廣播電視節目無線數字化覆蓋工程系統分析

李楊文

（作者單位：粵東鴻圖嶂電視調頻轉播臺）

建設地面數字電視（簡稱“DTMB”）發射系統，采用DTMB標準體系，遵循“節目內容統一集成，衛星傳輸加擾分發，地面清流無線覆蓋”的技術原則。建設數字音頻廣播（簡稱“CDR”）發射系統，采用CDR標準體系，遵循“節目內容統一集成，衛星傳輸分發，地面模數同播”的技術原則。

1 數字化覆蓋系統構架

無線數字覆蓋工程計劃將12套節目進行AVS+標清編碼后復用加擾為2個頻點，發射臺使用AVS+專用衛星接收機進行標準解調解擾接收后，通過光纖給到發射系統。其中，8套節目為一個頻點，以單頻網方式進行發射；另一個頻點含4套節目，考慮到有效利用頻點帶寬，可加入多套節目后一起以多頻網方式進行發射。地面數字電視廣播系統主要包括前端系統、傳輸鏈路以及地面覆蓋網絡三部分。前端系統：對12套標清數字電視節目，分別進行編碼復用后，生成兩路傳送碼流。傳輸鏈路：衛星傳輸鏈路為主用，地面傳輸鏈路作為備份。地面覆蓋網絡：分別規劃2個地面數字電視頻道、安裝兩套地面數字電視廣播發射系統，接收衛星傳輸信號后進行解擾解密，以單頻網或多頻網的形式，發射清流信號，供用戶免費接收。

1.1 前端系統的構成

信號輸入部分也叫數字電視的信源系統，如圖1所示，采用EMR復用器10K312R為核心，前端系統主要由數字信息處理專用設備AVS+編碼器、復用器以及節目報警監測系統和網絡管理系統組成。標準的1U 19英寸機架式設備，易于部署采用成熟的嵌入式處理硬件平臺采用著名的嵌入式操作系統VxWorks，運行穩定可靠采用大容量的FPGA同時支持4個ASI穩定輸出業務和配置網口分離，避免互相干擾內置Web網管支持系統規定的CDR編碼器任意碼率輸入支持ASI輸出和IP方式輸出復用流。完成46個頻點復用加擾+4路GbE接口+30路自定義ASI接口、12路AVS+高清轉碼+復用加擾、36路MPEG-2/H.264高清轉碼+復用加擾、144路MPEG-2/H.264標清轉碼+復用加擾、24路開鎖衛星接收+復用加擾、6路加密衛星接收+復用加擾、18路DS3信號雙向適配+復用加擾以及144個頻點的QAM調制。從傳輸流中提取所需視音頻信號通過復用器中的C101D編碼卡形成新的TS傳輸信號流，并加上設置唯一信息，讓用戶電視機的機頂盒通過唯一的信息進行識別、接收和解碼。復用器通過按照預設，重新組織信息，更新服務信息（SI）形成專門的識別，才能進行接收和解碼。復用器的另一個重要功能是能夠讓因為一些特殊原因（如天氣變化）造成的多變化傳輸信號流自動跟隨輸入信號而變化，進而及時地把這些變化反映到穩定的傳輸信號流中。

為把來自不同信號源的信號轉換為統一的格式，就必須有較多樣的通信器材用于接收傳輸信號的數字衛星接收器、數字編碼器、視頻服務器，以及打通設備之間通路的交換機和網絡適配器等。

數字衛星信號接收器要選用針對中星6A和中星6B的專用接收機，這種專用的衛星接收機能保證與其他不同品牌的設備之間建立的良好連接和互動功能的發揮。帶有兩路以上ASI標準的有數字信號傳輸接口的IRD的數字衛星接收機可以為監測系統連接信號作為備份。

數字編碼器是對信號輸入部分的進行數字編碼，將接收到的中星6A衛星和地面國干網備份微波模擬音視頻信號（A/V）進行能夠按照MPEG-2標準壓縮編碼，編碼后再轉換成數字傳輸信號后進入后續系統。

