一、建立以數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的廣播影視技術(shù)新體系是"十五"期間廣播影視業(yè)科技創(chuàng)新的目標(biāo)和任務(wù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電視的主要技術(shù)已日臻成熟，國際國內(nèi)主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已陸續(xù)頒布，相關(guān)的核心設(shè)備也已定型，系統(tǒng)集成方案多種多樣。根據(jù)總局《廣播影視科技發(fā)展"十五"計(jì)劃和2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃》，要率先在有線電視網(wǎng)絡(luò)中推進(jìn)數(shù)字電視的應(yīng)用。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)南京市政府"數(shù)字南京"的設(shè)想，及解決人民群眾日益增長的影視文化需求（--電視節(jié)目既要看的多又要看的好）與現(xiàn)有的有線電視傳輸方式帶來的頻譜資源緊缺、傳輸質(zhì)量不高的矛盾，有線數(shù)字電視的研究與推廣就顯得極為重要和迫切。數(shù)字有線電視是一個(gè)系統(tǒng)工程，它的關(guān)鍵技術(shù)包括：數(shù)字壓縮、信道編碼與調(diào)制、條件接收CA、用戶管理系統(tǒng)SMS、中間件技術(shù)、機(jī)頂盒技術(shù)STB等。它們的成熟度不盡相同，在做系統(tǒng)集成方案時(shí)必須考慮到上述關(guān)鍵技術(shù)的彼此關(guān)聯(lián)度及現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用與發(fā)展，并遵循總局對數(shù)字電視平臺的統(tǒng)一規(guī)劃，有重點(diǎn)的、分階段的實(shí)施.

    二、 總體設(shè)計(jì)思想

    指導(dǎo)思路：統(tǒng)一平臺、能互聯(lián)互通、充分考慮到技術(shù)發(fā)展及可能帶來的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，分期分層，先技術(shù)成熟、先硬后軟、先廣播式后交互式。

    業(yè)務(wù)目標(biāo)：在現(xiàn)有南京地區(qū)有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)上支持大于50萬用戶的數(shù)字電視業(yè)務(wù)及其它交互式業(yè)務(wù)?？紤]到模、數(shù)過渡期的長期性及平滑性，數(shù)字平臺必須支持現(xiàn)有模擬平臺的所有節(jié)目。

    系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計(jì)必須遵循以下原則：

    應(yīng)符合現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)、總局的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、或國際標(biāo)準(zhǔn)

    系統(tǒng)和設(shè)備必須是可配置的，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行多種配置

    設(shè)備必須滿足高可靠性，系統(tǒng)有冗余備份

    系統(tǒng)和設(shè)備必須有可擴(kuò)展性，在不中斷業(yè)務(wù)的前提下，可實(shí)行平滑升級

    必須具有可管理性，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理

    具有可兼容性和互通性，能根據(jù)需要與指定的CA、SMS互通

     根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想近期數(shù)字電視實(shí)驗(yàn)平臺主要提供廣播式的視頻服務(wù)，具體為中央、各省、及本地的56套數(shù)字電視節(jié)目，EPG、視頻圖文信息及實(shí)時(shí)股市信息服務(wù)等。

    三、 系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)要求

    數(shù)字有線電視前端的核心設(shè)備主要有壓縮編碼設(shè)備、碼流復(fù)用設(shè)備、信道編碼與QAM調(diào)制設(shè)備、加擾設(shè)備、數(shù)字衛(wèi)星接收設(shè)備IRD及網(wǎng)管系統(tǒng)等。根據(jù)設(shè)計(jì)思想對各個(gè)單元的功能及性能必須做出明確的定義和要求。

    1、 編碼設(shè)備的技術(shù)要求

    視音頻編碼 首先必須遵循國標(biāo)GB/T 17975-2000，國家標(biāo)準(zhǔn)中未明確定義的部分，遵循ISO/IEC 13818-2與ISO/IEC 13818-3標(biāo)準(zhǔn)。音頻編碼必須支持MPEG Musicam編碼，可以支持Dolby AC3方式。接口必須符合DVB ASI規(guī)范或可以支持DVB SPI、DVB SSI、DVB PDH等規(guī)范，同時(shí)必須具有模擬視音頻接口，必須提供SDI接口。視頻編碼格式必須支持MPEG-2 MP&ML 4:2:0，壓縮碼率可以在1.5Mbps到15Mbps之間可調(diào)，必須支持MPEG-2 P&ML 4:2:2；支持統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能，支持可變的圖像組（GOP）；能夠處理VBI數(shù)據(jù)（WST、VPS、21行數(shù)據(jù)等）；可以支持測試信號的生成；可以支持非業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的插入（如臺標(biāo)等）；可以提供適合用于數(shù)字音頻輸入、編碼器級聯(lián)、復(fù)用器控制、DVB CA的選件。

