電視臺節(jié)目傳輸系統(tǒng)設計與思考

梁冬梅

（烏魯木齊電視臺 播出部，新疆 烏魯木齊 830002）

0 引言

電視節(jié)目傳輸過程中由于線路及設備故障引起的安全播出事故屢見不鮮，給安全播出帶來很大隱患。例如，錄像機容易磁頭堵塞、消磁、卡帶，通道設備陳舊老化造成播出節(jié)目質(zhì)量下降、播出安全系數(shù)降低、易出現(xiàn)播出事故。

所以電視臺與網(wǎng)絡公司之間的節(jié)目交流就必須建立一套安全可靠的數(shù)字傳輸鏈路，需要傳輸?shù)幕鶐盘枖?shù)量越來越多，傳輸信號的帶寬越來越大，對傳輸?shù)目煽啃砸笤絹碓礁?，從而推動了安全可靠、高效高質(zhì)、經(jīng)濟合理的數(shù)字傳輸系統(tǒng)的快速發(fā)展。光纖傳輸系統(tǒng)具有傳輸頻帶極寬、通信容量很大、傳輸速率高、衰減低、串擾小、抗干擾能力強、信號傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點，能夠保證高質(zhì)量的節(jié)目安全傳送到千家萬戶。

1 系統(tǒng)概述

電視臺需要傳輸6套標清節(jié)目到自治區(qū)網(wǎng)絡公司和兵團網(wǎng)絡公司，以及本臺2個無線模擬發(fā)射頻道（27頻道和33頻道）。傳送至自治區(qū)網(wǎng)絡公司和兵團網(wǎng)絡公司的節(jié)目采用MPEG-2編碼方式，通過光纜傳輸，保證播出安全。全系統(tǒng)包括：光纜傳輸路由采用冗余熱備份，采用傳統(tǒng)的DVB前端方案，成熟可靠；編碼器使用6+2方案，為節(jié)約預算，使用矩陣通過網(wǎng)關作備用編碼器的信號調(diào)度，復用器為1∶1設計，作為節(jié)點設備；本臺2個無線模擬發(fā)射頻道（27頻道和33頻道）SDI信號在設備機房解嵌、D/A（該設備系統(tǒng)集成商提供）之后，利用原有模擬光端機傳送到發(fā)射機房發(fā)射機處。該系統(tǒng)中包括MPEG-2音視頻編碼器、復用器、自動切換開關、光傳輸設備等部分以及所需的外圍設備。

2 系統(tǒng)功能需求

電視臺建立數(shù)字化硬盤播出系統(tǒng)后，視頻節(jié)目源全部采用SDI數(shù)字信號，嵌入式音頻節(jié)目源，視頻編碼格式為MPEG-2，音頻編碼格式為MPEG-1 Layer II，單節(jié)目編碼碼率為5.0 Mbit/s，6套節(jié)目復用，PCR嵌入視頻。

由于該系統(tǒng)是本臺到自治區(qū)網(wǎng)絡的唯一信號源，節(jié)目中斷影響較大。在充分考慮成本的基礎上，將系統(tǒng)安全性作為最高原則。整個系統(tǒng)都采用自動冗余熱備份，最初設計了2套方案：

1）6+6 系統(tǒng)。整個系統(tǒng)1∶1備份方案，2套獨立的6套節(jié)目的編碼復用系統(tǒng)，2套獨立的光傳輸系統(tǒng)。分別通過主、備路由送入自治區(qū)網(wǎng)絡公司和兵團網(wǎng)絡公司，主、備光接收機輸出主、備ASI信號，供前端系統(tǒng)選擇。整個系統(tǒng)的故障切換都是自動的，無須人為干預。系統(tǒng)流程圖見圖1。

2）6+2 系統(tǒng)。編碼器采用6+2備份，由網(wǎng)管控制自動切換故障編碼器，獨立2套復用器系統(tǒng)，分別送入主、備光發(fā)射機，通過主、備路由送入自治區(qū)網(wǎng)絡公司和兵團網(wǎng)絡公司，主、備光接收機的主、備ASI信號供前端系統(tǒng)選擇。整個系統(tǒng)的故障切換都是自動的，無須人為干預。系統(tǒng)流程圖見圖2。