視頻服務器是用以實現壓縮媒體數據的存儲、檢索和傳輸，是各種控制器的管理組合，可以實時了解傳輸過程中出現的問題，并加以存儲。

網絡適配器主要是為了系統之間的不同轉換，通過適配器，實現通過計算機監測信號源的信號以及前端設備到發射機之前的信號的轉換。

信號處理系統是項目前端系統的核心所在，使用的是EMR-8100多用處信號處理器，它對主用和備用信號的進行前期解擾、復用和后期的SI處理等，并負責將中星6A衛星接收器和國干網所收到的多種信號加以處理，直接對前端調制的QAM各種信號，包括QAM信源、ASI信源、QDSK信源、ABS_S信源、DTMB信源、IP信源、TV信源、FM/AM信源、CMMB信源在系統內部再進行調制解碼后的TS流，結構簡單節省了額外的解調設備，同時有效減少了被監測信號傳輸過程中的故障率。

信號輸出部分使用的是EMR-8300單頻網適配器來調制信號輸出電平和信號頻率。通過EMR-8300處理過的視音頻信息轉變成有線傳輸網絡所認可的信號格式。單頻網EMR調制器包括了基于DVB-C標準的信道編碼功能和QAM調制的功能。所以，要對信道編碼。每臺支持4個DVB-C加密RF頻點的解調接收；支持通過配置相應CAM卡完成加密頻點解擾；共支持5路ASI的輸入或輸出（含輸入的1~2套ASI節目流接收）；每臺設備具備2路千兆IP接口保證電視和音頻信號傳輸的可靠性。

圖1 前端信號源輸入流程

EMR-D8120是一款AVS+高清綜合解碼器：為1U單機結構，能通過turner、ASI等方式接收 AVS+、H.264、MPEG2等不同編碼格式的高、標清節目流，并完成相應的解擾、解碼輸出等工作。AVS+多路編碼卡C170B。作為嵌入式板卡，同時兼容264標清編碼、DRA音頻編碼、Mpeg2音頻編碼，可適應國內外廣電運營商的主要編碼需求。協調多張板卡，滿足同一頻點多路節目質量調整需要，為多設備的統計復用提供條件。ASI五輸入輸出卡C355，提供5個75ΩBNC接口，可任意配置為輸入或輸出接口，為前端系統提供自定義的ASI輸入輸出通道。產品同時還可完成合路或分路功能，整體使用靈活、方便。ASI三切二切換卡CA01B，主要用來做ASI輸入信號的備份，具有斷電直通、斷電記憶功能。采用平臺化設計，較同類產品集成度更高。產品可完成主、備、墊三級備份及切換，切換模式支持：主路優先、浮動模式、單向模式。

1.2 傳輸鏈路

傳輸鏈路在項目中以衛星傳輸鏈路為主路，地面微波傳輸鏈路為備用，臺站外架設的備份衛星為應急信號，如圖2所示。

衛星傳輸鏈路包括信號源傳輸引接系統、上行系統和接收系統三個部分。信號源傳輸引接系統將前端系統的輸出信號加密干擾后經過單頻網適配器引接到國級地球站。地球站的上行系統完成對信號調制、上變頻、高功放和發射傳輸到中星6A或者6B。在機房外架的的衛星接收機將接收到的衛星信號通過解調、解擾還原出兩路傳送碼流給機房內部的數字電視廣播發射系統。

地面微波傳輸鏈路采用原省干網一直使用的數字信號傳輸鏈路，在省地球站接收到衛星信號和各省臺的信號用微波復用器打包后，經省微波節點與節點之間直線傳輸。在節點接收到信號源通過本地解碼作為備用信號源輸入前端系統。在地面傳輸網絡(光纜或數字微波等）還未通達的發射臺站，舍棄地面微波傳輸信號，直接接收來自中星6B的電視節目信號源應急臺站備份信號源來實現對主用衛星傳輸鏈路的備份。

臺站備份前端則在主用衛星接收天線的前提下，架設備用的衛星接收天線，同時安裝備用的衛星接收機，比如，同洲衛星接收機。備用衛星接收機的信號源則接入數字化前端備用接口。

