搭建新型傳輸平臺(tái)系統(tǒng)

文丨王朝暉

（湖南廣播電視臺(tái)覆蓋傳輸中心，長(zhǎng)沙 410003）

湖南廣電原有傳輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)為有線前端、微波干線網(wǎng)、衛(wèi)星上行站、無(wú)線發(fā)射臺(tái)傳輸提供各頻道信號(hào)源，很多線路還處于模數(shù)混合狀態(tài)，效果欠佳。近年來(lái)，湖南廣電數(shù)字化、高清化改造進(jìn)展飛速，有6個(gè)頻道已實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清同播。2012年初廣電總局基本確定湖南省內(nèi)10個(gè)地面頻道將采用異地加密本地上行的方式在直播星平臺(tái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星傳輸覆蓋。為適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，職能的增加，新的傳輸平臺(tái)系統(tǒng)主要從以下幾個(gè)方面入手設(shè)計(jì)。

1 目標(biāo)和任務(wù)

新方案從提高傳輸質(zhì)量出發(fā)，改變當(dāng)前各傳播方向分開(kāi)處理，分離傳輸?shù)木置妫y(tǒng)一建設(shè)傳輸中心系統(tǒng)，盡量摒棄基帶信號(hào)傳輸，各頻道信號(hào)統(tǒng)一按需求編碼——復(fù)用打包——ASI光傳輸分發(fā)。保證所有傳統(tǒng)分發(fā)渠道的信號(hào)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)，并適應(yīng)新媒體分發(fā)渠道的發(fā)展需求。所有處理方式和接口嚴(yán)格按照行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行；實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、靈活傳輸。

新的傳輸平臺(tái)系統(tǒng)需完成的主要任務(wù)：（1）對(duì)湖南廣電本地現(xiàn)有18套電視節(jié)目進(jìn)行MPEG-2編碼，統(tǒng)計(jì)復(fù)用輸出ASI傳輸至湖南省有線前端。（2）對(duì)湖南廣電18套本地節(jié)目進(jìn)行H.264編碼，復(fù)用輸出ASI傳輸至地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)房。（3）湖南廣電本地現(xiàn)有6套電視節(jié)目中嵌入廣播信號(hào)，再進(jìn)行MPEG-2編碼，送入省微波干線網(wǎng)。（4）本方案同時(shí)提供10套本地節(jié)目（嵌入10套立體聲廣播信號(hào)）的M[EG-2編碼信號(hào)給直播衛(wèi)星平臺(tái)。（5）為IPTV、金鷹網(wǎng)等新媒體提供低碼率信號(hào)源。

2 需求分析

2.1 各渠道編碼碼率需求

（1）在有線網(wǎng)中每個(gè)流總碼率為38 Mbps，有效地最大碼率為32Mbps，包含6套節(jié)目，每套節(jié)目平均可編的最大碼率約為5.3 Mbps。（2）中星9B直播衛(wèi)星平臺(tái)，頻率在17G，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬為36MHz，加密情況下最多可以傳輸12套節(jié)目，MCPC方式最大符號(hào)率設(shè)置Rs=28Mbps，QPSK方式調(diào)制，總數(shù)據(jù)率Rb=38.7 Mbps，廣播音頻、CA及其他輔助數(shù)據(jù)約0.7 Mbps，若是傳輸10套電視節(jié)目，每套節(jié)目MPEG2編碼碼率可達(dá)3.8 Mbps。（3）地面數(shù)字電視每個(gè)頻點(diǎn)可傳總碼率為22Mbps，除去開(kāi)銷，傳12套節(jié)目，每套節(jié)目平均碼率為1.75 Mbps，湖南廣播電視臺(tái)從節(jié)目質(zhì)量出發(fā)，實(shí)驗(yàn)階段傳輸編碼暫時(shí)采用H.264方式，同時(shí)，為保證重點(diǎn)節(jié)目的收看質(zhì)量，采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，將湖南衛(wèi)視等頻道節(jié)目編碼1.8 Mbps。（4）省微波干線網(wǎng)為PDH網(wǎng)，提供一個(gè)34Mbps傳輸接口, 考慮后級(jí)傳輸網(wǎng)絡(luò)接口容量，TS流總帶寬不超過(guò)30Mbps，需一個(gè)單獨(dú)的MPEG-2復(fù)用流，通過(guò)一臺(tái)ASI->E3（34Mbps）接口適配器，實(shí)現(xiàn)此TS流送入PDH網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。（5）IPTV集中播控平臺(tái)現(xiàn)在所需信號(hào)碼率為1.4 Mbps—1.6 Mbps；新媒體更低碼率和更低分辨率信號(hào)。

