CN100471265C - 基于无源光网络的电视信号传输接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于无源光网络的电视信号传输接入方法及系统，其包括中心局端设备和客户端设备，中心局端设备有信源处理与发送设备和统计复用设备，客户端设备为客户终端机顶盒和用户接口设备；电视信源的射频输入、信源处理与发送设备、统计复用设备、无源光网络、客户终端机顶盒、用户接口设备依次相连，利用无源光网络下行方向的点对多点的拓扑结构实现电视信号的广播，以及无源光网络上行方向的多点到点的拓扑结构实现电视信号的频道切换，还允许用户通过本系统的机顶盒利用电视机上网。因此本发明综合了广播电视技术和宽带网络技术，利用无源光网络的网络为电视信号在网络上复用传输提供了一种新的高效多功能的方案。

Description

基于无源光网络的电视信号传输接入方法

技术领域

本发明涉及光纤通信网络技术和广播电视技术领域，特别是一种基于无源光网络的电视信号传输接入系统，该系统是在点到多点的无源光网络上实现电视信号从中心局端到客户端的传输接入。

背景技术

目前广播电视正在向数字化发展，国家广电总局于2001年11月采用了DVB—C作为有线数字电视的标准并计划在2010年基本实现数字化。传统有线电视传输系统难以实现数字电视的双向传输和地址选择，需要进行双向改造，花费较大。传统有线电视传输系统是基于同轴电缆，由于同轴电缆的带宽有限，难以承载多业务，且传统有线电视传输系统不支持IP协议，不利于实现最后一公里的“多网融合”接入。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于无源光网络的电视信号传输接入方法及系统。本系统实用性很强，其能够充分利用无源光网络的高带宽，点对多点结构及其数据传输特性来实现电视节目在IP宽带网络上的复用传输和频道切换，可以实现在无源光网络上高效地传输电视信号。

本发明采用如下的技术方案：

本发明提供的基于无源光网络的电视信号传输接入方法，其由m套中心局端设备和n套客户终端机顶盒组成，包括：基于无源光网络和TCP/IP网络协议实现电视节目的复用和传输，基于无源光网络和组播协议实现电视节目的频道点播，模拟电视信源的电视节目IP化处理，数字电视信源的电视节目IP化处理以及基于电视机的网络终端显示；m和n为大于或等于1的自然数。

本发明提供的基于无源光网络的电视信号传输接入系统，包括中心局端设备和客户端设备，中心局端设备有信源处理与发送设备和统计复用设备，客户端设备为客户终端机顶盒和用户接口设备。其中：电视信源的射频输入、信源处理与发送设备、统计复用设备、无源光网络、客户终端机顶盒、用户接口设备依次相连，利用无源光网络下行方向的点对多点的拓扑结构实现电视信号的广播，以及无源光网络上行方向的多点到点的拓扑结构实现电视信号的频道切换，构成基于无源光网络的广播式的电视信号传输系统。

本发明能够实现多路实时的电视信号(包括模拟电视信号和数字电视信号)，其通过无源光网络在中心局端设备与套客户终端机顶盒之间传输，每路电视信号最大允许带宽可达15Mbps，用户可进行实时的频道点播，从而为在无源光网络上实现全IP化的“多网融合”奠定重要基础。此外，用户还可以通过客户终端机顶盒和用户接口设备上网而无需外接计算机。

本发明的设计原理是：对模拟电视或数字电视信号进行透传式IP编码，利用千兆无源光网络(GEPON)的双向传输和智能交换的特性进行广播式传送以及电视频道实时点播，能有效克服传统有线电视传输网的不足。

无源光网络能较好支持IP协议，使得各种以IP为基础的业务都能在无源光网络上实现互通，从而成为全IP化“多网融合”的理想解决方案。无源光网络在下行方向上采用点到多点广播的拓扑结构，容易实现电视信号的广播，在上行方向采用多址接入，容易实现电视频道实时点播，因而非常适合广播电视信号的传输和接入。

因此，本系统综合了广播电视技术和宽带网络技术的优势，利用标准的编解码算法实现对电视信号的IP编解码以适合于网络传输；利用标准的网络协议实现电视信号的传输和选路；利用无源光网络的高带宽和树型的广播式结构实现电视信号的广播传输；利用无源光网络所融合的电视网和数据网实现利用客户终端机顶盒上网的功能，从而为电视信号在无源光网络上的传输接入提供了一个可靠高效多功能的方案。