1.3 地面覆蓋網絡

地面覆蓋網絡主要由發射系統、基于衛星傳輸的地面數字電視廣播單頻網組網發射系統、天饋線系統組成，如圖3所示。

以北京同方吉兆數字電視發射機為例，如圖4所示，外部TS碼流（來自播控室）送給數字電視激勵器。激勵器接收到來自外部TS碼流，對信號進行調制，輸出功率為dBm左右的射頻信號。從激勵器輸出的射頻信號送到放大控制單元，經過放大控制單元放大后，將射頻信號放大到25dBm（最大輸出30dBm，也就是1W）。從放大控制單元輸出的射頻信號送給三分配器，射頻信號經過三分配器后將輸出功率相等的三路射頻信號分別送給三個功率放大器（PA）。三個功率放大器（PA）接收到來自三分配器的射頻信號后，將射頻信號經過功率放大器后將輸出400W的射頻功率。三個功率放大器（PA）輸出射頻功率（每個400W）送給三合成器，三合成器將三路射頻功率進行合成，合成的功率略小于1200W（因為合成器會有0.1～0.2的插損）。合成后的射頻功率經過濾波器或者多工器送給發射天線。

2 監測信號回傳系統

本項目使用博匯公司生產的監測管理系統，建立廣播電視節目的信號監測系統，實現對地面數字電視節目和廣播節目信號傳輸覆蓋過程中關鍵環節（衛星接收、開路接收）信號的采集和監聽、監看、監測和顯示，如圖5和6所示。同時，在各臺站建設監測信號回傳系統，實現臺站信號和機房環境數據、設備狀態數據、單頻網工作狀態數據的采集和回傳，各臺站所采集信號均回傳至省新聞出版廣電局。

圖2 傳輸鏈路主備用信號流程

圖3 數字發射機方框圖

第一，BHP1000負責將交流電源轉換成直流電提供給BHC2000機箱以及BHET103設，BHP1000熱備份電源，采用1U獨立機箱結構，支持二路或三路交流輸入，通過整流和濾波后提供三路完全并聯的12V直流輸出。該電源可配備2～3個電源模塊，采用均衡式負載及熱備份設計，與采用直流電源輸入接口的BHC2000/BHC3000嵌入式機箱配合使用，提供了安全可靠的高性能電源解決方案。

第二，BHET103設備，采集各種設備與發射機的狀態參數，各類傳感器的串口信息，并支持模擬量/開關量轉換為串口信息。監測發射機工作狀態，包括發射功率、反射功率溫度等。并且，脫離計算機獨立工作，保證不對發射機的正常工作產生影響，接受遠程控制指令對發射機進行遙控控制，并預留進行自動倒備機和倒天饋操作的接口。提供可視化的WEB頁面，進行系統配置，查看相關指標參數。

第三，BHC2000機箱用于安裝博匯公司各類型監測板卡，本項目用于安裝BHDT56多通道DTMB解調監測卡及BHA31 ASI多通道ASI碼流監測卡。BHDT56用于國標地面數字電視信號監測。板卡主要完成地面數字電視信號接收、信道指標監測、碼流分析、TS over IP輸出功能。H26-4K監測板卡可以對信號鎖定狀態、信號功率、信號強度百分比、信噪比以及誤碼率進行監測；為方便系統調試及故障定位，系統還可以指示當前信號的調制參數：載波模式（單載波、多載波）、幀頭模式（可變、固定）、PN序列模式、前向糾錯碼率、符號映射方式、時域交織類型。BHA31 多通道ASI碼流監測打包卡用于ASI信號碼流監測。H26-4K監測板卡可以完成2組各8路ASI信號接收、碼流分析、TS over IP輸出功能。H26-4K監測板卡對輸入的TS流進行TR101 290三級錯誤監測及告警的信息輸入的8路TS流打包后輸出到監測軟件，在一個千兆網口輸出。

