南京有线数字电视监测系统的构建.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除1 引言数字电视整体转换实现了有线电视传输和终端接收的数字化，使得有线网络能提供更多服务。由于数字电视传输的节目形态和数量大大增加，系统的先进性和复杂度大大提高，同时新形势下党和政府对广播电视安全播出和传输的要求在不断提高，人民群众对数字电视内容和质量的期望也在日益提高，这些都要求数字电视运营者用新的思路、新的技术和方法，解决有线数字电视监测的问题，实现数字电视质量、内容、安全的全面监测，提高运维人员的快速响应和主动维护能力，提高网络运营商的安全传输能力和用户服务质量。2 数字电视系统监测的基本要素 对于DVB系统，ISO/IEC 13818-4定义了比特流一致性的测试， ETSI TR 101 209定义了各种传输链路和流的参数及测量方法，在构建数字电视监测系统时可以依据和参考这两个标准。 数字电视监测的目的在于对传输的信号和各种服务进行有效的监视和比对，使运维人员能够快速地发现并解决问题。监测的内容主要有信号的传输质量和传输安全两个方面。数字电视监测和数字电视测量是不同的：数字电视测量是高精度、非实时、非闭环、单点少量的；数字电视监测是适当精度、实时、闭环（产生信号控制），多点大量的，因此使用的设备和实现方法是不一样的。数字电视监测的过程是在服务状态下实时获取表示系统和链路状态的主要参数并与设定的正常值比对，输出相关指令。数字电视是一种端到端的服务，因此监测的范围应该是全链路的。 典型的有线数字电视传输链路主要分为三个部分：信号接收的传输信道部分、码流处理的核心系统部分及信号播出的传输信道部分。2.1信号接收的传输信道部分 由于信道（上下行的大气空间）的不稳定性、开放性和不可控性，卫星传输信道部分是安全和质量监测的重点和难点。 目前卫星传输的数字信号主要采用DVB-S标准、QPSK调制方式传输，表征传输质量的参数有十几个，许多参数是相关联且可推算的，主要的监测参数有：（1） IF信号功率：也称为载波电平，他反映了从卫星下行转发器到卫星接收机中频输入端之间的传输系统和链路的传输损耗情况。监测取样点一般选择卫星地面站的下变频器出口的IF信号。（2） 比特误码率（BER）：一定的时间内错误比特和总的传输比特之间比值，它是衡量传输链路质量的一个主要参数：为了加强抗干扰能力，卫星数字传输采用多重纠错编码级联方式传输，与有线数字传输相比增加了一级卷积编码，接收端相应也采用多重解码器级联，相对应的是维特比解码器。为了准确地了解传输链路的质量，建议选取维特比解码前的BER，而不是选择RS解码前或后的BER作为监测参数。卫星信道在维特比解码前的BER典型值为710-2到10-2经过维特比解码纠错后可以达到210-2或更低的误码率。RS前的BER不能直接反映信道情况。（3）调制误差率（MER）：调制误差率是理想信号的矢量幅度于实际信号的误差矢量幅度之比，其中误差矢量幅度是指实际信号的矢量偏离理想信号矢量的距离，它是传输链路引入的噪声干扰和传输设备各种失真的总和。调制误差率指明了接收信号的品质因数，MER测量有两个测试点：均衡校正之前和之后。均衡校正是为了校正下变频器接口的回拨失真及链路内直到测量点的线性失真，经过均衡校正后这种失真已经改善了很多，想要了解链路的真实的情况，建议选取均衡之前的MER值。 （4）发送端符号率时钟：发送端符号率时钟是由发端系统时钟构建的。发送端符号率时钟误差将影响将影响接收端的PLL的同步，造成诸如PCR的不准，从而影响接收解码器输出的信号质量。符号率时钟参数有抖动、精度、飘移等，每一个发送端设备的晶振频率不可能完全一致，因此系统时钟及符号率时钟也必然不同，在实际运用中可以对发送端符号率偏离量实时监测比对，以判断发端设备是否改变了，这是一个很有效的判断非法插播的监测手段。2.2码流处理的核心系统部分 核心系统的码流处理包括对TS流处理的各个环节：复用、再复用、统计复用及码率修正、加扰、加入EPG等各种服务信息。由于节目重组和处理，这部分会对TS流的各种表信息、每个节目的PID、每个节目的码率、表头的某些字段、节目的PCR值等多个参数进行修改重组，这些变动的正确与否对机顶盒能否正确解码至关重要。这部分监测的重点有两个方面：（1） 三个优先级的监测 ETSI TR101 290规定TS流测试分为三级优先级，共计22项。这是码流监测的基本依据。