GY T 341-2020 基于IP传输的地面数字电视广播单频网组网技术规范.pdf

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1、 GY 中华人民共和国 广播电视 和网络视听 行业标准 GY/T 341 2020 基于 IP 传输的地面数字电视广播单频网 组网技术规范 Technical specification for single frequency network of digital terrestrial television broadcasting over IP network 2020 - 12 - 31 发布 2020 - 12 - 31 实施 国家广播电视总局 发布 GY/T 3412020 I 目 次 前言 .II 1 范围 .1 2 规范性引用文件 .1 3 术语、定义和缩略语 .1 3.1

2、术语和定义 .1 3.2 缩略语 .1 4 系统描 述 .2 5 技术要求 .2 5.1 总体 .2 5.2 单频网适配器 .2 5.3 地面数字电视广播发射机 .3 5.4 基准时钟信号源 .3 5.5 IP/ASI网关 .3 5.6 IP 传输网络 .3 6 测量方法 .3 6.1 单频网适配器 .3 6.2 地面数字电视广播发射机 .3 6.3 基准时钟信号源 .3 6.4 IP/ASI网关 .3 6.5 IP 传输网络 .3 附录 A（资料性） TS流速率与适配后 IP 信号速率关系 .6 附录 B（资料性） IP网络单向传输与往返传输 性能指标的转换 .8 参考文献 .11 GY/T

3、 3412020 II 前 言 本文件按照 GB/T 1.1 2020标准化工作导则 第 1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定 起草 。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件发布机构不承担识别这些专利的责任。 本 文件 由全国广播电影电视标准化技术委员会（ SAC/TC 239） 归口。 本 文件 起草单位：国家 广播电视 总局广播电视规划院 、 青海省广播电视监测中心 、北 京邮电大学 、 江苏省广播电视总台 。 本 文件 主要起草人： 高杨、 刘骏、 常江、 曹志、代明、周兴伟、高力 、向东 、姜竹青 。 GY/T 3412020 1 基于 IP 传输的地面数字电视广播单频网组

4、网 技术规范 1 范围 本 文件 规定了基于 IP传输的符合 GB 20600 2006的地面数字电视广播单频网组网技术规范。 本 文件 适用于基于 IP传输的符合 GB 20600 2006的地面数字电视广播系统单频网 建设 ，作为基于 IP 传输的地面数字电视广播单频网工程的方案设计、项目验收等技术依据。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件 。 GB/T 28433 2012 地面数字电视广播单频网技术要求 GB/T

5、28434 2012 地面数字电视广播单频网适配器技术要求和测量方法 GB/T 28435 2012 地面数字电视广播发射机技术要求和测量方法 GB/T 34995 2017 单频网授时接收设备技术要求和测量方法 GD/J 121 2020 节目分配网络中 IP/ASI网关技术要求和测量方法 3 术语、定义和 缩略语 3.1 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 。 3.1.1 单频网 single frequency network 由多个位于不同地点、处于同步状态的发射机组成的地面数字电视覆盖网络，网络中的各个发射机 以相同的频率、在相同的时刻发射相同的已调射频信号，以实现对特定服务区的

6、可靠覆盖。 3.2 缩略语 下列 缩略语适用于本文件 。 ASI 异步串行接口（ Asynchronous Serial Interface） FEC 前向纠错（ Forward Error Correction） IP 互联网协议（ Internet Protocol） IPDV IP包延迟变化（ Internet Protocol packet Delay Variation） IPER IP包误差率（ Internet Protocol packet Error Ratio） IPLR IP包丢失率（ Internet Protocol packet Loss Ratio） IPTD I

7、P包传输延迟（ Internet Protocol packet Transfer Delay） RF 射频 （ Radio Frequency） RTP 实 时传输协议（ Real-time Transport Protocol） GY/T 3412020 2 SIP 秒帧初始化包（ Second Frame Initialization Packet） TS 传送流（ Transport Stream） UDP 用户数据报协议（ User Datagram Protocol） 4 系统描述 根据单频网的技术原理 ，基于 IP 传输的地面数字电视广播单频网组网 方式 示意图 如图 1所示 ，