圖4 同方吉兆發射機方框圖

圖5 監看系統流程

圖6 監控系統機架

第四，博匯1U專用主機有兩種外觀，但是配置完全相同，一二類臺站配備2臺（主備），三四類臺站配備1臺。用于安裝TrinityAres-Display多畫面監測報警系統、TrinityAres-SignalEye碼流分析系統、TrinityAres-Agent數字電視監管前端代理。

第五，D3100為CDR音頻解碼器，D3200位解調解碼器，可以將編碼器和空收信號打包后的碼流解碼，輸出音頻，送給ASM160監聽音箱進行音頻監聽

第六，VPN路由器和華為交換機則集中各種前端和發射機收集到的數據整合以后打通前端到監控臺的網絡通路。

第七，TrinityAres-Display多畫面監測報警系統是博匯公司的產品，針對數字電視傳輸中各級信源綜合監測而退出的全面解決方案，如圖7所示。系統基于TS Over IP技術，提供了對廣播數字電視內容監測、多畫面組合顯示、轉碼錄像、解密解擾、數字電視傳輸信道碼流監測、網絡監管等功能。系統配合博匯科技的Ares系列嵌入式監測板卡，可完成對CVBSHD/SD-SDI、IP、ASI、DVB-C、DVB-S/S2、DTMB、ABS-S、模擬音頻、

AES/EBU、模擬RF、AM/FM等信號的監測，覆蓋廣播電視制作、編碼、復用、加擾、調制等各環節。系統完全基于IP構建，通過UDP協議，獲取局域網絡中的組播碼流便于信號的統一調度、多畫面顯示主機的配置部署，也可以很好地適應信號規模的擴展，降低系統施工和維護的復雜度。支持UPDHTTPRTMPRTP等傳輸協議，支持TS、FLV等封裝格式，支持 MPEG-2、MPEG-4、H.264、AVS、H.265、AVS+的高標清視頻解碼，支持MP2、MP3、AC3、AAC、DRA的音頻解碼。每套系統可以并行處理多路MPEG-2高清節目或多路H.264高清節目，支持5.1聲道伴音的解碼、監聽、彩色音量柱顯示。對于立體聲節目，支持左右聲道分別監聽。支持3D電視頻道的監看、監測與錄像。除了能對普通的錯誤視頻信號進行監測外，還能區分單聲道、雙聲道與立體聲監測，同時支持信源地址SNMP，Alarm Center監測軟件能對多種錯誤信號進行報警，對視音頻PID變更、分辨率、色彩格式、聲道、采樣率等參數變更等信號傳輸故障監測，能對接收信號過低形成的馬賽克進行監測。具備靜幀抑制功能，結合電視伴音播出情況來降低靜幀的誤報率。系統提供了語音、日志、OSD、數據庫、短信、標題欄、邊框等多種報警方式的基礎上，充分結合了廣電值班、運維的實際情況，提供并完善了一整套的報警管理機制，包括故障循環語音報警、故障的人工確認與忽略、手工暫停監測、按故障類型設置運行圖、故障畫面放大功能。可以針對重點節目實時監測、對普通節目輪巡監測。支持單板卡，雙板卡間的頻點輪巡，板卡選定頻點節目輪巡；每個窗口可以單獨設置監測對象，實時和輪巡的節目畫面可以同時顯示而互不影響。輪巡畫面平滑切換，不會產生黑屏現象。充分利用GPU的二次開發特性，采用自適應運動去隔行算法，有效地去除視頻顯示中的鋸齒現象，很好地解決了畫面垂直細節閃爍和垂直運動圖像模糊的問題。系統支持采用Direct3D顯示方式，在WIN7或更高版本的操作系統中畫面顯示效果更好，視頻放大顯示時顯示質量仍然色彩鮮明飽滿，呈現完美的顯示效果。系統具備通用的系統接口，支持愛迪德、清華永新、中視聯、天帕、Aston-Conax等各種CA加密協議。通道可以同時完成8個頻道的解擾，支持多密碼流，一個通道可以同時解出不同的CA加密節目。

