涟水数字电视前端平台建设方案

涟水数字电视前端平台建设方案
摘要：为了加快实现我县有线电视数字化整体转换，构建综合家庭信息终端，我县将进行有线数字电视系统建设。我县有线数字电视系统的基本目标是建设成具备数字广播、电视、信息多媒体的多功能综合业务平台，最终目标是建成有线广播电视宽带综合信息业务网，开发双向应用，拓展数字广播与电视的多媒体综合应用业务。
关键词：BMR平台；TS流；QAM调制；CA系统；路由调度
我县数字电视网络平台初期规划32个频点。该数字电视系统可以为我县有线电视用户提供标准清晰度电视节目(SDTV)、高清晰度电视节目(HDTV)等业务，可以开展视频点播（VOD）和即兴按次付费（IPPV）电视服务。将来可以逐步开展家居银行、电视购物等交互业务。让用户体验到数字电视带来的丰富娱乐内容，达到为人民办实事、办好事的目的。
系统建设为双向互动数字电视系统，使我县有线电视网成为一个承载各类业务、覆盖面广、技术先进、性能完善、安全可靠的数字化多媒体信息传输网络。
一、系统构成
我县数字电视平台系统的建设由前端硬件平台、CA系统、EPG系统、安播监控系统、互动、语音呼叫系统、监控墙系统等子系统构成。本方案主要涉及前端硬件平台的设备以及系统集成工作。
本方案采用美国BigBand网络公司生产的6台BMR1200A机箱配置，提供主、备各32路复用，输出主、备各32路QAM信号。
二、总体规划
1.        根据我县数字电视网络平台初期规划设计要求，前端规划使用主备各32个TS流。
2.        系统平台的核心部分采用最新一代的BMR宽带多媒体业务路由平台和完全1+1的冗余配置。
3.        方案设计采用目前已经广为应用的码率修整和统计复用功能，规划每个TS流包含8-10套数字电视节目。
4.        采用具有视频路由交换功能的新一代智能化、多业务的平台BMR，支持快捷的备份切换功能（切换时间约2-5秒），支持节目从任意输入口调度交换到任意输出口功能，同时，还提供灵活的节目频道排列。
5.        系统方案设计对有备份信源输入的重要节目节目启用信源自动备份功能。
6.        方案设计充分考虑对未来多业务、多功能的支持和扩展，有效保护前期投资。采用BMR平台，可以非常方便地拓展以下业务和功能：
•        节目预览，对所有输入节目的视频图片通过网管进行预览和监视。
•        高清电视传输，BMR平台支持对CBR、VBR、SDTV、HDTV的传输。
•        应急图片插播，在输入节目源以外丢失或被非法干扰时，提供应急图片垫播，避免用户端出现停帧、黑场等画面。该功能也可用于紧急情况下的重大突发事件插播。
•        节目采集，可对所有进入BMR平台的节目有选择地进行采集，采集后的节目可实时存贮到视频服务器，用于媒资系统或作为VOD系统的点播节目源。
•        数字广告插播，BMR平台支持对所有节目有选择地进行广告插播。
•        千兆IP组网，BMR平台可同时提供清流、加扰流的千兆IP输出，同时支持带内网管传输，非常方便将来的IP组网。
•        IPTV，BMR平台作为广播平台，全面支持MPEG-2标准，同时BMR也为IPTV的流媒体处理提供软件可升级和硬件转码功能。
•        交换式广播，BMR平台支持目前最先进的交换式广播功能。目前交换式广播在北美市场已进入大规模应用阶段。
三、复用部分方案配置
作为数字电视前端平台的核心部分，复用、加扰、QAM调制是其最基本的功能。
在数字电视发展初期，ASI切换矩阵作为实现传统数字前端设备备份所不可或缺的产品，成为当时的唯一选择。但是，ASI切换矩阵所能实现的只是某个ASI传输流的切换，并不涉及传输流中的节目层，也不能改变各传输流的组成。
随着视频路由交换技术的发展，BigBand公司先进的视频路由交换技术，彻底改变了这一现状。这种路由交换所涉及层面已不再局限于传输流，可以是节目的交换，也可以是单个PID的交换；此外，这种路由交换功能不仅支持点到点（端口到端口）的路由调度，还支持点到多点（传输流分配功能）的路由调度。