8、 系 统主要 包括 单频网适配器 、 地面数字电视广播发射机 、 基准时钟信号源 、 ASI-IP适配器、 IP-ASI适配 器 和 IP 传输网络 。 单 频 网 适 配 器 A S I - I P 适 配 器 T S 基 准 时 钟 信 号 源 T S I P 传 输 网 络 I P - A S I 适 配 器 2 ( S I P ) I P ( T S ) 地 面 数 字 电 视 广 播 发 射 机 2 基 准 时 钟 信 号 源 2 T S ( S I P ) I P ( T S ) R F I P - A S I 适 配 器 N I P ( T S ) 地 面 数 字 电 视 广 播

9、 发 射 机 N 基 准 时 钟 信 号 源 N T S ( S I P ) R F I P - A S I 适 配 器 1 I P ( T S ) 地 面 数 字 电 视 广 播 发 射 机 1 基 准 时 钟 信 号 源 1 T S ( S I P ) R F 1 0 M H z 1 p p s 1 0 M H z 1 p p s 1 0 M H z 1 p p s 1 0 M H z 1 p p s 图 1 基于 IP 传输的地面数字电视广播单频网组网 方式 示意图 5 技术要求 5.1 总体 地面数字电视广播单频网的同步、信号分配网络、时钟基准、电波极化和台站间距应符合 GB/T 28

10、433 2012中 的技术 要求 。 5.2 单频网适配器 实现 SIP包插入和码率适配功能，完成从输入 TS流到单频网适配 TS流的转换， 应 符合 GB/T 28434 2012中 的技术 要求 。 GY/T 3412020 3 5.3 地面数字电视广播发射机 实现信道编码、同步调制、上变频、功率放大和信号发射， 应 符合 GB/T 28435 2012中 的技术 要 求 。 5.4 基准时钟信号源 为单频网系统各个节点设备提供统一的 10MHz基准频率和 1pps的基准时间， 应 符合 GB/T 34995 2017中 的技术 要求。 5.5 IP/ASI 网关 包含 ASI-IP适配器

11、和 IP-ASI适配器， 实现 TS流在 IP网络上的传输， 应符合 GD/J 121 2020中 的技术 要求 。 5.6 IP 传输网络 IP传输网络实现节目源到各发射台站的节目分配。 IP传输网络 技术要求 应 符合 表 1的规定 。 表 1 IP 传输网络技术要求 序号 性能指标 技术要求 a 1 IPTD的均值 50ms 2 IPDVb的 1-10-5分位数 c 10dms 3 IPLR 110 -8 4 IPER 110 -8 a 参考 ITU-T Y.1541-2011，公网和专网均适用 。 b 定义 IPDV=IPTD-IPTDmin， IPTDmin为评估时间中 IPTD的最

12、小值 。 c 当 随机变量 X的 分布函数 为 F(x)=PX ，实数 满足 0 1时， 分位数是指使 F(x)= 的数 。 d 表示在评估时间中测得的 IPDV值中有 99.999%不超过 10ms。 6 测量方法 6.1 单频网适配器 应 符合 GB/T 28434 2012中 的测量方法。 6.2 地面数字电视广播发射机 应 符合 GB/T 28435 2012中 的 测量方法 。 6.3 基准时钟信号源 应 符合 GB/T 34995 2017中 的测量方法。 6.4 IP/ASI 网关 应符合 GD/J 121 2020中 的 测量方法 。 6.5 IP 传输网络 6.5.1 标准测

13、量方法 GY/T 3412020 4 6.5.1.1 测量框图 IP传输网络性能指标的标准测量方法需要的仪器包括 2台 IP传输 测试仪和 2台基准时钟信号源，分别 接于待测 IP传输网络的入口和出口，测量框图 如 图 2所示 。 I P 传 输 网 络 I P 传 输 测 试 仪 A 入 口 出 口 I P 传 输 测 试 仪 B I P I P 基 准 时 钟 信 号 源 A 基 准 时 钟 信 号 源 B 1 p p s 1 p p s 同 步 图 2 IP 传输网络性能标准测量框图 6.5.1.2 测量步骤 标准 测量步骤如下： a) 按图 2准确连接测量系统， 确保 各设备正常工作

