一、建立以數字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為基礎的廣播影視技術(shù)新體系是"十五"期間廣播影視業(yè)科技創(chuàng )新的目標和任務(wù)。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，數字電視的主要技術(shù)已日臻成熟，國際國內主要的技術(shù)標準已陸續頒布，相關(guān)的核心設備也已定型，系統集成方案多種多樣。根據總局《廣播影視科技發(fā)展"十五"計劃和2010年遠景規劃》，要率先在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )中推進(jìn)數字電視的應用。同時(shí)為了實(shí)現南京市政府"數字南京"的設想，及解決人民群眾日益增長(cháng)的影視文化需求（--電視節目既要看的多又要看的好）與現有的有線(xiàn)電視傳輸方式帶來(lái)的頻譜資源緊缺、傳輸質(zhì)量不高的矛盾，有線(xiàn)數字電視的研究與推廣就顯得極為重要和迫切。數字有線(xiàn)電視是一個(gè)系統工程，它的關(guān)鍵技術(shù)包括：數字壓縮、信道編碼與調制、條件接收CA、用戶(hù)管理系統SMS、中間件技術(shù)、機頂盒技術(shù)STB等。它們的成熟度不盡相同，在做系統集成方案時(shí)必須考慮到上述關(guān)鍵技術(shù)的彼此關(guān)聯(lián)度及現實(shí)的應用與發(fā)展，并遵循總局對數字電視平臺的統一規劃，有重點(diǎn)的、分階段的實(shí)施.

    二、 總體設計思想

    指導思路：統一平臺、能互聯(lián)互通、充分考慮到技術(shù)發(fā)展及可能帶來(lái)的運營(yíng)風(fēng)險，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：在現有南京地區有線(xiàn)電視HFC網(wǎng)絡(luò )上支持大于50萬(wàn)用戶(hù)的數字電視業(yè)務(wù)及其它交互式業(yè)務(wù)?？紤]到模、數過(guò)渡期的長(cháng)期性及平滑性，數字平臺必須支持現有模擬平臺的所有節目。

    系統硬件平臺的設計必須遵循以下原則：

    應符合現有的國家標準、總局的行業(yè)標準、或國際標準

    系統和設備必須是可配置的，可根據業(yè)務(wù)需求進(jìn)行多種配置

    設備必須滿(mǎn)足高可靠性，系統有冗余備份

    系統和設備必須有可擴展性，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)現網(wǎng)絡(luò )化管理

    具有可兼容性和互通性，能根據需要與指定的CA、SMS互通

     根據上述設計思想近期數字電視實(shí)驗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套數字電視節目，EPG、視頻圖文信息及實(shí)時(shí)股市信息服務(wù)等。

    三、 系統設備的技術(shù)要求

    數字有線(xiàn)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調制設備、加擾設備、數字衛星接收設備IRD及網(wǎng)管系統等。根據設計思想對各個(gè)單元的功能及性能必須做出明確的定義和要求。

    1、 編碼設備的技術(shù)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規范或可以支持DVB SPI、DVB SSI、DVB PDH等規范，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，必須支持MPEG-2 P&ML 4:2:2；支持統計復用功能，支持可變的圖像組（GOP）；能夠處理VBI數據（WST、VPS、21行數據等）；可以支持測試信號的生成；可以支持非業(yè)務(wù)數據的插入（如臺標等）；可以提供適合用于數字音頻輸入、編碼器級聯(lián)、復用器控制、DVB CA的選件。

    2、復用設備的技術(shù)要求 

    遵循DVB關(guān)于PSI/SI處理的標準，與傳輸流有關(guān)的所有參數要求必須以DVB-C和MPEG-2標準為準，如DVB-C和MPEG-2對參數的要求相沖突，則必須以DVB-C標準為準。數據編碼遵循DVB-DATA標準。復用設備接口必須符合DVB ASI規范，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；提供對綜合數據封裝并復用的支持，數據傳輸格式符合TCP/IP標準，提供IP到DVB的轉換設備或轉換接口。

    3、調制設備的技術(shù)要求

    信道編碼與調制部分必須遵循《有線(xiàn)電視信道編碼與調制》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(méi)有明確定義的部分必須遵循ETS /EN 300 429標準。 

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

    4、有條件接收系統（CAS）的技術(shù)要求

    CAS必須遵循《商用密碼管理條例》（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。CAS必須支持"統一管理、分級授權"的多級CA機制，CAS的設計和實(shí)現必須充分考慮全國或廣大區域內使用統一的有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系統的要求在同一平臺上實(shí)現Simulcrypt，必須能夠支持2家以上的CA系統。

