昭通市電視臺3+1訊道高清衛星車系統設計

段天學

(昭通市電視臺，云南 昭通 657000)

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昭通市電視臺3+1訊道高清衛星車系統設計

段天學

(昭通市電視臺，云南 昭通 657000)

昭通市電視臺3+1訊道高清衛星車系統是按照國家新聞出版廣電總局安全播出實施細則要求設計，即主要(單潰點)、關鍵設備要求冗余設計。對3+1訊道高清衛星車系統的主要視頻設備和衛星傳輸設備性能和選擇進行了詳細介紹，特別是衛星傳輸部分的功放性能、工作方式、功放輸出增益進行了詳細介紹，該系統通過多次直播運行，設備安全穩定。

視音頻系統；切換與調度矩陣；編碼與調制；SSPB固態功放；1+1同相合成；天饋系統

昭通市下轄11縣區，位于云南省東北部，與貴州、四川兩省接壤，地勢南高北低，山地多，縣區處于滇東北地震帶，最低海拔267 m，最高海拔4 040 m。近年來地震頻發，2012年9月7日昭通市彝良發生5.7級地震，2014年4月5日永善發生5.3級地震，2014年8月3日昭通市魯甸縣發生6.5級地震，在中央、省市政府的關心支持下，2014年9月昭通市電視臺3+1訊道高清衛星車得到政府的立項。

高清衛星車系統是昭通市電視臺節目制作和產業發展的需要，系統在復雜環境下滿足快速、靈活、機動的新聞報道要求，同時能夠滿足11個縣區重要活動、綜藝節目的現場直播和制作。特殊事件需要時，能與央視、省臺高清車、EFP以及直播車等系統進行級聯，組建成聯合電視轉播系統。在有限的資金投入情況下，系統要符合國家新聞出版廣電總局安全播出相關標準，系統的設計、設備的選型尤為重要。下面就3+1訊道高清衛星車設計作詳細介紹[1-3]。

1 3+1訊道高清衛星車系統視音頻主要周邊設備組成與選型

高清衛星車系統設計為3+1訊道，視頻系統是按照高清標準設計的，高清內核、上下變換器滿足現階段標清制作需要，全部設備滿足高清節目的轉播及制作，同時系統在高清制作環境下仍可錄制標清節目，確保與標清及模擬設備有良好的銜接。

視音頻系統主要由松下的切換臺AV-HS410MC和自帶的4/5/6/9/10/16畫面分割器、UNT的XP-M1N1HD 16×16多格式數字視頻矩陣、SONY 22 in(1 in=2.54 cm)寬屏高標清兼容液晶顯示器LMD-A220、UNT HFM-2004 帶幀同步的 3G/HD/SD-SDI 模擬音頻加嵌模塊、雙通道交叉變換器TERNEX 3D、記錄播放設備Grass Valley T2 Express硬盤工作站及SPG8000同步機組成。

3+1訊道高清衛星車系統視頻切換與矩陣調度處理示意圖如圖1所示。

圖1 3+1訊道高清衛星車系統視頻切換與矩陣調度處理示意圖

1.1 輸入輸出通道設計

1.1.1 輸入通道設計

系統設計4個訊道，其中有3個有線訊道和1個無線訊道，配置復合光纜符合雷莫(LEMO)3K.93C連接器接口，包括了單模光纖插芯、高壓電源針芯，即2光4電的復合光纜，3個復合光纜盤150 m，能滿足多機位高清視頻從現場傳回到衛星直播車內，機位切換監看采用畫面分割的22 in監視器。

輸入設備配置2臺索廣(SOKONG)一拖二的CCU-SK2000攝像機CCU控制器、4個索廣(SOKONG)CA-SK700攝像機光纖適配器，攝像機的HD/SD-SDI信號、返送視頻(SDI或CVBS信號)、雙向通話、TALLY指示、電源供電、Remote控制、同步信號(GEN-LOCK)等全部信號通過復合光纜傳輸。

1.1.2 輸出通道設計

1) 特技切換臺為節目制作核心，以矩陣的應急母線作為應急通道切換，采用主備二選一開關輸出PGM信號。系統主節目通道采用切換臺為主，矩陣作為切換臺的應急切換器，當主切換器出故障時，矩陣面板可作為主節目通道的切換面板，確保切換無誤。

