CN100521768C - 一种以太无源光网络承载数字高清电视节目的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以太无源光网络系统承载高清电视节目的处理方法。本发明主要是将EPON系统中的光网络单元/光网络终端(ONU/ONT)的用户接口直接和机顶盒(STB)系统相连接，完成下行数字高清信号的接收和上行信号的发送，在光链路单元(OLT)中，DVB和IPTV两种视频业务承载于不同波长上，保持其协议的透明。本发明使得EPON系统能够支持DVB、IPTV两种高清节目的传送方式，灵活的实现数字高清电视节目的广播和点播等业务。此外系统可以使用无源光网络技术中的动态带宽分配(DBA)、服务质量保证(QOS)等技术以提高带宽利用率和业务传送质量。
Description
技术领域
本发明涉及光网络通信技术和多媒体技术领域，尤其涉及一种以太无源光网络中承载数字高清电视节目的方法。
背景技术
在当前主流的接入技术中，传统的有线电视网络是专为传送广播电视业务而开发的，要实现诸如视频点播、Internet等交互式业务的传输，就要对现有的有线电视光纤/同轴电缆混合网(HFC)进行双向化改造。目前，HFC双向改造有多种技术，主要的方法是采用双向HFC+Cable Modem的方式，也就是把原有CATV系统中的低端频率用作回传，实现非对称传输，这种方式存在用户可用的带宽有限和HFC回传信道有“漏斗效应”等缺点。而电信方面目前采用ADSL接入技术，由于受带宽和传输距离的限制，也很难有长远的发展。ADSL技术是建立在铜线基础上的宽带接入技术，随着国际铜缆价格的持续攀升，以铜缆为基础的ADSL的线路成本会越来越高；作为有源设备，电磁干扰难以避免，维护成本也会越来越高；目前ADSL上行1MBit/s和下行8MBit/s的连接速率已无法满足用户的高清视频等需求，另外是其传输距离也受到极大的限制。
所以无论从广电方面还是从电信方面，大家普遍把光纤到户(FTTH)作为下一代传送网络的接入解决方案。在FTTH自身的实现方案中，又以EPON以及GEPON为主要发展方向，以太无源光网络(EPON，Ethernet Passive Optical Network)作为多业务宽带接入方式具有优异的特性，目前业内普遍把EPON/GEPON技术作为解决“三网融合”、“三重播放”的接入解决方案。
在数字电视业务的发展过程中，出现了以下几个趋势：(1)交互式电视业务。对运营商而言，交互式应用有着庞大的商业利益，是未来最重要的利润来源，交互式点播业务也代表着当前电视技术发展的最高水平，有着十分巨大的发展空间；(2)HDTV(高清电视)业务。随着人们欣赏水平的提高，消费者对高质量内容(高清)的渴求越来越强烈，现有的300～500线的电视清晰度已不能满足需求，人们更多地在考虑如何在家中收看到有影院效果的电视节目，高清电视(HDTV)的发展使人们看到了希望；(3)DVB与IP合二为一。随着IP技术的飞速发展，近年来出现的IPTV业务，给基于DVB标准的数字电视带来了巨大的威胁，但在短期内由于网络成本的原因使两者只能共存而无法替代。
发明内容
本发明的目的是提供一种以太无源光网络中承载数字高清节目的处理方法，从而将以太无源光网络的优越的双向传输性能应用于高清电视、互动视频点播等业务的承载，克服了现有网络技术解决方案的不足。本发明的以太无源光网络承载数字高清电视节目的方法，设备包括光链路单元(OLT)、光分配单元(ODN)、光网络单元/光网络终端(ONU/ONT)和高清机顶盒(STB)，承载步骤如下：
a、将打包成IP数据包的信号与基于DVB标准的数字高清节目信号在不同的下行波长上以波分复用(WDM)方式进行传送；
b、系统承载基于DVB标准的HDTV节目或使用IPTV形式进行HDTV业务的开展，基于TS/RTP/UDP/IP协议封装的IPTV信号经OLT单元以λ1波长传送，而基于TS流的HDTV信号承载于λ3波长，两个波长经WDM复用后在同一根光纤中传送，再经ODN单元的光路分配后，下行至用户接入端的ONU/ONT单元；