    5、網(wǎng)絡(luò )管理系統的要求

    網(wǎng)管應包括以下功能 

    配置管理：網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)、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(shí)應對參數進(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(fǎng)問(wèn)限制配置；節點(diǎn)管理權限口令的設置和修改。

    性能管理：記錄、統計并報告系統資源利用情況，并形成性能管理日志文件。應能夠對資源監測的門(mén)限值、告警的門(mén)限值進(jìn)行設置；網(wǎng)管系統應對歷史性能數據提供圖形報表。 

    安全管理：網(wǎng)管系統應具有配置用戶(hù)識別符、口令、訪(fǎng)問(wèn)控制級別和范圍的功能，對用戶(hù)權限進(jìn)行鑒定，防止非法訪(fǎng)問(wèn)，記錄全部登錄過(guò)程和操作過(guò)程，提供安全日志，提供超時(shí)管理，安全注銷(xiāo)等安全管理功能。

    故障管理：網(wǎng)管系統應能在設備失效、指標劣化到一定程度時(shí)發(fā)出告警；網(wǎng)管系統應能利用環(huán)回測試等手段對故障進(jìn)行定位；網(wǎng)管系統應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)管系統應保存一定階段的告警歷史記錄，以便對告警報告進(jìn)行檢索并詳細分析，同時(shí)可人工或自動(dòng)地刪除告警報告。

    四、 設備測試選型

    數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(jìn)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(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。PQA測試圖例見(jiàn)附圖一

     2、 QAM調制的測試：采用TEK DDS200、R&S EFA、HP8594Q 測試影響傳輸的主要指標如調制誤差比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調制下（32、64、128、256）比較其差異，提出選型依據和實(shí)際運用指導。QAM調制測試結果見(jiàn)附圖二

     3、 MPEG-2碼流分析：這是一個(gè)DVB系統的穩定性、可靠性與可用性的測試。采用TEK MTS200 碼流分析儀，對DVB系統測試規定的三類(lèi)優(yōu)先級參數的前兩類(lèi)的主要參數進(jìn)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集成后系統的穩定性、可用性。這對系統集成方的硬件平臺是個(gè)考驗。

      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)行上述所有項目的測試，考驗樣本系統在實(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 )對數字電視系統的適應性，及模擬、數字傳輸系統有無(wú)相互影響。測試結果見(jiàn)附表三。

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

    五、 南京電視臺數字有線(xiàn)電視前端設計及原理

    1、 原理：

    系統主要由信源編碼壓縮、碼流復用、信道編碼、QAM調制、網(wǎng)絡(luò )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(guò)抽樣、量化、編碼成為基本碼流ES，經(jīng)過(guò)壓縮成為T(mén)S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、運動(dòng)補償、熵編碼等。TS 包長(cháng)度為188字節，其中包頭為4個(gè)字節，其余為載荷。包頭包括A）包同步：為T(mén)S 

包第一個(gè)字節，用于信道解碼同步；B）誤碼指示和加擾控制：指示傳輸過(guò)程中有無(wú)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目碼流的識別標志；D）節目基準時(shí)鐘（PCR）：為解碼器的定時(shí)基準。E）連續/不連續計數：指示碼流的時(shí)間順序。TS流應監視的內容有：TS流同步是否丟失？同步字節是否正確？TS流是否連續？PAT、PMT、PID是否正確？這些是節目正確接收的重要依據。

    MPEG-2定義了節目特定信息（PSI），由解碼器自動(dòng)設置。PSI由以下4個(gè)表組成：節目相關(guān)表（PAT）：說(shuō)明TS流中有多少節目及其相應PMT表的PID。節目映射表（PMT）：說(shuō)明一個(gè)節目中有多少種碼流及其各自的PID。條件接收表（CAT）：說(shuō)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(shuō)明提供節目的網(wǎng)絡(luò )信息。

    復用：可分為一般復用和統計復用。一般復用為將輸入的多個(gè)TS流復接成一個(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流比特率為輸入節目比特率之和。統計復用則對各輸入TS流進(jìn)行分析，按需動(dòng)態(tài)分配，輸出TS流中各TS流占用的比特率是動(dòng)態(tài)變化的。

    信道編碼和QAM調制 ：信道編碼的目的是保證信號傳輸的準確性，提高整個(gè)系統的抗干擾能力。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??；D）有同步信息和定時(shí)信息。DVB-C采用正交幅度平衡調制（QAM），有以下優(yōu)點(diǎn)：正交調制；幅度平衡；完全抑制載波；無(wú)非線(xiàn)性失真。QAM調制器的要素有：頻率，電平，帶寬（符號率），QAM星座點(diǎn)數，是否填充，頻譜反轉等。