第一优先级有6个基本参数;传输流通同步丢失、同步字节出错、节目关联表出错、连续计数出错节目映射表出错、包标识符出错，这些是正确解码的必要条件，需要在关键点实时监测分析。 第二优先级为连续或定期的监测参数，共有以下6项：传输出错、循环冗余校验、节目时钟参考出错，其中有些参数如PCR相关的几个参数如果偏离较大，将影响机顶盒的正确解码，需要进行实时监测分析。 第三优先级为应用相关的监测参数，共有以下10项：网络信息表出错，业务信息重复错误，缓冲器出错，非基准PID、业务表述表出错、事件信息表出错、运行状态表出错、时间和日期表出错、空缓冲器出错、数据延时出错，测量点在卫星解调后的TS流，这些参数可以不列入实时监测，测量点在各种业务插入后的QAM调制后的输出TS流，其中部分参数要进行实时监控。（2） 多点实时取样、重点分享比对 从处理过程看，监测取样点越多越能反映TS流处理中的变化，一般可以选取：卫星解调后的TS流，通过监测分析出错情况结合QPSK的射频指标判断卫星传输链路的可用性，再复出或统计复用后的TS流，复用后节目重新组合，节目的PCR值会改变，码流可能也会调整，重点监测分析表信息和PCR的出错情况判断系统设备好坏，EPG插入和CA加扰后的TS流，应重点监测分析SI定义的各个表的出错情况，加扰的出错情况，QAM调制后的TS流，它反映了整个系统的工作状态和可用性，RF的取样点越接近用户端越能反映整个CATV链路的情况。取样点越多成本就越高，但是越有利于维护和快速发现、解决问题，这需要根据实际情况来平衡解决，至少对QAM调制后的TS流要有完整的监测手段。2.3信号播出的传输信道部分 信号播出的传输信道部分是指从数字电视前端混合出口到用户机顶盒之间的链路。典型的HFC链路，一般都是两级光假一级点的传输方式，从网络的拓扑结构来看，多采用星型加树型结构。、传输信道的监测对象主要是QAM调制后的射频指标，与卫星传输的数字信号相似，有限数字电视多采用DVB-C标准，表示传输质量的参数有十几个，许多参数是相关联且可推算的，关注的主要参数有：（1） 信号功率俗称“载波电平”，严格定义是带内平均率电平，它反映了从QAM调制器到用户机顶盒输入端之间的传输系统和链路的传输损耗情况。（2） BER的定义和数字卫星传输一样，不同的是有限电缆系统的封闭性及稳定性好，没有采用卷积编码环节，因此监测选取RS解码前的BER直接反映信道情况，正常情况下应优于10-4.（3）MER反映了传输链路引入的噪声干扰和传输设备的各种失真总和，指明了接收信号的品质因数。MER要测量均衡校正之前的值，以获取链路真实的情况，实际操作只要把测量设备的加均衡选项关闭即可。MER值的测量精度及测试上限值与测试仪器的优劣有很多关系，质量较好的前端系统如果用较好的仪器在加均衡后可以测试到40dB以上。 （4）星座图显示：星座图很直观地显示QAM信号的各种损伤，包括随即噪声，相位噪声，干扰，IQ分量不平衡等，这是一种观察法的检测辅助手段，它不能生成直接的监测数据。 总前端出口设置取样点是必须的，它反映了系统出口的整体指标。全网的监测取样点如果在用户机顶盒输入端最理想，但实际很难做到，如果选取在楼栋放大器也很难实现，一般网络都有几千或上万个楼栋放大器，折中的方法可以有选择的在1310光发的出口取样监测，可以兼顾点和面。2.4 数字电视系统的传输安全 传输的安全包括信号本身的安全和传输系统的安全。 信号的安全指通过传输链路送达用户端的节目信号必须是用户所预期的、受控的、完整的。在数字电视系统中由于其技术特点和外界因素，这种信号到达终端的非所预期性、不完整性和不受控性可能有两个原因导致：系统内差错和失误以及系统非法入侵。 为了保证信号的安全，理想情况下必须对传输的所有节目的所有特征参数进行监测，至少也要对重点参数实时监测，非法入侵信号的切换点一定会导致链路传输参数的突变（如电平、BER）。同时表示硬件特征的某些参数也会变化，可以利用这些参数的变化组合来判断入侵情况。传输系统的安全指传输设备的故障会导致节目部分不可用或完全不可用，需要对传输设备或系统的运行状态进行实时监测。绝大部分传输设备和系统都具有自己的网管系统，对内部软硬件的运行状态实时监测，并提供标准接口输出监测结果，可以充分加以利用。无论模拟电视还是数字电视，最终呈现给用户的是图像和声音，仅仅靠技术参数的测量并不能完全解决内容有没有、是什么、正常吗这几个问题，因此还要配合采用大屏显示，多画面分割的手段对反应图像声音异常（如静帧、黑场、马赛克、伴音异常）等主观评判的方式来解答。