14、， IP传输网络与 实际业务承载 状态一致 。 b) 待基准时钟信号源进入锁定状态，输出稳定的时间基准信号，使 2台 IP传 输测试仪 保持 同步 。 c) 分别启动 IP 传输 测试仪 的 IPTD、 IPDV、 IPLR和 IPER测试功能。 IP包长 度 设置为 1500字节 。 数据速率 RIP设置为 考 虑 TS 流码率和网络协议开销 后的 实际传输所需速率 ， 见 附录 A 中 公 式 （ A.1） 公式 （ A.4） 。 IPTD和 IPDV的 测量 时长应保证 5min以上， IPLR和 IPER 的 测量 时长 应保证 350 IPR h以上， RIP单位为 兆比特每秒（ M

15、bps） 。 6.5.2 简化测量方法 6.5.2.1 测量框图 在 不便进行 端到端 测试时， 可采用简化测量方法 。 需要的仪器包括 1台 IP传输测试仪和 1个网络环回 器，分别接于待测 IP传输网络的入口和出口，测量框图 如 图 3所示 。 I P 传 输 网 络 I P 传 输 测 试 仪 网 络 环 回 器 I P I P 入 口 出 口 图 3 IP 传输网络性能简化测量框图 GY/T 3412020 5 6.5.2.2 测量步骤 简化 测量步骤如下： a) 按图 3准确连接测量系统， 确保 各设备正常工作 ， IP传输网络与实际 业务承载 状态一致 。 b) 分别启动 IP 传

16、输 测试仪 的 IPTD、 IPDV、 IPLR和 IPER测试功能 。 IP包长 度 设置为 1500字节 。 数据速率 RIP设置为 考 虑 TS 流码率和网络协议开销 后的 实际传输所需速率 ， 见 公 式 （ A.1） 公式 （ A.4） 。 IPTD和 IPDV的 测量 时长应保证 5min以上， IPLR和 IPER的 测量 时长应保证 350 IPR h 以上， RIP单位为 兆比特每秒（ Mbps） 。 c) 将 b）中 测得的 网 络往返传输性能指标 IPTD、 IPDV、 IPLR和 IPER根据 附录 B中 公 式 （ B.1） 公 式 （ B.4） 转 换为网络单向传输

17、性能指标。 GY/T 3412020 6 A A 附 录 A （资料性） TS 流速率与适配后 IP 信号速率关系 TS包使用 UDP/IP协议进行适配后格式如图 A.1所示，其中 IP包头占据 20字节， UDP包头占据 8字节， TS包个数 K 7， 包长 188字节 或 204字节。 I P 包 头 2 0 字 节 U D P 包 头 8 字 节 T S 包 1 1 8 8 字 节 或 2 0 4 字 节 T S 包 2 1 8 8 字 节 或 2 0 4 字 节 T S 包 K 1 8 8 字 节 或 2 0 4 字 节 图 A.1 TS 包使用 UDP/IP 协议的适配格式 网络协议

18、开销共 20+8=28字节， TS包共 （ P K） 字节， P为 188或 204，故使用 UDP/IP协议时的 IP信号 速率 RIP与原始 TS流速率 RTS的关系 见 公 式 （ A.1） 。 28IP TS PKRR PK （ A.1） TS包使用 RTP/UDP/IP协议进行适配后格式如图 A.2所示，其中增加的 RTP包头占据 12字节。 IP包 头 20字 节 UDP包 头 8字 节 RTP包 头 12字 节 TS包 1 188字 节 或 204字 节 TS包 2 188字 节 或 204字 节 TS包 K 188字 节 或 204字 节 图 A.2 TS 包使用 RTP/UD