基于DVB标准的HDTV信号通过副载波调制的方法承载到λ3波长的光信号上，即先将TS流调制到不同频段的射频信号上，再进行光信号的调制。
对数字高清电视节目的广播业务处理步骤包括：
a、OLT单元接收来自广电网络的基于DVB标准的HDTV信号和IP网络的基于IPTV的高清音视频信号，分别以λ3、λ1波长进行承载，经WDM复用和ODN单元的分路后，发送到用户端的ONU/ONT单元；
b、通过WDM进行解复用，将λ1波长送往IP数据处理模块，将λ3波长送至HDTV处理模块；
c、数据处理模块首先进行光/电转换，进而通过验证LLID(逻辑链路标识)，对属于该ONU的IP数据包进行分拆，解出其封装的TS流；
d、对于基于广播业务的λ3波长的光信号，HDTV接收模块对其进行光/电转换，恢复出射频信号；
e、将TS流和射频信号发送给高清机顶盒系统，进行进一步处理。
步骤a还包括：对于原有基于HFC网络传输的HDTV节目，OLT单元无需进行传输协议的转换，只是用特定波长λ3以广播的方式向ONU/ONT单元进行发送；对于以IPTV方式，通过IP骨干网/城域网传输的数字高清节目，OLT单元为其加入特定的广播LLID地址。
对于点播业务的处理流程包括：
a、用户的点播命令通过机顶盒进行响应，再由ONU/ONT单元封装成Ethernet帧；
b、由ONU/ONT单元完成电/光转换，以λ2波长按OLT单元分配的时隙，进行上行光信号的发送；
c、由OLT单元将点播命令发送至相应的点播服务器；
d、点播服务器响应用户命令，可以通过IPTV和DVB两种方式进行点播节目的发送；
e、对于IPTV方式，OLT根据所进行点播的ONU单元的LLID地址进行点播内容的发送，对于DVB方式，OLT利用一个单独的射频频率，由λ3波长进行承载发送；
f、由ONU/ONT单元和机顶盒系统根据LLID地址信息或特定的射频频率和时隙完成点播节目的最终接收。
步骤f还包括：用户在特定的DVB频道进行点播，则OLT的下行节目内容以特定的射频频率和时隙进行发送；如果用户通过IPTV节目源进行点播，则ONU单元根据下行IP数据包中的LLID地址，即可完成点播内容的接收，此外系统还可以利用LLID完成点播节目的组播发送，以便在多个用户同时点播一个节目时，提高下行带宽的利用率。
附图说明
图1 EPON承载数字高清节目系统结构示意图；
图2 是系统实现数字高清节目的广播传送流程；
图3 系统实现数字高清节目的点播流程图。
实施方式
本发明的以太无源光网络中承载数字高清节目的方法，系统设备包括：
光链路单元：用于响应ONU/ONT单元上行发送的用户点播命令，完成与点播服务器的通信，并将用户点播内容以及广播传送的数字高清电视节目发送给光路分配单元；
光路分配单元：利用光分路器(Splitter)等无源器件，将下行信号进行分路，发送到ONU/ONT设备，并完成用户上行信号的复用，回传到OLT单元；
光网络单元/光网络终端：完成下行光信号的接收，并进行相应的IP信号和高清视频信号的处理。上行方面完成用户上行信号的电/光转换并在OLT单元分配的固定时隙进行上行发送；
高清双向机顶盒：完成用户点播命令的响应和下行数字高清电视节目流的解码。
本发明提供了一种基于以太无源光网络的高清电视节目广播解决方案，包括：
DVB方式：
a、对于原有基于HFC网络传输的HDTV节目，在其EPON系统的接入系统，即OLT单元处，无需进行传输协议的转换，只是用特定波长λ3以广播的方式向ONU/ONT单元进行发送；
b、由ONU/ONT单元完成λ3光信号的光/电转换，恢复出射频信号；
c、由高清机顶盒系统对射频信号进行接收，完成解调、解复用和解码等功能，从而完成广播形式的数字高清节目的接收。
IPTV方式：
