廣播電視信號傳輸與發(fā)射優(yōu)化分析

伊葉俊雄

【摘要】本研究以提升及改善整體廣播電視傳輸系統(tǒng)性能為出發(fā)點(diǎn)，分析構(gòu)建在廣播電視系統(tǒng)中的廣播電視服務(wù)中心的數(shù)據(jù)流及各個細(xì)節(jié)處理環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)一個自動化處理流程以最優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸單元與發(fā)射站的處理效率。在實(shí)際上線應(yīng)用后，當(dāng)可為民眾能更即時接收廣播電視，做出貢獻(xiàn)。本文設(shè)計(jì)的最優(yōu)處理流程將自動根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸單元的數(shù)量，適當(dāng)分配跟蹤區(qū)識別碼（Tracking Area Code，TAC）給不同數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸單元處理，以達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸單元對TAC的負(fù)載平衡效果。因此即使遇上最極端的電視信號發(fā)送，廣播電視服務(wù)中心系統(tǒng)也可在2秒左右便處理完成。

【關(guān)鍵詞】廣播電視服務(wù);廣播電視服務(wù)中心;優(yōu)化

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.17.003

以前電視節(jié)目傳送是以模擬信號通過高帶無線電波（UHF與VHF）傳送到接收端，再經(jīng)由模擬電視將其圖像與聲音呈現(xiàn)出來，但由于以模擬傳送方式在傳送過程中容易遭受干擾，在畫面清晰度、抗噪音等表現(xiàn)均不佳，且占用一定帶寬，使得在帶寬使用上沒有效率;反觀數(shù)字廣播，可在傳輸前先進(jìn)行壓縮，大大提高帶寬使用帶率，且在接收端可針對傳輸過程中信號衰減進(jìn)行除錯與更正功能，使得數(shù)字廣播具有較高的音視頻質(zhì)量，且大大增加信道數(shù)，因此電視廣播數(shù)字化成為未來必然趨勢。

本研究希望借由研究分析廣播電視傳輸所經(jīng)的各環(huán)節(jié)：含廣播電視服務(wù)中心、數(shù)據(jù)傳輸單元與發(fā)射站等的信息流處理邏輯，再對整體流程及參數(shù)調(diào)配實(shí)現(xiàn)出最優(yōu)及自動化的分配處理程序。

1. 系統(tǒng)架構(gòu)分析

在廣播電視網(wǎng)絡(luò)中與處理廣播電視傳輸系統(tǒng)相關(guān)的網(wǎng)元（Network element）約略數(shù)量及重要參數(shù)如表1-1：

這幾個主要網(wǎng)元的連接方式如圖1-1：每個廣播電視服務(wù)中心連接到每個的數(shù)據(jù)傳輸單元、每個數(shù)據(jù)傳輸單元又連接到每一臺發(fā)射站，所以是多對多對多的從屬關(guān)系。只有發(fā)射站和其所屬蜂窩單元是一對多關(guān)系。

當(dāng)廣播電視服務(wù)中心發(fā)送指令給數(shù)據(jù)傳輸單元時，可能包含有TAI（TAI List of List-of-TAIs）以及ECI（Cell ID of Warning-Area-List）的內(nèi)容，但由數(shù)據(jù)傳輸單元再轉(zhuǎn)發(fā)指令給發(fā)射站時，因轉(zhuǎn)發(fā)后采用S1-AP接口只有Warning-Area-List字段，故而數(shù)據(jù)傳輸單元只會轉(zhuǎn)發(fā)ECI內(nèi)容給發(fā)射站，隨后發(fā)射站便只對Cell ID屬于Warning-Area-List的Cell進(jìn)行信6息廣播。

2. 細(xì)節(jié)處理流程的性能分析

本研究為了分析出性能瓶頸所在，因此先在廣播電視服務(wù)中心的系統(tǒng)記錄文件中，針對每個細(xì)節(jié)處理步驟所耗費(fèi)的時間加以記錄，以利于分析出主要造成性能瓶頸的環(huán)節(jié)。隨后經(jīng)由多次大范圍的廣播信息發(fā)送，并對記錄文件數(shù)據(jù)加以整理分析后，得到每個步驟所耗費(fèi)的平均處理時間結(jié)果如表2-1：

經(jīng)由上表的測試結(jié)果進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)主要的性能瓶頸點(diǎn)在于3、4、6、9幾個的處理步驟，因此本研究將于下一節(jié)再針對這幾個瓶頸點(diǎn)進(jìn)行深入研究分析并提出具體的性能改善方案。

