论文部分内容阅读
摘要：我国电视网络在追求构建一张覆盖地区、互连互通、资源共享、开放型的有线电视综合业务网的奋斗目标下，必须对电视网络进行改造。本文以天津天津有线电视台为例，进行数字有线电视前端的设计。
关键词：电视网络；电视前端；设计
中图分类号：TP312文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)20-30351-02
Digital Cable Front-end Design
CAI Ding
(Zhengzhou Television Technology Department,Zhengzhou 450052,China)
Abstract: China’s television networks in the pursuit of the coverage area of a building, interconnection, sharing of resources, open the cable television network of integrated business goals, it is necessary to transform the television network. In this paper, Tianjin, Tianjin cable television station as an example, a digital cable front-end design.
Key words: television network;TV front-end;design
我国现有的有线电视网多始建于二十世纪八九十年初，网络只是用于单向广播式传送模拟电视信号，网络带宽多为550MHz，有限的带宽只能开展模拟电视及基于广播式的单一业务，网络收入主要来自传统的有线电视业务，大量的综合业务如上网、网上游戏、网上教育、视频点播等都无法开展。随着我国有线网络整合工作的圆满结束，构建一张覆盖地区、互连互通、资源共享、开放型的有线电视综合业务网成为下一个奋斗目标。根据这一目标和总局的指导思想，我国的有线电视系统必须实现信号数字化、网络双向化光纤化、业务多样化、管理智能化。所以网络无论是传输电视信号还是传输数据业务都必须进行改造。本文以天津天津有线电视台为例，进行数字有线电视前端的设计。
1 总体功能简介
天津有线电视宽带网选用现时欧洲有线电视数字广播（DVB-C）标准传送数字电视，采用MPEG-2核心技术和QAM的调
制方式。在考虑数字前端设计思路时，我们立足实现100套以上的数字广播电视节目的传输，这里包括对现有42套模拟电视节目数字化，另外再增加30套专业频道和30套特色频道。此外，还准备开展一些增值业务服务（个性化的视频服务；PPV；NVOD；EPG；数据广播等）和扩展业务（IP PHONE；INTERNET；电子商务；电子购物；远程教育、医疗等）。
2 技术概述
天津广播电视网络有限公司有线数字电视播出系统包括：信号源系统、TS切换矩阵、模拟视音频切换矩阵、数据广播（DDOVER DVB）系统、播出存储系统、编辑系统、节目存储与节目库管理系统、A/V信号编码系统、信号复用系统、中间件系统、条件接收系统、网络管理系统、QAM调制系统、监视控制系统、BOSS系统（广电网络多业务运行支撑平台）。
卫星数字电视信号经接收天线阵列和高频头转换到标准卫星接收机的输入频率范围，卫星接收机采用带有ASI输出的广播级数字卫星接收机，输出的信号经TS切换矩阵、模拟视音频切换矩阵分配调度后，分别提供给数字播出系统、非线性编辑系统、广电在线系统。送入数字播出系统的ASI传输流送到高性能复用器的ASI复用模块（ARM，ASI Remultiplexer Module）。经过再复用后的传输码流从复用器的输出模块（MOM，Multiple Output Module）输出到加扰器，经加扰后输出到QAM调制器。
3 前端系统的组成
(1)信号源
本系统中的天线阵列可接收和采集境内外卫星广播电视节目。目前卫星传输已经广泛使用DVB-S技术标准。根据每个载波传输１套广播电视信号还是多套节目，又分SCPC和MCPC方式。SCPC方式的特点是各套节目可在不同地点上星，一个转发器内同时存在多个载波。MCPC方式特点是多套节目要经复接后在同一地点上星，其优点是频带和功率的利用率较高。各省市区上星的数字压缩电视节目几乎都是采用SCPC方式，中央电视台8套数字压缩电视节目则采用MCPC方式。数字节目经数字IRD解调出TS后送出，模拟信号经模拟IRD解调出AV信号后送出。
(2)数字卫星接收机
