四川廣播電視臺(tái)高清節(jié)目傳輸方案初探

張 宇 黃 冕

（作者單位：四川廣播電視臺(tái)電視播出部）

四川廣播電視臺(tái)高清節(jié)目傳輸方案初探

張 宇 黃 冕

（作者單位：四川廣播電視臺(tái)電視播出部）

四川廣播電視臺(tái)于2012年2月正式遷入新彩電中心大樓運(yùn)營。電視播出部的數(shù)字總控傳輸系統(tǒng)從運(yùn)行至今，從設(shè)計(jì)功能和目標(biāo)上滿足了當(dāng)時(shí)節(jié)目的編碼復(fù)用傳輸需求。 為了適應(yīng)國家十三五規(guī)劃中關(guān)于廣播電視行業(yè)的要求，四川廣播電視臺(tái)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分電視節(jié)目高標(biāo)清同播和傳輸?shù)幕A(chǔ)上，已經(jīng)在研究所有高清播出頻道信號(hào)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方案。

為了逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有高標(biāo)清編碼信號(hào)混傳模式的改造和升級(jí)，經(jīng)過多次研討， 總控確定了地面及上星信號(hào)的高清節(jié)目編碼復(fù)用架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)思路： 針對(duì)在播頻道的傳輸方式，設(shè)計(jì)時(shí)按照“先進(jìn)靈活、安全穩(wěn)定、合理利舊、易于擴(kuò)展”的原則開展方案研究和設(shè)備前期調(diào)研工作。

編碼復(fù)用；高清編碼；H.264；AVS+；碼流切換

總控傳輸系統(tǒng)是四川廣播電視臺(tái)所有播出節(jié)目分發(fā)到下游傳輸單位的前端，負(fù)責(zé)完成高標(biāo)清播出信號(hào)的編碼復(fù)用及地面無線頻道、有線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)臺(tái)信號(hào)的傳輸和上星信號(hào)的傳輸。本系統(tǒng)作為四川廣播電視臺(tái)（SRT）播出信號(hào)傳輸?shù)目偳岸?，承?dān)了四川廣播電視臺(tái)所有的電視播出頻道和廣播頻率的傳輸工作。

四川廣播電視臺(tái)于2012年2月正式遷入新彩電中心大樓運(yùn)營。電視播出部的數(shù)字總控傳輸系統(tǒng)從運(yùn)行至今，從設(shè)計(jì)功能和目標(biāo)上滿足了當(dāng)時(shí)節(jié)目的編碼復(fù)用傳輸需求。依照本臺(tái)的業(yè)務(wù)規(guī)劃，將所有電視頻道（標(biāo)清10套，高清2套）和11套廣播頻率分發(fā)給無線地面廣播、省內(nèi)有線網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)臺(tái)，2套上星電視節(jié)目和8套廣播頻率（標(biāo)清四川衛(wèi)視及標(biāo)清康巴衛(wèi)視）傳送給衛(wèi)星上行站。

標(biāo)清節(jié)目的編碼壓縮采用MPEG-2編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮，2套地面高清節(jié)目（SCTV1、5HD）采用H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮，1套上星高清節(jié)目（SCTV1 HD）采用AVS+壓縮編碼技術(shù)。

為了適應(yīng)國家十三?五規(guī)劃中關(guān)于廣播電視行業(yè)要求，四川廣播電視臺(tái)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分電視節(jié)目高標(biāo)清同播和傳輸?shù)幕A(chǔ)上，已經(jīng)在研究所有高清播出頻道信號(hào)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方案。根據(jù)計(jì)劃播出的12套高清電視節(jié)目，暫訂規(guī)劃輸出4個(gè)或以上的高清TS傳輸流。

1　高清電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念

新的高清信號(hào)編碼復(fù)用系統(tǒng)是在目前的高標(biāo)清播出信號(hào)傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)、擴(kuò)容、改造。設(shè)計(jì)理念為繼承原有系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用科學(xué)、先進(jìn)、成熟穩(wěn)定的技術(shù)，適應(yīng)四川廣播電視臺(tái)電視節(jié)目的逐步全面高清播出，能夠進(jìn)行多種主流高清格式編碼。確保系統(tǒng)的易于擴(kuò)展，遵循不間斷、高質(zhì)量、可靠經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則，應(yīng)急技術(shù)可靠，應(yīng)急處理時(shí)不對(duì)正常傳輸信號(hào)產(chǎn)生影響。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)理念，總控確定了地面及上星信號(hào)的高清節(jié)目編碼復(fù)用架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)思路：針對(duì)在播的頻道的傳輸方式，設(shè)計(jì)時(shí)按照“先進(jìn)靈活、安全穩(wěn)定、合理利舊、易于擴(kuò)展”的原則開展方案研究和設(shè)備前期調(diào)研工作。現(xiàn)有2種設(shè)計(jì)方案?jìng)溥x。

