四川電視塔地面數(shù)字電視系統(tǒng)

姚凱濤 吳勝久

【摘要】 四川電視塔地面數(shù)字電視系統(tǒng)主要包括前端信源編碼系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)、監(jiān)播系統(tǒng)。結(jié)合流程圖對(duì)信源編碼部分的設(shè)計(jì)做了闡述；對(duì)發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。為當(dāng)前國(guó)標(biāo)地面數(shù)字無(wú)線(xiàn)覆蓋提供一種借鑒。

【關(guān)鍵詞】地面數(shù)字電視 編碼器 復(fù)用器 激勵(lì)器 發(fā)射機(jī)

川臺(tái)地面數(shù)字電視機(jī)房位于成都市猛追灣電視塔。四川電視塔海拔480米，塔高339米，為成都市最高建筑，用于對(duì)成都市區(qū)、郊區(qū)、周邊市縣及邊遠(yuǎn)山區(qū)提供廣播電視信號(hào)無(wú)線(xiàn)覆蓋業(yè)務(wù)。

2012年，為加快構(gòu)建技術(shù)先進(jìn)、傳輸快捷、覆蓋廣泛的廣播電視傳輸覆蓋新體系，整合相關(guān)資源，機(jī)房采用國(guó)標(biāo)DTMB，使用2個(gè)頻點(diǎn)傳輸發(fā)射26套電視節(jié)目。新技術(shù)的使用，極大提升了川臺(tái)的廣播電視公共服務(wù)質(zhì)量和水平，為成都周邊廣大人民群眾獲取新聞信息、享受精神文化生活提供了重要保障。

作為一個(gè)無(wú)線(xiàn)地面數(shù)字電視系統(tǒng)，遵從堅(jiān)持公益性和效能兼顧的原則，我們需對(duì)信道、信源進(jìn)行合理規(guī)劃。

首先是信道參數(shù)的選擇。國(guó)標(biāo)系統(tǒng)中較多使用總局推薦的第5種模式。由于本系統(tǒng)每個(gè)頻點(diǎn)傳13套電視節(jié)目，要保證畫(huà)質(zhì)清晰，在分辨率、幀率固定的情況下，采用16QAM容納不了那么多節(jié)目，我們選擇了32QAM。高階調(diào)制，雖增加了接收門(mén)限，但提高了系統(tǒng)凈碼率，增加了節(jié)目容量，并保證在意向覆蓋區(qū)內(nèi)用戶(hù)的接收不受影響。

其次是信源編碼參數(shù)的選擇。編碼設(shè)備為湯姆遜設(shè)備，采用H.264編碼。為了充分保障畫(huà)質(zhì)，我們對(duì)多種碼率編碼方案進(jìn)行了認(rèn)真測(cè)試比對(duì)，最終本系統(tǒng)選擇2Mbit/s視頻碼率。通過(guò)合理規(guī)劃，我們利用較少的頻點(diǎn)，傳輸了更多的節(jié)目，通道效率大大提高。

該地面數(shù)字電視系統(tǒng)的信源編碼參數(shù)、信道參數(shù)見(jiàn)表1：

以下從前端、發(fā)射、監(jiān)播幾個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)四川電視塔地面數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

一.地面數(shù)字電視前端系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)節(jié)目規(guī)劃為26套節(jié)目，兩個(gè)頻道，一個(gè)頻道傳輸13套節(jié)目。視頻采用H.264編碼，每套視頻編碼碼率1.95Mbit/s；音頻采用MPEG-1 LayerⅡ，碼率64kbit/s。節(jié)目及PID參數(shù)見(jiàn)表2。

采用H.264編碼原因有兩個(gè)：一是機(jī)房現(xiàn)有設(shè)備為H.264編碼設(shè)備，為了節(jié)省資金的需要；另外一個(gè)原因是在目前廣電系統(tǒng)主流的三種編碼標(biāo)準(zhǔn)中，M P E G-2編碼效率太低，H.264、AVS+這兩種編碼效率較高，可以達(dá)到MPEG-2的2-3倍，在低傳輸速率下圖像質(zhì)量有了長(zhǎng)足進(jìn)步，而AVS+在市面上機(jī)頂盒較少，普及存在一個(gè)過(guò)程，故最終我們選擇H.264的編碼方式。H.264在分辨率為720？576的標(biāo)清模式下，幀率25，平均碼率在2Mbit/s就可以達(dá)到MPEG-2的6Mbit/s以上的效果，圖像畫(huà)質(zhì)可達(dá)標(biāo)清模式下的廣播級(jí)圖像質(zhì)量。因此系統(tǒng)每套節(jié)目視頻加音頻總碼率設(shè)定為2.0Mbit/s。

1.信號(hào)源

機(jī)房信號(hào)源包括省網(wǎng)絡(luò)公司的S D H信號(hào)、彩電中心光纖信號(hào)、衛(wèi)星信號(hào)、省網(wǎng)光纖數(shù)字有線(xiàn)信號(hào)。不同路由的信號(hào)保證了節(jié)目源的穩(wěn)定可靠。節(jié)目源路由信息見(jiàn)表3。

