一、建立以數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術為基礎的廣播影視技術新體系是"十五"期間廣播影視業(yè)科技創(chuàng)新的目標和任務。隨著技術的發(fā)展，數(shù)字電視的主要技術已日臻成熟，國際國內(nèi)主要的技術標準已陸續(xù)頒布，相關的核心設備也已定型，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"計劃和2010年遠景規(guī)劃》，要率先在有線電視網(wǎng)絡中推進數(shù)字電視的應用。同時為了實現(xiàn)南京市政府"數(shù)字南京"的設想，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)字有線電視是一個系統(tǒng)工程，它的關鍵技術包括：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、機頂盒技術STB等。它們的成熟度不盡相同，在做系統(tǒng)集成方案時必須考慮到上述關鍵技術的彼此關聯(lián)度及現(xiàn)實的應用與發(fā)展，并遵循總局對數(shù)字電視平臺的統(tǒng)一規(guī)劃，有重點的、分階段的實施.

    二、 總體設計思想

    指導思路：統(tǒng)一平臺、能互聯(lián)互通、充分考慮到技術發(fā)展及可能帶來的運營風險，分期分層，先技術成熟、先硬后軟、先廣播式后交互式。

    業(yè)務目標：在現(xiàn)有南京地區(qū)有線電視HFC網(wǎng)絡上支持大于50萬用戶的數(shù)字電視業(yè)務及其它交互式業(yè)務?？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)硬件平臺的設計必須遵循以下原則：

    應符合現(xiàn)有的國家標準、總局的行業(yè)標準、或國際標準

    系統(tǒng)和設備必須是可配置的，可根據(jù)業(yè)務需求進行多種配置

    設備必須滿足高可靠性，系統(tǒng)有冗余備份

    系統(tǒng)和設備必須有可擴展性，在不中斷業(yè)務的前提下，可實行平滑升級

    必須具有可管理性，能實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理

    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)上述設計思想近期數(shù)字電視實驗平臺主要提供廣播式的視頻服務，具體為中央、各省、及本地的56套數(shù)字電視節(jié)目，EPG、視頻圖文信息及實時股市信息服務等。

    三、 系統(tǒng)設備的技術要求

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

    1、 編碼設備的技術要求

    視音頻編碼 首先必須遵循國標GB/T 17975-2000，國家標準中未明確定義的部分，遵循ISO/IEC 13818-2與ISO/IEC 13818-3標準。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)計復用功能，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)務數(shù)據(jù)的插入（如臺標等）；可以提供適合用于數(shù)字音頻輸入、編碼器級聯(lián)、復用器控制、DVB CA的選件。

    2、復用設備的技術要求 

    遵循DVB關于PSI/SI處理的標準，與傳輸流有關的所有參數(shù)要求必須以DVB-C和MPEG-2標準為準，如DVB-C和MPEG-2對參數(shù)的要求相沖突，則必須以DVB-C標準為準。數(shù)據(jù)編碼遵循DVB-DATA標準。復用設備接口必須符合DVB ASI規(guī)范，可以支持DVB SPI、DVB SSI；復用設備必須支持MPTS與SPTS輸入。必須支持傳輸流的統(tǒng)計復用與傳輸流的再次復用；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)封裝并復用的支持，數(shù)據(jù)傳輸格式符合TCP/IP標準，提供IP到DVB的轉(zhuǎn)換設備或轉(zhuǎn)換接口。

    3、調(diào)制設備的技術要求

    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)標準，國家標準與廣電總局行業(yè)標準沒有明確定義的部分必須遵循ETS /EN 300 429標準。 

    接口要求 編碼調(diào)制設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）的技術要求

    CAS必須遵循《商用密碼管理條例》（國務院第273號令，1999年10月7日發(fā)布）和國家有關信息安全法規(guī)。CAS必須支持"統(tǒng)一管理、分級授權"的多級CA機制，CAS的設計和實現(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現(xiàn)Simulcrypt，必須能夠支持2家以上的CA系統(tǒng)。

    5、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的要求

    網(wǎng)管應包括以下功能 

    配置管理：網(wǎng)絡節(jié)點、插板和端口的增加、刪除、改變及拓撲結構的顯示；在初始化的安裝時應對參數(shù)進行配置，對軟硬件進行檢查；配置各個模塊，包括I/O卡、端口和冗余配置等；每個模塊上支持的協(xié)議、訪問限制配置；節(jié)點管理權限口令的設置和修改。

    性能管理：記錄、統(tǒng)計并報告系統(tǒng)資源利用情況，并形成性能管理日志文件。應能夠?qū)Y源監(jiān)測的門限值、告警的門限值進行設置；網(wǎng)管系統(tǒng)應對歷史性能數(shù)據(jù)提供圖形報表。 

    安全管理：網(wǎng)管系統(tǒng)應具有配置用戶識別符、口令、訪問控制級別和范圍的功能，對用戶權限進行鑒定，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，提供超時管理，安全注銷等安全管理功能。

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

    四、 設備測試選型

    數(shù)字電視前端的基本構成：

    對于7、8家公司選送的設備，我們主要進行了如下測試

    1、 編碼與復用的PQR測試：采用TEK PQA 200 圖象質(zhì)量分析儀發(fā)送不同的MEPG-2標準測試序列，對選送的多個樣本進行比對測試，檢查樣本對序列的損傷程度，同時變換不同的壓縮率和碼率，選擇最佳的設備。測試結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笜巳缯{(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)和實際運用指導。QAM調(diào)制測試結果見附圖二