a、对于以IPTV方式，通过IP骨干网/城域网传输的数字高清节目，OLT单元为其加入特定的广播LLID地址；
b、ONU/ONT单元对基于TS/RTP/UDP/IP协议封装的，以广播LLID为地址的数据帧进行解包，提取出封装的TS流；
c、由高清机顶盒系统完成TS流的解复用和信源解码，从而完成基于广播方式的IPTV高清节目的接收。
本发明还提供了一种基于以太无源光网络的视频点播解决方案，包括：IPTV方式：
a、用户的点播命令通过机顶盒进行响应，再由ONU/ONT单元封装成Ethernet帧；
b、由ONU/ONT单元完成电/光转换，以λ2波长进行上行发送；
c、由OLT单元将点播命令发送至相应的视频点播服务器；
d、服务器响应用户命令，通过IPTV方式进行点播节目的发送，为节目流添加相应的IP地址；
e、OLT根据所接收节目流的IP地址，添加相应ONU单元的LLID地址，进行点播内容的发送；
f、由ONU/ONT单元和机顶盒系统根据LLID地址信息完成点播节目的最终接收。ONU单元根据识别下行IP数据包中的LLID地址，对属于自己的数据包进行解包，恢复出TS流；
g、在机顶盒系统中完成TS流的解复用和信源解码，即可完成点播内容的接收。
对于多个用户同时点播的内容，还可以通过EPON系统提供的组播机制来进行发送，以提高下行带宽的利用率。组播机制同样利用ONU/ONT单元的LLID地址信息并由IGMP协议(Internet组管理协议)控制实现。
DVB方式：
a、用户在特定的频道进行点播，其命令通过机顶盒进行响应，再由ONU/ONT单元封装成EPON网络中的Ethernet帧；
b、由ONU/ONT单元完成电/光转换，以λ2波长进行上行发送；
c、由OLT单元将点播命令发送至相应的点播服务器；
d、点播服务器响应用户命令，通过DVB方式进行点播节目的发送；
e、OLT根据用户进行点播的频道，利用特定的射频频率和特定的时隙承载点播节目，再由λ3波长进行光信号的发送。
f、由ONU/ONT单元完成λ3光信号的光/电转换，恢复出相应的射频信号；
g、由机顶盒系统完成射频信号的解调、TS流的解复用和节目内容的信源解码，完成点播节目的最终接收。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明是将EPON技术中的ONU(光网络单元)/ONT(光网络终端)的用户接口直接和STB系统相连接，完成下行数字高清节目信号的接收和上行信号的发送。OLT单元完成骨干网/城域网中数字高清信号的接收和处理发送以及与点播服务器的通信和用户点播节目的处理发送。基于DVB标准的HDTV节目流通过专用的波长和WDM技术进行传送，大大简化了DVB协议与基于以太网协议的EPON技术在传输协议处理上的复杂度。该承载方案可以同时实现IPTV和DVB两种方式的广播、点播业务，既可以充分利用IPTV交互性好、可以进行组播等特点，又保持了DVB节目源丰富的优点。
此外系统还可以利用EPON中的带宽分配策略，如差分服务(SLA)、动态带宽分配(DBA)，资源预留协议(RSVP)等技术，以提高系统带宽利用率和业务传输质量。
实施例
本发明的核心是提供一种通过以太无源光网络为用户提供数字高清音/视频业务的方法。利用以太无源光网络优越的传输性能和双向交互特性，完成数字高清节目的广播发送以及交互点播等功能。
本发明具体实施方案是，在下行方向上将基于以太网协议的IP数据包传输与基于DVB标准的HDTV传输，通过WDM方式承载于不同波长上，从而大大简化了系统在协议处理上的复杂程度。在上行方向上，用户接口通过STB系统直接与ONU/ONT单元相连，利用OLT单元分配的时隙，通过λ2波长进行上行信号的发送。同时系统还可以使用EPON中的带宽分配策略，如差分服务SLA、动态带宽分配DBA的技术，为网络终端灵活的分配带宽，提高带宽利用率。
基于上述系统解决方案，本发明首先提供了一种以太无源光网络的系统结构，如图1所示，包括：