3 南京有线数字电视监测系统的构建3.1 主要实现目标实现数字电视从传输前端到传输网络的全区域、多环节和多功能监测；实现数字电视信号和业务的质量、内容、安全和服务完整监测；采用前端统一网管实现监测的自动、高效与智能处理。3.2 监测系统构成与组成监测系统逻辑结构分为三层，如图3所示（1） 数据采集层：采集传输链路质量参数、传输内容特征参数和系统设备状态参数。（2） 数据汇集层：对监测采集数据资源进行归一化处理。（3） 功能应用层：利用处理的数据，开发出实际运行需要的各种功能，如状态显示、数据查询、值班报表、出错报警等。3.3 监测系统的基本原理针对有线前端数字电视系统的完整链路，对信源接收、码流核心处理、QAM调制到光传输、局间站、二级站、光节点等环节完成卫星QPSK信号、TS信号、QAM信号采样监测、实现数字电视质量监测系统、内容监测系统和安全监测。监测系统的原理如图4所示。采用前端统一网管系统接收和采集数字电视各运行环节的监测数据和信息，进行统一处理并存储。利用处理的数据生成各种应用功能：状态显示、数据查询、值班报表、出错报警等。利用QPSK采集卡对卫星下变频后信号的传输参数进行采集、采用轮询加固定检测相结合的方法对所有的卫星节目传输情况进行监测。为了防范卫星信号的非法入侵，对所有接收的卫星信号进行一对一的实时监测分析，并具备手动和自动关断能力。核心处理平台采用基于IP技术的集成式新型系统、具备IP处理和GBE接口的特点，把多个MPTS按组播地址和端口号进行几十个IP组播组的封装，复合成为一个千兆的IP流，再通过GBE端口传输至千兆交换机，在交换机上开启组播组的请求，交换机把封装相应TS的组播IP包提取出来，送至IP监测设备，进行IP解包和TS的监测，实现对核心系统的各个环节TS层高效简捷的监测。系统的出口用QAM采集卡对QAN调制混合后RF信号的传输参数进行采集，也采用轮询加固定检测相结合的方法对所有的QAM信号和TS进行监测。对主要节目的QAM信号，采用一对一的固定实时监测分析，为了监测内容，采用多画面分割显示技术，在大屏上集中显示监测所有节目，给值班人员最直观的内容信息，在局建站和二级站以下部署了部分远端QAM监测模块，对RF信号传输特性，如电平，MER,BER,以及第一优先级的参数监测采样，通过IP通道回传至前端统一网管系统。为保证传输系统的运行安全，通过SNMP协议或代理技术将各个系统和设备的报错信息、各种事实日志信息采集到核心数据库，利用综合网管对所有传输系统和设备本身进行监控根据处理后的数据开发出监测和控制管理所需要的各种应用功能。值班人员通过综合网络管理系统提供的监测处理结果实现对数字电视传输的各个环节的质量、安全和内容的实时监测和分析，保证传输安全。4 南京有线数字电视监测系统的技术特点4.1采用前端统一网管实现监测的自动、高效与智能处理 统一网络系统可把各种设备和系统运行状态，信号的传输参数采集到统一的中央处理平台，进行分类，数据格式转换、过滤、存储、利用标准数据再进行应用功能开发，如前端系统网络拓扑显示、运行状态分级显示、出错报警提示、状态和参数的分类查询、日志和报表的生成，实现对前端系统和设备全面、快捷、高效的管理，4.2运用IP技术实现高效监测南京有线数字前端平台是基于IP技术的集成系统，系统具备IP组播与路由交换技术，可以直接实现基于UDP/IP的视音频节目的处理和路由调度，IP监测系统发送IGMP申请信息包给交换机，交换机将对应的UDP包发送给IP监测系统，IP监测系统顺序发送申请进行监测周而复始实现对所有封装的TS流的分析监测，与传统矩阵调度监测相比，降低了复杂度，减少了成本看，提高了监测效率。4.3监测模板比对（OCV,On-Content Validation）功能播出内容的验证时播出码流的安全和内容监测的必要内容，采用特征参数模板比对技术是实现这一要求的技术手段。预存和的比对的参数有：网络参数、TS参数、服务参数、以及所有服务或节目的PID号。监测系统实时读取在线传输流中的信息，并根据要求存储为相应的比对模板，OCV系统启动后，在线读取码流信息并和预存的模板进行比较，一旦发现差异，立即给出报警，给功能对于数字电视系统的信号安全和传输系统的安全有非常重要的意义。4.4 CA控制字验证和监测通过对CA控制字变化的监测，可防止CA的失效，保证TS加扰的安全可靠性，维护运营商河合法用户的基本权