引言
我国有线电视网络至今已经过了二十多年的发展与变迁，从无线发射和接收的模拟时代走来，到全数字化、高清化，前端系统的设备更替和架构转换也经历了从摸索、模仿到不断引进技术、推陈出新。目前在全国各省市基于数字技术搭建的有线电视前端系统大多都运行在基于ASI接口的架构之上，即使在编码复用的内部连接上使用的是IP，在复用设备的出口一般也是采用ASI输出的形式。该形式实现简单，接口牢靠，所以为大多数广电、有线运营商所青睐。但是随着高清产业的日趋成熟，4K技术在各重大赛事、晚会上的大显身手，更有日本宣布将在2020年全程以8K技术对奥运会进行直播。如此一来，对我们有线电视网络从前到后都提出了一个新的课题甚至是挑战，如何在满足现有互动电视、视频直播、宽带业务的同时，对现有架构进行技术升级，一举将现有系统的结构复杂、信号调度不灵活、升级扩容困难等问题一并解决，同时又能从容应对未来的技术发展。如此，以IP作为整个架构的核心的思路便浮出水面。IP化后的有线电视前端系统从信源输入、信号调度、信号监测、冗余方案、码率休整、带宽利用率等各个方面的性能均能得到显著提升。同时，遵循“高可用、高质量、高效率、高管控”的四高原则，具备“实用性、开放性、先进性、扩展性”的四性要求。讲求安全第一，特别是网络化后的安全，做到不安全不可用；通过技术的深化，在设计上注重流程的优化和网络数据间的互联互通；设计按照当前行业标准和行业规范进行，并与今后的发展相联系。
基于IP架构的总控系统设计
要谈及IP架构的设计，就要从节目源的发起谈起，从对总控系统的改造谈起。从源头开始层层递进，自上而下的对系统进行IP化的改造，如此，等到到有线电视前端系统改造之时便能水到渠成，一以贯之。
总控系统是节目播出、传送、信号交换的重要环节和枢纽，负责对全台的信号进行调度，同时也对信号本身质量进行调整和处理，在紧急情况下对信号进行紧急处理，是全台信号调度和处理的关键和核心，对全台安全播出有着极其重要的地位。如果采用Evertz的基于10Gbps以太网核心架构及SDVN设计理念（Software Defined Video Networking的缩写，即软件定义的视频网络）而生的IP矩阵，不仅提供了一种灵活的、无关格式的产品，更可可轻松支持4K、8K视频，兼顾所有IP的灵活性与基带的可靠性。
SDVN中除IP架构的硬件，还有矩阵管理、路由控制、设备和信号监控等一系列软件解决方案，SDVN实现了“硬件承载业务”向“软件承载业务”转变，在超大硬件带宽已经得到保证的前提下，各种信号和业务都可以在IP网络中传输，相关的控制和管理都由软件实现，业务做出调整时不再需要将注意力放在硬件的调整上，只要调整软件以适应业务即可。
SDVN的主要特征：
•目前支持10Gbps网路，未来支持100Gbps网路
未压缩：
•未经压缩的视频信号
•视频在以太网中的传输采用封装的方式
•1个10GE单通道链路上支持6路HD信号
•10GE端口以太网交换机
•IPX单卡（64端口开关）相当于 384x384规模
•最大可支持交换规模13000+ x 13000+
压缩：
•使用 JPEG2000编码协议，高达10:1压缩比，几乎无损的特性
•1个10GE单通道链路上可调制传输高达60路HD信号
•10GE端口以太网交换机
•IPX单卡（64端口开关）相当于 3840x3840规模
•最大可支持交换规模130000+ x 130000+
相关协议：
•视频流的数据协议采用标准的MPEG2 TS UDP／IP组播地址协议
•音频流数据的协议采用UDP / IP的TS组播地址协议
•开关切换使用标准evertz路由协议（Quartz IP协议）
•路由通过简单的SRC到DST的切换完成