2　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1方案一

每2個(gè)（上星）和每4個(gè)（地面）頻道播出信號(hào)送入對(duì)應(yīng)的2通道或者4通道模塊式高清編碼器進(jìn)行編碼。該編碼器應(yīng)支持IP輸出。編碼器輸出的H.264 over IP信號(hào)，送入主備交換機(jī)后通過IP通道與主、備復(fù)用器連接，且為交叉方式。復(fù)用器內(nèi)部將各編碼的IP信號(hào)轉(zhuǎn)為碼流信號(hào)進(jìn)行再復(fù)用，最終輸出4路TS流信號(hào)進(jìn)入2選1碼流切換器傳輸?shù)较掠嗡拇ㄊV電網(wǎng)絡(luò)公司，如圖1所示 。

圖1　高清編碼利用方案一

優(yōu)點(diǎn)：

（1）先進(jìn)靈活：ASI碼流信號(hào)與IP信號(hào)共存組網(wǎng)，并采用業(yè)內(nèi)先進(jìn)、高效的編碼復(fù)用器和網(wǎng)管服務(wù)器。

（2）易于擴(kuò)展：此方案結(jié)構(gòu)利于今后編碼模塊添加、復(fù)用器的增加。

（3）安全穩(wěn)定：12+4的編碼模塊熱備份，1: 1的復(fù)用器、交換機(jī)整機(jī)熱備份。

（4）合理利舊：在升級(jí)改造系統(tǒng)時(shí)可充分利用原來的高清編碼復(fù)用器（愛立信VPC）。

缺點(diǎn)：

由于IP與ASI信號(hào)切換底層機(jī)理不一樣，主備信號(hào)倒換時(shí)，在目前技術(shù)狀況下畫面可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)中斷，表現(xiàn)為靜幀、黑屏等，對(duì)安全播出傳輸有潛在風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）先進(jìn)靈活：采用靈活的 模塊式結(jié)構(gòu)編碼復(fù)用器。

（2）安全穩(wěn)定：編碼以模塊式機(jī)箱為單位進(jìn)行1: 1備份，切換器智能主備的無縫切換，無需單獨(dú)的網(wǎng)管系統(tǒng)。

（3）易于擴(kuò)展：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)邏輯簡(jiǎn)單，以后如有新的高清頻道開播只需要繼續(xù)增加編碼復(fù)用器和碼流切換器，給擴(kuò)容升級(jí)帶來方便，

合理利舊：在升級(jí)改造系統(tǒng)時(shí)可充分利用原來的高清編碼復(fù)用器（愛立信VPC）。

缺點(diǎn)：

相對(duì)于方案一，設(shè)備投入會(huì)有30%左右的增加。

模塊式編碼復(fù)用器采用編碼模塊12×4冗余配置，各播出高清主路信號(hào)經(jīng)主路編碼器后，IP信號(hào)送進(jìn)主備交換機(jī)，而所有備路播出HDSDI信號(hào)送入16*4的HDSDI基帶 矩陣，當(dāng)主路任意4路播出信號(hào)有故障時(shí)，該矩陣輸出對(duì)應(yīng)的備播出HDSDI信號(hào)到備份模塊式編碼復(fù)用器（4通道），同時(shí)備交換機(jī)也接入有備份編碼復(fù)用器輸出的IP信號(hào)，交換機(jī)信號(hào)也接入主備復(fù)用器，完成各頻道編碼信號(hào)12*4冗余功能。然后通過網(wǎng)管服務(wù)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)冗余切換。如圖2所示。

圖2　方案一高清編碼冗示意圖

方案中編碼器、復(fù)用器、交換機(jī)達(dá)到了1:1冗余的目的，主、備交換機(jī)和主、備復(fù)用器按以交叉的方式進(jìn)行連接，自動(dòng)切換功能由網(wǎng)管服務(wù)器完成。如圖3所示。