    2、復(fù)用設(shè)備的技術(shù)要求 

    遵循DVB關(guān)于PSI/SI處理的標(biāo)準(zhǔn)，與傳輸流有關(guān)的所有參數(shù)要求必須以DVB-C和MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)，如DVB-C和MPEG-2對參數(shù)的要求相沖突，則必須以DVB-C標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。數(shù)據(jù)編碼遵循DVB-DATA標(biāo)準(zhǔn)。復(fù)用設(shè)備接口必須符合DVB ASI規(guī)范，可以支持DVB SPI、DVB SSI；復(fù)用設(shè)備必須支持MPTS與SPTS輸入。必須支持傳輸流的統(tǒng)計(jì)復(fù)用與傳輸流的再次復(fù)用；支持各種PSI/SI生成，支持PSI/SI的替換；支持PID的重新映射；支持EPG的插入；提供對綜合數(shù)據(jù)封裝并復(fù)用的支持，數(shù)據(jù)傳輸格式符合TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)，提供IP到DVB的轉(zhuǎn)換設(shè)備或轉(zhuǎn)換接口。

    3、調(diào)制設(shè)備的技術(shù)要求

    信道編碼與調(diào)制部分必須遵循《有線電視信道編碼與調(diào)制》的廣電總局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)與廣電總局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有明確定義的部分必須遵循ETS /EN 300 429標(biāo)準(zhǔn)。 

    接口要求 編碼調(diào)制設(shè)備輸入接口必須符合DVB ASI規(guī)范，可以支持DVB SPI、DVB SSI；輸出接口可以是射頻輸出或中頻輸出。調(diào)制設(shè)備必須支持16、32、64、128、256QAM，必須支持0-6.96MS/s可調(diào)符號率；必須支持可調(diào)的輸出增益。

    4、有條件接收系統(tǒng)（CAS）的技術(shù)要求

    CAS必須遵循《商用密碼管理?xiàng)l例》（國務(wù)院第273號令，1999年10月7日發(fā)布）和國家有關(guān)信息安全法規(guī)。CAS必須支持"統(tǒng)一管理、分級授權(quán)"的多級CA機(jī)制，CAS的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)必須充分考慮全國或廣大區(qū)域內(nèi)使用統(tǒng)一的有CA體制的可能性；CAS必須支持DVB公共加擾算法和DVB公共接口(CI)；支持ECM、EMM的插入；支持CA系統(tǒng)的要求在同一平臺上實(shí)現(xiàn)Simulcrypt，必須能夠支持2家以上的CA系統(tǒng)。

    5、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的要求

    網(wǎng)管應(yīng)包括以下功能 

    配置管理：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、插板和端口的增加、刪除、改變及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的顯示；在初始化的安裝時(shí)應(yīng)對參數(shù)進(jìn)行配置，對軟硬件進(jìn)行檢查；配置各個(gè)模塊，包括I/O卡、端口和冗余配置等；每個(gè)模塊上支持的協(xié)議、訪問限制配置；節(jié)點(diǎn)管理權(quán)限口令的設(shè)置和修改。

    性能管理：記錄、統(tǒng)計(jì)并報(bào)告系統(tǒng)資源利用情況，并形成性能管理日志文件。應(yīng)能夠?qū)Y源監(jiān)測的門限值、告警的門限值進(jìn)行設(shè)置；網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)對歷史性能數(shù)據(jù)提供圖形報(bào)表。 

    安全管理：網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)具有配置用戶識別符、口令、訪問控制級別和范圍的功能，對用戶權(quán)限進(jìn)行鑒定，防止非法訪問，記錄全部登錄過程和操作過程，提供安全日志，提供超時(shí)管理，安全注銷等安全管理功能。

    故障管理：網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)能在設(shè)備失效、指標(biāo)劣化到一定程度時(shí)發(fā)出告警；網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)能利用環(huán)回測試等手段對故障進(jìn)行定位；網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)能夠以圖形方式顯示網(wǎng)絡(luò)的故障位置，并有聲光電告警；網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)保存一定階段的告警歷史記錄，以便對告警報(bào)告進(jìn)行檢索并詳細(xì)分析，同時(shí)可人工或自動地刪除告警報(bào)告。

