随着社会经济飞速发展，人们生活水平的不断提高，意味着数字电视需要更加丰富的业务来吸引用户。以往采用传统ASI架构的数字电视前端平台技术虽然比较成熟，但其不足和缺点却日益突显。因此，采用IP架构的数字电视前端平台已成为现时广电数字电视的发展趋势。本文通过佛山数字电视新前端的架构着重介绍了思科设备打造的数字电视前端的先进性和安全可靠性。
1、佛山数字电视前端介绍
佛山数字电视前端基于IP传输，其核心设备均采用思科设备，包括复用器采用的是思科D9900，IPQAM采用的是思科RFGW-D-1，交换机采用的是思科Catalyst4948交换机。思科数字电视设备具有集成度高、处理能力强的特点，新前端的建设令整个佛山数字电视前端系统从原来占用多个机柜的空间缩减为只占用两个机柜的空间，整个系统的维护便利性得到了极大提升。佛山数字电视系统采用1:1双系统冗余结构，主备系统相互关联，系统中任何一个设备单点故障，备份系统的相应设备都可以马上接替工作，这一优势提高了系统的可靠性，具体如图1所示。
2、IP架构数字电视前端平台的特点和优势
IP传输方式的数字电视前端平台具有多种特点，且都是ASI传输方式所没有的。例如：用少量的双绞线或者光纤代替大量同轴电缆容易布线、整理、标识及维护；百兆、千兆甚至万兆端口供多种数字电视业务的接入，因此业务扩展性强。佛山数字电视方框图中信号源设备包括了卫星节目、省SDH节目、自办编码节目和其他节目，各信号源设备基本仍保留ASI信号输出。思科D9900支持ASI插卡和GBE插卡，D9900上加插三块ASI卡和一块GBE卡作为IP网关，以实现ASI信号向GBE信号的转换，为后续系统的IP传输奠定了基础，在此也可以体现IP传输的优势——需要三块ASI卡接收的信号，只需要一块GBE卡就可以全部输出。D9900IP网关把多种信源转换为以UDP组播形式汇聚于交换机，再以UDP组播形式传输到D9900复用器进行复用加扰等处理，然后以UDP组播形式将处理后的信号经过下一级交换机再发送给RFGWIPQAM进行RF调制，RFGW输出RF信号进入该地区HFC网络。经过以上步骤完成了数字电视前端系统的整个工作流程。佛山数字电视前端IP传输方式对比传统ASI传输方式具备很明显的优势。首先，传统ASI架构数字电视前端平台从信源设备到QAM调制设备间都使用同轴电缆作为连接线，每传输一个TS都需要一个ASI接口，且在TS交换中使用复杂庞大的切换矩阵，此低集成度的方式造成了繁复的布线。而IP平台设备端对端的连接都采用了IP化布线（光纤或双绞线），平台内置的软交换技术更简化了连接线的数量，大大降低了布线的复杂度以及系统维护的难度。因此，IP平台比ASI平台在实际连接结构上的简化性会体现出一定的优势。其次，传统ASI平台在备份冗余时，仍然依靠ASI切换矩阵得以实现，ASI矩阵自身因无法做冗余，由此可能成为故障点。而IP平台使用两台交换机即可实现自动的1:1热备份，避免了单点故障，且无需人工切换，另外D9900复用器支持对以太网口通断的检测和是否有接收到UDP包的检测，一旦检测到以太网口断开或没有接收到UDP包，则马上切换到备份以太网口，从而实现链路的自动备份切换，且信号切换时间很短。从系统的可靠、安全和稳定性考虑，IP平台具有明显的优势。再次，ASI架构组网方式的设备间采用电缆连接方式，也就是说设备端口间的对应关系已固定，若节目因某种原因需要变化调整时，则可能需要逐级调整线路走向，改变端口间对应关系，从而影响节目调整效率。但IP平台在节目调整时，只要信源设备已经与交换机建立连接关系，就无需再调整物理链路，所以在灵活性方面，IP平台比ASI平台更胜一筹。