附图说明

图1是基于无源光网络的电视信号传输接入系统结构的示意图。

图2是基于无源光网络的电视信号传输接入系统下行数据传输的示意图。

图3是基于无源光网络的电视信号传输接入系统上行数据传输的示意图。

图4是图1中的信源处理与发送设备2的结构示意图。

图5是图1中的客户终端机顶盒7的结构示意图。

图6是图4中的信源处理模块401的结构示意图。

图7是图5中的客户端信源解码设备502的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了基于无源光网络的电视信号传输接入系统。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

一.基于无源光网络的电视信号传输接入方法

其由m套中心局端设备和n套客户端机顶盒进行，包括：基于无源光网络和TCP/IP网络协议实现电视节目的复用和传输，基于无源光网络和组播协议实现电视节目的频道点播，模拟电视信源的电视节目IP化处理，数字电视信源的电视节目IP化处理以及基于电视机的网络终端显示；m和n为大于或等于1的自然数。具体见下述内容：

1.基于无源光网络和TCP/IP网络协议来实现电视节目的复用和传输：

中心局端的信源处理与发送设备2完成对电视信号信源处理，以适应在网络中传输和对处理后的信号封装成IP数据包；中心局端的统计复用设备3将多路电视信号的IP数据包输入端口分别和同一个输出端口划分成同一个虚拟局域网，并将该端口与无源光网络的光线路终端(OLT)4设备的业务盘的输入端口相连，从而实现多路电视信号的复用；复用后的电视信号通过光分配网络(ODN)5以点到多点广播形式传送到无源光网络的n个光网络单元(ONU)6，ONU将根据客户端的信源接受机顶盒发来的组播选台信号利用组播协议选取用户所需的一路或多路电视节目的IP数据包发送给客户终端机顶盒，实现用户的频道接收。

2.基于无源光网络和组播协议的电视频道切换：

每路电视信号都对应一个IP组播组，中心局端每个信源处理与发送设备都将该路电视信号IP数据包发往与之对应的IP组播组；客户终端机顶盒在收到用户的频道切换信息后会将换台信息映射成所要选的电视节目的IP组播组组播加入报文，发送到无源光网络的ONU 6；ONU 6在收到该IP组播组加入报文后将会更新其组播表，将客户端的IP地址从所要被换的电视节目的IP组播组中删去，加入到所选的电视节目的IP组播组中，如果该IP组播组不存在，则建立该IP组播组，ONU 6还将该IP组播组加入报文继续向上传送给无源光网络的OLT 4；OLT 4在收到该IP组播组加入报文后将会完成与ONU 6相同的更新组播表的操作，同时将该IP组播组加入报文继续向上传送给中心局端的统计复用设备3；中心局端的统计复用设备3收到该IP组播组加入报文后除了完成与ONU 6相同的更新组播表的操作外，还将向各个端口发成员查询包看被换的节目是否还有其它用户成员，如果没有收到客户端发来的任何成员报告包，则停止转发该组播组的电视信号IP数据包，删除该组播组；中心局端的统计复用设备3还会周期性地发送成员查询包，以确认是否某个组播组还有用户存在；如果在特定时间内没有收到客户端发来的任何成员报告包，则停止转发该组播组的电视信号IP数据包，删除该组播组。

在中心局端每路电视信号都被封装在IP数据包10中，并被分配一个相应的IP地址，统计复用设备3将复用多路电视信号的IP数据包11从一个网口发送到无源光网络的电视业务盘，无源光网络以点到多点的形式将多路电视信号IP数据包广播到所有ONU，客户端的信源接收机顶盒将从ONU中取出所要的一路电视信号的IP数据包12进行IP解包还原出原始电视信号，从而提供了一种利用TCP/IP协议和无源光网络实现多路电视信号的复用传输方法。

3.适用于网络传输的电视节目信源处理：

兼容模拟电视信源输入和数字电视信源输入。

模拟电视信源的电视节目IP化处理：对于模拟电视节目信源，模拟电视信源处理模块601将对其进行视音频A/D采样和符合DVB标准或MPEG-4标准的压缩编码，然后送到网络发送模块进行IP封包和发送，从而保证每路IP数据包只包含有一个电视节目的压缩编码后数据，有效地利用网络带宽，减少客户端的网络处理的数据量。