传统数字前端采用ASI切换矩阵来实现设备备份，不仅大大增加了系统布线的复杂性和系统投入成本，而且这种备份只能做到针对某个频道链路的设备，并不能做到针对端口的进行备份，更不能实现节目的备份；新一代数字前端系统的备份方案可以灵活选择，可以提供系统级、机箱级、板卡级、端口级、以及节目级等各个层面的冗余备份方案。
传统数字前端系统备份方案的另一个致命弱点是切换时间长。由于其备份切换方案属于某个频道配置设备的整体切换，即如果某频道复用设备故障，需要启用备份复用设备，此时与复用设备串接的加扰设备也一并被强制切换到备用设备。传统独立加扰设备的控制字是同步的，启动备用加扰设备在控制字同步问题上至少需要30秒至一分钟，网管系统的设备故障巡检周期需要数十秒钟，因此，传统设备的备份切换时间在分钟量级；而新型数字前端系统的各种备份切换时间在秒的量级。
从卫星机、编码器以及SDH来的信号在BMR中进行相关的MPGE/IP路由交换和码率修整处理和统计复用。路由交换提供所有输入节目到任意输出端口的PID级节目调度，从而可以非常方便地解决所有关键节目的1＋1热备份，备份切换时间仅为2-5秒（全系统用户端机顶盒检测的时间）；相比较采用传统的ASI切换矩阵来实现备份，不仅切换时间长达几分钟，而且布线非常复杂。码率修整功能和统计复用解决了传统平台随时可能出现的码率溢出，从而导致用户端的机顶盒出现马赛克、静帧或黑场，严重时会丢掉节目；另外，智能化的码率修整功能也将传统平台一个QAM频道传输6套节目的容量大大提升到8-10套节目，节省了宝贵的频道资源。
特别要强调的是，采用BigBand公司先进的码率修正(RateShapingTM)功能，不仅彻底解决了传统复用设备潜在的码率溢出问题，还将每个频道的传输容量提升到8-10套标清节目。
ASI输入端口数
•        本方案实际配置了48个ASI输入端口。
GbE输入端口数
•        本方案实际配2个GbE输入端口。
ASI输出端口数
BMR系统的每一个ASI输出端口对应一个处理频道。因此，系统规划32个ASI输出端口进行处理，并提供32个ASI输出端口。
输入输出板卡（AFA卡）配置
BMR系统提供两种不同的输入输出板卡：AFA24-2-4XA和AFA824XA。其中AFA24-2-4XA占用BMR1200A机箱2个槽位，具有24个ASI输入端口、2个FE端口和4个ASI输出端口；AFA824XA占用BMR1200A机箱1个槽位，具有8个ASI输入端口、2个FE端口和4个ASI输出端口。
每一块AFA板卡的输入输出端口都有独立的流处理单元（SPU）。采用当今业界最强大的媒体处理引擎NativeMediaTM，处理实现传统的传输流再复用功能之外，还具有诸如码流重组优化（Grooming）、码率修整（RateShapingTM）、数字广告插播、应急图片插播以及端口和节目的备份、节目采集与储存等众多功能。
BMR系统提供GbE输入/ASI输出板卡：GNA114XA。GNA114XA占用BMR1200A机箱1个槽位，具有1个GbE端口和4个ASI输出端口。
GNA114XA板卡的ASI输出端口都有独立的流处理单元（SPU）。采用当今业界最强大的媒体处理引擎NativeMediaTM，处理实现传统的传输流再复用功能之外，还具有诸如码流重组优化（Grooming）、码率修整（RateShapingTM）、数字广告插播、应急图片插播以及端口和节目的备份、节目采集与储存等众多功能。
为满足系统功能要求，主备BMR平台各需要配置6块AFA8-2-4XA卡、2块GNA114XA卡。总计有2路GbE输入口、48个ASI输入端口和32个ASI输出端口。
路由交换及主板冗余配置
BMR平台的核心部件是具有32Gbps容量的MPEG/IP路由交换内核，称之为主板（ManaGbEment Card）。每台BMR1200A机箱有两个固定的槽位用于互为备份的两块主板，其余八个槽位可自由分配给不同功能的I/O卡。所有节目/传输流均可在任意一个ASI输入/输出端口之间进行路由交换。
考虑到地市前端系统采用完全1+1的系统级冗余配置方案，每一台BMR1200A机箱只需配置1块主板即可。
千兆以太网传输板卡