光链路单元：用于响应用户的上行点播命令，完成与点播服务器的通信，并将用户点播以及广播传送的数字高清电视节目发送给光路分配单元；
光路分配单元：由光分路器(Splitter)等无源器件将下行信号进行分路，发送到ONU/ONT设备，并完成用户上行信号的复用，回传到OLT单元；
光网络单元/光网络终端：完成下行光信号的接收，并进行相应的IP信号和高清视频信号的处理。上行方面完成用户上行信号的电/光转换并在OLT单元分配的固定时隙进行上行发送；
高清机顶盒：完成用户点播命令的响应和下行数字高清电视节目流的解码。
本发明提供了一种基于以太无源光网络的高清节目广播解决方案，其系统工作流程如图2所示。EPON系统的数字高清节目可以来自于广电行业的HFC网络中，也可以来自于电信行业的IP数据网中。对于广电网络中，基于DVB标准的HDTV节目流，EPON系统的处理过程：
a、在OLT单元中，完成干线信号的接收，无需进行传输协议的转换，将其承载于1550nm的光信号中。
b、OLT的下行1550nm光信号，在ODN单元中完成光路的分配，以广播的方式向用户接入端的ONU/ONT单元进行发送；
c、由ONU/ONT单元完成1550nm光信号的光/电转换，恢复出射频信号；
d、由高清机顶盒系统对射频信号进行接收，完成解调、解复用和解码等功能，从而完成广播形式的数字高清节目的接收。
对于来自于IP网络的以IPTV方式承载的数字高清节目，系统的处理流程为：
a、对通过IP骨干网/城域网传输的数字高清节目，OLT单元在完成接收后，为其加入特定的广播LLID地址，以1490nm波长光信号进行承载发送；
b、OLT的1490nm下行光信号，同样由ODN单元完成光路的分配，以广播的方式向ONU/ONT单元进行发送；
c、ONU/ONT单元对基于TS/RTP/UDP/IP协议封装的，以广播LLID为地址的数据帧进行解包，提取出其封装的TS流；
d、由高清机顶盒系统完成TS流的解复用和信源解码，从而完成基于广播方式的IPTV高清节目的接收。
本发明还提供了一种基于以太无源光网络的视频点播解决方案，其系统工作流程如图3所示。包括：
a、用户的点播命令通过机顶盒进行响应，再由ONU/ONT单元封装成Ethernet帧；
b、由ONU/ONT单元完成电/光转换，以1310nm波长，按照OLT单元分配的时隙，进行上行发送；
c、由OLT单元将点播命令发送至相应的视频点播服务器，如果用户点播的是IPTV资源，则将点播命令发送到IPTV点播服务器，同样的对于通过DVB频道点播的命令，则发送到DVB点播服务器；
对于IPTV点播方式：
d1、服务器响应用户命令，通过IPTV方式进行点播节目的发送，为节目流添加相应的点播用户的IP地址；
e1、OLT根据所接收节目流的IP地址，添加相应ONU单元的LLID地址，以1490nm波长的光信号进行点播内容的发送。或者当多个用户同时点播相同节目时，通过添加组播LLID地址，并利用IGMP协议的控制，完成组播发送，以提高下行带宽的利用率；
f1、由ONU/ONT单元和机顶盒系统根据LLID地址信息完成点播节目的最终接收。ONU/ONT单元对1490nm的光信号首先完成光/电转换，其次识别下行IP数据包中的LLID地址，对属于本单元的数据包进行解包，恢复出TS流；
g1、在机顶盒系统中完成TS流的解复用和信源解码，即可完成点播内容的接收。
对于DVB点播方式：
d2、点播服务器响应用户命令，通过DVB方式进行点播节目的发送；
e2、OLT根据用户进行点播的频道，利用特定的射频频率和特定的时隙承载点播节目，再由1550nm波长进行光信号的发送。
f2、由ONU/ONT单元完成1550nm光信号的光/电转换，恢复出其承载的射频信号；
g2、由机顶盒系统完成射频信号的解调、TS流的解复用和节目内容的信源解码，完成点播节目的最终接收。
此外，为提高对付费点播节目的保护，还可以通过条件接收(CA)系统的控制，来防止非授权用户的收看。