    四、 設(shè)備測試選型

    數(shù)字電視前端的基本構(gòu)成：

    對于7、8家公司選送的設(shè)備，我們主要進(jìn)行了如下測試

    1、 編碼與復(fù)用的PQR測試：采用TEK PQA 200 圖象質(zhì)量分析儀發(fā)送不同的MEPG-2標(biāo)準(zhǔn)測試序列，對選送的多個(gè)樣本進(jìn)行比對測試，檢查樣本對序列的損傷程度，同時(shí)變換不同的壓縮率和碼率，選擇最佳的設(shè)備。測試結(jié)果表明樣本之間有明顯的差異，這就為我們的選型提供了有利的證據(jù)。PQA測試圖例見附圖一

     2、 QAM調(diào)制的測試：采用TEK DDS200、R&S EFA、HP8594Q 測試影響傳輸?shù)闹饕笜?biāo)如調(diào)制誤差比MER，信噪比SNR，載噪比CNR，誤碼率BER，噪聲余量與等效噪聲劣化。同時(shí)在不同的QAM調(diào)制下（32、64、128、256）比較其差異，提出選型依據(jù)和實(shí)際運(yùn)用指導(dǎo)。QAM調(diào)制測試結(jié)果見附圖二

     3、 MPEG-2碼流分析：這是一個(gè)DVB系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性與可用性的測試。采用TEK MTS200 碼流分析儀，對DVB系統(tǒng)測試規(guī)定的三類優(yōu)先級參數(shù)的前兩類的主要參數(shù)進(jìn)行測試記錄，如同步出錯、PMT、PAT、PID出錯等，它考核各單機(jī)設(shè)備系統(tǒng)集成后系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可用性。這對系統(tǒng)集成方的硬件平臺是個(gè)考驗(yàn)。

      4、 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的綜合測試：在實(shí)際的HFC網(wǎng)絡(luò)上抽取若干點(diǎn)，進(jìn)行上述所有項(xiàng)目的測試，考驗(yàn)樣本系統(tǒng)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境中的可用性，同時(shí)也考察我們的網(wǎng)絡(luò)對數(shù)字電視系統(tǒng)的適應(yīng)性，及模擬、數(shù)字傳輸系統(tǒng)有無相互影響。測試結(jié)果見附表三。

     通過測試比對，參測的幾家公司產(chǎn)品的性能、差異、系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)我們已心中有數(shù)。考慮到綜合性價(jià)比和系統(tǒng)的整體性及技術(shù)的發(fā)展，我們最終選擇了巴可公司的方案，及國內(nèi)匯視源公司的部分產(chǎn)品。

    五、 南京電視臺數(shù)字有線電視前端設(shè)計(jì)及原理

    1、 原理：

    系統(tǒng)主要由信源編碼壓縮、碼流復(fù)用、信道編碼、QAM調(diào)制、網(wǎng)絡(luò)傳輸及接收等幾部分組成。編碼及復(fù)用模擬圖像和伴音經(jīng)過抽樣、量化、編碼成為基本碼流ES，經(jīng)過壓縮成為TS流，再進(jìn)行傳輸。

    壓縮編碼：主要包含離散余弦變換（DCT）、差分編碼、運(yùn)動補(bǔ)償、熵編碼等。TS 包長度為188字節(jié)，其中包頭為4個(gè)字節(jié)，其余為載荷。包頭包括A）包同步：為TS 

包第一個(gè)字節(jié)，用于信道解碼同步；B）誤碼指示和加擾控制：指示傳輸過程中有無不可糾正的誤碼和信號是否被加擾；C）包識別符（PID）：為解碼器識別各種節(jié)目碼流的識別標(biāo)志；D）節(jié)目基準(zhǔn)時(shí)鐘（PCR）：為解碼器的定時(shí)基準(zhǔn)。E）連續(xù)/不連續(xù)計(jì)數(shù)：指示碼流的時(shí)間順序。TS流應(yīng)監(jiān)視的內(nèi)容有：TS流同步是否丟失？同步字節(jié)是否正確？TS流是否連續(xù)？PAT、PMT、PID是否正確？這些是節(jié)目正確接收的重要依據(jù)。