BMR系统提供两种不同的千兆以太网传输卡GFG404和GFA224。GFG404占用BMR1200A机箱1个槽位，有4个GbE端口。GFA224占用BMR1200A机箱1个槽位，有2个GbE端口和4个ASI输出端口。所有GbE端口可灵活配置使用，包括用于BMR1200A机箱之间的级联，(N)VOD节目源的输入，节目采集后与视频服务器的接口，以及远程分前端传输。
四、加扰/QAM调制部分方案
基本板卡配置
对应复用部分，系统需要配置处理32传输通道的DVB同密加扰/QAM调制卡。（如果对数据信息类业务不加扰，只需选择不加扰即可）。
BMR系统提供基于DVB同密标准的加扰卡GFA224和同时具备DVB同密加扰和QAM调制功能的GFR222A卡。
GFA224卡占用BMR1200A机箱1个槽位，有2个GBE端口，2个FE端口，4个ASI输出端口。每块GFA224板卡可对4路传输流进行加扰，并通过4个ASI输出端口输出4路加扰后的传输流给外部QAM调制器。
GFR222A占用BMR1200A机箱1个槽位，有2个GBE端口，2个FE端口，2个RF输出口以及2个RF输出测试口。每一块GFR222A可以对4路传输流进行DVB同密加扰和QAM调制，输出4个QAM-RF信号。
本方案采用加扰、QAM调制一体的板卡进行设计，需要配置8块GFR222A卡，完成对多达32路传输流的DVB同密加扰和QAM调制。
千兆以太网传输端口
系统配置的8块GFR222A卡本身具有总计16个千兆以太网传输端口。所有这些GbE端口可以灵活配置使用。如用于BMR1200A机箱之间的级联，(N)VOD节目源的输入，节目采集后与视频服务器的连接，以及远程分前端传输。
加扰后的所有的TS流同时经过L3层的UDP/IP打包后使用2个GbE端口输出千兆光信号。
五、系统备份方案
系统方案设计充分考虑了各种不同的冗余备份措施，包括机箱核心部件的1+1备份、重要节目信源输入部分的1+1备份、系统级的1+1完全自动备份。以下分别描述。
BMR机箱核心部件的备份
由于系统配置采用完全1+1冗余，故每一台BMR1200A机箱只需配置1块核心主板。
每台BMR机箱都配置了两组完全独立供电的电源系统和三组完全独立工作的风扇组件。
重要节目信源输入部分的1+1备份
在系统方案设计时，对BMR系统的所有ASI输入端口均开启了节目/端口备份功能，在启动节目备份功能时，ASI端口将对输入节目实时监测，根据预先设定的判据（如传输流同步头丢失、视频比特率小于1Mbps或者关键节目的视频PID丢失），一旦发现主用节目丢失，将立即启动备份信源切换，并将备用节目从备用信源输入端口通过BMR系统的内部路由调度到主用节目所在的传输流，并进行相应的PID替换；同时网管系统给出主用节目丢失的告警信息。BMR系统内部完成切换的时间小于1秒，实际反映到用户机顶盒收看的时间大约在2-5秒。在启用备份节目源的同时，原ASI端口依然对主用节目源进行监测，一旦发现主用节目恢复正常，BMR系统将自动切回到原状态，并同时给出告警信息。
系统1+1备份
系统设计方案采用完全1+1配置。
全部输入信源通过ASI分配器进入主、备系统，BMR系统内部在复用部分各自处理相关节目，并通过千兆接口交叉送入加扰/QAM调制机箱进行处理。由于BMR系统支持节目层冗余，加扰/QAM调制机箱的主、备部分分别提取来自复用主备机箱的全部节目，如果主路通道发现某些节目丢失，会自动从备路通道提取，确保最后输出节目的完整无缺。这种系统级1+1备份、节目层冗余切换的概念完全有别于传统设备之间的1+1备份，保证了广电系统安全播出所要求的小于5秒的切换时间。备份切换的时间在BMR系统内部小于1秒，反映到用户端大约为2-5秒。
美国BigBand网络公司生产的BMR系统的配置具有高度的灵活性，现有系统配置尚余5个槽位。如果今后系统再次扩容需要，只需再增加相应的板卡，便可完成。BMR1200A机箱的级连并非传统设备的简单级连，而是真正意义上的背板“无缝焊接”，成为一体化的大型BMR系统平台。
  

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学些学习，谢谢:victory:

很详细，很好

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涟水的支持。。。