圖7 監看多畫面系統平臺

3 常見問題

3.1 電視黑屏，沒有監測畫面

原因1：電視問題。檢查電視是否休眠，嘗試重新開機；嘗試切換電視輸入源HDMI1/HDMI2；調整HDMI線到其它HDMI口。原因2：服務器異常。在操作終端ping多畫面服務器或用VNC遠程多畫面監測服務器，如果可以ping通或能遠程，說明服務器運行正常；如果ping不通或遠程不了，應該是主機死機或不在正常運行狀態，嘗試通過服務器前面板的重啟按鍵重啟服務器。原因3：HDMI延長器異常（前提：服務器可以ping通或可以遠程）。檢查HDMI延長器網口指示燈是否閃爍；如果網口不亮，檢查網線是否正常；如果網線正常，就可能是HDMI延長器損壞（臺站由于處于高山，容易出現雷擊問題，請臺站注意防雷）。

3.2 電視看到的不是節目監測畫面

原因：這臺主機除Display多畫面監測軟件外，還有SignalEye碼流分析軟件以及Agent前端代理軟件，只要把Display多畫面置前即可。方法：通過操作終端用VNC遠程到該服務器，把其他軟件最小化，把Display多畫面監測軟件置前并全屏展示即可。

3.3 電視可以看到監控軟件，但是節目都是黑屏或者全部都報音視頻丟失

原因：部分臺站在晚上停播后會關閉電源，第二天才開啟，此時服務器啟動后，交換機還沒有完全啟動（交換機啟動一般要5分鐘左右，服務器1分鐘左右），服務器網口沒有激活，也就從交換機收不到流。方法：通過操作終端用VNC遠程到該服務器，把Display多畫面監測軟件、SignalEye碼流分析軟件、Agent前端代理軟件都關閉，然后等待自動重啟即可。

3.4 部分節目報音視頻丟失

原因：這個多數是對應的設備出現問題，非監測系統問題。方法：根據節目別名（主）/（備）/（DTMB），檢查對應的衛星接收機及發射機是否正常；嘗試重啟Display多畫面監測軟件。

3.5 節目報音頻加擾、視頻加擾

原因：這個多數是衛星接收機節目授權問題。方法：檢查衛星接收機授權；嘗試重啟Display多畫面監測軟件及BHDT56地面數字電視解調監測卡。

4 安全與運行維護

第一，信號源系統是保障廣播電視安全播出的源頭，從主用衛星接收機和備用的微波信號源傳輸采用雙路由光纖。由前端輸出的主備信號中，采用分配器分成兩路信號分別送入主備發射機，并制作備用的網線和視音頻線作為應急用信號線。

第二，供配電系統為機房內所有設備提供電力支持，項目采用的是南粵電器的供配電系統。該系統供配電系統的規劃與設計充分考慮到發展的趨勢和性能要求，并符合長期的安全穩定性、可維護性、可擴展性等。機房內各功能區域的用電明確分開，比如，發射機的高功率用電和普通設備低壓用地必須區分開來，這樣可以確保設備電源安全。

第三，為提高通信質量、確保傳輸設備與人身的安全，發射機房和監控機房的交流和直流供電系統都必須有良好的接地裝置。微波通信和衛星接收機房的接地系統包括直流接地和交流接地。交流接地包括交流工作接地、保護接地、防雷接地；直流接地包括直流工作接地、機殼屏蔽接地。

第四，機房溫度、相對濕度及空氣含塵濃度，噪聲、電磁干擾、震動及靜電、空氣調節系統，要建設分前端機房監控系統，時時了解機房運行狀態，對機房內動力設備和環境進行全方位監控。

5 結語

信息化時代的到來，傳統廣播電視技術難以滿足人們高品質娛樂生活的需求。網絡化技術、數字化技術與廣播電視技術的有機融合，大大地改善了廣播電視的畫面、音質，提高了廣播電視播放質量，滿足了人們多元化的需求。隨著社會的進一步發展，廣播電視作為人們生活中不可或缺的娛樂平臺和工具，對其提出的要求會越來越高。因此，為能夠給廣大民眾提供高品質的廣播電視節目和服務，需要我們加強對網絡化技術、數字化技術以及廣播電視技術融合的研究，充分發揮網絡技術、數字化技術的先進性，推動廣播電視產業發展。