2)主PGM信號和備PGM信號都采用具有斷電旁通的2選1應急開關，以提高系統的安全等級，2選1應急切換開關主、備PGM節目信號輸出。輸出的PGM信號不論切換臺或矩陣之一出故障都能保證信號輸出萬無一失。

3)為防止矩陣系統崩潰，系統通過合理的跳線安排和單潰點關鍵設備1+1備份來保證制作輸出通道的安全性。

4)特技切換臺、矩陣輸出信號經嵌入、視分、下變換后輸出帶音頻嵌入的高標清PGM，送往系統傳輸編碼調制器、記錄設備、監看等方向。

5)從中心矩陣選擇輸出需要的高、標清信號，包括切換臺的PGM、各信號源的原始信號和轉換格式后的信號等都可以調配輸出，在中心矩陣某一選擇輸出通道上加入高清(HD)下變換器獲得標清SDI、模擬復合視頻信號，以供區縣臺使用。

1.2 主要視音設備配置

1.2.1 特技切換臺配置

特技切換臺選用具有1080/50i高清內核的切換臺AV-HS410MC,高清信號(包括同步后的級聯信號)可以直接接入使用，標清信號可以輸入至該臺子5～8路上變換使用，設備內置上變換模塊，完全能實現高標清環境的制作、錄制和直播的工作。

1.2.2 16×16高標清視頻矩陣配置

系統中，矩陣擔負了制作通道、分配通道、技術監視通道、應急通道等信號的調度功能，配置了1臺UNT的 XP-M1N1HD 16×16的多碼流高標清混合型矩陣作為系統信號的調度中心，所有信號源、節目總輸出等高清和標清兩種信號都分別輸入到中心矩陣中。它兼容高、標清數字視頻信號，支持143 Mbit/s～1.5 Gbit/s數字多碼率信號；電源主備設計，主、備電源可單獨負荷正常工作，且電源可熱插拔。

1.2.3 記錄設備配置

記錄設備選用GV公司的T2三通道高標清硬盤錄像機，其采用Windows7嵌入式系統，獨立固態系統盤防病毒設計，內置4塊2.5 in 500G SATA硬盤，采用RAID 10技術，高清錄制15小時，標清錄制45小時，完全滿足各類活動節目錄制需要。

1.2.4 同步設備配置

衛星直播車系統內采用數字黑場BB同步的設計方案，同步機采用SPG8000，具備高清視頻測試信號及數字音頻測試信號的輸出,它有模擬/數字黑場(BB)，音頻測試信號和高清三電平信號(TRI-LEVEL)的輸出能力，電源采用雙電源供電，熱備份自動倒換，以保證基準信號連續輸出的可靠性。

1.2.5 交叉變換器配置

為了實現縣區標清、模擬信號直播，配置一臺雙通道交叉變換器TERNEX 3D, 用來處理外來信號，該設備有上下變換、幀同步、A/D、D/A、嵌入、解嵌、音頻延時校正等功能，具有高清、標清、復合多種接口，完全與縣區接軌。

1.3 音頻設備配置

1.3.1 調音臺配置

配置一臺百威機架式12路MIC/LINE輸入的調音臺，能夠滿足活動現場轉播的音頻制作，音頻系統能夠完成單聲道制作、立體聲制作的記錄、傳輸和輸出，音頻系統與外部系統連接，采用模擬音頻接口方式，調音臺總輸出經音頻分配器送至系統加嵌板卡、監聽音響。

1.3.2 通話系統配置

通話系統采用TELEX的MCE-325四通道主站，通話主機有4通道全雙工通信接口以及額外的二線四線端口，它能夠外接通話基站，通過接口模塊連接電話線路、四線線路。配置GSM耦合器、有線電話耦合器、TELEX的TT-16 IFB發射器及兩套主持人IFB接收器，通過級聯完成直播車與演播室的雙向全雙工通話，導播可以在現場直播中實現臺內演播室、衛星直播車和現場記者的三方通話。

