IP组播技术在数字电视前端的应用

摘 要：世界通信与信息技术的迅猛发展将引发整个电视广播产业链的变革，数字电视是这一变革中的关键环节。伴随着数字电视的快速发展，传统的ASI 传输方式已经不能适应新形式的需要，取而代之的是IP组播技术。它凭借自己强大的优越性，已经在中国的大江南北生根发芽。新技术的产生也为现代广播电视的发展起到了促进性的作用，为电视事业的发展开启了新的篇章。

关键词：IP组播；组管理协议（IGMP）；IP前端设备；数字电视

中图分类号：TN949.197 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）01-0142-02

随着互联网技术的飞速发展，各种基于互联网开发平台的视频应用也应运而生。网络电视、OTT TV等都对有线电视机顶盒有巨大的冲击。传统的ASI数字电视前端系统已经远远不能满足现在多业务的应用需求，这就要求电视前端必须转型，向互动化、高清化和3D化的方向发展，并且还能成为快速部署业务的综合业务平台。

由于IP组播技术的特点完全能够满足现在和未来的发展需求，因此数字电视前端的IP化是重中之重。IP数字电视组也是构建综合数字电视系统平台、提高与互联网视频竞争力的重要技术手段。

1 IP组播技术

1.1 IP包的传输方式

组播技术是TCP/IP传送方式的一种，先来简单地介绍一下TCP/IP的传送方式。TCP/IP有三种传送方式：单播、广播、组播。组播提高了数据传送效率，减少了主干网拥塞的可能性。组播组中的主机位置是非常灵活的，可以在同一个物理网络，也可以在不同的物理网络。为了实现IP组播的传输，组播源、接收者和两者之间的下层网络都必须支持组播，其包含以下几个要点：①主机协议及网络接口支持发送和接收IP组播；②有进入、离开、查询的组管理协议，如IGMP（v1、v2、v3）；③有IP地址分配策略，能把第三层的组播地址映射到第二层物理地址；④IP组播需要的软件设备；⑤各个硬件设备必须支持组播。

1.2 互联网组管理协议（IGMP）

互联网组管理协议（IGMP）是一种应用较广泛的组播协议，用于主机向任何一个相邻的路由器告之它们组成员情况的一种协议。在路由器支持多播协议的前提下，规定不同网段的主机怎样进行多播通信。IGMP 信息封装在 IP报文中，它的主要用途就是与组成员建立关系。IGMP 目前有三种版本，即 IGMP v1、IGMPv2 和 IGMPv3。

2 IP数字电视前端系统的组成部分及其特点

IP的传输方式有很多优点，与传统ASI信号相比，它有很多不同，现在总结如下：①采用IP传输后整个前端系统的结构变得相对简单，环节减少了，设备间的连线也减少了，原有的矩阵和跳线减去了，因此采用IP传输方式具有非常明显的优势。②原来的矩阵消失了，取而代之的是交换机。这提高了系统的安全性、稳定性和可靠性。③采用IP传输方式后，系统灵活性也得到了相应的提高。相关设备比如说编码器、复用器、调制解调器等能够摆放在机房，也能够摆放在远端任何有IP网络的地方。④采用IP传输方式后增强了系统扩展性，便于开展数字电视新业务，如时移电视、数字马赛克、动态EPG等业务通过IP传输平台可轻松实现。⑤大大减少了投资。

3 组播技术在数字电视前端系统中的应用

基于IP传输方式的优点，太原有线电视台于2011年底搭建了IP数字电视平台。节目规模为30个频点，传输数字电视175套，其中163个标清节目包括1套自办的节目，高清11套，3D1套，数据广播1套，股票、音频广播6套。

3.1 IP前端设备的选择

接收系统采用博威康AD988（BVCOM），单卡为SMG1270和SMG1271（增加信源主备自动切换功能）宽带媒体路由器。该产品是交换式数字电视体系的核心设备，通过SMG1270单机可实现32通道视频节目的RF信号接入、ASI信号接入、双IP信号的输出。