此外，IP电视在市场上的冲击使数字电视新业务的拓展显得尤为重要，但由于ASI传输平台的结构关系，在业务拓展方面存在着一定的弊端。而IP传输平台却很好地解决了这个问题，通过IP传输平台就可以轻松实现如时移电视、动态EPG、VOD等业务，所以IP平台在业务扩展性上具有天然的优势。最后，IP传输用的双绞线或光纤都比ASI传输用的电缆要便宜，ASI矩阵切换器价格昂贵，IPQAM比QAM调制的密度要高得多，在这样的对比下，IP传输平台要比ASI传输平台节省了设备，节省了机房空间和减少机房的投资。综上所述，IP平台在经济性方面比ASI平台有更大的优势。
3、佛山数字电视前端平台
安全可靠性的体现佛山数字电视前端安全可靠性主要体现在系统的冗余设计和设备的选型上，而系统的冗余结构设计也依赖于设备对冗余功能的支持。佛山数字电视前端系统在冗余设计上定位为主备系统同时运行实现热备份。主备系统相关联既可实现单设备的切换，也可以实现整个系统的切换，当单点故障时，单设备自动切换；多点故障时，则可以整个系统切换，以保证信号的持续输出。针对冗余设计要求，佛山数字电视前端在设备选型上主要考虑几点。（1）设备必须能够实现冗余设计要求。（2）设备必须是业界领先设备，经过多个省级和地级市电视台使用验证，确认其稳定和可靠性。思科数字电视设备完全满足了佛山数字电视前端设备选型的考虑因素，D9900复用器和RFGW-D-1在多个省电视台和地级市电视台使用，并得到了各大电视台的认可，如广东省电视台、新疆电视台、甘肃省电视台、河南省电视台、云南省电视台、贵州省电视台、福建省电视台、重庆电视台。D9900复用器支持节目垫播，可以根据选择传输流同步丢失，PAT缺失，PMT出错，节目被加扰，GPIO异常，指定PID异常等条件触发电视节目的垫播，而且每个节目可以指定多个垫播节目。（3）D9900的GBE口支持双端口冗余，可以定义主备端口镜像输出或备端口触发输出，触发条件可为主链路断开或收不到UDP包。RFGWIPQAM支持主备输入GBE口，当RFGW检测到主GBE口断开或收不到UDP包，就会触发备GBE接收信号。思科射频监测设备支持对指定频点进行扫描检测，当检测到某一个频点的电平超出阀值，就会触发主备RFGW对应射频端口的切换。由图1可以看出，其组成由信源、复用加扰、调制和射频四部分组成，每部分都具有冗余功能。
3.1信源冗余
佛山数字电视信号源包括卫星信号、省SDH信号、自办编码信号等多种信号，其中省SDH信号和自办编码信号为主信号，卫星和其它信号为备信号，为了保证某些节目主备信号不会因为某一台IP网关而导致主备信号同时丢失，因此，在设计上专门采用了主IP网关负责主信号的转换，备IP网关负责备信号的转换，而每台IP网关的GBE输出，其主备GBE口采用镜像输出方式，保证了主备信源交换机可以收到相同的信号，具体如图2所示。
3.2复用加扰冗余
从图3可以看出，主备复用器都需要播放相同的节目，这必须保证这两台复用器能够正常接收到播放的节目，但系统长时间的运行，不可避免会出现单点故障的可能，如“信源冗余”介绍。正常情况下，主备信源交换机都全部接收到了主备信源信号，一旦①或②链路出现故障甚至整台主IP网关故障，主备复用器仍然可以通过③或④链路接收到备份节目信号，由于D9900复用器支持节目垫播功能，主备复用器将把备份节目垫播出去，节目输出并不会中断。为增加节目播出的可靠性，佛山数字电视前端在复用器上利用了D9900多级垫播功能，除了以对应的备份节目作一级备份垫播，还以CCTV-1作为所有节目的二级垫播，最后还增加彩条作为三级垫播，对一些收视率高的节目则通过实时播出应急视频进行三级垫播，以应对一些灾难性事件通知的播出，而彩条则作为四级垫播。