第一套方案充分考慮了設備的冗余，沒有單一潰點，但投入成本較大；第二套方案考慮了關鍵設備的冗余備份，性價比高。結(jié)合本臺實際情況，選擇第二套方案作為數(shù)字化播出節(jié)目傳輸系統(tǒng)的設計方案。

3 系統(tǒng)設計原則

該系統(tǒng)設計原則有：

1）標準化、開放性。整個系統(tǒng)基于開放的架構和標準的協(xié)議，采用統(tǒng)一的國際標準和工業(yè)標準，符合國標及廣電總局制定的相關行業(yè)標準，同時提供與外部系統(tǒng)連接的軟硬件接口。系統(tǒng)有極強的可擴展性，能夠?qū)崿F(xiàn)可預見的平滑升級。

2）安全、可靠性。本系統(tǒng)建成后將是本臺數(shù)字電視節(jié)目的傳輸平臺，要絕對保障整個系統(tǒng)的安全性。設計系統(tǒng)時，可以通過在關鍵環(huán)節(jié)（編碼、復用、光端機等）增加設備和切換開關來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的熱備份或冗余切換。

3）可管理性。整個前端系統(tǒng)中所有的設備都可以通過網(wǎng)管系統(tǒng)來進行狀態(tài)監(jiān)看、報警處理記錄、參數(shù)設置等，實現(xiàn)分布式多級管理控制系統(tǒng)，有效地避免獨立設備控制帶來的誤操作，相應地提高了系統(tǒng)可靠性，便于以后的技術管理。

4）先進性。本臺選用了技術先進的數(shù)字電視設備，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度很快。

5）最優(yōu)性價比。借鑒了國內(nèi)外眾多數(shù)字電視前端系統(tǒng)的成功經(jīng)驗，針對許多數(shù)字電視前端系統(tǒng)在運營中出現(xiàn)的典型問題，在本系統(tǒng)的設計中作了優(yōu)化，確保建成后的整個系統(tǒng)具有較高的性價比。

6）全面性和完整性。充分考慮了當前業(yè)務需求和今后整個平臺業(yè)務的擴展需求，確保整個系統(tǒng)是完整的、全面的。

4 系統(tǒng)設計特點

系統(tǒng)所有設備都可以處于單機工作狀態(tài)，同時充分考慮了設備的備份，極大地提高了系統(tǒng)可靠性。E5710具有卓越的編碼性能，音視頻編碼效果完美。復用器采用MX5210再復用器，適用于中小前端系統(tǒng)，性能優(yōu)異可靠，價格適中，可提供8路ASI信號的復用。光傳輸部分以及冗余切換開關部分作為重要環(huán)節(jié)，設備的選型也關系到系統(tǒng)的安全，建議選用成熟的產(chǎn)品。

5 關鍵設備技術特點

5.1 E5710編碼器

E5710編碼器是MPEG-2編碼器，不僅有高效性和高穩(wěn)定性，還具有更加強大的圖像處理功能、更高的集成度，確保能提供最完美的圖像和聲音編碼性能。

E5710編碼器具有極高的編碼效率，與其他編碼器相比，在相同的圖像編碼質(zhì)量下，E5710編碼器所需碼率最低。對于帶寬受限的DVB-C應用，這種特性的好處尤為明顯，能提供極寬的碼率范圍和高質(zhì)量的圖像。通過增加“性能升級”選件能夠消除和降低節(jié)目源中的噪聲，改善編碼質(zhì)量，進一步提高在低碼率下的編碼性能。同時支持SDI和模擬復合PAL/NTSC視頻輸入。統(tǒng)計復用功能可以讓該編碼器與其他編碼器共享一個固定帶寬。與復用器配合工作，復用器每隔一幀的時間就進行判斷，并為每個編碼器分配帶寬，這樣就能夠確保帶寬得以更加充分的利用，更好地保證了各個通道圖像的質(zhì)量。

