關于縣域電視臺通過SDH網傳輸電視節目的實踐研究

謝永華 陳丹

摘 要 南寧廣播電視臺駐本市下轄5縣1區各記者站每天都要傳回采集的節目素材，原來通過互聯網傳輸，隨著我臺節目素材的高清化，素材體積越來越大，這種上傳下載的傳輸方式太費時且效率低下。在本著以最低的成本實現最大效益的原則，立足于現有設備的基礎上，搭建了通過SDH網傳輸電視節目的系統。本系統采用H.264編碼壓縮，經廣電網絡SDH網傳輸，結合IP復用，組播傳輸，VLAN等技術很好地實現了各站點節目素材的上傳與收錄。

關鍵詞 SDH網;H.264編碼;組播;VLAN;供電

引言

南寧市下轄5縣1區，最遠縣距離本市約150公里，最近也有60多公里。每天駐各縣廣播電視臺新聞記者站采集的新聞素材都要上傳回南寧廣播電視臺，隨著我臺高清頻道的開播，節目素材采集采用高清1920×1080 50i格式，相比原來的標清節目，素材體積更大，編碼要求更高，傳輸所占帶寬更寬。因此，我們對原有的傳輸系統進行了高清升級改造，本次升級改造我們并不追求技術、設備的最先進性，而是在立足于現有設備的基礎上，滿足傳輸技術指標的前提下，以最低的成本實現最大的效益。在整個傳輸系統中我們既應用到了傳統的ASI、DS3信號傳輸，也應用到了最新的IP數字電視傳輸技術，以及二層交換機虛擬局域網（VLAN）技術。既實現了我臺現階段對節目傳輸質量的技術要求，也為后期的升級改造預留了空間。在項目推進過程中，也碰到了一些典型問題，我覺得值得整理出來與大家共同探討。

高清改造升級后的系統由各縣廣播電視臺非編電腦輸出SDI信號，經高標清編碼器H.264編碼后輸出ASI信號，經過適配器適配后輸出DS3信號，利用SDH網傳回到南寧廣播電視臺中心機房的視訊EMR再復用輸出IP組播流，最后經過交換機多端口分發給主備高標清解碼器解碼獲得各縣的上傳信號，具體信號流程如圖1所示：

1傳輸網絡選擇

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步數字體系。SDH傳輸網是一種高質量，高速率的光纖技術與智能化網絡單元技術有機結合在一起的傳輸技術。SDH采用的信息結構等級稱為同步傳送模塊STM-N（Synchronous Transport Mode，N=1，4， 16，64），最基本的模塊為STM-1，四個STM-1同步復用構成STM-4，16個STM-1或四個 STM-4同步復用構成STM-16，四個STM-16同步復用構成STM-64，甚至四個STM-64同步復用構成STM-256。SDH幀傳輸時按由左到右、由上到下的順序排成串型碼流依次傳輸，每幀傳輸時間為125μs，每秒傳輸1/125×1000000幀。

對STM-1而言每幀比特數為8bit×（9×270×1）=19440bit，則：

STM-1的傳輸速率為19440×8000=155.520Mbit/s;

STM-4的傳輸速率為4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s;

STM-16的傳輸速率為16×155.520=2488.320Mbit/s（2.5G）

STM-64的傳輸速率為64×155.520Mbit/s=9953.28Mbit/s（10G）

STM-256的傳輸速率為265×155.520Mbit/s=39813.12Mbit/s（40G）

SDH傳輸網主要承載視頻，語音等對時效性要求比較高的業務。我國已經建成了遍布全國各省市的SDH光纖傳輸骨干網，由于它有統一的國際標準，因此得到了極為廣泛的應用，并已經成為我國有線電視、各大電信運營商的主要網絡。經過升級，我區網絡公司的SDH網已建成10G網。由于它依然能提供45Mbit/s的DS3電接口，這對于我們每個縣最多復用2套，每套8Mbit/s的高清電視節目來說已完全夠用[1]。

