引言
我國有線電視網絡至今已經過了二十多年的發展與變遷，從無線發射和接收的模擬時代走來，到全數字化、高清化，前端系統的設備更替和架構轉換也經歷了從摸索、模仿到不斷引進技術、推陳出新。目前在全國各省市基于數字技術搭建的有線電視前端系統大多都運行在基于ASI接口的架構之上，即使在編碼復用的內部連接上使用的是IP，在復用設備的出口一般也是采用ASI輸出的形式。該形式實現簡單，接口牢靠，所以為大多數廣電、有線運營商所青睞。但是隨著高清產業的日趨成熟，4K技術在各重大賽事、晚會上的大顯身手，更有日本宣布將在2020年全程以8K技術對奧運會進行直播。如此一來，對我們有線電視網絡從前到后都提出了一個新的課題甚至是挑戰，如何在滿足現有互動電視、視頻直播、寬帶業務的同時，對現有架構進行技術升級，一舉將現有系統的結構復雜、信號調度不靈活、升級擴容困難等問題一并解決，同時又能從容應對未來的技術發展。如此，以IP作為整個架構的核心的思路便浮出水面。IP化后的有線電視前端系統從信源輸入、信號調度、信號監測、冗余方案、碼率休整、帶寬利用率等各個方面的性能均能得到顯著提升。同時，遵循“高可用、高質量、高效率、高管控”的四高原則，具備“實用性、開放性、先進性、擴展性”的四性要求。講求安全第一，特別是網絡化后的安全，做到不安全不可用；通過技術的深化，在設計上注重流程的優化和網絡數據間的互聯互通；設計按照當前行業標準和行業規范進行，并與今后的發展相聯系。
基于IP架構的總控系統設計
要談及IP架構的設計，就要從節目源的發起談起，從對總控系統的改造談起。從源頭開始層層遞進，自上而下的對系統進行IP化的改造，如此，等到到有線電視前端系統改造之時便能水到渠成，一以貫之。
總控系統是節目播出、傳送、信號交換的重要環節和樞紐，負責對全臺的信號進行調度，同時也對信號本身質量進行調整和處理，在緊急情況下對信號進行緊急處理，是全臺信號調度和處理的關鍵和核心，對全臺安全播出有著極其重要的地位。如果采用Evertz的基于10Gbps以太網核心架構及SDVN設計理念（Software Defined Video Networking的縮寫，即軟件定義的視頻網絡）而生的IP矩陣，不僅提供了一種靈活的、無關格式的產品，更可可輕松支持4K、8K視頻，兼顧所有IP的靈活性與基帶的可靠性。
SDVN中除IP架構的硬件，還有矩陣管理、路由控制、設備和信號監控等一系列軟件解決方案，SDVN實現了“硬件承載業務”向“軟件承載業務”轉變，在超大硬件帶寬已經得到保證的前提下，各種信號和業務都可以在IP網絡中傳輸，相關的控制和管理都由軟件實現，業務做出調整時不再需要將注意力放在硬件的調整上，只要調整軟件以適應業務即可。
SDVN的主要特征：
•目前支持10Gbps網路，未來支持100Gbps網路
未壓縮：
•未經壓縮的視頻信號
•視頻在以太網中的傳輸采用封裝的方式
•1個10GE單通道鏈路上支持6路HD信號
•10GE端口以太網交換機
•IPX單卡（64端口開關）相當于 384x384規模
•最大可支持交換規模13000+ x 13000+
壓縮：
•使用 JPEG2000編碼協議，高達10:1壓縮比，幾乎無損的特性
•1個10GE單通道鏈路上可調制傳輸高達60路HD信號
•10GE端口以太網交換機
•IPX單卡（64端口開關）相當于 3840x3840規模
•最大可支持交換規模130000+ x 130000+
相關協議：
•視頻流的數據協議采用標準的MPEG2 TS UDP／IP組播地址協議
•音頻流數據的協議采用UDP / IP的TS組播地址協議
•開關切換使用標準evertz路由協議（Quartz IP協議）
•路由通過簡單的SRC到DST的切換完成