     3、 MPEG-2碼流分析：這是一個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)進行測試記錄，如同步出錯、PMT、PAT、PID出錯等，它考核各單機設備系統(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考驗。

      4、 網(wǎng)絡環(huán)境下的綜合測試：在實際的HFC網(wǎng)絡上抽取若干點，進行上述所有項目的測試，考驗樣本系統(tǒng)在實際網(wǎng)絡傳輸環(huán)境中的可用性，同時也考察我們的網(wǎng)絡對數(shù)字電視系統(tǒng)的適應性，及模擬、數(shù)字傳輸系統(tǒng)有無相互影響。測試結果見附表三。

     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)缺點我們已心中有數(shù)?？紤]到綜合性價比和系統(tǒng)的整體性及技術的發(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)字有線電視前端設計及原理

    1、 原理：

    系統(tǒng)主要由信源編碼壓縮、碼流復用、信道編碼、QAM調(diào)制、網(wǎng)絡傳輸及接收等幾部分組成。編碼及復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，再進行傳輸。

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

包第一個字節(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)目碼流的識別標志；D）節(jié)目基準時鐘（PCR）：為解碼器的定時基準。E）連續(xù)/不連續(xù)計數(shù)：指示碼流的時間順序。TS流應監(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），由解碼器自動設置。PSI由以下4個表組成：節(jié)目相關表（PAT）：說明TS流中有多少節(jié)目及其相應PMT表的PID。節(jié)目映射表（PMT）：說明一個節(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)絡信息表（NIT）：說明提供節(jié)目的網(wǎng)絡信息。

    復用：可分為一般復用和統(tǒng)計復用。一般復用為將輸入的多個TS流復接成一個比特率更高的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)計復用則對各輸入TS流進行分析，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)臏蚀_性，提高整個系統(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）有同步信息和定時信息。DVB-C采用正交幅度平衡調(diào)制（QAM），有以下優(yōu)點：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星座點數(shù)，是否填充，頻譜反轉(zhuǎn)等。

    2、 設計描述 ：

     ①、 數(shù)字信源：衛(wèi)星接收機（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流信號進入切換矩陣，再到傳輸流復用器，設計使用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信號進行壓縮編碼，用ASI接口輸出單節(jié)目流（SPTS），設計使用23臺編碼器，其中兩臺用于冗余備份，編碼器輸出的ASI信號進入切換矩陣，再到傳輸流復用器，進行復用。

    ③、 傳輸流復用器（PEGASUS）：將經(jīng)過切換矩陣過來的衛(wèi)星接收機和編碼器的TS流信號進行復用或再復用，輸出速率為38Mbps（選擇QAM64的調(diào)制方式），進入獨立擾碼器，進行加密，再到切換矩陣。使用10臺復用器，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)計算機，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左右進入傳輸流復用器。

    ⑤、 數(shù)據(jù)廣播播出系統(tǒng)，使用一臺專業(yè)工業(yè)計算機，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左右進入切換矩陣再到QAM調(diào)制器。

    ⑥、 機頂盒軟件自動更新系統(tǒng)，使用一臺專業(yè)工業(yè)計算機，安裝自動更新播放軟件，和對新版本進行打包的打包軟件，輸出碼率可調(diào)，設計在10M左右，進入復用器復用。

    ⑦、 NVOD系統(tǒng)，使用1臺專業(yè)視頻服務器，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，在視頻服務器內(nèi)部完成節(jié)目流的復用，播出3路多節(jié)目流的TS信號，每路碼率為38Mbps左右進入，占用3個標準模擬頻道的帶寬。進入獨立擾碼器，進行加密。由NVOD管理系統(tǒng)進行播出管理。

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

    ⑨、 系統(tǒng)備份自動切換：為應變突發(fā)的故障，需要將冗余備份設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)絡管理系統(tǒng)：通過各種不同的接口（RS 485、RS 232及以太網(wǎng)），實現(xiàn)與系統(tǒng)中所有設備的通信，監(jiān)控各個環(huán)節(jié)的運行情況。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便于設備、網(wǎng)絡和服務的安裝和配置。用ROSA可以方便設定特定的硬件設備參數(shù)和印射網(wǎng)絡的邏輯的結構。2)．差錯管理：詳細的可視化差錯情況可以便于快速地診斷和維護。ROSA 網(wǎng)絡地圖可以直觀網(wǎng)絡和服務的狀態(tài)。通過ROSA可以直接判定一個差錯條件的嚴重性和精確指出的原因。如果配置了備份裝置，ROSA的自動化任務可以對差錯提供立刻的響應。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)絡及其附件的狀態(tài)上產(chǎn)生各種報告，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置、信息閱讀和分析和報導工具的特征。ROSA系統(tǒng)主管能指定軟件系統(tǒng)的用戶不同的訪問權限?？梢陨?quot;技術員"、"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，一個特定的用戶的存取權利能被限制為某個地點或設備。

 系統(tǒng)原理框圖見下圖

    六、 結束語

    南京有線數(shù)字電視實驗平臺的建成標志著數(shù)字電視在南京普及的開始，經(jīng)過幾個月的運行，在社會上產(chǎn)生了很大的反響，產(chǎn)生良好的社會效應。當然要走的路還很長，如何建立一個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；技術上CA、SMS及中間件、機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)字電視的運營體系，則是一個更大的課題。我們還要繼續(xù)努力。

    摘自：<<廣播與電視技術>>