D9900将按垫播级数对相应备份节目信号进行检测，一旦检测到信号正常，被检测到的垫播节目即被马上送出，而检测也将停止。D9900垫播功能除支持自动触发外还可以进行手动触发，这对在主电视信号正常情况下要播出应急事件通知尤为有用。复用器在这样的冗余机制下，保证在任何时候主备复用器都有相同的信号输出到主备核心交换机。主备复用器的输出采用主备GBE端口镜像输出，即链路⑨和链路⑩所连主复用器的主备GBE口，同理链路11和12连接备复用器的主备GBE口。
3.3调制设备冗余
如3.2节阐述，正常情况下，主备复用器都输出相同的电视节目，复用器主备GBE端口采用镜像输出，确保链路⑨和⑩、11和12具有相同的输出。佛山数字电视前端利用RFGW具有主备GBE端口的特性，主IPQAM的主GBE口连接⑨链路，备口连接13链路，备IPQAM主GBE口连接12链路，备GBE口连接14链路。假如当链路⑨故障甚至整台主复用器故障时，主IPQAM将触发激活对应的备GBE，经过13链路从备复用器获取电视节目信号，从而保证了数字电视信号的正常播出，此备份机制同样在备IPQAM生效，如图4所示。
3.4射频冗余切换
佛山数字电视前端主备两台IPQAM，同时对相同的数字电视节目进行调制，如图5所示。正常情况下，只有主IPQAM的射频端口打开并输出射频信号，而备IPQAM的射频端口则关闭，这避免了两台IPQAM同时输出信号相互干扰，但在结构上，两台IPQAM的射频线路是同时连接到同一个混合器的输入口，通过在混合器的测试口连接思科的射频监测设备，以对佛山数字电视所用频点进行扫描和检测电平。正常情况下，射频链路衰减是固定的，IPQAM的输出电平也是恒定的，射频监测器测出的射频信号也应是恒定的，即使有波动也只应在1~2dB范围内，射频监测器把检测到的每个频点的电平实时传送到ROSAEM，ROSAEM再根据正常情况每个频点的电平实测值作为参考，并设定一个3~6dB的许可偏移阀值，一旦ROSAEM发现射频监测器测到某个频点的射频信号电平超出阀值，就会进行报警，并发出指令关闭主IPQAM的射频端口，同时打开备IPQAM的射频端口，从而保证了当主IPQAM某个射频端口故障甚至整台主RFGW瘫痪时，备份RFGW可以接替主RFGW继续正常输出信号。
3.5网管系统
佛山数字电视前端，采用思科配套的ROSA网管系统对整个数字电视前端系统设备进行管理，ROSA网管系统可以对每一台设备的状态和端口状态进行监测，并记录相关事件，一旦发现某一台设备异常，将以特殊颜色向网管人员进行报警。通常电视监控人员只对电视屏幕进行监看，只要每个节目都能正常播出就忽略检测是否所有设备都正常运作，ROSA网管系统则帮助我们对整个数字电视前端所有设备进行监控，及时发现故障设备，避免多点故障出现而造成信号中断。
4、总结
通过对佛山数字电视IP前端的介绍，可以看到思科数字电视前端系统对系统的每一个环节都进行了全面的考虑，避免了单点故障影响数字电视信号的正常传送，具有极高的安全可靠性。另外，思科数字电视系统以IP平台为基础，与ASI平台对比，明显突出了IP平台的简化性、可靠性、安全性、稳定性、灵活性、业务扩展性和经济性的优势，体现了ASI金融经济期刊平台到IP平台转变的必要性。笔者希望佛山数字电视前端IP平台的改造对其他地区可以起到一定的示范作用。
作者：区伟东 高泳康 冯香菱 单位：广东省广播电视网络股份有限公司佛山分公司
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