淺析廣西電視臺(tái)2+2訊道高標(biāo)清衛(wèi)星車設(shè)計(jì)與實(shí)踐

■鄧厚坤

廣西電視臺(tái)Ku波段2+2訊道高標(biāo)清衛(wèi)星車項(xiàng)目是在促進(jìn)高清電視發(fā)展的大趨勢(shì)下建設(shè)的，主要滿足新聞直播需要。系統(tǒng)采用無縫高標(biāo)清框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足高清、標(biāo)清和模擬等多格式信號(hào)變換。本文就該車設(shè)計(jì)構(gòu)思，設(shè)備選型，衛(wèi)星、視音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及建成后衛(wèi)星車使用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。

一、車體的選型和設(shè)計(jì)

衛(wèi)星直播車是電視臺(tái)直播活動(dòng)必備的硬件設(shè)施，是集成各種設(shè)備的承載工具，在確保整車結(jié)構(gòu)性能、機(jī)動(dòng)性能和載重能力的同時(shí)，為了提供較大較舒適的工作空間，我們選擇綜合性能好的進(jìn)口奔馳815D客貨車作為改裝平臺(tái)。為了達(dá)到衛(wèi)星車的要求，將車體改裝成四個(gè)區(qū)域：駕駛區(qū)、工作區(qū)、車頂平臺(tái)區(qū)和設(shè)備檢修區(qū)。工作區(qū)采用L型布局，利用設(shè)備機(jī)柜進(jìn)行車體隔斷，有利于最大限度地隔絕車外噪聲，橫向?qū)Э嘏_(tái)提供較大較舒適的工作空間，大屏懸掛安裝方便監(jiān)看。車頂平臺(tái)采用輕鋁框架承重結(jié)構(gòu)，空調(diào)、衛(wèi)星天線、無線微波攝像機(jī)天線等附件直接安裝在車頂平臺(tái)上，對(duì)車體破壞減到最小，特別對(duì)于衛(wèi)星天線的安裝與維護(hù)尤為重要。

二、衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)和主要設(shè)備選型

本衛(wèi)星系統(tǒng)由接收機(jī)、編碼調(diào)制器、上變頻器、高功率放大器、天線等組成。采用1.8米Ku波段衛(wèi)星天線作為傳輸設(shè)備，并配置有完整的主備通路，通路包含高清編碼調(diào)制器、上變頻設(shè)備以及高功放等，同時(shí)具備下行鏈路接收及監(jiān)測(cè)能力。

1.天線的選型

根據(jù)廣西地區(qū)的單路高清傳送衛(wèi)星鏈路分析結(jié)果，使用亞洲5號(hào)衛(wèi)星，按廣西地區(qū)萬分之一的降雨概率（42mm/h）計(jì)算，1.8米天線與400W功放的配合，采用天線艙室外安裝方式，且系統(tǒng)留有1dB的余量。為此，我們采用GIGASAT英國公司生產(chǎn)的1.8米口徑的天線。該天線由一個(gè)碳纖維主反射面和方位俯仰控制系統(tǒng)組成，采用偏饋方式，配置CPI公司生產(chǎn)的T04U0 400W Ku頻段行波管功放，具備性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、重量輕等特點(diǎn)。

2.下行鏈路設(shè)計(jì)

下行鏈路使用傳統(tǒng)的接收方式，由LNB、1:4功率分配器、數(shù)字衛(wèi)星解碼器、頻譜分析儀等組成。天線接收的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)LNB放大和變頻后，輸出L波段信號(hào)，經(jīng)1:4功分器分為相等的四路，一路送至頻譜分析儀，監(jiān)測(cè)接收信號(hào)的電平和頻率，一路可連接衛(wèi)星接收機(jī)，監(jiān)看接收的圖像。

3.全熱備份二級(jí)倒換上行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，大部分衛(wèi)星車上行系統(tǒng)采用的是三級(jí)倒換的模式來上傳信號(hào)給衛(wèi)星，而我們?cè)谠O(shè)計(jì)本車上行系統(tǒng)采用的是全熱備份二級(jí)倒換系統(tǒng)，當(dāng)視音頻系統(tǒng)送來的主備信號(hào)經(jīng)過全熱備的編碼調(diào)制器編碼調(diào)制后，以L波段信號(hào)輸出到L波段倒換開關(guān)上。L波段倒換開關(guān)將主輸出經(jīng)功分器一分二后送到全熱備的高功率放大器中。高功率放大器內(nèi)含有上變頻器模塊（BUC）,將L波段信號(hào)變頻為Ku波段信號(hào)，然后進(jìn)行功率放大，通過波導(dǎo)倒換開關(guān)，一路輸出至車載天線發(fā)射，另一路則加載在假負(fù)載上隨時(shí)等候高功放控制器控制主備切換。與其它設(shè)計(jì)模式相比，二級(jí)倒換系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

