電視臺節目傳輸系統設計與思考

梁冬梅

（烏魯木齊電視臺 播出部，新疆 烏魯木齊 830002）

0 引言

電視節目傳輸過程中由于線路及設備故障引起的安全播出事故屢見不鮮，給安全播出帶來很大隱患。例如，錄像機容易磁頭堵塞、消磁、卡帶，通道設備陳舊老化造成播出節目質量下降、播出安全系數降低、易出現播出事故。

所以電視臺與網絡公司之間的節目交流就必須建立一套安全可靠的數字傳輸鏈路，需要傳輸的基帶信號數量越來越多，傳輸信號的帶寬越來越大，對傳輸的可靠性要求越來越高，從而推動了安全可靠、高效高質、經濟合理的數字傳輸系統的快速發展。光纖傳輸系統具有傳輸頻帶極寬、通信容量很大、傳輸速率高、衰減低、串擾小、抗干擾能力強、信號傳輸質量高等優點，能夠保證高質量的節目安全傳送到千家萬戶。

1 系統概述

電視臺需要傳輸6套標清節目到自治區網絡公司和兵團網絡公司，以及本臺2個無線模擬發射頻道（27頻道和33頻道）。傳送至自治區網絡公司和兵團網絡公司的節目采用MPEG-2編碼方式，通過光纜傳輸，保證播出安全。全系統包括：光纜傳輸路由采用冗余熱備份，采用傳統的DVB前端方案，成熟可靠；編碼器使用6+2方案，為節約預算，使用矩陣通過網關作備用編碼器的信號調度，復用器為1∶1設計，作為節點設備；本臺2個無線模擬發射頻道（27頻道和33頻道）SDI信號在設備機房解嵌、D/A（該設備系統集成商提供）之后，利用原有模擬光端機傳送到發射機房發射機處。該系統中包括MPEG-2音視頻編碼器、復用器、自動切換開關、光傳輸設備等部分以及所需的外圍設備。

2 系統功能需求

電視臺建立數字化硬盤播出系統后，視頻節目源全部采用SDI數字信號，嵌入式音頻節目源，視頻編碼格式為MPEG-2，音頻編碼格式為MPEG-1 Layer II，單節目編碼碼率為5.0 Mbit/s，6套節目復用，PCR嵌入視頻。

由于該系統是本臺到自治區網絡的唯一信號源，節目中斷影響較大。在充分考慮成本的基礎上，將系統安全性作為最高原則。整個系統都采用自動冗余熱備份，最初設計了2套方案：

1）6+6 系統。整個系統1∶1備份方案，2套獨立的6套節目的編碼復用系統，2套獨立的光傳輸系統。分別通過主、備路由送入自治區網絡公司和兵團網絡公司，主、備光接收機輸出主、備ASI信號，供前端系統選擇。整個系統的故障切換都是自動的，無須人為干預。系統流程圖見圖1。

2）6+2 系統。編碼器采用6+2備份，由網管控制自動切換故障編碼器，獨立2套復用器系統，分別送入主、備光發射機，通過主、備路由送入自治區網絡公司和兵團網絡公司，主、備光接收機的主、備ASI信號供前端系統選擇。整個系統的故障切換都是自動的，無須人為干預。系統流程圖見圖2。

第一套方案充分考慮了設備的冗余，沒有單一潰點，但投入成本較大；第二套方案考慮了關鍵設備的冗余備份，性價比高。結合本臺實際情況，選擇第二套方案作為數字化播出節目傳輸系統的設計方案。

3 系統設計原則

該系統設計原則有：

1）標準化、開放性。整個系統基于開放的架構和標準的協議，采用統一的國際標準和工業標準，符合國標及廣電總局制定的相關行業標準，同時提供與外部系統連接的軟硬件接口。系統有極強的可擴展性，能夠實現可預見的平滑升級。

2）安全、可靠性。本系統建成后將是本臺數字電視節目的傳輸平臺，要絕對保障整個系統的安全性。設計系統時，可以通過在關鍵環節（編碼、復用、光端機等）增加設備和切換開關來實現整個系統的熱備份或冗余切換。

3）可管理性。整個前端系統中所有的設備都可以通過網管系統來進行狀態監看、報警處理記錄、參數設置等，實現分布式多級管理控制系統，有效地避免獨立設備控制帶來的誤操作，相應地提高了系統可靠性，便于以后的技術管理。

4）先進性。本臺選用了技術先進的數字電視設備，產品更新換代的速度很快。

5）最優性價比。借鑒了國內外眾多數字電視前端系統的成功經驗，針對許多數字電視前端系統在運營中出現的典型問題，在本系統的設計中作了優化，確保建成后的整個系統具有較高的性價比。