复用加扰系统，该设备采用思科的3RU机箱嵌入式结构，所有模块采用积木式插拔设计，升级维护方便。电源采用1+1冗余设计。该设备集合IP流复用加扰功能。

高清转码系统，该设备采用思科3RU机箱嵌入式结构，所有模块采用积木式插拔设计，升级维护方便，电源采用1+1冗余设计，该设备单卡支持4路高清，16路标清；一台满配转码器可以配置三块转码板，一块I/O板。

交换机，采用思科的10RU机箱嵌入式结构的4507-E，配置2个光口板、2个电口板、1个引擎板。

IPQAM调制器，采用1RU机箱嵌入式结构，所有模块采用积木式插拔设计，升级维护方便；电源采用1+1冗余设计，4个GbE端口，满配6块QAM板卡，每块卡有2个RF输出端口，每个端口有4个相邻频道输出，其频率范围为45～1 000 MHz。

CA系统，采用永新视博的CA系统，EMMG2台，ECMG2台，加密机2台，数据库服务器2台。备份机制采用1+1热备份，采用Legaoto AAM双机热备软件，当主机发生错误时，可自动切换至备份服务器自动运行，当主服务器故障恢复后，可手动切换至主服务器，也可以继续以备机为主服务器运行，此时原主机为备份服务器。

以上设备的信号全部是IP信号以组播的形式传输。

3.2 节目、设备备份机制的实现

节目源方面，卫星接收天线采用主备天线。

设备方面，接收设备采用博威康AD988，采用SMG1271板卡，可以同时接收同套节目两个信源的接入。其板卡可以自动检测信源的指标，如有异常可以自动切换，主信源恢复后自行恢复使用主信源。

信源采用三种方式：国干线网的光缆信号、中星6B-H（水平极化）、设备使用BVCOM的SMG1271板卡和垫播板卡。接入方式，SMG1271板卡的主信源采用国家干线网的光缆信号；备份信源采用中星6B-H（水平极化）的卫星信号；垫播板卡采用模拟机房多路切换器输出至编码器的信源。备份方式，采用多源、多级、多设备的备份方式：①SMG1271板卡具备主源光缆和备源卫星信号的自动备份和切换；②当此板卡出现物理故障时，垫播板卡会自动代替工作，以保证节目的不间断 。

核心设备DCM复用加扰器，交换机4507，IPQAM均采用1+1热备份。

其中核心DCM复用加扰器的切换机制是由后一级设备IPQAM的输入IP信号来判断。如果主IPQAM检测到没有IP流输入，就顺序检测备DCM核心复用器有无流吐出，如果有就启动DCM级的切换。现将DCM以CCTV-1为例，简要说明IP前端的连接方式及其备份切换。

CCTV-1主播板卡的配置：组播地址232.81.2.1，播出的业务地址72.16.3.105，端口号1234.CCTV-1垫播板卡的配置：组播地址232.105.2.1，播出的业务地址72.16.3.108，端口号1234.当主播板卡的主源无信号时，其SMG1271板卡会自动切换至备源信号，组播地址、业务地址、端口号等不变。相对后级的核心DCM没有变化。当主播的SMG1271板卡出现故障时，垫播板卡开始工作，但是播出的主播地址、业务地址等也发生了变化，这时核心DCM检测出主源无流，自动启动垫播源，保证信号的正常播出。

4 总结

通过以上的介绍不难看出，基于IP 的数字电视前端传输平台与传统ASI 传输平台相比有很多鲜明的特点，所以在数字电视飞速发展的今天，IP 的数字电视前端平台将会在全新的舞台中大放光彩。

参考文献

[1]郑志航.数字电视原理与应用[M].北京：中国广播电视出版社，1997.

[2]余兆明，余智.数字电视传输与组网[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[3]彭明全.有线电视技术教程[M].北京：电子工业出版社，1999.

[4]国明.IP组播技术在数字电视前端系统中的应用[DB/OL].新疆广电网络股份有限责任公司，2012（08）.

[5]郑志尧.基于IP的数字电视前端平台[J].有线电视技术，2009（08）.

〔编辑：白洁〕endprint