目前的卫星电视系统的数字化过渡已经基本完成，全国统一采用DVB-S方式。数字卫星接收应选用带ASI标准基带数字信号传输接口的综合IR（D符合MPEG-2/DVB标准）数字卫星接收机，这就保证了与各种设备之间，以及与其他公司的设备之间的相互连接性。
(3)数字多路复用器
复用器的作用是实现对数字信号的合成处理，对送达输入端的各路ASITS传输流进行复用，并根据需要从传输流中提取所需节目，建立一个新的TS传输流，再附加上各种辅助及管理信息以便引导机顶盒的正常接收和解码。复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息（SI），它可实现在1个物理频道上传输4～8套数字电视节目。复用器可以通过前面板设置参数，单独使用，也可以由前端系统主控机通过以太网进行控制。
(4)模拟视、音频矩阵
来自光盘、磁带、直播等模拟信号输出设备的模拟信号，从模拟视、音频矩阵信源输入汇总，矩阵可以对信号进行实时的监控，并使多路信号输出一部分送编码器进行压缩编码，形成标准的MPEG-2信号供复用器合成使用，另一部分可提供给编辑机对其进行加工处理后送播出服务器存储并可进行选择播出。
(5)编码器阵列
MPEG-2编码器就是将模拟音、视频信号转换成数字传输流的一种设备。从模拟视、音频矩阵送来的模拟视、音频信号（A/V）按照MPEG-2标准依次送入编码器进行压缩编码，变成标准的MPEG-2码流；普通模拟电视节目可通过MPEG-2编码器压缩为2～15Mbps，一般采用6Mbps可获得较好的效果。编码器具有视、音频实时数字预处理、时基校正等功能，对各种类型和不同图像质量的PAL/NTSC模拟电视信号按MPEG-2的标准进行数字化编码，产生标准的数字电视节目传输流，并在工作的同时提供N 1备份，通过其内部的视、音频切换矩阵进行实时切换；在其输出的同时也可对输出码流进行实时监控。
4 设计要点
有线电视中，数字电视前端与模拟电视前端在设计上有着较大的差异。在模拟电视前端，8MHz带宽只能传送1套电视节目，1台卫星接收机与1台调制器相连接就可以实现了。在数字电视前端中，就不是那么简单了，一个8MHz标准频道可以传送4～8套数字电视节目，传送节目的套数与调制方式、节目码流率、辅助管理信息的流量等有关，这点在设计中必须考虑，否则容易引起系统因数据流溢出而造成系统崩溃。
4.1 考虑采用何种QAM调制方式
对于一个8MHz模拟标准频道最多可传输6.9Msps符号率的数字调制信号。如果采用64QAM调制方式，前向纠错（FEC）为RS（204，188）编码，最多可传输有效数字信号6.9×6×188／204＝38.1Mbps（64为2的6次方）。
如采用256QAM调制方式，同理可计算出，最多可传输有效数字信号为50.8Mbps。考虑到抗干扰能力随数字信号传输能力的上升而下降。
4.2 考虑节目信号本身码流率
(1)对于卫星传输的节目源，在我国上星的DVB-S节目多数为SCPC方式，符号率为4.42Msps，采用RS（204，188）编码、3/4卷积码、QPSK调制方式，1套节目的有效传输码率就是4.42×2×3/4×188/204＝6.11Mbps，因此一个8MHz标准频道就可以传输6套节目，因6.11×6＝36.66Mbps小于38.1Mbps传输码率，但具体传输的节目数量还与系统中插入的附加信息内容（如CA、EPG、PPV等）的大小有关，如果加入附加信息后还不足38.1Mbps，复用器会自动以填空包加以补足。
(2)对于其他方式传输过来的节目源，则主要考虑信号本身编码压缩的方式，节目本身要求的清晰度对码流率的影响也是非常大的，节目清晰度要求越高，码流率越大，如一个高清晰数字电视节目的码流可能达到16～20Mbps，此時一个8MHz标准频道能传输的节目数量就要小得多了。
(3)考虑前端系统的输出电平
在前端调试过程中，应严格按线路设计控制输出电平的高低。首先，确定数字频道和模拟频道基本工作电平，确保此数字频道的工作电平低于模拟频道工作电平8～10dB；其次，尽量保证模拟与模拟的相邻频道、数字与数字的相邻频道之间电平差不要超过2dBμV，频道间电平差越小，系统平坦度就越好，网络的系统指标就越高。
5 小结
在有线电视数字电视前端是一个由硬件设备和软件管理构成的综合管理系统，整个系统的稳定工作不仅取决于硬件设备的正常与否，同时还取决于软件管理系统的稳定工作，如电视内容的重现及电子节目指南（EPG），用户管理系统和的建立等都要由软件来实现，特别是在大型网络中，网络管理系统是数字电视前端的一个CA系统重要组成部分，负责对前端数字设备进行监控，对保证信号质量、降低维护成本等起着十分重要的意义。
参考文献：
[1] 关亚林,牛亚青,王晖,方德葵.有线电视网络与传输技术.北京:中国广播电视出版社,2005:57-58,155-156.