1.4 供電系統配置

整車系統采用單相220 V，50 Hz交流電，市電輸入經裝隔離變壓器輸入，備用電源配置美國水牛6 kW取力發電機,可以連續工作12小時以上，市電、發電由單刀雙置開關切換，經UPS電源系統輸出，UPS配置山特在線式6 kVA電源系統,后備時間大于25分鐘，以確保設備安全工作。

2 衛星傳輸系統設計與設備選型

KU波段衛星直播車是一個移動的衛星上行站，衛星傳輸系統主要由上行鏈路和下行鏈路組成。衛星傳輸系統是衛星車的重要組成部分，按照國家廣電相關要求，重要設備、關鍵設備要求冗余設計，因此本系統采用安全、穩定、可靠、維護量相對少的編碼調制器和固態高功放組件設計，下面進行詳細介紹。

上行鏈路：由ATEME的Kyrion編碼調制器CM5000-1-HD-8-MLB將來自視頻通道的HD/SD信號編碼調制為70 MHz/140 MHz中頻信號，經全固態衛星功放(內置上變頻模塊)放大后，經1+1同相合成組件送至天饋線系統，發送至衛星轉發器。如圖2所示。

圖2 衛星傳輸信號示意圖

下行鏈路：即臺內接收部分，由4.5 m衛星天線、LNB低噪聲接收單元將衛星下行頻率變為L波段頻率信號，該信號經L波段光纖傳輸設備送至ATEME的Kyrion解碼器DR5000還原為HD/SD信號。

2.1 衛星車的傳輸設備性能及配置

2.1.1 高標清信號編碼調制與接收監看部分

1)高標清信號編碼調制器配置

主備編碼調制器采用1+1備份，由兩臺法國ATEME的Kyrion編碼調制器CM5000-1-HD-8-MLB組成，其支持MPEG-2 4∶2∶0/4∶2∶2 8-bit HD/SD編碼或MPEG-4 AVC 4∶2∶0 8-bit/4∶2∶2 8/10-bit HD/SD編碼， DVB-S/DVB-S2 8PSK調制許可證密鑰，自帶2 in監視器，方便實時監看輸入信號，將輸入的HD/SD信號編碼調制為70 MHz/140 MHz中頻信號，主備中頻信號送至射頻2選1自動切換開關，當主編碼器故障時，能自動切換到備編碼調制器中頻信號輸出，確保傳輸信號萬無一失。

2)車上衛星接收解碼器配置

由一臺法國ATEME的Kyrion解碼器DR5000組成，用于衛星車監看返回信號，其支持MPEG-2/4 HD/SD 接收解碼，DVB-S/S2，DVB-S2 8PSK調制，有HD/SD、CVBS、及ASI/SDI/HD-SDI等多種信號輸出，自帶2 in監視器，方便監看接收信號。

2.1.2 衛星車高功放選擇與配置

高功放是衛星車的關鍵設備，它的穩定性、可靠性、維護量等問題尤為重要，更值得經濟欠發達的昭通電視臺考慮。因此，筆者作為項目負責人，查閱和分析了大量同行類似案例，并考慮了本臺實際使用頻率、維護量與維護成本等因素，未選用同行通常使用的行波管(TWTA)功放，最終選擇了耗電量低、運行成本低、可靠性高、維護簡單的全固態功率放大器(SSPA)。關于行波管(TWTA)功放的性能特點，由于篇幅有限，這里不再贅述。

高功放部分采用1+1同相合成方式設計，如圖3所示。主備固態功放1+1同相合成系統由兩個加拿大ADVANTECH的全固態SSPB-K200(內置上變頻模塊)及配套的同相合成組件組成，其輸入來自70 MHz中頻信號倒換器，70 MHz中頻信號經功分器分配輸出至兩個功放單元(內置上變換模塊)，上變換、功率放大后經波導送至同相合成組件控制輸出14～14.5 MHz KU波段信號，然后經軟波導送至天線饋源接口。一般應用采用主備倒換，功放輸出功率可在高功放控制器上獨立調整,增益調整范圍20 dB，步進0.1 dB。在特殊天氣和高質量要求傳輸需要時，功放控制器能自動同相把200 W合成輸出大約340 W工作，合成輸出增益提升2.5 dBW,以保證央視、省臺特殊要求及惡劣氣候時能正常傳輸高清直播信號。

