基于IP的传输技术在广播电视领域应用分析与研究

梁卫东

内蒙古新闻出版广电局501台 内蒙古 呼和浩特市 010050

广播电视在传统的运行模式下，经编码压缩后的数据，使用异步串行方式或同步并行方式进行传输，有多种应用需求时就需要布置多条同轴电缆来满足需求，技术发展的瓶颈制约其未来的发展，维护量巨大，可靠性较差。基于IP的传输网络，具有分组交换方式传输的所有优点，广播电视视音频的传输与分发迎来新的曙光。交换机的引入使得用户需求无需借助多条物理链路来实现，往往通过组播或单播的方式实现视音频数据的传输与使用。与传统传输方式相比，设备和连接电缆的数量骤减，维护量大幅降低，相应的可靠性却很高。

基于IP的数据传输网络的发展可谓是方兴未艾，有网络的地方都离不开使用IP数据包传输数据。计算机网络最早是以传递数据为基础的，使用的大都是TCP/IP协议，其最大特点是面向连接的可靠的传递数据。视音频在互联网络的传输，由于数据量较大，必须通过编码压缩，然后才能够在IP网络上进行传输。

在网络上传输以视音频为代表的多媒体信息时，必须要求实时的，对网络时延和抖动较为敏感。因此要对时延和抖动限制在合理的范围内。

新的传输需求必然推动网络协议的不断演进，一些符合视音频传输的协议应运而生。出现了RTP（实时传输协议）、UDP（用户数据报协议）、RTCP（实时传输控制协议）、RTSP（实时流协议）等适合传输视音频的协议。RTP是提供实时端到端的视音频信息传输，但是对传输服务质量不保证，视音频经过编码压缩后，使用RTP协议产生RTP分组，然后放入传输层的UDP，最后送入IP层进行封装。RTP和UDP同属传输层，RTP分组使用UDP传送，具有UDP传输的一切特点。

UDP协议和TCP协议传送数据的区别类似于打电话和寄明信片的区别。TCP协议工作过程像打电话一样，首先检测对方线路空闲时才能建立通信。UDP协议工作像是在寄明信片，每次传递信息量小，但每次的成功率高。UDP协议首部使用8个字节的开销，TCP协议首部使用最长可达60字节，两个协议中每个报文字段的首部相差悬殊，UDP协议具有较小的开销，面向无连接，时延短，因此更适合视音频的实时传输。RTP协议在UDP协议之上同属传输层协议，不具备数据传输可靠性和拥塞控制机制。RTP协议封装TS流时为了减少网络抖动，同步发端和收端间的相对时间漂移设置了Time Stamp字节，它与TS流的PCR同步，产生于90Khz的参考时钟。每个RTP包含了1～7个TS包，放入RTP包负载中，还有12个字节的RTP包头，8字节的UDP首部，最短20字节的IP包头，经过层层封装，最终的数据链路层分组长度为188×7+12+8+20=1356字节。小于数据链路层协议最大数据包长度1500字节的限制，实际传输中的封包个数因情况而变，最多为7个TS包，多数情况为7个包，不够7个包的可以填充空包。

以下是基于IP的TS流传输的应用分析与研究案例。

1 在异地电视直播领域的应用

内蒙古自治区幅员辽阔，东西横跨距离达2400多公里，一般电视直播需要租用卫星资源，通过卫星车实现直播，但是成本较高，光缆干线在12个盟市都有部署，大部分旗县也有连通，有较好的光缆资源供使用，使用基于IP的网络直播传输方案实现低成本、高效直播的目标。首先将加嵌的HD SDI信号送入编码器并输出IP流，通过网络收发器送入网络公司光缆进行传输，本地电视台使用网络收发器和IP解码器解码输出SDI或直接使用IP流。对于链路的测试可使用支持IP的码流分析仪进行三级传输错误分析，只要确保没有一、二级错误就可以满足使用需求。