2.前端設(shè)備及信號(hào)處理流程

前端系統(tǒng)設(shè)備主要有光接收機(jī)、適配器、信號(hào)2切1設(shè)備、信號(hào)分配設(shè)備、衛(wèi)星綜合接收機(jī)、解碼器、湯姆遜EM1000編碼器、湯姆遜N9030復(fù)用器、網(wǎng)管系統(tǒng)、BVCOM監(jiān)播系統(tǒng)等組成。前端系統(tǒng)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖1。

信號(hào)的處理流程如下：

首先不同路徑的主備信號(hào)源經(jīng)過(guò)適配、光接收、衛(wèi)星接收，輸出TS流信號(hào)，TS流信號(hào)經(jīng)過(guò)各二切一設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了主備信號(hào)的切換，切換后的TS流信號(hào)被送到信號(hào)分配板卡；經(jīng)過(guò)分配的TS流信號(hào)被送到26路解碼器進(jìn)行解碼，每臺(tái)解碼器輸出兩路SDI數(shù)字視音頻信號(hào)，一路進(jìn)入相應(yīng)的EM1000編碼器進(jìn)行信號(hào)編碼；另外一路信號(hào)被送到32×32矩陣，矩陣的作用是為備用編碼器提供信號(hào)源，當(dāng)主用編碼器故障時(shí)，矩陣輸出故障編碼器的4路信號(hào)源給備用編碼器，備用編碼器自動(dòng)替換故障編碼器。

一臺(tái)EM1000編碼器編碼可以編碼4套節(jié)目，輸入接口支持SDI、AV；輸出接口支持兩路ASI輸出、IP輸出。本系統(tǒng)每套節(jié)目視頻碼率為1.95Mbit/s，音頻為64Kbit/s，編碼器輸出兩路TS信號(hào)，分別送到兩臺(tái)主備湯姆遜N9030復(fù)用器。湯姆遜N9030復(fù)用器輸入有16路ASI接口，6路ASI輸出口，還可以自定義進(jìn)行輸入輸出口。26路編碼信號(hào)進(jìn)入主備復(fù)用器后，復(fù)用成兩路TS流信號(hào)，一路川臺(tái)信號(hào)包，另一路為中央臺(tái)信號(hào)包。在這個(gè)環(huán)節(jié)，需精心調(diào)整各編碼器編碼碼率，保證復(fù)用器輸出的兩路信號(hào)碼流在26.2Mb/s左右，剩下的留著系統(tǒng)和通道保護(hù)，防止通道碼流溢出。

主備兩臺(tái)N9030復(fù)用器輸出的中央包、川臺(tái)包信號(hào)被送到2切1系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主備編碼后信號(hào)的切換，輸出TS信號(hào)被送到發(fā)射機(jī)。

二.地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)

1.國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的構(gòu)成。

地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的典型拓?fù)鋱D如圖2：

首先前端系統(tǒng)送來(lái)的T S流信號(hào)經(jīng)過(guò)擾碼器（隨機(jī)化）、前向糾錯(cuò)編碼（FEC），然后進(jìn)行比特流到符號(hào)流的星座映射，再進(jìn)行交織后形成基本數(shù)據(jù)塊，基本數(shù)據(jù)塊與系統(tǒng)信息組合（復(fù)用）后，經(jīng)過(guò)幀體數(shù)據(jù)處理形成幀體，幀體與相應(yīng)的幀頭（P N序列）復(fù)接成信號(hào)幀（組幀），根據(jù)幀地址組幀單元構(gòu)建與絕對(duì)時(shí)間日、時(shí)、分、秒同步的復(fù)幀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)基帶后處理轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)（8MHz帶寬內(nèi)）。該信號(hào)經(jīng)過(guò)上變頻轉(zhuǎn)換成指定頻率的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器，帶通濾波器濾波，經(jīng)天饋將射頻功率信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁波輻射到千家萬(wàn)戶(hù)。

2.R/S NH8600發(fā)射系統(tǒng)

四川電視塔地面數(shù)字發(fā)射系統(tǒng)采用德國(guó)R/S（羅德施瓦茨）公司大功率液冷數(shù)字發(fā)射機(jī)，其中21頻道、27頻道、備機(jī)的發(fā)射機(jī)均為R/S NH8612EC系列發(fā)射機(jī)，可實(shí)現(xiàn)覆蓋成都市半徑80KM左右，收視效果良好。

每套德國(guó)R/S的NH8612EC系列發(fā)射機(jī)由兩個(gè)機(jī)架設(shè)備、散熱系統(tǒng)水泵、室外熱交換器構(gòu)成。機(jī)架設(shè)備上包括一臺(tái)激勵(lì)器、一臺(tái)NETCCU、一臺(tái)機(jī)架控制器、12臺(tái)功放單元。另外在備機(jī)左側(cè)上端多了一臺(tái)NSU設(shè)備，用以實(shí)現(xiàn)N+1。