圖3 主備固態功放1+1同相合成系統示意圖

2.1.3 天饋系統部分

天線采用美國AVL 1612k 1.6 m KU波段衛星天線,方位角0～400°，俯仰0～90°，天線增益為45.5～46 dBi，天線效益高，與1.5 m天線增益45.2 dBi相比增益增加0.3～0.5 dB,彌補了饋線損耗0.5 dB左右。其配套的天線控制器能控制天線進行方位、俯仰、極化調整，不需人工干預達到自動對星目的。天線配以配套的安裝功放組件、柔性波導、1+1合成組件，能穩固可靠地把天饋系統安裝在車頂平臺上，在各種極端惡劣氣候條件下安全穩定工作。

為了測試需要，車上安裝了射頻信號接口板，通過掃頻儀可對主備編碼調制器、接收L波段信號、高功放射頻監測口進行測試和故障排查。

2.1.4 臺內衛星接收系統

電視臺在廣電中心頂樓上安裝1套4.5 m接收天線，接收到的L波段信號通過光纖傳輸到播出機房，然后經功分器分配送至衛星接收解碼器，解碼器輸出的HD/SD直播信號經幀同步后送往播出矩陣使用。

3 車體配置與設備布局

為了應對突發新聞現場采訪報道需要，車體選擇豐田蘭德酷路澤4.6L 310馬力 V8 VA-R底盤車型，車身尺寸：5 170×1 970×1 930，承載質量：2 660 kg，總質量3 350 kg。該車越野性能好，適合路況相對差的情況下行駛。設備布局如圖4、圖5所示。

圖4 設備布置圖(照片)

4 使用情況與效果

2015年3月衛星車投入使用以來，參加過多次昭通市部分縣區發生的洪水、泥石流等自然災害的新聞直播報道。而且對發生在異地的重要活動等新聞事件進行直播報道: 2015年8月3日參加魯甸6.5級地震一周年紀念活動直播報道；2015年9月28日，昭通臺通過衛星全程直播了國家體育局在云南綏江舉行的中國龍舟公開賽；10月17日上午，直播報道了國家體育局在水富縣舉行的“富迪杯”云南水富國際半程馬拉松賽；2016年3月20日全國擊劍冠軍賽首站昭通開賽，昭通臺對所有項目進行了直播報道。3+1訊道高清衛星車已使用近一年半，通過多次直播運行，設備系統運行穩定可靠，是昭通電視臺的宣傳利器。

圖5 設備布局實物圖(照片)

[1] 關良柱,蔣茜. 衛星數字廣播電視技術[M].北京：中國廣播電視出版社，2003.

[2] 陳旭凱，張姝. 河南電視臺數字衛星新聞采集車(DSNG)設計實踐[J].現代電視技術, 2006(11)：82-85.

[3] 王麗娜. 高清衛星直播車錄制系統的構建[J].電視技術,2012，36(16)：72-75.

責任編輯：薛 京

Design of high definition satellite vehicle system of TV station 3+1 in Zhaotong

DUAN Tianxue

(ZhaotongTVStation,YunnanZhaotong657000,China)

Zhaotong TV station 3+1 channel HD satellite vehicle system is designed as implementation details of the requirements released by the State Press and Publication Administration of radio and television broadcast. The main video equipment and satellite transmission equipment performance and selection of 3+1 channel HD satellite vehicle system are introduced in detail. Especially the power amplifier performance, working mode, a power amplifier output gain of the satellite transmission are introduced. The system is safety and stability through multiple live operations.

video and audio system；switching and scheduling matrix；coding and modulation；SSPB solid-state power amplifier；1+1 in phase synthesis；antenna feeder system

段天學.昭通市電視臺3+1訊道高清衛星車系統設計[J]. 電視技術，2016,40(12)：94-98. DUAN T X.Design of high definition satellite vehicle system of TV station 3+1 in Zhaotong [J]. Video engineering，2016,40(12)：94-98.

TN949

B

10.16280/j.videoe.2016.12.018

2016-06-03