19、P/IP 协议的适配格式 网络协议开销共 28+12=40字节，故使用 RTP/UDP/IP协议且未开启 FEC时的 IP信号速率 RIP与原始 TS流 速率 RTS的关系 见 公 式 （ A.2） 。 40IP TS PKRR PK （ A.2） GY/T 3412020 7 TS包使用 RTP/UDP/IP协议进行适配且开启 FEC后的 FEC包格式如图 A.3所示，其中增加的 FEC包头占据 16字节。 FEC包的网络协议开销共 40+16=56字节，单个 FEC包 与 RTP包大小比为 56+40PKPK 。 IP包 20字 节 UDP包 头 8字 节 RTP包 头 12字 节 FEC

20、包 头 16字 节 FEC包 1 188字 节 或 204字 节 FEC包 2 188字 节 或 204字 节 FEC包 K 188字 节 或 204字 节 图 A.3 FEC 包的适配格式 FEC采用块对齐方式（ L列、 D行）的编码结构如图 A.4所示，采用一维 FEC时， FEC流为 FEC0 FEC(L-1)， 采用二维 FEC时，两个 FEC流分别为 FEC0 FEC(L-1)和 FEC 0 FEC (D-1)。 R T P 包 1 R T P 包 L + 1 R T P 包 2 L + 1 . . . . . . . . . R T P 包 ( D - 1 ) L + 1 . .

21、. . . . R T P 包 0 R T P 包 L R T P 包 2 L R T P 包 ( D - 1 ) L . . . R T P 包 L - 1 R T P 包 2 L - 1 R T P 包 3 L - 1 R T P 包 D L - 1 . . . F E C 1 . . . F E C 0 F E C ( L - 1 ) F E C 0 F E C 1 F E C 2 . . . F E C ( D - 1 ) X O R X O R X O R X O R X O R X O R X O R 图 A.4 FEC 块对齐方式的编码结构 采用一维 FEC时， FEC包与 RT

22、P包个数比为 1LL D D ，采用二维 FEC时， FEC包个数与 RTP包个数比 为 LDLD 。故采用一维 FEC和二维 FEC时， IP信号速率 RIP与原始 TS流速率 RTS的关系分别见 公 式 （ A.3） 和 公 式 （ A.4） 。 4 0 1 5 61+ + 4 0IP T S P K P KRR P K D P K （ ） （ A.3） 4 0 5 61+ + 4 0IP T S P K L D P KRR P K L D P K （ ） （ A.4） GY/T 3412020 8 B B 附 录 B （资料性） IP 网络单向传输与往返传输性能指标的转换 B.1 概述

23、ITU-T Y.1541-2011中 8.2和附录 X中给出了使用各子网段性能参数评估级联网络性能参数的方法和 数学原理。在使用 6.2简化测量方法时， IP数据包顺序通过正向通路和反向通路，可看作通过两个性能 近似的子网段，故单向传输与往返传输性能指标可按照一定的关系式进行转换。 B.2 IPTD 依据 ITU-T Y.1541-2011中 8.2.1,对于 K个子网段的级联网络 (Mean为算数平均值 )： 12e a n ( ) e a n ( ) e a n ( ) . . . e a n ( )U N I U N I N S N S N S KM I P T D M I P T D

24、M I P T D M I P T D 对于 K个性能相同子网段的级联网络： e a n ( ) e a n ( )U N I U N I N SM IP T D K M IP T D e a n ( )e a n ( ) U N I U N INS M IP T DM IP T D K 对于单向通路和往返通路： e a n ( )e a n ( ) 2 r e tu r no n e w a y M IP T DM IP T D （ B.1） 其中 ， returnIPTD 为往返 IPTD， onewayIPTD 为单向 IPTD。 B.3 IPLR 依据 ITU-T Y.1541-201

25、1中 8.2.2，对于 K个子网段的级联网络： 121 ( 1 ) ( 1 ) . . . ( 1 )U N I U N I N S N S N S KI P L R I P L R I P L R I P L R 对于 K个性能相同子网段的级联网络： 1 (1 ) KU N I U N I N SIP L R IP L R 11 (1 ) KNS U NI U NIIP LR IP LR ,01NSI LR 对于单向通路和往返通路： 11o n ew a y retu rnIP L R IP L R （ B.2） GY/T 3412020 9 其中 ， returnIPLR 为往返 IPLR