基于IP架構的有線電視前端系統設計
有線電視前端一般可以分為信源接收、信源處理和調制輸出三大系統。由于在總控部分我們已經解決了信源IP化的問題，所以到了前端部分，如果仍舊是支持SDI輸入的編碼器，我們可以通過IP-SDI的互轉網關對信源進行解封裝而后取而用之。如果是支持IP輸入的編轉碼設備，則可直接將信源取而用之。在編轉碼設備側，我們根據實際需要采用1+1、N+M等多種冗余架構，將實時輸出的編碼碼流送至匯聚交換機，而后根據需要，進行一般復用或統計復用，再輸出IP至下一級核心交換或IPQAM。
通常網管系統中保存編碼輸出的TS流（SPTS）與IP組播地址間的映射關系， 當編碼模塊一發生故障的時候，網管系統首先將故障編碼模塊的輸入信號通過矩陣切換到備份編碼模塊的輸入，同時網管將故障編碼模塊的參數發送到備份編碼模塊中，并將IP組播地址間的映射關系也映射到備用編碼模塊上，備用編碼模塊啟用，并通過其所在的編碼機箱將編碼后的碼流，通過IP傳送到主、備兩臺交換機中，完成切換過程，故障編碼模塊停止編碼與輸出。
編碼器整機切換機制也大體一致，網管將故障編碼器整機涉及到的所有編碼模塊的輸入切換到備用的VPC，備用機的硬件模塊配置應該和故障機一樣或是不少于故障機，這樣才能實現整體切換。同時將故障機器所有模塊的配置參數發送到備份機器中，輸出也映射到備份機器中，從而完成整機的切換。
采用這樣的視頻處理平臺設備上所帶的千兆GE輸入輸出端口都支持1+1的冗余備份，支持端口鏡像；支持跨機箱的模塊冗余切換和整機的冗余切換備份，冗余切換手段完備、靈活。
再如采用1+1的冗余架構，最重要的就是末級的二選一倒換開關。1臺碼流倒換器滿配8對IP切換License，每個License支持1路二選一組播（可支持斷電直通）。來自2臺復用器輸出的4至6路主備MPTS流，2個為一組通過一個二選一模塊進行碼流檢測和監控，輸出安全的IP碼流至下一級傳輸設備。
智能切換器可以時刻監測輸入的MPTS信號，無縫切換至質量好的MPTS信號，可以設定不同的自動或手動切換方式，用戶還可以自定義切換的條件完成信號的切換?？梢员苊鈹底蛛娨曅盘柌コ鲋袛?。
可配置的切換條件：
一級告警
TS 同步丟失, 同步字節錯誤, PAT 間隔, PAT on PID 0, PAT 加擾, PMT 間隔, PMT 加擾, PID 音視頻錯誤, 等等
二級告警
傳輸錯誤, 校驗碼錯誤, PCR 間隔, PCR 連續, PCR 精確度, PTS 間隔, CAT 丟失, 等等.
三級告警
NIT Actual 間隔, NIT Other 間隔, SDT actual 間隔, SDT Other 間隔, EIT Actual P/F 間隔, TDT 間隔, 等等
高級告警參數
PID 最大/最少碼率, 填充最大/最少碼率, 節目存在, allowed PID, scrambled PID等.
切換策略
1， Main / Spare（主/備）模式
備路正常，主路錯誤，切換到備路
一旦主路回復，立即切換到主動，不管備路是好是壞。
2， Redundancy（冗余模式）
一直保留在當前，只要輸入是安全的。
如果當前的有錯誤，立即切換到另一路兩路輸入是平等。
3， Manual（手動模式）
保持當前路，即使當前路由錯誤，完全手動切換
總結
本文介紹了有線前端IP化系統設計理念與實現方案。通過這樣的設計，從信源采集到前端分發能夠形成一套完整的IP鏈路，并且可以通過對IP組播的靈活調度為下游業務部門提供多種可供選擇的信號。同時這樣的設計也不失安全性與穩定性，加之還能與原系統無縫銜接，想必未來的有線發展道路上必然有其用武之地，其也必定能為廣播電視事業的蓬勃發展奠定更堅實的技術基石。