    2、 設計描述 ：

     ①、 數字信源：衛星接收機（TITAN IRD）接收來(lái)自衛星的數字電視節目，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）對所需傳輸的模擬信號進(jìn)行壓縮編碼，用ASI接口輸出單節目流（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(jìn)入切換矩陣，再到傳輸流復用器，進(jìn)行復用。

    ③、 傳輸流復用器（PEGASUS）：將經(jīng)過(guò)切換矩陣過(guò)來(lái)的衛星接收機和編碼器的TS流信號進(jìn)行復用或再復用，輸出速率為38Mbps（選擇QAM64的調制方式），進(jìn)入獨立擾碼器，進(jìn)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，使用一臺專(zhuān)業(yè)工業(yè)計算機，安裝EPG播出軟件，使用專(zhuān)門(mén)的數據存儲器，接收、存儲來(lái)自編輯系統編輯好的EPG文件，由播出軟件完成編碼打包后，經(jīng)過(guò)碼流播出卡，播出TS流信號，碼率為2Mbps左右進(jìn)入傳輸流復用器。

    ⑤、 數據廣播播出系統，使用一臺專(zhuān)業(yè)工業(yè)計算機，安裝數據廣播播出軟件，使用專(zhuān)門(mén)的數據存儲器，接收、存儲來(lái)自編輯系統編輯好的數據文件，由播出軟件完成編碼打包后，經(jīng)過(guò)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調制器。

    ⑥、 機頂盒軟件自動(dòng)更新系統，使用一臺專(zhuān)業(yè)工業(yè)計算機，安裝自動(dòng)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，設計在10M左右，進(jìn)入復用器復用。

    ⑦、 NVOD系統，使用1臺專(zhuān)業(yè)視頻服務(wù)器，安裝視頻播放軟件，使用大容量的數據存儲器，接收存儲來(lái)自采編系統的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)數據流視頻播放卡，在視頻服務(wù)器內部完成節目流的復用，播出3路多節目流的TS信號，每路碼率為38Mbps左右進(jìn)入，占用3個(gè)標準模擬頻道的帶寬。進(jìn)入獨立擾碼器，進(jìn)行加密。由NVOD管理系統進(jìn)行播出管理。

    ⑧、 條件接收系統：由獨立加擾器（KRYPTON）、控制系統服務(wù)器和用戶(hù)管理系統組成，前端系統軟件由用戶(hù)授權系統（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目加密。

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

    ⑩、 ROSA網(wǎng)絡(luò )管理系統：通過(guò)各種不同的接口（RS 485、RS 232及以太網(wǎng)），實(shí)現與系統中所有設備的通信，監控各個(gè)環(huán)節的運行情況。它可以提供有效的差錯管理，系統配置管理，網(wǎng)絡(luò )模型，系統狀態(tài)管理以及安全管理。1)．配置管理：ROSA便于設備、網(wǎng)絡(luò )和服務(wù)的安裝和配置。用ROSA可以方便設定特定的硬件設備參數和印射網(wǎng)絡(luò )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(luò )地圖可以直觀(guān)網(wǎng)絡(luò )和服務(wù)的狀態(tài)。通過(guò)ROSA可以直接判定一個(gè)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(dòng)化任務(wù)可以對差錯提供立刻的響應。3)．系統狀態(tài)管理：ROSA 系統提供有力的狀態(tài)管理功能，可以在網(wǎng)絡(luò )及其附件的狀態(tài)上產(chǎn)生各種報告，滿(mǎn)足不同需要。4)．安全管理：ROSA有能控制并且限制用戶(hù)敏感的配置設置、信息閱讀和分析和報導工具的特征。ROSA系統主管能指定軟件系統的用戶(hù)不同的訪(fǎng)問(wèn)權限?？梢陨?quot;技術(shù)員"、"操作員"或"主管"的訪(fǎng)問(wèn)組。對于每一組，主管可以規定特定的ROSA 操作，一個(gè)特定的用戶(hù)的存取權利能被限制為某個(gè)地點(diǎn)或設備。

 系統原理框圖見(jiàn)下圖

    六、 結束語(yǔ)

    南京有線(xiàn)數字電視實(shí)驗平臺的建成標志著(zhù)數字電視在南京普及的開(kāi)始，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運行，在社會(huì )上產(chǎn)生了很大的反響，產(chǎn)生良好的社會(huì )效應。當然要走的路還很長(cháng)，如何建立一個(gè)與模擬方式不同的前端監控、管理體系；在數字平臺上如何開(kāi)展多業(yè)務(wù)；技術(shù)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。如何建立數字電視的運營(yíng)體系，則是一個(gè)更大的課題。我們還要繼續努力。

    摘自：<<廣播與電視技術(shù)>>