26、， onewayIPLR 为单向 IPLR。 对上式 做泰勒级数展开 : 231 1 1 .2 8 1 6o n e w a y r e tu r n r e tu r n r e tu r nI P L R I P L R I P L R I P L R 当 1returnIPLR 时， 12onewa y retu rnIP LR IP LR B.4 IPER 依据 ITU-T Y.1541 2011中 8.2.3，对于 K个子网段的级联网络： 121 ( 1 ) ( 1 ) . . . ( 1 )U N I U N I N S N S N S KI P E R I P E R I P E

27、 R I P E R 对于 K个性能相同子网段的级联网络： 1 (1 ) KU N I U N I N SIP E R IP E R 11 (1 ) KN S U N I U N IIPE R IPE R ,01 NSIPER 对于单向通路和往返通路： 11o n ew a y retu rnIP E R IP E R （ B.3） 其中 ， returnIPER 为往返 IPER， onewayIPER 为单向 IPER。 对上式 做泰勒级数展开 : 231 1 1 .2 8 1 6o n e w a y r e tu r n r e tu r n r e tu r nI P E R I P

28、 E R I P E R I P E R 当 1returnIPER 时， 12onew ay returnIP E R IP E R B.5 IPDV 依据 ITU-T Y.1541-2011中 8.2.4，对于 K个子网段的级联网络： 1 K UN I UN I NSii ， 22 1 K UNI UNI NSii 26 1 NS i NS ip NS iNS i p tx x ， 3NSi NSi NSi GY/T 3412020 10 1 K UN I UN I NSii ， 3UNI UNIUNI UNI UNI UNI 2 ( 1 ) 6U N I U N IU N I U N I

29、 U N I U N I U N I U N I p pt x x 其中， 为均值， 为标准差， 为偏度， 为三阶距， t 为 IPDV的 p 分位数。 px 满足 ()pxp， 是标准正态分布函数（ 20, 1）。 对于 K个性能相同子网段的级联网络： UNI UNI NSK ， 22UNI UNI NSK ， UNI UNI NSK 整理得到： 11( 1 ) ( 1 )N S U N I U N I U N I U N I U N I U N I pt t xK K 对于单向通路和往返通路： 11(1 )2 2o n e w a y r e tu r n r e tu r n r e t

30、u r n pt t x 其中， onewayt 为单向 IPDV的 p 分位数 , returnt 为往返 IPDV的 p 分位数 , return 为往返 IPDV均值， return 为往返 IPDV标准差 。 当 p =1-10-5（ 0.99999）时， px =4.26，上式简化为： 0 . 5 1 . 2 5o n e w a y re tu rn re tu rn re tu rntt （ B.4） GY/T 3412020 11 参 考 文 献 1 YD/T 1170 2001 IP网络技术要求 网络总体 2 YD/T 1171 2015 IP网络技术要求 网络性能参数与指标

31、 3 YD/T 1381 2005 IP网络技术要求 网络性能测量方法 4 ITU-T Y.1540-2016 Internet protocol data communication service IP packet transfer and availability performance parameters 5 ITU-T Y.1541-2011 Network performance objectives for IP-based services 6 ITU-T Y.1542-2010 Framework for achieving end-to-end IP performan

32、ce objectives 7 ITU-T Y.1543-2007 Measurements in IP networks for inter-domain performance assessment 8 IETF RFC 2250 RTP Payload Format for MPEG1/MPEG2 Video User Performance Requirements 9 IETF RFC 2544 Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices 10 SMPTE 2022-1:2007 Forward Error Correction for Real-Time Video/Audio Transport Over IP Networks 11 SMPTE 2022-2:2007 Unidirectional Transport of Constant Bit Rate MPEG-2 Transport Streams on IP Networks