（1）節(jié)約空間 將上變頻器模塊（BUC）嵌入在高功率放大器內(nèi)，減少設(shè)備安裝空間，方便于維護(hù)。同時(shí)設(shè)備的購買也能減少成本的投入。

（2）保證安全 三級(jí)倒換方式是由編碼器倒換、上變頻器倒換和高功率放大器倒換構(gòu)成，而我們使用的二級(jí)倒換方式減少了上變頻器倒換的過程，更加快捷方便，提高安全性。

（3）提高質(zhì)量 使用二級(jí)倒換設(shè)計(jì)，減少Ku波段電纜的長度，減少由電纜過長引起的信號(hào)衰減或失真。

三、視音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)以高清為主，同時(shí)兼顧標(biāo)清信號(hào)的制作。因此設(shè)備選型均以高標(biāo)清兼容設(shè)備為主，整個(gè)系統(tǒng)以主切換臺(tái)和備播矩陣為核心，進(jìn)行信號(hào)的切換和調(diào)度。主切換臺(tái)采用的是Panasonic公司AV-HS4501ME切換臺(tái)，備播矩陣采用的是Harris公司P16X16HSO切換矩陣，多功能信號(hào)處理器采用的是Harris公司X85信號(hào)多功能處理器，最高實(shí)現(xiàn)6路上變換2路下變換，基本滿足我們的設(shè)計(jì)需要。視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用無縫高標(biāo)清框架制作體系和2+2形式，包含2個(gè)高清有線攝像機(jī)訊道、2個(gè)高清無線攝像機(jī)訊道、2臺(tái)錄像機(jī)和預(yù)留字幕機(jī)，可接收2路模擬、標(biāo)清或高清外來信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)以主切換臺(tái)和備播矩陣為核心，通過設(shè)置上/下變換器對(duì)信號(hào)的變換策略，能夠使得系統(tǒng)自適應(yīng)地處理接收到的信號(hào)。音頻部分要打造成一個(gè)集成的、功能全面的音頻系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)選用調(diào)音臺(tái)作為整個(gè)音頻系統(tǒng)的核心，同時(shí)要充分考慮到DSNG擴(kuò)展性、靈活性的需求。該車需要輸入的音頻信號(hào)有：2臺(tái)有線攝像機(jī)CCU音頻輸出信號(hào)2 路，2臺(tái)無線攝像機(jī)音頻輸出信號(hào)2 路，2臺(tái)錄像機(jī)LR聲道輸出信號(hào)4路、X85解嵌音頻4路，數(shù)字衛(wèi)星解碼器輸出信號(hào)4路、車外接口板輸入信號(hào)8路，共計(jì)24路。因此我們通過產(chǎn)品比較，選用Yamaha公司出品的DM1000調(diào)音臺(tái)，可以進(jìn)行24-bit/96kHz 的數(shù)字音頻處理，還可以進(jìn)行48通道同時(shí)混合。調(diào)音臺(tái)輸出PGM信號(hào)分別送給DSNG系統(tǒng)的視音頻編碼器、2臺(tái)錄像機(jī)CH1-CH4，以及通話系統(tǒng)。該調(diào)音臺(tái)具有高可靠性和靈活性的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單的模塊擴(kuò)展，并易于操作。設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)利用音頻跳線板來擴(kuò)充調(diào)音臺(tái)的輸入路數(shù)，需要時(shí)可通過音頻跳線連接。系統(tǒng)框架如圖1所示。這樣的設(shè)計(jì)可以讓系統(tǒng)滿足以下特點(diǎn)：

（1）無縫性 根據(jù)實(shí)際使用需要，在高清和標(biāo)清框架切換時(shí)不需要調(diào)整線路，只要修改多功能信號(hào)處理器和切換臺(tái)的參數(shù)配置就可以切換，非常方便快捷。

（2）兼容性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要以高清制作為主，兼容標(biāo)清。所以我們使用的周邊設(shè)備均考慮高清板卡能向下兼容標(biāo)清。

（3）安全性 設(shè)計(jì)時(shí)滿足信號(hào)源同時(shí)輸出兩路數(shù)字信號(hào)通過跳線進(jìn)入主切換臺(tái)和備播矩陣。正常情況下，通過切換臺(tái)將信號(hào)切換輸出，經(jīng)過應(yīng)急開關(guān)輸出給編碼器進(jìn)行加嵌編碼，并輸入錄像機(jī)進(jìn)行錄制。應(yīng)急情況下，備播矩陣輸出信號(hào)經(jīng)過倒換后的應(yīng)急切換，保證信號(hào)傳輸暢通。同時(shí)考慮到作為獨(dú)立的傳輸車，靈活的外來信號(hào)接入，通過切換臺(tái)簡(jiǎn)單的切換，能夠保證節(jié)目的正常傳輸。