圖3　方案一高清復(fù)用冗示意圖

2.2方案二

（1）對(duì)于地面頻道，使用具備3通道模塊、支持H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)的高清編碼復(fù)用器。四川廣播電視臺(tái)12套節(jié)目可分為4組，即4個(gè)主備，共需8臺(tái)這種高清編碼復(fù)用器。每臺(tái)高清編碼復(fù)用器內(nèi)部復(fù)用3通道編碼信號(hào)后輸出打包TS流信號(hào)。輸出的主備TS流信號(hào)分別進(jìn)入4臺(tái)2選1碼流切換器向下游四川省廣電網(wǎng)絡(luò)公司等傳輸，如圖4所示。

圖4　方案二高清復(fù)用示意圖

這個(gè)方案每臺(tái)高清編碼復(fù)用器以1:1的方式熱備份，4組頻道的主備編碼復(fù)用TS流信號(hào)送入各自的智能2選1碼流切換器，通過碼流切換器內(nèi)部的智能判斷進(jìn)行自動(dòng)切換。

（2）對(duì)于衛(wèi)視高清，主備播出HD-SDI信號(hào)分別進(jìn)入主備AVS+高清編碼器，每臺(tái)編碼器輸出2路TS流信號(hào)分別送入2臺(tái)智能2選1碼流切換器然后經(jīng)四川省廣電網(wǎng)絡(luò)公司、國干送上行站上星。如下圖所示。

圖5　方案二衛(wèi)視高清編碼示意圖

3　設(shè)計(jì)心得

目前，多數(shù)電視臺(tái)和有線網(wǎng)絡(luò)前端使用的ASI切換技術(shù)雖然比較成熟，但是隨著近年來IP技術(shù)的飛速發(fā)展，在可以預(yù)見的未來，通過IP進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆绞綄⒖焖俪蔀橹髁鳌５壳皝碚f，傳統(tǒng)ASI傳輸IP傳輸還各有自己的優(yōu)勢(shì)：

（1）使用IP技術(shù)，視頻的傳輸和信號(hào)路由交換變得更靈活，系統(tǒng)間連接簡(jiǎn)捷，備份易于實(shí)現(xiàn)。信號(hào)源到交換機(jī)的鏈接不用考慮其邏輯結(jié)構(gòu)，直接將相關(guān)的IP信號(hào)連接到交換機(jī)任意端口即可，方便系統(tǒng)布線。傳輸使用組播方式，機(jī)房內(nèi)短距離傳輸IP信號(hào)，丟包的可能性很小，機(jī)房布線使用工程六類雙絞線和水晶頭，接口為GbE RJ45以太網(wǎng)接口，將節(jié)省較大投資。

（2）基于IP技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，考慮了設(shè)備、信號(hào)源、鏈路、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的備份，且應(yīng)急備份切換通過網(wǎng)管服務(wù)器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

（3）目前IP傳輸技術(shù)經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，已經(jīng)比較成熟，但是也應(yīng)認(rèn)識(shí)到IP傳輸系統(tǒng)故障相對(duì)于傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的判斷處理也更復(fù)雜。需要四川廣播電視臺(tái)機(jī)房一線傳輸值班的技術(shù)人員努力在以后的工作中積極適應(yīng)技術(shù)系統(tǒng)的快速變化，加強(qiáng)對(duì)IP技術(shù)應(yīng)用于廣電傳輸?shù)奶剿?，進(jìn)而簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，挺高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性。

（4）目前國家新聞出版廣播電影電視局對(duì)安全播出提出了更高的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全可靠還是需要放到第一位，因此方案二中對(duì)于安全要求最高的衛(wèi)視高清傳輸單獨(dú)采用了成本較高的雙二選一碼流切換器的架構(gòu)，最大可能保證上星信號(hào)的安全傳輸。

4　小結(jié)

本文簡(jiǎn)要探討了四川廣播電視臺(tái)總控傳輸設(shè)想的兩種高清編碼復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。通過結(jié)合在用的高標(biāo)清同播和傳輸?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了高清播出信號(hào)編碼傳輸方案的設(shè)計(jì)思想，并分析比較了了2種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。通過對(duì)此編碼復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)研，對(duì)IP傳輸技術(shù)在廣電的應(yīng)用也有了深一步探索。為今后工作確定技術(shù)方案和完善設(shè)計(jì)方案奠定了一定的理論基礎(chǔ)，鍛煉了技術(shù)隊(duì)伍，積累了經(jīng)驗(yàn)。

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