2.2 碼流的數(shù)量需求：

有線網(wǎng)18套節(jié)目全部入網(wǎng)，MPEG-2編碼，分三個(gè)流輸出；省微波干線PHD網(wǎng)需要MPEG-2流一個(gè)；直播星平臺(tái)10套節(jié)目打包成一個(gè)MPEG-2流；地面數(shù)字電視按兩個(gè)頻點(diǎn)計(jì)劃18個(gè)頻道分作兩個(gè)H.264流，按一個(gè)頻點(diǎn)計(jì)劃2個(gè)頻道打包成一個(gè)H.264流。IPTV平臺(tái)一個(gè)H.264流，其余新媒體預(yù)留兩個(gè)H.264輸出流。

碼流類型和數(shù)量綜合見(jiàn)下表：

編碼方式 碼率 輸出流的數(shù)量 去向MPEG-2 6Mbps 3 有線前端MPEG-2 3.8 Mbps 1 直播衛(wèi)星平臺(tái)MPEG-2 3.8 Mbps 1 微波省干網(wǎng)H.264 1.8 Mbps 2 地面數(shù)字電視（老臺(tái)、岳麓山）H.264 1.6 Mbps 1 IPTV H.264 1.4 Mbps及更低 2 多屏媒體平臺(tái)

3 設(shè)計(jì)思路

傳統(tǒng)分發(fā)渠道對(duì)信號(hào)的安全要求、質(zhì)量要求都很高，方案的設(shè)計(jì)首要考慮安全和優(yōu)質(zhì)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

系統(tǒng)需要MPEG-2和H.264兩種編碼方式的ASI流，但各種編碼方式流信號(hào)所需碼率有多種，這里有兩種方案可供選擇：一是為各種碼率需求分別建立一套編碼系統(tǒng)，這樣可以保證每一個(gè)渠道都得到該碼率下最好的信號(hào)質(zhì)量，但缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)高；二是 MPEG-2和H.264 兩種編碼方式都單獨(dú)編碼，輸出各類型所需的最高碼率的ASI流，其他同類型不同碼率的流通過(guò)轉(zhuǎn)碼的方式獲取，這種方式既可以保證有線網(wǎng)絡(luò)和地面數(shù)字電視的收看質(zhì)量，又能兼容各傳輸渠道的碼率需求；系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，性價(jià)比高。不足之處在于直播衛(wèi)星平臺(tái)信號(hào)因轉(zhuǎn)碼損傷質(zhì)量下降，同時(shí)由于系統(tǒng)集中，安全系數(shù)下降。

本文選擇第二種方式討論具體方案。

4 技術(shù)方案

系統(tǒng)框圖如圖：

方案具體各傳輸渠道信號(hào)處理過(guò)程。

4.1 有線網(wǎng)信號(hào)源編碼復(fù)用流程

對(duì)18套節(jié)目做本地優(yōu)質(zhì)、高效的MPEG-2標(biāo)清編碼，編碼器采用N+M備份，M≥4.來(lái)自總控主18路信號(hào)直接送入主編碼器，來(lái)自總控18路備份SDI信號(hào)送入32*32調(diào)度矩陣。當(dāng)主設(shè)備輸入信號(hào)丟失或設(shè)備故障時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)管，迅速將故障編碼器的參數(shù)下發(fā)給備份編碼器，并控制SDI矩陣實(shí)現(xiàn)SDI信號(hào)源的快速切換完成自動(dòng)切換過(guò)程。主備編碼器分兩路分別輸出給主備兩臺(tái)千兆交換機(jī)，主備交換機(jī)輸出送入主備復(fù)用器。復(fù)用器將MPEG-2編碼信號(hào)打包為4個(gè)獨(dú)立TS流。其中三個(gè)TS流共包含18套節(jié)目，每個(gè)TS流6套節(jié)目，每個(gè)TS流經(jīng)過(guò)ASI分配器后，通過(guò)主備光傳輸設(shè)備將復(fù)用器輸出主備信號(hào)分別送至廣達(dá)和國(guó)安兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)公司前端機(jī)房；第4個(gè)TS流中包含節(jié)目和數(shù)量由用戶自行選擇（約為6套電視節(jié)目和6套立體聲廣播）。