2 在有线电视系统基带传输部分的应用

传统的有线电视系统中，复用器的输入端有许多ASI输入接口，卫星接收机的输出信号直接到了复用器的输入端，设备间的连接电缆较多，系统庞大而且复杂。现在用千兆网络交换机替换以前的复用器，使用六类线作为网络传输介质，并且使用了IP QAM 调制器。现在使用复用器和电缆的数量大为减少，优化了系统架构。IP QAM 调制器对欲传输节目的复用、提取、排序更加灵活方便，而且便于对传输信号的实时监测。该架构可扩展性好，增加设备灵活。

传统的广电领域，为了高效利用频谱资源，通常编码完成后经复用为多节目传输流而后在信道里传输。如CCTV1、CCTV2、CCTV7、CCTV10电视节目复用为1 个包后通过卫星上行站上传到中星6B 卫星转发到全国。某个省有线网络公司接收该卫星上的CCTV1 节目时，会同时收到该节目包的所有节目，此时如果想分离出CCTV1 进而重新组合节目包时，必须加复用器进行筛选。如果使用基于IP 系统架构的有线网络时，卫星接收的下行信号经过交换机进入IP QAM 调制器输出到网络。此时需要卫星接收机具备多个单节目传输流的IP 接口。用来实现多节目传输流中的多个节目分别输出到不同IP 端口。如何实施这一过程？首先将需要的节目的视音频、PCR 包取出，把其他无用包过滤。解包的流程如同是在用一个PSI 信息处理器处理PSI 信息。先获得该节目中的PAT表，由PAT 表得到PMT 表的PID，再由PMT 得到节目中视频、音频、辅助数据等的PID 值，然后根据PID 从输入的传送流中分离出不同的数据流。同时根据PMT 表中的PCR_PID 找到该节目的PCR。提取出来的某路节目经IP 封装成单节目IP流。同一节目包里的所有节目可以分别设置不同的主机和端口实现按需访问和使用。

3 有线电视网络信号源异地备份的有效手段

有线电视网络公司的信号源主要有卫星和国干网两种主要方式，大多数节目只有卫星信号源，由于卫星下行信号易受到本地同频信号的干扰，导致接收信号突然中断，这种干扰解决起来比较棘手，往往具有很多不确定性。这样会造成前端机房的信号切换设备频繁切换到中央一套节目（没有备份信号源时，使用中央一套作为应急信号），给用户带来不佳体验，为此本文提出一种基于IP 传输的信号源有效备份手段。一般有线网络以环形网络部署，可将各地有线网络前端的复用器输出设置为不同的组播地址，并接入环网。欲将设置异地备份信号源的地区，在前端复用器中通过软件设置将异地节目作为备用节目源，输入组播地址并予以设置一定的切换条件。此种备份信号手段能有效解决由于本地接收的下行卫星信号受到干扰时，可及时通过切换使用异地的未干扰的卫星信号，是一种经济可行的技术手段，此外，也解决了由于本地下行接收设备故障引起的信号中断的情况，如下行天线、高频头、馈线、卫星接收机等设备故障时能有效避免信号中断产生的停播。

4 在监测系统中的应用

传统的广播电视监测是将监测输出的视频信号，通过视频监测信号采集卡采集，然后在多画面分割器上显示。若监测的节目套数较多时，这样的接收监测系统势必会庞大复杂。不同类型的信号首先通过解码器解码输出为AV 信号，才能进入多画面系统。这样的系统投资大，效果也不好，此时若将不同格式的信号在码流层进行IP 封装打包，之后送到交换机，监测画面主机通过网络接口在交换机上取流。封装打包在监测板卡上进行，通过不同类型的检测板卡可将CMMB、有线DVB-C、无线DTMB 等不同类型的信号，接入不同的监测打包卡输出到交换机，完成信号的集中采集。这种基于IP 的信号监测系统简单、可靠，无需解码器等硬件设备给监测系统带来方便灵活的监测手段。基于IP 的系统可实现视音频层、码流层、信道层的信号监测，传统的监测手段是不具备如此全面的监测的能力。

随着广播电视领域各种传输设备的接口IP化，基于IP 化的系统架构被广泛采用，传统的接口也在不断演进，相信未来IP 传输技术将会大有可为。