基于IP架构的有线电视前端系统设计
有线电视前端一般可以分为信源接收、信源处理和调制输出三大系统。由于在总控部分我们已经解决了信源IP化的问题，所以到了前端部分，如果仍旧是支持SDI输入的编码器，我们可以通过IP-SDI的互转网关对信源进行解封装而后取而用之。如果是支持IP输入的编转码设备，则可直接将信源取而用之。在编转码设备侧，我们根据实际需要采用1+1、N+M等多种冗余架构，将实时输出的编码码流送至汇聚交换机，而后根据需要，进行一般复用或统计复用，再输出IP至下一级核心交换或IPQAM。
通常网管系统中保存编码输出的TS流（SPTS）与IP组播地址间的映射关系， 当编码模块一发生故障的时候，网管系统首先将故障编码模块的输入信号通过矩阵切换到备份编码模块的输入，同时网管将故障编码模块的参数发送到备份编码模块中，并将IP组播地址间的映射关系也映射到备用编码模块上，备用编码模块启用，并通过其所在的编码机箱将编码后的码流，通过IP传送到主、备两台交换机中，完成切换过程，故障编码模块停止编码与输出。
编码器整机切换机制也大体一致，网管将故障编码器整机涉及到的所有编码模块的输入切换到备用的VPC，备用机的硬件模块配置应该和故障机一样或是不少于故障机，这样才能实现整体切换。同时将故障机器所有模块的配置参数发送到备份机器中，输出也映射到备份机器中，从而完成整机的切换。
采用这样的视频处理平台设备上所带的千兆GE输入输出端口都支持1+1的冗余备份，支持端口镜像；支持跨机箱的模块冗余切换和整机的冗余切换备份，冗余切换手段完备、灵活。
再如采用1+1的冗余架构，最重要的就是末级的二选一倒换开关。1台码流倒换器满配8对IP切换License，每个License支持1路二选一组播（可支持断电直通）。来自2台复用器输出的4至6路主备MPTS流，2个为一组通过一个二选一模块进行码流检测和监控，输出安全的IP码流至下一级传输设备。
智能切换器可以时刻监测输入的MPTS信号，无缝切换至质量好的MPTS信号，可以设定不同的自动或手动切换方式，用户还可以自定义切换的条件完成信号的切换。可以避免数字电视信号播出中断。
可配置的切换条件：
一级告警
TS 同步丢失, 同步字节错误, PAT 间隔, PAT on PID 0, PAT 加扰, PMT 间隔, PMT 加扰, PID 音视频错误, 等等
二级告警
传输错误, 校验码错误, PCR 间隔, PCR 连续, PCR 精确度, PTS 间隔, CAT 丢失, 等等.
三级告警
NIT Actual 间隔, NIT Other 间隔, SDT actual 间隔, SDT Other 间隔, EIT Actual P/F 间隔, TDT 间隔, 等等
高级告警参数
PID 最大/最少码率, 填充最大/最少码率, 节目存在, allowed PID, scrambled PID等.
切换策略
1， Main / Spare（主/备）模式
备路正常，主路错误，切换到备路
一旦主路回复，立即切换到主动，不管备路是好是坏。
2， Redundancy（冗余模式）
一直保留在当前，只要输入是安全的。
如果当前的有错误，立即切换到另一路两路输入是平等。
3， Manual（手动模式）
保持当前路，即使当前路由错误，完全手动切换
总结
本文介绍了有线前端IP化系统设计理念与实现方案。通过这样的设计，从信源采集到前端分发能够形成一套完整的IP链路，并且可以通过对IP组播的灵活调度为下游业务部门提供多种可供选择的信号。同时这样的设计也不失安全性与稳定性，加之还能与原系统无缝衔接，想必未来的有线发展道路上必然有其用武之地，其也必定能为广播电视事业的蓬勃发展奠定更坚实的技术基石。