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同步数字体系(SDH)传输技术在广播电视网络中的应用<1>

2/14/2005来源:电信网络人气:14887

同步数字体系(SDH)传输技术在广播电视网络中的应用<1>(杨大伟) 摘要介绍SDH技术的基本传输原理,用SDH技术传输广播电视信号的过程以及SDH传输技术在广 播电视网络中的应用概况。 关键词SDN技术 广播电视传输网 应用 1前言 美国贝尔通信研究所于1985年提出同步光网络(Synchronous Optical Network,缩写 为SONET)的概念和相应的标准,并于1986年成为美国数字体系的新标准;国际电信联盟标 准部(ITU-T)的前身国际电报电话咨询委员会(CCITT)于1988年接受SONET概念并与美国 国家标准协会(ANS)的T1委员会达成协议,将SONET修订后重新命名为同步数字体系(Sync hronous Distal Hierarchy,SDH)。SDH技术与光纤技术或微波技术结合起来形成的同步数 字传输网是一个融复接、线路传输及交换功能于一体由统一网管系统管理操作的综合信息网 络,可实现网络的有效管理、动态网络维护、开业务时的性能监视等功能,有效地提高了网 络资源的利用率,满足了广播电视干线传输网的信息传输和交换的要求,因而SDH技术正成 为广播电视领域传输技术方面的发展和应用热点。 2 SDH技术的基本传输原理 SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM-N(Synchronous Transport,N=1,4, 16,64),最基本的模块为STM-1,四个STM-1同步复用构成STM-4,16个STM-1或四个 STM-4同步复用构成STM-16;SDH采用块状的帧结构来承载信息,每帧由纵向9行和横向 270×N列字节组成,每个字节含8bit,整个帧结构分成段开销(Section OverHead,SDH) 区。STM- N净负荷区和管理单元指针(AU PTR)区三个区域,其中段开销区主要用于网络 的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送,它又分为再生段开销(Rege nerator Section OverHead,RSOH)和复用段开销(Multiplex Section OverHead, MSOH); 管理单元指针用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置以便接收时能 正确分离净负荷;净负荷区域用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管 理的通道开销字节。SDH的帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输, 每帧传输时间为125μs,每秒传输1/125×108000帧,对STM-1而言每帧字节为8bit× (9×270×1)=19440bit,则STM-1的传输速率为19440×8000=155.520Mbit/s;而STM- 4的传输速率为4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s;STM-16的传输速率为16×155.520 (或4×622.080)=2488.320Mbit/s。 SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤: 映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器(C),再加入通道开销 (POH)形成虚容器(VC)的过程,帧相位发生偏差称为帧偏移,定位即是将帧偏移信息 收进支路单元(TU)或管理单元(AU)的过程,它通过支路单元指针(TU PTR)或管理单 元指针(AUPTR)的功能来实现;复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入 高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。 以139.24Mbit/s信号到STM-1的形成过程为例,139.264Mbit/s信号首先进入容器 VC-4,速率调整后输出149.76Mbit/s的数字信号,进人虚容器VC-4中加入通道开销 (POH)576kbit/s后输出150.336Mbit/s的信号,在管理单元AU-4内加入管理单元指针 (AU PTR)576hbit/s后输出150.912Mbit/s的信号,因STM-N中的N=1故由一个管理单 元组AUG加八段开销(SOH)4.608Mbit/s后输出155.520Mbit/s的STM-1信号。 SDH网络设备有交换设备,包括配有SDH标准光接口和电接口的交换机和ATM设备,传 送设备包括终端复用器、分插复用器和数字交叉连接设备及再生器,接入设备包括数字环 路载波。