    MPEG-2定義了節(jié)目特定信息（PSI），由解碼器自動設(shè)置。PSI由以下4個(gè)表組成：節(jié)目相關(guān)表（PAT）：說明TS流中有多少節(jié)目及其相應(yīng)PMT表的PID。節(jié)目映射表（PMT）：說明一個(gè)節(jié)目中有多少種碼流及其各自的PID。條件接收表（CAT）：說明碼流是否加密，解碼器利用CAT表查找加密控制信息（ECM）和加密管理信息（EMM）。網(wǎng)絡(luò)信息表（NIT）：說明提供節(jié)目的網(wǎng)絡(luò)信息。

    復(fù)用：可分為一般復(fù)用和統(tǒng)計(jì)復(fù)用。一般復(fù)用為將輸入的多個(gè)TS流復(fù)接成一個(gè)比特率更高的TS流，但不改變各TS流中的比特率，所以輸出TS流比特率為輸入節(jié)目比特率之和。統(tǒng)計(jì)復(fù)用則對各輸入TS流進(jìn)行分析，按需動態(tài)分配，輸出TS流中各TS流占用的比特率是動態(tài)變化的。

    信道編碼和QAM調(diào)制 ：信道編碼的目的是保證信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力。信道編碼有以下特性：A）具有一定的糾錯能力， B）編碼效率高，使用最小的校驗(yàn)位；C）有與傳輸信道相匹配的頻譜特性，傳輸能量損失?。籇）有同步信息和定時(shí)信息。DVB-C采用正交幅度平衡調(diào)制（QAM），有以下優(yōu)點(diǎn)：正交調(diào)制；幅度平衡；完全抑制載波；無非線性失真。QAM調(diào)制器的要素有：頻率，電平，帶寬（符號率），QAM星座點(diǎn)數(shù)，是否填充，頻譜反轉(zhuǎn)等。

    2、 設(shè)計(jì)描述 ：

     ①、 數(shù)字信源：衛(wèi)星接收機(jī)（TITAN IRD）接收來自衛(wèi)星的數(shù)字電視節(jié)目，采用ASI接口輸出SPTS/MPTS的ASI流信號進(jìn)入切換矩陣，再到傳輸流復(fù)用器，設(shè)計(jì)使用31臺IRD，其中兩臺用于冗余備份。

     ②、 模擬信源：采用編碼器（PYXIS）對所需傳輸?shù)哪M信號進(jìn)行壓縮編碼，用ASI接口輸出單節(jié)目流（SPTS），設(shè)計(jì)使用23臺編碼器，其中兩臺用于冗余備份，編碼器輸出的ASI信號進(jìn)入切換矩陣，再到傳輸流復(fù)用器，進(jìn)行復(fù)用。

    ③、 傳輸流復(fù)用器（PEGASUS）：將經(jīng)過切換矩陣過來的衛(wèi)星接收機(jī)和編碼器的TS流信號進(jìn)行復(fù)用或再復(fù)用，輸出速率為38Mbps（選擇QAM64的調(diào)制方式），進(jìn)入獨(dú)立擾碼器，進(jìn)行加密，再到切換矩陣。使用10臺復(fù)用器，其中一臺用于冗余備份。

    ④、 EPG播出系統(tǒng)，使用一臺專業(yè)工業(yè)計(jì)算機(jī)，安裝EPG播出軟件，使用專門的數(shù)據(jù)存儲器，接收、存儲來自編輯系統(tǒng)編輯好的EPG文件，由播出軟件完成編碼打包后，經(jīng)過碼流播出卡，播出TS流信號，碼率為2Mbps左右進(jìn)入傳輸流復(fù)用器。

    ⑤、 數(shù)據(jù)廣播播出系統(tǒng)，使用一臺專業(yè)工業(yè)計(jì)算機(jī)，安裝數(shù)據(jù)廣播播出軟件，使用專門的數(shù)據(jù)存儲器，接收、存儲來自編輯系統(tǒng)編輯好的數(shù)據(jù)文件，由播出軟件完成編碼打包后，經(jīng)過碼流播出卡，播出TS流信號，碼率為30Mbps左右進(jìn)入切換矩陣再到QAM調(diào)制器。

    ⑥、 機(jī)頂盒軟件自動更新系統(tǒng)，使用一臺專業(yè)工業(yè)計(jì)算機(jī)，安裝自動更新播放軟件，和對新版本進(jìn)行打包的打包軟件，輸出碼率可調(diào)，設(shè)計(jì)在10M左右，進(jìn)入復(fù)用器復(fù)用。