6）全面性和完整性。充分考慮了當前業務需求和今后整個平臺業務的擴展需求，確保整個系統是完整的、全面的。

4 系統設計特點

系統所有設備都可以處于單機工作狀態，同時充分考慮了設備的備份，極大地提高了系統可靠性。E5710具有卓越的編碼性能，音視頻編碼效果完美。復用器采用MX5210再復用器，適用于中小前端系統，性能優異可靠，價格適中，可提供8路ASI信號的復用。光傳輸部分以及冗余切換開關部分作為重要環節，設備的選型也關系到系統的安全，建議選用成熟的產品。

5 關鍵設備技術特點

5.1 E5710編碼器

E5710編碼器是MPEG-2編碼器，不僅有高效性和高穩定性，還具有更加強大的圖像處理功能、更高的集成度，確保能提供最完美的圖像和聲音編碼性能。

E5710編碼器具有極高的編碼效率，與其他編碼器相比，在相同的圖像編碼質量下，E5710編碼器所需碼率最低。對于帶寬受限的DVB-C應用，這種特性的好處尤為明顯，能提供極寬的碼率范圍和高質量的圖像。通過增加“性能升級”選件能夠消除和降低節目源中的噪聲，改善編碼質量，進一步提高在低碼率下的編碼性能。同時支持SDI和模擬復合PAL/NTSC視頻輸入。統計復用功能可以讓該編碼器與其他編碼器共享一個固定帶寬。與復用器配合工作，復用器每隔一幀的時間就進行判斷，并為每個編碼器分配帶寬，這樣就能夠確保帶寬得以更加充分的利用，更好地保證了各個通道圖像的質量。

E5720編碼器具有自動級聯和I幀校準系統，實現最佳的再編碼性能，可以識別那些曾經被壓縮過的視頻素材的結構。對于那些必須先解碼再編碼的網絡，復原原始I幀可以提高圖像質量，降低由于多代壓縮帶來的不良影響。

5.2 再復用器

MX5210是一款緊湊的1RU和節約成本的DVB再復用器，適用于包括有線電視和地面電視地區前端及電信分配系統在內的再復用應用。

它是基于service或component的再復用，有8個DVB ASI輸入和2個DVB ASI銅纜輸出，輸出碼率高達190 Mbit/s。

5.3 網管系統

網管系統負責用戶賬號及權限管理，詳細完備的權限分類，對播出、播出單編輯、審片進行詳細的分類。嚴格權限管理，用戶的權限由系統管理人員在部門管理者的授權下進行設置；軟件容錯設計，數據庫容錯及備份，提供本地數據備份；參與播出的所有設備狀態和節目就緒情況能直觀顯示在界面上，一旦出現問題，將提供聲光報警功能。

管理系統軟件是整體解決方案的重要組成部分，在復用系統中起著控制、協調和監視所有硬件的作用，運行在Windows XP操作平臺上。其主要特點是：操作界面高度圖形化，利用圖形來監看系統狀態和復用器的實時工作狀態，集中式系統設置，具有報警處理與記錄功能，信號冗余可自動切換，強力支持ReflexTM統計復用功能，支持多遠端客戶終端，可以自動生成PSI/SI表格，支持通過遠程接口進行設置，外部SNMP接口，支持OpenTV等功能。

6 電視臺節目傳輸系統流程

6.1 信源分配

提供給主備編碼器的信號應來自播控系統，并保證主備信號源的安全。如果需要應添加信號分配器，信號分配器應具有故障直通功能，或配置跳線架，在分配器故障時短接連接信號源和指定的編碼器輸入。同時，每路信號源分配后可以提供1路送入監視器監看，提供16×1 SDI矩陣，使用1臺監視器循環監看主備12個信號源。信號源通過跳線架送入編碼器，以便應急切換。

6.2 編碼和復用

節目信號送入編碼器，E5710編碼器可以方便地通過計算機的Web瀏覽器設置參數，音視頻編碼后，以ASI格式送入MX5210復用器復用成1路TS流。主備復用器的ASI輸出分別送入主備光傳輸系統。ASI信號通過跳線架送入編碼器，以便應急切換。

6.3 光傳輸系統

傳輸采用1 310 nm波長，單模光纖傳輸。光發射機發射功率為-7 dBm，光接收機靈敏度為-20 dBm，傳輸預算大于20 km。

信號通過主、備鏈路送到自治區網絡公司機房的主、備光接收機，光電轉換后提供給主、備信號，選擇1路正常信號輸出到自治區網絡公司前端。

7 小結

節目傳輸系統作為數字化電視播出的一個重要環節，其數字化程度、傳輸性能的穩定性直接影響到電視臺的形象。本系統的技術指標符合廣電總局的有關標準，且穩定性好，性價比高，先進合理，顯著提高了本臺的節目播出質量。