光纤环路系统等;其中分插复用器(Add/DropMultiplexer,ADM)是SDH网络中 应用最广泛的设备,它利用时隙交换实现宽带管理即允许两个STM-N信号之间的不同VC实 现互连,并具有无需分接和终接整体信号即可将各种G.703《数字体系接口物理/电气特 性》规定的STM-N信号接入STM一M(M>N)内作任何支路的能力,ADM在环形网中应用时 还具有独特的自愈能力,即网络发生故障时无需人为干预就可在极短时间内从失效故障中 自动恢复所携带的业务,也就是说使网络具备发现故障的能力并能找到替代路由在时限内 重新建立通信线路。 3 SDH技术传输广播电视信号的过程 SDH技术基本处于ISO/OSI的第一层,用来保障比特流传输的正确性,它不具备动态 链路建立和交换能力,只拥有静态的电路分插复用和交叉连接能力,即通过操作员发出电 路连接指令来建立某个物理通道;广播电视领域的SDH网起着公共的物理传输平台的作用, 在此平台上一部分带宽用来传输经数字终端设备(Codec)编解码的广播电视节目,另一 部分用来直接传输用户数据或是传输从ATM、IP交换机汇聚来的数据流等。 用SDH技术传输广播电视信号必须先对信号进行数字化处理,数字化处理分为取样、 量化、编码等步骤,取样即是以一定的取样频率抽取输入信号的一个瞬时幅度值(取样 值),取样后得到一系列的脉冲式的取样值称为取样序列,量化即是对取样序列进行幅度 上的离散化过程,编码就是用二进制代码表示量化值,在信号传输的目的地将量化值转换 为信号的过程称为解码。由于电视信号编码后数据量大因而需对其进行压缩编码,压缩编 码主要是通过减少图像像素之间的相关性来达到压缩图像的目的,其主要优点是降低了对 传输容量的要求,缺点是当压缩所含信息量大的图像时由于要牺牲掉部分图像信息从而导 致方块效应;图像压缩编码后每个数码对前后图像都有影响,如果传输中发生误码则接收 端还原出来的图像将会受较大影响,即误码扩散问题;此外压缩编码还将给图像信号中插 入如股票行情等增值信息带来不便等。 SDH的传输速率中34.368Mbit/s和139.264Mbit/s是最适合电视图像传输的速率,广 播电视节目信号是模拟信号,要先经过编码器变换成数字信号压缩后形成139.264Mbit/s 码率进入到C4容器或者压缩后形成34.368Mbit/s进入C3容器并最终形成STM-1。广播电 视节目的视频和音频信号存放在SDH的帧结构中的净负荷区域内。SDH设备的34Mbit/s (或45Mbit/s)和139.264Mbit/s接口接图像编码器,2Mbit/s接口接数据和话音输入 设备,转换成SDH形式的广播电视信号,通过光纤或者微波发射进行传输。信号传到业务 站点后经解码器将图像数据信号还原成模拟信号,通过调制器将其变换到相应频道,经 有线电视HFC网传到用户家中。 我国的彩色电视采用的是PAL制式,亮度信号(Y)取样频率13.5MHz,色差信号 (R-Y,B-Y)的取样频率各为6.75MHz。Y,R-Y,B-Y每个取样信号被8bit量化,总 的传输码率为13.5×8+6.75×8+6.75×8=216Mbit/s,对传输速率2.5Gbit/s的STM- 16而言只能传输8路视频信号,因而用SDH传输电视信号首先要对其进行压缩编码处理。 传输广播电视信号常用的压缩编码技术有差值脉冲编码调制(DPCM),利用图像数据在 空间和时间上的冗余特性用相邻的已知像素或图像块对当前待编码的像素或图像块进行 预测,然后对预测值和真实值的差值——预测误差进行量化和编码。这种压缩方式算法 简单易于实现,缺点是编码压缩比低、对信道噪声及误码敏感、易产生误码扩散等。广 播电视信号的传输目前采用这种压缩技术较多,每路电视信号经DPCM压缩编码成70Mbit /s,两路 70Mbit/s信号复合成 140Mbit/s进入STM-1,即每个STM-1传输两路DPCM 压缩的电视信号。江苏省广播电视光缆传输网采用法国阿尔卡特公司的多信道视频/育 频编解码器175VC和Alcatel 1664 SM 2488Mbit/s(STM-16)同步插分复用设备(即AD M2400)传输广播电视信号,1715VC就是采用混合差分脉码调制(HDPCM)技术,模拟视 频信号送入1715VC编码器变换为数字比特流,经光缆传输线路送到目的地的用解码器将 其变换为模拟视频信号;每个STM-1传送2路视频信号和4路有频信号。除此之外还有MP EG-2压缩技术,这是当前电视编解码的标准,电视节目信号可压缩到1.5-15Mbit/s, 用SDH的STM-16(2.5Gbit/s)可传输300多套MPEG-2压缩的数字电视信号。MPEG-2 的缺点是压缩比较高时信号质量较差特别是压缩到2Mbit/s以下时图像的马赛克效应非 常明显,因而一般常压缩到8Mbit/s,复用成34Mbit/s进入C3容器最终形成STM-1, 由于MPEG-2编解码器价格较高放目前应用较少。 SDH技术传输广播电视信号时要求SDH网有较好的时钟同步性能和低抖动性能,网络 的同步性能差会引起指针调整,指针调整将导致彩色电视信号瞬时变色,而网络的低抖 动性能将通过SDH网传递给解码器,在解码器输出端产生抖动引起信号色彩的变化。目 前主要采用比特泄漏技术来减少指针调整的问题,或者在SDH信号进入映射器前将时钟 信号和数据信号分离,使数据信号经过映射器后再和时钟信号合成,但这种方法需对 SDH设备作较大的改动。消除抖动的有效办法就是选用不引入抖动的SDH设备和能容忍抖 动的图像编解码器等。SDH技术主要是为传输话音和数据业务而制定的,对视频业务而 言,SDH技术还存有许多不足之处有待于今后在实践中不断完善,从而使其更加适合于 广播电视信号的传输。