四、監(jiān)看系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)看系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮方便性和應(yīng)急性為主，將其作為分區(qū)來監(jiān)看。系統(tǒng)主要分為導(dǎo)演區(qū)和技術(shù)區(qū)，采用的都是獨(dú)立調(diào)整監(jiān)看，相互不干擾。導(dǎo)演區(qū)分為主切換監(jiān)看，備切換監(jiān)看。主切換監(jiān)看利用主切換臺(tái)內(nèi)置10畫面分割器配合1個(gè)PANASONIC 42寸專業(yè)監(jiān)視器作為正常情況下的監(jiān)看，監(jiān)看信號(hào)可在主切換臺(tái)內(nèi)任意配置。備切換監(jiān)看利用板卡式8畫面分割器輸出給另1個(gè)PANASONIC 42寸專業(yè)等離子監(jiān)視器監(jiān)看，監(jiān)看信號(hào)可通過備播矩陣任意配置。技術(shù)區(qū)分為技術(shù)檢測(cè)監(jiān)看，訊道控制監(jiān)看，技術(shù)檢測(cè)區(qū)利用板卡式8畫面分割器輸出給1個(gè)19英寸液晶顯示器以及示波器作為技術(shù)監(jiān)看，監(jiān)看信號(hào)可通過備播矩陣任意配置。訊道控制監(jiān)看利用2RU4聯(lián)液晶及示波器監(jiān)看，保證系統(tǒng)的應(yīng)急技術(shù)監(jiān)看。

五、高清無線攝像機(jī)數(shù)字微波系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線系統(tǒng)采用微波壓縮方式，調(diào)制采用DVB-T、COFDM傳輸技術(shù)，圖像傳輸延時(shí)小，抗干擾、抗路徑能力強(qiáng)，通過移動(dòng)式天線管理單元級(jí)聯(lián)方式傳輸距離更長，適用于新聞采集環(huán)境。我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)使用Gigawave公司的D-Cam Clip on數(shù)字微波發(fā)射單元，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：重量輕，功耗低，安全性好。其發(fā)射單元的重量不到1kg；功耗為小于18W，如使用130wh電池的話，可以保證正常工作兩小時(shí)以上。本身采用100mw的功放，可以充分地保護(hù)攝像員的健康。在無遮擋情況下，傳輸距離就可達(dá)1.5公里（QPSK）。發(fā)射單元本身采用了64QAM/16QAM/QPSK調(diào)制方式，可以傳輸高達(dá)30Mbps的MPEG2圖像。接收端采用MTV-D2來接收，本身具備分集接收功能，此接收單元體積小，重量輕可以很方便地安裝在衛(wèi)星車上，也可以拆放在飛箱內(nèi)。車頂?shù)慕邮仗炀€采用4根Fan Beam天線，接收水平角度為90度，增益為13dBi。天線與接收單元之間用2-3米的LMR-400高頻低衰耗電纜連接，安裝簡(jiǎn)單，易維護(hù)。

六、系統(tǒng)實(shí)踐效果

該車目前已經(jīng)投入使用兩年多，我們的一些創(chuàng)新設(shè)計(jì)成果也得到了很好的驗(yàn)證，有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：

1.衛(wèi)星上行系統(tǒng)采用二級(jí)倒換系統(tǒng)設(shè)計(jì)將上變頻器模塊嵌入在高功率放大器內(nèi)，只需要編碼器和高功放二級(jí)倒換就能完成主備設(shè)備切換，減少過程，節(jié)約空間，縮短Ku波段電纜長度，減少信號(hào)衰減，提高質(zhì)量。

2.視頻系統(tǒng)采用無縫高標(biāo)清框架制作體系 實(shí)際使用中，在高清和標(biāo)清框架切換時(shí)不需要調(diào)整線路，只要修改多功能信號(hào)處理器和切換臺(tái)的參數(shù)配置就可以使用，非常地方便快捷。

七、結(jié)束語

廣西電視臺(tái)2＋2訊道高標(biāo)清衛(wèi)星車是本臺(tái)第二輛數(shù)字衛(wèi)星車，2011年項(xiàng)目完成驗(yàn)收后，已經(jīng)完成多次重要直播任務(wù)，特別是在2011年紀(jì)念建黨90周年系列大型現(xiàn)場(chǎng)直播活動(dòng)“紅旗漫卷八桂”中表現(xiàn)優(yōu)異，在廣西東蘭、巴馬、鳳山等革命老區(qū)直播時(shí)，車體的性能和系統(tǒng)的搭建都有很高的實(shí)用性。