数字电视信源的电视节目IP化处理：对于数字电视节目信源，数字电视信源处理模块602先获取和分析多节目复用传输流的节目特定信息(PSI)；同时获得节目参考时钟(PCR)，以备输出校正，然后根据设定对某一路节目进行节目标识符(PID)过滤，最后对该路节目的音视频基本流PES再复用，同时重建节目特定信息PSI，校正PCR，输出单节目传输流；然后送到网络发送模块进行IP封包和发送，从而保证每路IP数据包只包含有一个电视节目的压缩编码后数据，有效地利用网络带宽，减少中心局端和客户端的网络处理的数据量。

4.基于电视机的网络数据显示

利用客户终端机顶盒将IP信号转换成为电视机的接口信号，利用电视机作为网络终端显示设备。

本发明提供的方法包括集成利用电视机的上网，其在客户端实现包括网页浏览和邮件接收，具体是：客户端的信源接收机顶盒集成了网页浏览器模块704，客户端的信源接收机顶盒浏览器需要访问一个网页，它利用HTTP协议与Web服务器建立连接，发送网页请求信息；机顶盒在接收到请求网页的IP数据包，把HTTP头信息和HTML文件内容传回给Web浏览器，Web浏览器解释收到的HTML文本的显示格式，最后通过机顶盒中的屏幕显示模块705将网页在电视机显示出来，从而允许用户利用客户终端机顶盒实现看电视和上网。

二.基于无源光网络的电视信号传输接入系统

本系统包括中心局端设备和客户端设备，中心局端设备有信源处理与发送设备和统计复用设备，客户端设备为客户终端机顶盒和用户接口设备。其中：电视信源的射频输入、信源处理与发送设备、统计复用设备、无源光网络、客户终端机顶盒、用户接口设备依次相连，利用无源光网络下行方向的点对多点的拓扑结构实现电视信号的广播，以及无源光网络上行方向的多点到点的拓扑结构实现电视信号的频道切换，构成基于无源光网络电视信号传输接入系统。各部件的连接关系请见下面结合附图的描述。

如图1所示：中心局端的信源处理与发送设备2上连电视节目采集器1的射频电视信号输入，下连中心局端统计复用设备3；中心局端统计复用设备上连中心局端的多路信源处理与发送设备2，下连无源光网络的中心局光线路终端(OLT)4的电视业务盘；客户终端机顶盒7上连无源光网络的光网络单元(ONU)6，下连用户的电视机8和用户接口设备9，包括遥控器，键盘和鼠标等。

由于中心局端的统计复用设备3同时复用多路电视信号，因而从逻辑结构上看该系统是多点对多点的传输。如图2所示，下行方向上主要数据流是电视信号的IP数据包。中心局端的m路信源处理与发送设备先对输入射频电视信号进行处理并封装为IP数据包10，统计复用设备将多路电视信号的IP数据包输入端口分别和同一个输出端口划分成同一个虚拟局域网，从而能复用多路信源处理和发送设备2传来的电视信号IP数据包成一路电视信号IP数据包11，并通过一个上联口与无源光网络的OLT 4的电视业务盘输入端口相连，然后通过无源光分支器ODN 5将复用的全部电视信号IP数据包11以点对多点的光功率分配的方式向其n个客户端广播电视信号IP数据包，客户端机顶盒将收到所需要的一路电视信号IP数据包12，实现复用的多路电视节目信源对多个用户的广播。m和n为大于或等于1的自然数。

而上行方向和下行方向是非对称的，因为下行方向是采用多点到多点的结构而上行则采用多点到点的多址接入结构。如图3所示，上行方向上的主要数据流是客户端的组播控制报文14。中心局端的统计复用设备3，无源光网络的OLT 4和ONU 6都支持因特网组管理协议IGMP，它们都维护着一张组播表，记录着各个电视信号组播组信息。每路电视信号都对应一个IP组播组。中心局端每个信源处理与发送设备都将该路电视信号IP数据包发往与之对应的IP组播组；客户端的每个信源接收机顶盒将根据组播协议从所选电视节目的IP组播组获得IP数据包12。客户终端机顶盒7接收到用户频道切换信号并转化成组播组加入报文13发往无源光网络的ONU 6，ONU 6收到组播组加入报文后利用组播协议对其组播表进行更新，并将该组播组加入报文13不加修改地继续上行到无源光网络的OLT 4。OLT 4根据组播组加入报文对其组播表进行更新，并最终将该组播组加入报文发送到中心局端的统计复用设备3。中心局端的统计复用设备也根据组播组加入报文更新其组播表，从而实现多个用户与单个统计复用设备3的组播通信。。

