、NETWORK矩陣、NETWORK的ASI分配器。

IVG7000集成度高，單機完成4個模擬頻點節目的節目路由復用、速率轉換、碼率修正壓縮和加擾功能，基于每臺IVG 4Gbps的強大處理能力，每個輸入/輸出端口均可提供170Mbps的帶寬。每個端口傳輸6-10套標清節目或1套高清加3套標清節目。在IVG內部，對輸入的CBR節目進行CBR－>VBR或VBR－>CBR的處理，在保證節目質量的前提下動態的進行碼率壓縮功能Transrating，提高帶寬的利用效率。IVG的網管是基于Java技術的圖形化網絡管理，穩定而且界面更美觀更友好，ETR290的碼率監控功能，能夠對IVG的所有輸入碼率進行基于ETR290的碼流分析，并且給出錯誤信息。相對于IVG7000的高集成和處理能力，16個輸入端口就略顯不足，特別是對SPTS較多的輸入流。為解決這一問題，同時，充分利用原系統的復用器，對各省衛視等SPTS進行了預復用，形成MPTS流后再進主、備通道。

由圖可知，預復用信號和其他直接接收的MPTS流同時進主路的IVG7000和備路的128矩陣，矩陣輸出給備路的IVG7000。主、備兩路的IVG7000輸出信號給64矩陣，矩陣輸出信號經分配后到華為QAM調制或ASI－>DS3適配器。整個過程中、預復用和IVG7000都是1+1熱備份。

128*128矩陣和64*64矩陣的結合大大提高了前端平臺的靈活性和安全性。可以實現任意信號調度，對信號的監控、測試、備份、分配都提供了很大的便利。同時與網管功能的結合，實現主備切換，提高系統安全性。

加擾方面，IVG內置了SCS和加擾器，對輸出的節目進行加擾，同時配合中央節目平臺進行2級CA的處理（例如愛迪德2級CA）。系統實現了同方和愛迪德2個CA系統的同密。

3．3信號輸出部分

處理后的信號經華為調制器進行QAM-64調制，符號率6.875， 一路調制到高頻段送入混合器與現有低頻段模擬信號混合進HFC，另一路直接調制到低頻段，純數字信號預留給以后模擬信號停掉后使用，兩組調制信號主頻點相同，其他頻率不同。另外一路上適配由大市區SDH送至各縣市。

3．4 EPG系統

電子節目指南（EPG）在數字電視中是一個極其重要的應用，其中各種參數信息為用戶提供豐富的節目信息和個性化服務，同時也為機頂盒提供運行的各種引導信息，被認為是數字電視的標志。

寧波數字電視EPG系統已于原來的同方DBC1.1(數字廣播中心)升級到同方EPG Hendend Col ， 界面更科學合理、使用更方便，可提供豐富的節目信息和方便靈活的檢索引擎。EPG信號經播出服務器輸出，經ASI分配器后輸入到各IVG7000的第15輸入口。目前，EPG系統除播出標準的PSI/SI信息外，通過私有表述符、私有數據的插入和播放實現了節目排序、機頂盒升級引導、機頂盒節目更新、音量聲道控制等功能。

系統配置了403和538兩個主頻點，并只在此頻點上下發BAT表，考慮到復用單元的1+1熱備，安全性更高，EPG只下發所有頻點的NIT、SDT、EIT表，更重要的PAT、PMT以及CAT、TOT/TDT由IVG產生。

3．5 CAS系統

條件接收系統，即CA （Conditional Access）系統，就是通過節目的加密控制，使得只有交費的用戶才能夠得到授權解密收看。能實現電視節目等各項業務的統一管理授權和控制。從技術角度看，該系統又是一個綜合性的系統，集成了多種先進技術，包括系統調度管理、網絡技術、數字壓縮編碼、加解擾技術、加解密技術、復用器技術、調制解調技術、機頂盒技術、智能卡技術等，同時也涉及到用戶管理、節目管理、收費管理等數據庫方面的應用技術。

在DVB（digital video broadcasting）中開發了兩種條件接收操作方式來接收數字信號，一種是同密方式，就是兩個或兩個以上的CA系統對同一個MPEG傳輸流的加擾控制字（CW）進行不同算法的加密，使多個條件接收系統統一工作的方式或技術。這個標準的制定使得加、解擾設備生產商和有條件接收系統提供商可以在標準的規定下相互合作和相互競爭，有利于數字電視產業的發展。系統組成如下圖1：