核心設(shè)備為激勵(lì)器和功放單元，用以實(shí)現(xiàn)國(guó)標(biāo)DTMB信道調(diào)制、預(yù)校正、信號(hào)放大的相關(guān)功能。系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)備工作參數(shù)可以通過(guò)NETCCU在本地或者遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上，利用圖形界面進(jìn)行交互操作，如系統(tǒng)時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、發(fā)射模式、輸入輸出接口的選擇、信道參數(shù)、預(yù)校正、激勵(lì)器輸出電平，以及輸出級(jí)功率、報(bào)警門(mén)限、水泵單元冷卻液的流速設(shè)置等等。涉及內(nèi)容較多，不做介紹。下圖為發(fā)射機(jī)網(wǎng)管系統(tǒng)截圖，通過(guò)它可以完成上述相關(guān)設(shè)置和系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。

3.發(fā)射系統(tǒng)備份

發(fā)射系統(tǒng)的備份采用4+1架構(gòu)。除了現(xiàn)使用的21、27頻道外，還規(guī)劃了32、49頻道。機(jī)房采用了5臺(tái)R/S數(shù)字液冷發(fā)射機(jī)，四臺(tái)發(fā)射機(jī)運(yùn)行在不同頻道，一臺(tái)發(fā)射機(jī)時(shí)刻處于備份狀態(tài)。當(dāng)有工作發(fā)射機(jī)出現(xiàn)輸出功率低于設(shè)定門(mén)限功率、反射故障告警、冷卻系列故障、無(wú)輸入信號(hào)、其他硬件故障時(shí)，備份發(fā)射機(jī)立即將頻率及工作參數(shù)變化到故障頻道上進(jìn)行播出。N+1系統(tǒng)架構(gòu)的使用，減少了備機(jī)數(shù)量，降低了設(shè)備投入，保障了設(shè)備的可靠性。其拓?fù)鋱D如圖5。

4+1系統(tǒng)通過(guò)設(shè)備N(xiāo)SU進(jìn)行管理，以下為網(wǎng)管軟件截圖，A1為21頻道、A2為27頻道、A3為32頻道、A4為49頻道、B為備機(jī)。設(shè)備故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備用發(fā)射機(jī)，也可通過(guò)網(wǎng)管手動(dòng)切換。

4.系統(tǒng)指標(biāo)把控

R/S激勵(lì)器按國(guó)標(biāo)要求采用了預(yù)校正技術(shù)，對(duì)進(jìn)入功放的信號(hào)提前進(jìn)行幅度和相位的預(yù)失真，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)失真補(bǔ)償控制，改善了發(fā)射機(jī)的輸出信號(hào)頻譜特性，保證了發(fā)射機(jī)信號(hào)能處于高指標(biāo)狀態(tài)。

在功放單元，多載波模式下很容易產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，采用功率回退可以克服線(xiàn)性失真，但又會(huì)犧牲放大器的效率。R/S發(fā)射機(jī)采用大功率橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管（LDMOS），使放大器具有較好的溫度特性、高增益和較高的過(guò)激勵(lì)，提升了整機(jī)效率；LDMOS管的增益曲線(xiàn)較平滑，特別適合多載波數(shù)字信號(hào)放大，失真小，而且夠覆蓋整個(gè)UHF波段，使得發(fā)射機(jī)功放通用性及指標(biāo)把控大大加強(qiáng)。

通過(guò)R/S公司的專(zhuān)業(yè)測(cè)試設(shè)備E T L測(cè)試，21頻道（538MHz）、27頻道（626MHz）在7.2KW、6KW、3.6KW三個(gè)功率等級(jí)下，所有指標(biāo)均滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求，實(shí)際測(cè)試參數(shù)全面優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在運(yùn)行中發(fā)射機(jī)工作在 3.6KW狀態(tài)，已完全滿(mǎn)足對(duì)用戶(hù)端的覆蓋。

下圖為發(fā)射機(jī)檢測(cè)口，帶通濾波器之前的測(cè)試值：指標(biāo)整體優(yōu)異。

三.監(jiān)播系統(tǒng)

監(jiān)播系統(tǒng)采用了BVCOM智能監(jiān)播平臺(tái)。該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主備信號(hào)源、編碼后的H.264信號(hào)、回監(jiān)信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)視。通過(guò)信號(hào)采集板卡，多畫(huà)面服務(wù)器，把節(jié)目顯示在電視墻。還可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)圖像層、碼流層（TR101-290的3級(jí)）報(bào)警。具備異態(tài)錄像存儲(chǔ)、節(jié)目錄制、報(bào)警信息查詢(xún)等功能，有力地保障了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

四.總結(jié)

四川電視塔無(wú)線(xiàn)地面數(shù)字電視系統(tǒng)，從2013年開(kāi)始運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)完全合格，達(dá)到預(yù)期效果，以四川電視塔為中心，覆蓋半徑達(dá)80余千米。上圖為場(chǎng)強(qiáng)覆蓋示意圖。

系統(tǒng)為覆蓋區(qū)域內(nèi)廣大用戶(hù)，提供了穩(wěn)定可靠的地面數(shù)字電視信號(hào)，提升了川臺(tái)的廣播電視公共服務(wù)質(zhì)量和水平，為成都周邊廣大人民群眾獲取新聞信息、享受高質(zhì)量的精神文化生活提供了重要保障。