Claims (4)
1、一种以太无源光网络承载数字高清电视节目的方法，其特征在于设备包括光链路单元OLT、光分配单元ODN、光网络单元或光网络终端ONU/ONT和高清机顶盒STB；步骤包括网络承载、对数字高清电视节目的广播业务处理和点播业务的处理，其中：
网络承载处理步骤：
a、打包成IP数据包的信号与基于DVB标准的数字高清节目信号在不同的下行波长上以波分复用WDM方式进行传送；
b、系统承载基于DVB标准的HDTV节目或使用IPTV形式进行HDTV业务的开展，基于TS/RTP/UDP/IP协议封装的IPTV信号经光链路单元OLT以λ1波长传送，而基于TS流的HDTV信号承载于λ3波长，两个波长经波分复用WDM复用后在同一根光纤中传送，再经光分配单元ODN的光路分配后，下行至用户接入端的光网络单元或光网络终端ONU/ONT；
数字高清电视节目的广播业务处理步骤：
a、OLT单元接收来自广电网络的基于DVB标准的HDTV信号和IP网络的基于IPTV的高清音视频信号，分别以λ3、λ1波长进行承载，经波分复用WDM和光分配单元ODN的分路后，发送到用户端的光网络单元或光网络终端ONU/ONT；
b、通过波分复用WDM进行解复用，将λ1波长送往IP数据处理模块，将λ3波长送至HDTV处理模块；
c、数据处理模块首先进行光/电转换，进而通过验证逻辑链路标识LLID，对属于该光网络单元ONU的IP数据包进行分拆，解出其封装的TS流；
d、对于基于广播业务的λ3波长的光信号，HDTV接收模块对其进行光/电转换，恢复出射频信号；
e、将TS流和射频信号发送给高清机顶盒系统，进行进一步处理；
点播业务的处理步骤：
a、用户的点播命令通过机顶盒进行响应，再由光网络单元或光网络终端ONU/ONT封装成Ethernet帧；
b、由光网络单元或光网络终端ONU/ONT完成电/光转换，以λ2波长按光链路单元OLT分配的时隙，进行上行光信号的发送；
c、由光链路单元OLT将点播命令发送至相应的点播服务器；
d、点播服务器响应用户命令，通过IPTV和DVB两种方式进行点播节目的发送；
e、对于IPTV方式，光链路单元OLT根据所进行点播的ONU单元的逻辑链路标识LLID地址进行点播内容的发送，对于DVB方式，光链路单元OLT利用一个单独的射频频率，由λ3波长进行承载发送；
f、由光网络单元或光网络终端ONU/ONT和机顶盒系统根据LLID地址信息或特定的射频频率和时隙完成点播节目的最终接收。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于DVB标准的HDTV信号通过副载波调制的方法承载到λ3波长的光信号上，即先将TS流调制到不同频段的射频信号上，再进行光信号的调制。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于原有基于HFC网络传输的HDTV节目，光链路单元OLT无需进行传输协议的转换，只是用特定波长λ3以广播的方式向光网络单元或光网络终端ONU/ONT进行发送；对于以IPTV方式，通过IP骨干网或城域网传输的数字高清节目，光链路单元OLT单元为其加入特定的广播逻辑链路标识LLID地址。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在点播业务的处理流程中，用户在特定的DVB频道进行点播，则光链路单元OLT的下行节目内容以特定的射频频率和时隙进行发送；如果用户通过IPTV节目源进行点播，则光网络单元ONU根据下行IP数据包中的LLID地址，即完成点播内容的接收，此外系统还利用逻辑链路标识LLID完成点播节目的组播发送，以便在多个用户同时点播一个节目时，提高下行带宽的利用率。
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