[2] 范寿嗣,等.现代有线电视宽带网络技术与综合业务[M],北京:中国广播电视出版社,2001:20-23.
关键词：电视网络；电视前端；设计
中图分类号：TP312文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)20-30351-02
Digital Cable Front-end Design
CAI Ding
(Zhengzhou Television Technology Department,Zhengzhou 450052,China)
Abstract: China’s television networks in the pursuit of the coverage area of a building, interconnection, sharing of resources, open the cable television network of integrated business goals, it is necessary to transform the television network. In this paper, Tianjin, Tianjin cable television station as an example, a digital cable front-end design.
Key words: television network;TV front-end;design
我国现有的有线电视网多始建于二十世纪八九十年初，网络只是用于单向广播式传送模拟电视信号，网络带宽多为550MHz，有限的带宽只能开展模拟电视及基于广播式的单一业务，网络收入主要来自传统的有线电视业务，大量的综合业务如上网、网上游戏、网上教育、视频点播等都无法开展。随着我国有线网络整合工作的圆满结束，构建一张覆盖地区、互连互通、资源共享、开放型的有线电视综合业务网成为下一个奋斗目标。根据这一目标和总局的指导思想，我国的有线电视系统必须实现信号数字化、网络双向化光纤化、业务多样化、管理智能化。所以网络无论是传输电视信号还是传输数据业务都必须进行改造。本文以天津天津有线电视台为例，进行数字有线电视前端的设计。
1 总体功能简介
天津有线电视宽带网选用现时欧洲有线电视数字广播（DVB-C）标准传送数字电视，采用MPEG-2核心技术和QAM的调
制方式。在考虑数字前端设计思路时，我们立足实现100套以上的数字广播电视节目的传输，这里包括对现有42套模拟电视节目数字化，另外再增加30套专业频道和30套特色频道。此外，还准备开展一些增值业务服务（个性化的视频服务；PPV；NVOD；EPG；数据广播等）和扩展业务（IP PHONE；INTERNET；电子商务；电子购物；远程教育、医疗等）。
2 技术概述
天津广播电视网络有限公司有线数字电视播出系统包括：信号源系统、TS切换矩阵、模拟视音频切换矩阵、数据广播（DDOVER DVB）系统、播出存储系统、编辑系统、节目存储与节目库管理系统、A/V信号编码系统、信号复用系统、中间件系统、条件接收系统、网络管理系统、QAM调制系统、监视控制系统、BOSS系统（广电网络多业务运行支撑平台）。
卫星数字电视信号经接收天线阵列和高频头转换到标准卫星接收机的输入频率范围，卫星接收机采用带有ASI输出的广播级数字卫星接收机，输出的信号经TS切换矩阵、模拟视音频切换矩阵分配调度后，分别提供给数字播出系统、非线性编辑系统、广电在线系统。送入数字播出系统的ASI传输流送到高性能复用器的ASI复用模块（ARM，ASI Remultiplexer Module）。经过再复用后的传输码流从复用器的输出模块（MOM，Multiple Output Module）输出到加扰器，经加扰后输出到QAM调制器。
3 前端系统的组成
(1)信号源
本系统中的天线阵列可接收和采集境内外卫星广播电视节目。目前卫星传输已经广泛使用DVB-S技术标准。根据每个载波传输１套广播电视信号还是多套节目，又分SCPC和MCPC方式。SCPC方式的特点是各套节目可在不同地点上星，一个转发器内同时存在多个载波。MCPC方式特点是多套节目要经复接后在同一地点上星，其优点是频带和功率的利用率较高。各省市区上星的数字压缩电视节目几乎都是采用SCPC方式，中央电视台8套数字压缩电视节目则采用MCPC方式。数字节目经数字IRD解调出TS后送出，模拟信号经模拟IRD解调出AV信号后送出。
(2)数字卫星接收机
目前的卫星电视系统的数字化过渡已经基本完成，全国统一采用DVB-S方式。数字卫星接收应选用带ASI标准基带数字信号传输接口的综合IR（D符合MPEG-2/DVB标准）数字卫星接收机，这就保证了与各种设备之间，以及与其他公司的设备之间的相互连接性。