18套電視節(jié)目節(jié)目MPEG-2標(biāo)清編碼碼率平均為5.4Mbps，并通過(guò)設(shè)備統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能保證重點(diǎn)頻道節(jié)目得到最低5.4Mbps、最高6.5Mbps的碼率需求，經(jīng)復(fù)用處理，提供給網(wǎng)絡(luò)公司的前端系統(tǒng)。信號(hào)處理冗余備份充分，保證系統(tǒng)信號(hào)不中斷，有線前端不再對(duì)流信號(hào)拆包處理，直接進(jìn)入調(diào)制級(jí)以減少信號(hào)損耗。

4.2 地面數(shù)字電視前端編碼復(fù)用系統(tǒng)流程

對(duì)18套本地節(jié)目進(jìn)行H.264標(biāo)清編碼壓縮處理，本部分編碼備份及切換與第一部分相同。主備編碼器輸出的主備信號(hào)送入后一級(jí)1+1主備千兆交換機(jī)，經(jīng)過(guò)匯聚后再送入后級(jí)1+1主備復(fù)用器。考慮系統(tǒng)性價(jià)比，主備千兆交換機(jī)和主備復(fù)用器與第一部分采用相同設(shè)備。

通過(guò)主備復(fù)用器將18套H.264編碼節(jié)目打包復(fù)用為2個(gè)獨(dú)立TS流輸出，每個(gè)TS流9套節(jié)目。系統(tǒng)輸出主備信號(hào)通過(guò)信號(hào)分配后送入下一級(jí)：地面數(shù)字電視傳輸網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、老臺(tái)機(jī)房和岳麓山機(jī)房。

4.3 直播衛(wèi)星平臺(tái)信號(hào)源處理流程

直播衛(wèi)星平臺(tái)直接取用MPEG-2（5.4Mbps）編碼ASI流，選取所需的10套節(jié)目和立體聲廣播信號(hào)通過(guò)主備復(fù)用器進(jìn)行轉(zhuǎn)碼再?gòu)?fù)用，輸出MPEG-2（3.8Mbps）ASI信號(hào)流主備兩路至衛(wèi)星上星站。

IPTV及新媒體按需求取用經(jīng)轉(zhuǎn)碼的復(fù)用信號(hào)流，碼率一般在1.6Mbps以下。

5 總體技術(shù)規(guī)范及特點(diǎn)

5.1 適用標(biāo)準(zhǔn)

編碼復(fù)用系統(tǒng)的各項(xiàng)軟、硬件技術(shù)遵循現(xiàn)有的（或通用的）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，或優(yōu)于國(guó)家及國(guó)家廣電總局技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。若無(wú)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，則必須遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、DVB組織、ITU-T有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與建議。

5.2 系統(tǒng)整體特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)安全性高：兩個(gè)部分編碼復(fù)用系統(tǒng)，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)編碼器（卡）N+M備份，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)信號(hào)共18路，N=18，M≥4。復(fù)用器1+1備份?？梢栽O(shè)定輸入信號(hào)的優(yōu)先級(jí)，編碼模塊發(fā)生故障時(shí)，可以保證高優(yōu)先級(jí)的節(jié)目信號(hào)得到優(yōu)先保證（2）系統(tǒng)完整、統(tǒng)一性：系統(tǒng)主要編碼、復(fù)用設(shè)備統(tǒng)一采用國(guó)際知名品牌，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管。（3）系統(tǒng)靈活性高：系統(tǒng)兩個(gè)部分編碼復(fù)用系統(tǒng)，共用復(fù)用器，由復(fù)用器提供不同信號(hào)給下一級(jí)系統(tǒng)使用。（4）系統(tǒng)可升級(jí)性：系統(tǒng)中設(shè)備相同型號(hào)的電路板應(yīng)是可互換的，設(shè)備具有平滑升級(jí)途徑。（5）系統(tǒng)高性價(jià)比：系統(tǒng)采用多路編碼卡的機(jī)箱，機(jī)箱內(nèi)可混插不同類型的編碼卡，如H.264和MPEG-2編碼卡可混插，提高機(jī)箱利用率。

6 總 結(jié)

此編碼復(fù)用傳輸系統(tǒng)方案是對(duì)原有系統(tǒng)的改造，提高了信號(hào)傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性，也適當(dāng)考慮了新媒體發(fā)展對(duì)傳輸?shù)男枨?，以平臺(tái)的形式，可為各種新的信號(hào)源需求提供接口，并具備可擴(kuò)展性、可持續(xù)性。