    ⑦、 NVOD系統(tǒng)，使用1臺專業(yè)視頻服務(wù)器，安裝視頻播放軟件，使用大容量的數(shù)據(jù)存儲器，接收存儲來自采編系統(tǒng)的MPEG-2格式的影視文件，由播放軟件完成編碼打包后，使用多路并發(fā)數(shù)據(jù)流視頻播放卡，在視頻服務(wù)器內(nèi)部完成節(jié)目流的復(fù)用，播出3路多節(jié)目流的TS信號，每路碼率為38Mbps左右進(jìn)入，占用3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬頻道的帶寬。進(jìn)入獨(dú)立擾碼器，進(jìn)行加密。由NVOD管理系統(tǒng)進(jìn)行播出管理。

    ⑧、 條件接收系統(tǒng)：由獨(dú)立加擾器（KRYPTON）、控制系統(tǒng)服務(wù)器和用戶管理系統(tǒng)組成，前端系統(tǒng)軟件由用戶授權(quán)系統(tǒng)（SAS），EMM控制器、EMM注入器、ECM注入器等構(gòu)成，EMM信息和ECM信息注入到獨(dú)立擾碼器完成節(jié)目加密。

    ⑨、 系統(tǒng)備份自動切換：為應(yīng)變突發(fā)的故障，需要將冗余備份設(shè)備自動切換到工作狀態(tài)，使用兩級矩陣切換，利用網(wǎng)管系統(tǒng)控制。為防止矩陣失效，矩陣出入口都配置了跳線。 

    ⑩、 ROSA網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：通過各種不同的接口（RS 485、RS 232及以太網(wǎng)），實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)中所有設(shè)備的通信，監(jiān)控各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況。它可以提供有效的差錯管理，系統(tǒng)配置管理，網(wǎng)絡(luò)模型，系統(tǒng)狀態(tài)管理以及安全管理。1)．配置管理：ROSA便于設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的安裝和配置。用ROSA可以方便設(shè)定特定的硬件設(shè)備參數(shù)和印射網(wǎng)絡(luò)的邏輯的結(jié)構(gòu)。2)．差錯管理：詳細(xì)的可視化差錯情況可以便于快速地診斷和維護(hù)。ROSA 網(wǎng)絡(luò)地圖可以直觀網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的狀態(tài)。通過ROSA可以直接判定一個(gè)差錯條件的嚴(yán)重性和精確指出的原因。如果配置了備份裝置，ROSA的自動化任務(wù)可以對差錯提供立刻的響應(yīng)。3)．系統(tǒng)狀態(tài)管理：ROSA 系統(tǒng)提供有力的狀態(tài)管理功能，可以在網(wǎng)絡(luò)及其附件的狀態(tài)上產(chǎn)生各種報(bào)告，滿足不同需要。4)．安全管理：ROSA有能控制并且限制用戶敏感的配置設(shè)置、信息閱讀和分析和報(bào)導(dǎo)工具的特征。ROSA系統(tǒng)主管能指定軟件系統(tǒng)的用戶不同的訪問權(quán)限?？梢陨?quot;技術(shù)員"、"操作員"或"主管"的訪問組。對于每一組，主管可以規(guī)定特定的ROSA 操作，一個(gè)特定的用戶的存取權(quán)利能被限制為某個(gè)地點(diǎn)或設(shè)備。

 系統(tǒng)原理框圖見下圖

    六、 結(jié)束語

    南京有線數(shù)字電視實(shí)驗(yàn)平臺的建成標(biāo)志著數(shù)字電視在南京普及的開始，經(jīng)過幾個(gè)月的運(yùn)行，在社會上產(chǎn)生了很大的反響，產(chǎn)生良好的社會效應(yīng)。當(dāng)然要走的路還很長，如何建立一個(gè)與模擬方式不同的前端監(jiān)控、管理體系；在數(shù)字平臺上如何開展多業(yè)務(wù)；技術(shù)上CA、SMS及中間件、機(jī)頂盒等都還有待深入研究。而傳輸體制及節(jié)目交換方式的變化，必將影響到管理體制的變化。如何建立數(shù)字電視的運(yùn)營體系，則是一個(gè)更大的課題。我們還要繼續(xù)努力。

    摘自：<<廣播與電視技術(shù)>>