(3)数字多路复用器
复用器的作用是实现对数字信号的合成处理，对送达输入端的各路ASITS传输流进行复用，并根据需要从传输流中提取所需节目，建立一个新的TS传输流，再附加上各种辅助及管理信息以便引导机顶盒的正常接收和解码。复用处理可以重新组织与更新它所取得节目的服务信息（SI），它可实现在1个物理频道上传输4～8套数字电视节目。复用器可以通过前面板设置参数，单独使用，也可以由前端系统主控机通过以太网进行控制。
(4)模拟视、音频矩阵
来自光盘、磁带、直播等模拟信号输出设备的模拟信号，从模拟视、音频矩阵信源输入汇总，矩阵可以对信号进行实时的监控，并使多路信号输出一部分送编码器进行压缩编码，形成标准的MPEG-2信号供复用器合成使用，另一部分可提供给编辑机对其进行加工处理后送播出服务器存储并可进行选择播出。
(5)编码器阵列
MPEG-2编码器就是将模拟音、视频信号转换成数字传输流的一种设备。从模拟视、音频矩阵送来的模拟视、音频信号（A/V）按照MPEG-2标准依次送入编码器进行压缩编码，变成标准的MPEG-2码流；普通模拟电视节目可通过MPEG-2编码器压缩为2～15Mbps，一般采用6Mbps可获得较好的效果。编码器具有视、音频实时数字预处理、时基校正等功能，对各种类型和不同图像质量的PAL/NTSC模拟电视信号按MPEG-2的标准进行数字化编码，产生标准的数字电视节目传输流，并在工作的同时提供N 1备份，通过其内部的视、音频切换矩阵进行实时切换；在其输出的同时也可对输出码流进行实时监控。
4 设计要点
有线电视中，数字电视前端与模拟电视前端在设计上有着较大的差异。在模拟电视前端，8MHz带宽只能传送1套电视节目，1台卫星接收机与1台调制器相连接就可以实现了。在数字电视前端中，就不是那么简单了，一个8MHz标准频道可以传送4～8套数字电视节目，传送节目的套数与调制方式、节目码流率、辅助管理信息的流量等有关，这点在设计中必须考虑，否则容易引起系统因数据流溢出而造成系统崩溃。
4.1 考虑采用何种QAM调制方式
对于一个8MHz模拟标准频道最多可传输6.9Msps符号率的数字调制信号。如果采用64QAM调制方式，前向纠错（FEC）为RS（204，188）编码，最多可传输有效数字信号6.9×6×188／204＝38.1Mbps（64为2的6次方）。
如采用256QAM调制方式，同理可计算出，最多可传输有效数字信号为50.8Mbps。考虑到抗干扰能力随数字信号传输能力的上升而下降。
4.2 考虑节目信号本身码流率
(1)对于卫星传输的节目源，在我国上星的DVB-S节目多数为SCPC方式，符号率为4.42Msps，采用RS（204，188）编码、3/4卷积码、QPSK调制方式，1套节目的有效传输码率就是4.42×2×3/4×188/204＝6.11Mbps，因此一个8MHz标准频道就可以传输6套节目，因6.11×6＝36.66Mbps小于38.1Mbps传输码率，但具体传输的节目数量还与系统中插入的附加信息内容（如CA、EPG、PPV等）的大小有关，如果加入附加信息后还不足38.1Mbps，复用器会自动以填空包加以补足。
(2)对于其他方式传输过来的节目源，则主要考虑信号本身编码压缩的方式，节目本身要求的清晰度对码流率的影响也是非常大的，节目清晰度要求越高，码流率越大，如一个高清晰数字电视节目的码流可能达到16～20Mbps，此時一个8MHz标准频道能传输的节目数量就要小得多了。
(3)考虑前端系统的输出电平
在前端调试过程中，应严格按线路设计控制输出电平的高低。首先，确定数字频道和模拟频道基本工作电平，确保此数字频道的工作电平低于模拟频道工作电平8～10dB；其次，尽量保证模拟与模拟的相邻频道、数字与数字的相邻频道之间电平差不要超过2dBμV，频道间电平差越小，系统平坦度就越好，网络的系统指标就越高。
5 小结
在有线电视数字电视前端是一个由硬件设备和软件管理构成的综合管理系统，整个系统的稳定工作不仅取决于硬件设备的正常与否，同时还取决于软件管理系统的稳定工作，如电视内容的重现及电子节目指南（EPG），用户管理系统和的建立等都要由软件来实现，特别是在大型网络中，网络管理系统是数字电视前端的一个CA系统重要组成部分，负责对前端数字设备进行监控，对保证信号质量、降低维护成本等起着十分重要的意义。
参考文献：
[1] 关亚林,牛亚青,王晖,方德葵.有线电视网络与传输技术.北京:中国广播电视出版社,2005:57-58,155-156.
[2] 范寿嗣,等.现代有线电视宽带网络技术与综合业务[M],北京:中国广播电视出版社,2001:20-23.