寧波前端實現了永新同方和愛迪德兩家CAS的同密，同時，實現了與中數平臺的兩級加密和各縣、市遠端加密。新系統中同方CA以及新建的愛迪德CA的應用服務器、數據庫服務器和加密機都采用了雙機冗余熱備，提高了系統的處理能力，同時大大加強了系統的安全性、穩定性。

3．6前端平臺的用戶管理SMS系統

寧波數字電視DVB系統的用戶管理系統為同方SMS產品，具有以下子系統：產品管理子系統、中心管理子系統、業務受理子系統、系統管理子系統。每個子系統具備各項相應模塊和功能，滿足整體系統的業務和管理需求。各縣市本地增加SMS授權客戶端，通過SDH連到寧波SMS系統，在寧波SMS中開設各縣獨立的用戶數據庫。在各縣市本地可以實現本地的產品定義、用戶授權和數據庫管理。

隨著業務的需求，新系統又增加了兩級授權、刷新、機卡解除綁定等接口和功能。同時，對SMS系統作了整體升級，應用服務器和數據庫服務器都實現了雙機熱備，增加了數據庫的異地實時備份，使系統的安全性得到很大的提升。

寧波數字電視SMS網絡結構具體如圖2：

3．7應急信號系統

系統中配備應急信號內容、設備參數信息服務器和播放服務器，經ASI分配器后輸入到各IVG7000的第16輸入口。根據需要時，通過網管調用、服務信息提取和IVG700的參數更改，將應急流參數表更改為信號丟失節目的參數后，替換對應的丟失的節目流。

3．8數據廣播系統

數據廣播系統采用DVB-C作為數據傳輸標準，信源的節目輸出采用組播或廣播的IP信息包，它通過網關及其它傳輸設備輸出MPEG2 TS流。

目前在國內的數據廣播應用上，數據輪播（DC）和對象輪播（OC）技術占據主流地位。寧波原先前使用的是基于DC的系統，頭尾端均為統一廠家提供，包括播出服務器、機頂盒瀏覽器和機頂盒。由于DC是基于一定程度的私有協議的，別家機頂盒要想正常接收顯示，必須移植播出頭端廠商提供的中間件（硬件芯片或軟件），因此對機頂盒存在的制約，而隨著平移的鋪開，機頂盒的需求不斷增加、品種增多綜合利弊，我們選用了深圳茁壯（ipanel）基于對象輪播（OC）技術的數據廣播系統。

3．9監控監測部分

平臺中我們實施了多層次、多方位的實時監控。從節目源、信號處理到信號最終輸出，分別有博匯衛星信號監控系統、2900、IVG700和華為調制器等設備本身監控和碼流分析功能、系統網管、博匯多畫面監控系統、MTM400碼流測試儀器等進行實時監控和報警。確保故障及時發現、準確環節定位、實時碼流分析和處理。

3．10網管系統

整個系統中開發了主體系統設備統一網管ScopusNMS400，在ScopusNMS400網管平臺上實現設備的設置、狀態的監控、告警的提示、信號的調度、設備及通道的切換等工作。

結束語

寧波數字電視前端新系統于2006年4月經驗收投入使用，目前系統中傳輸通道用了27個中的23個，其中數字電視節目復用為18個通道，共122套標清、1套高清、6套數字音頻廣播。2個通道的信息頻道、陽光政務等數據廣播，2個通道的NVOD和1個通道的證券信息服務。現有的數據廣播系統提供了豐富的信息咨訊，分為新聞薈萃、信息廣場、頻道信息、服務信息四大版塊，通過對軟件的升級，實現了跨頻點數據、視頻調用，再加上原有的背景音樂，內容豐富、形式多樣。

從使用到現在，系統滿足使用需求，運行基本正常。期間，做過幾次參數調整：比如，因為隨著節目數量的增加，各PSI/SI中各表的大小和總體流量加大，各家機頂盒接收機制有所不同，根據幾次測試，調整BAT等表的發送頻率，解決了問題。另外隨著系統的穩定運行，原先因牽涉到終端機頂盒技術要求而暫時未完成的機頂盒統一升級的Loader系統、數字電視移動字幕播出系統都應該陸續完成。