E5720編碼器具有自動級聯(lián)和I幀校準系統(tǒng)，實現(xiàn)最佳的再編碼性能，可以識別那些曾經(jīng)被壓縮過的視頻素材的結(jié)構。對于那些必須先解碼再編碼的網(wǎng)絡，復原原始I幀可以提高圖像質(zhì)量，降低由于多代壓縮帶來的不良影響。

5.2 再復用器

MX5210是一款緊湊的1RU和節(jié)約成本的DVB再復用器，適用于包括有線電視和地面電視地區(qū)前端及電信分配系統(tǒng)在內(nèi)的再復用應用。

它是基于service或component的再復用，有8個DVB ASI輸入和2個DVB ASI銅纜輸出，輸出碼率高達190 Mbit/s。

5.3 網(wǎng)管系統(tǒng)

網(wǎng)管系統(tǒng)負責用戶賬號及權限管理，詳細完備的權限分類，對播出、播出單編輯、審片進行詳細的分類。嚴格權限管理，用戶的權限由系統(tǒng)管理人員在部門管理者的授權下進行設置；軟件容錯設計，數(shù)據(jù)庫容錯及備份，提供本地數(shù)據(jù)備份；參與播出的所有設備狀態(tài)和節(jié)目就緒情況能直觀顯示在界面上，一旦出現(xiàn)問題，將提供聲光報警功能。

管理系統(tǒng)軟件是整體解決方案的重要組成部分，在復用系統(tǒng)中起著控制、協(xié)調(diào)和監(jiān)視所有硬件的作用，運行在Windows XP操作平臺上。其主要特點是：操作界面高度圖形化，利用圖形來監(jiān)看系統(tǒng)狀態(tài)和復用器的實時工作狀態(tài)，集中式系統(tǒng)設置，具有報警處理與記錄功能，信號冗余可自動切換，強力支持ReflexTM統(tǒng)計復用功能，支持多遠端客戶終端，可以自動生成PSI/SI表格，支持通過遠程接口進行設置，外部SNMP接口，支持OpenTV等功能。

6 電視臺節(jié)目傳輸系統(tǒng)流程

6.1 信源分配

提供給主備編碼器的信號應來自播控系統(tǒng)，并保證主備信號源的安全。如果需要應添加信號分配器，信號分配器應具有故障直通功能，或配置跳線架，在分配器故障時短接連接信號源和指定的編碼器輸入。同時，每路信號源分配后可以提供1路送入監(jiān)視器監(jiān)看，提供16×1 SDI矩陣，使用1臺監(jiān)視器循環(huán)監(jiān)看主備12個信號源。信號源通過跳線架送入編碼器，以便應急切換。

6.2 編碼和復用

節(jié)目信號送入編碼器，E5710編碼器可以方便地通過計算機的Web瀏覽器設置參數(shù)，音視頻編碼后，以ASI格式送入MX5210復用器復用成1路TS流。主備復用器的ASI輸出分別送入主備光傳輸系統(tǒng)。ASI信號通過跳線架送入編碼器，以便應急切換。

6.3 光傳輸系統(tǒng)

傳輸采用1 310 nm波長，單模光纖傳輸。光發(fā)射機發(fā)射功率為-7 dBm，光接收機靈敏度為-20 dBm，傳輸預算大于20 km。

信號通過主、備鏈路送到自治區(qū)網(wǎng)絡公司機房的主、備光接收機，光電轉(zhuǎn)換后提供給主、備信號，選擇1路正常信號輸出到自治區(qū)網(wǎng)絡公司前端。

7 小結(jié)

節(jié)目傳輸系統(tǒng)作為數(shù)字化電視播出的一個重要環(huán)節(jié)，其數(shù)字化程度、傳輸性能的穩(wěn)定性直接影響到電視臺的形象。本系統(tǒng)的技術指標符合廣電總局的有關標準，且穩(wěn)定性好，性價比高，先進合理，顯著提高了本臺的節(jié)目播出質(zhì)量。