3. 針對性能瓶頸點(diǎn)深入研究分析

深入研究分析后，歸納出造成廣播電視服務(wù)中心性能瓶頸的幾個主要問題點(diǎn)如下：

廣播電視服務(wù)中心在轉(zhuǎn)換CMAC_Alert中所帶的原始地理信息到數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的Area信息，再轉(zhuǎn)成發(fā)射站信息的運(yùn)算處理過程中，因?yàn)榇罅康臄?shù)據(jù)庫存取與運(yùn)算導(dǎo)致處理速度過慢（表2-1的步驟項(xiàng)次3及4）。廣播電視服務(wù)中心要轉(zhuǎn)換CMAC_Alert中所帶的原始地理信息到Area信息，再轉(zhuǎn)成發(fā)射站信息的處理因?yàn)檫^程中需要持續(xù)不斷的進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)庫存取及運(yùn)算，所以數(shù)據(jù)流不斷的在內(nèi)存、磁盤機(jī)及網(wǎng)絡(luò)間傳輸，從而造成大量的時間消耗。

性能改善前，廣播電視服務(wù)中心的分批處理方式為：對從數(shù)據(jù)庫所篩選出的全部待發(fā)送Cell ID（ECI）隨機(jī)分拆成500個一批再依批次發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸單元，但因?yàn)檫@樣的分批處理方式對后端數(shù)據(jù)傳輸單元及發(fā)射站而言所需處理的數(shù)據(jù)量過于龐大且每批次TAI的重復(fù)性過高，會嚴(yán)重劣化對后端處理性能的消耗，因而造成當(dāng)Cell ID數(shù)量龐大時，批次總數(shù)太多而整體處理時間亦隨之延長的結(jié)果（表2-1的步驟項(xiàng)次6）。

廣播電視服務(wù)中心的Cell Loader流程中，載入的發(fā)射站信息沒有根據(jù)后端數(shù)據(jù)傳輸單元及發(fā)射站的系統(tǒng)架構(gòu)及處理特性進(jìn)行排序及分流處理，造成數(shù)據(jù)傳輸單元處理時常會有大量的數(shù)據(jù)流重復(fù)及無序紊亂的問題，影響數(shù)據(jù)傳輸單元性能甚巨（表2-1的步驟項(xiàng)次9）。

4. 具體性能改善方法

經(jīng)研究分析后，提出的性能改善措施主要包含以下三個項(xiàng)目：

（1）采用Memory Cached技術(shù)

（2）采用廣播電視服務(wù)中心Enhanced Logic算法

（3）采用自動最優(yōu)Cell Loader處理流程

以上三個項(xiàng)目的性能改善措施預(yù)期可以大幅改善廣播電視傳輸系統(tǒng)整體的發(fā)送效率。其中Memory Cached技術(shù)項(xiàng)目可以解決上一章表2-1的步驟項(xiàng)次3及4性能瓶頸點(diǎn)所遇到的問題;而廣播電視服務(wù)中心Enhanced Logic算法項(xiàng)目可以解決上一章表2-1的步驟項(xiàng)次6性能瓶頸點(diǎn)所遇到的問題;最后自動最優(yōu)Cell Loader處理流程項(xiàng)目則可以解決上一章表2-1的步驟項(xiàng)次9性能瓶頸點(diǎn)所遇到的問題。

上述前兩項(xiàng)Memory Cached技術(shù)、廣播電視服務(wù)中心Enhanced Logic算法因?yàn)槠湎到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式涉及廣播電視服務(wù)中心核心系統(tǒng)架構(gòu)且必須大幅修改源代碼，故其具體實(shí)現(xiàn)交由原開發(fā)廠商進(jìn)行開發(fā)。

5. 總結(jié)

根據(jù)本研究的成果實(shí)施各項(xiàng)性能改善方案，通過上線實(shí)測后，改善前后的性能比較表，如表5-1。

改善前廣播電視服務(wù)中心的電視信號發(fā)送處理時間通常要花費(fèi)兩分鐘左右的才能完成所有的廣播作業(yè)，但經(jīng)過實(shí)施上述三項(xiàng)性能改善方案后的改善措施后，Memory Cached技術(shù)可將表5-1項(xiàng)次3及項(xiàng)次4的處理時間縮短約65秒;而Enhanced Logic算法可將表5-1項(xiàng)次6的處理時間縮短約25秒;最后自動最優(yōu)處理流程則可將表5-1項(xiàng)次9的處理時間再縮短約30秒。三項(xiàng)性能改善方案并用最終將電視信號發(fā)送處理時間壓縮在2秒以內(nèi)便能處理完成。

參考文獻(xiàn)：

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