如图4所示：本系统的中心局端的信源处理和发送设备2由信源处理模块401和网络发送模块402组成。信源处理模块401完成对输入的射频电视信号转换成单节目的传输流。网络发送模块402利用TCP/IP网络协议栈完成对单节目的传输流IP封包，并发送到中心局端的统计复用模块在网络上传输。

如图5所示：本系统的客户终端机顶盒7由网络接收模块501和信源解码模块502组成。网络接收模块501接收来自无源光网络的IP数据包，利用TCP/IP协议对其进行IP解包后还原出传输流或HTML文本数据输出到信源解码模块。信源解码模块502完成将对各种信号进行解码还原成可以在电视机上显示的信号。

如图6所示，信源处理模块401可以由模拟电视节目信源处理模块601和数字电视节目信源处理模块602组成。模拟电视节目信源处理模块601完成将射频信号中的模拟信源部分转化为可以在网络上传输的压缩编码信号，它可由模拟信源射频接收器，视音频采样器MPEG—2编码器和MPEG—4编码器构成。当输入为模拟电视信号时，模拟信源射频接收器603用于接收并调谐电视台的射频输入信号，输出的复合视频基带信号和视频声音提取信号输入视音频采样量化器604，经采样量化后输出到MPEG—2视频编码器605进行MPEG—2视音频编码压缩或输出到MPEG—4视频编码器606进行MPEG—4视音频编码压缩，最后将压缩编码信号送到网络发送设备。数字电视节目信源处理模块602完成将射频信号中的数字信源部分转化为多个单节目的传输流，它可由数字信源射频接收器，多节目复用传输流解复用器和节目PES再复用器构成。当输入为数字电视信号时，数字信源射频接收器607接收并锁定频点上的多节目复用传输流，输出到多节目复用传输流解复用器608按节目标识符(PID)对节目进行过滤，然后输出到节目视音频打包基本流(PES)再复用器609，重建节目特定信息(PSI)，校正节目参考时钟(PCR)，最后将单节目传输流发到网络发送设备。

如图7所示：客户终端机顶盒6的信源解码模块502可由条件接收器701、MPEG—2解码器702、MPEG—4解码器703，网页浏览器704，屏幕显示编码器705和用户接口设备706组成。当输入为数字电视信号时，信号先通过条件接收器701进行解密和解扰，输出原始传输流到MPEG—2解码器702进行解码，解码后的电视信号通过屏幕显示编码器705生成能在电视机屏幕上显示的信号，最后输出到用户的电视机显示。当输入为MPEG—2压缩编码信号时，信号可直接输出到MPEG—2解码器702进行解码，解码后的电视信号通过屏幕显示编码器705生成能在电视机屏幕上显示的信号，最后输出到用户的电视机显示。当输入为MPEG—4压缩编码信号时，信号先输出到MPEG—4解码器703进行解码，解码后的电视信号通过屏幕显示编码器705生成能在电视机屏幕上显示的信号，最后输出到用户的电视机显示。当输入是HTML文本数据时，信号先通过网页浏览器解释成可显示的信号，再通过屏幕显示编码器在用户的电视机上显示。用户接口706设备完成接收用户遥控的选台信号，键盘和鼠标的输入信号，进行解码，将用户输入结果通过屏幕显示编码器在用户的电视机上显示，将输入信息输出到网页浏览器转化成网页请求信息发往网络接收设备，并将选台信号发往客户端的网络接收设备。

三.基于无源光网络的电视信号传输接入系统的应用

1.本系统利用无源光网络为电视信号在网络上复用、传输和切换。

2.本系统允许用户通过本系统的客户终端机顶盒利用电视机上网。

上述实施方式仅限于对本发明的进一步说明，并不构成对本发明技术方案的限定。

下面结合附图简述本发明的工作过程：

如图1所示，在中心局端，电视节目采集器1接收来自电视台的射频信号，传给信源处理与发送设备2；对于模拟射频电视信号，信源处理与发送设备2先对其进行采样量化和MPEG2/4编码形成传输流，然后将传输流封装在IP数据包中通过百兆网口发送到统计复用器3；对于数字射频电视信号，信源处理与发送设备2先从多节目复用的传输流中还原出单节目的传输流，然后将传输流封装在IP数据包中通过百兆网口发送到统计复用器3；统计复用器3从多个百兆网口接收电视节目IP数据包复用后从一个千兆网口发送到无源光网络上传输。在客户端，客户终端机顶盒7从其百兆网口接收来自无源光网络的一路组播电视节目IP数据包，先从IP数据包中取出传输流，然后对其解码和屏幕显示编码，最终在用户的电视机8上显示；客户终端机顶盒7的红外接收模块接收用户的频道切换信号并转换成组播组切换信号通过机顶盒的百兆网口发送到无源光网络，通过组播协议实现频道切换；客户终端机顶盒还将从其百兆网口接收来自无源光网络的单播网页数据，实现网页浏览。

Claims (1)

1.一种电视信号传输接入方法，其特征是一种基于无源光网络的电视信号传输接入方法，其由中心局端设备和n套客户终端机顶盒组成，包括：基于无源光网络和TCP/IP网络协议实现电视节目的复用和传输，基于无源光网络和组播协议实现电视节目的频道点播，模拟电视信源的电视节目IP化处理，数字电视信源的电视节目IP化处理以及基于电视机的网络终端显示；n为大于或等于1的自然数，具体见下述内容：

1)基于无源光网络和TCP/IP网络协议实现电视节目的复用接入和传输：

由中心局端的m套信源处理与发送设备完成对m套电视频道信源的IP化处理并将处理后的信号按电视频道标识封装成IP数据包；中心局端的统计复用设备将多路电视信号的IP数据包输入端口分别和同一个输出端口划分成同一个虚拟局域网，并将该端口与无源光网络局端OLT即光线路终端设备的业务输入端口相连，实现多路电视信号的复用接入；所有复用后的电视信号通过无源的ODN即光分配网络的光纤分路器以点到多点广播形式传送到无源光网络的n个ONU即光网络单元，ONU将选取用户所需的一路或多路电视节目的IP数据包发送给客户终端机顶盒；m和n是大于1的自然数，

2)基于无源光网络和组播协议的电视频道切换：

每路电视信号都对应一个IP组播组，中心局端每个信源处理与发送设备都将该路电视信号IP数据包发往与之对应的IP组播组；客户终端机顶盒在收到用户的频道点播信息后会将换台信息映射成所要选的电视节目的IP组播组组播加入报文，发送到无源光网络的ONU；ONU在收到该IP组播组加入报文后将会更新其组播表，将客户端的IP地址从所要被换的电视节目的IP组播组中删去，加入到所选的电视节目的IP组播组中，如果该IP组播组不存在，则建立该IP组播组，ONU还将该IP组播组加入报文继续向上传送给无源光网络的OLT；OLT在收到该IP组播组加入报文后将会完成与ONU相同的更新组播表的操作，同时将该IP组播组加入报文继续向上传送给中心局端的统计复用设备；中心局端的统计复用设备收到该IP组播组加入报文后除了完成与ONU相同的更新组播表的操作外，还将向各个端口发成员查询包查看被换的节目是否还有其它用户成员，如果没有收到客户端发来的任何成员报告包，则停止转发该组播组的电视信号IP数据包，删除该组播组；中心局端的统计复用设备还会周期性地发送成员查询包，以确认是否某个组播组还有用户存在；如果在特定时间内没有收到客户端发来的任何成员报告包，则停止转发该组播组的电视信号IP数据包，删除该组播组，

3)数字电视信源的电视节目IP化处理：

利用数字电视信源处理模块对其进行多节目复用传输流解复用，获取和分析多节目复用传输流的节目特定信息；同时获得节目参考时钟，以备输出校正；接着根据设定对某一路节目进行节目标识符过滤，最后对该路节目的节目视音频打包基本流再复用，同时重建节目特定信息，校正节目参考时钟，输出单节目传输流；然后送到网络发送模块进行IP封包和发送，从而保证每路IP数据包只包含有一个电视节目的压缩编码后数据，有效地利用网络带宽，减少中心局端和客户端的网络处理的数据量，

4)基于电视机的网络终端显示：

利用客户终端机顶盒将电视频道的IP信号转换成为电视机的接口信号，利用电视机作为网络终端显示。

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