2編碼格式選擇

為了滿足高清節日的指標參數，同時也要兼顧傳輸帶寬的限制，對于當前流行的幾種高清編碼格式，我們進行了在線測試與比較。發現H.264不僅具有很高的數據壓縮比率，在同等圖像質量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍，而且經過H.264壓縮的視頻數據，在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經濟。所以我們最終選擇H.264作為系統主要的編碼格式。

H.264概述

由ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC動態圖像專家組（MPEG）聯合組成的聯合視頻組（JVT，Joint Video Team）提出的高度壓縮數字視頻編解碼器標準。

H.264壓縮技術主要采用了以下幾種方法對視頻數據進行壓縮。包括：

（1）幀內預測壓縮：解決的是空域數據冗余問題。

（2）幀間預測壓縮：（運動估計與補償），解決的是時域數據冗余問題。

（3）整數離散余弦變換（DCT）：將空間上相關性變為頻域上無關的數據，然后進行量化。

（4）CABAC壓縮。

經過壓縮后的幀分為：I幀，P幀和B幀：

I幀：關鍵幀，采用幀內壓縮技術。

P幀：向前參考幀，壓縮時，只參考前面已經處理的幀。采用幀間壓縮技術。

B幀：雙向參考幀，在壓縮時它即參考前面的幀又參考它后面的幀。采用幀間壓縮技術。

圖像序列GOP：

GOP：兩個I幀之間是一個圖像序列;一個圖像序列中只有一個I幀。

H.264的優勢

（1）低碼率（Low Bit Rate）：和MPEG2和MPEG4 ASP等壓縮技術相比，在同等圖像質量下，采用H.264技術壓縮后的數據量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。

（2）高質量的圖像：H.264能提供連續、流暢的高質量圖像。

（3）容錯能力強：H.264提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生的丟包等錯誤的工具。

（4）網絡適應性強：H.264提供了網絡抽象層（Network Abstraction Layer），使得H.264的文件能容易地在不同網絡上傳輸（例如互聯網，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）傳輸。

3接收端IP復用、組播傳輸

各縣節目經SDH網傳回我臺中心機房后進入一臺視訊8路DS3輸入EMR平臺，由于設備為幾年前所購，只配備標清解碼卡，且未配備ASI輸出卡，但已開通IP DATA口。經過與商家詢價，一塊高清解碼卡價格不菲。而且哪怕配備一塊高清解碼卡，對于后期信號的靈活調度以及冗余也存在著極大的局限性。于是本著經濟實用的原則，我們采取了數字電視IP復用，組播傳輸，多臺IP解碼器解碼的方式，很好地解決了信號同時多點解碼，備份冗余的問題。同時也應用到了交換機虛擬局域網（VLAN）分割廣播域，隔絕廣播風暴，提高網絡傳輸效率等技術。

3.1 組播技術

組播（Multicast）：指的是單個發送者對應多個接收者的一種網絡通信。組播技術中，有源主機向多點目標主機發送信息需求時，源主機只發送一份數據，數據的目的地址是組播組地址，這樣，凡是屬于該組的成員，都可以接收到一份原主機發送的數據的拷貝，此組播方式下，只有真正信息需要的成員會收到信息，其他主機不會收到。

3.2 VLAN的必要性

本著經濟實用，立足現有設備的原則，由5縣一區，共計10套高清節目經IP復用后，形成一個近80Mbit/s的IP節目流接入一臺24口思科交換機，該交換機同時還接入了IP通話及天氣預報IP組播流。為了提高交換機整體網絡傳輸性能，避免各業務之間互相干擾，對交換機進行VLAN劃分就顯得十分必要。

VLAN（Virtual LAN），翻譯成中文是“虛擬局域網”。LAN可以是由少數幾臺家用計算機構成的網絡，也可以是數以百計的計算機構成的企業網絡。VLAN所指的LAN特指分割的網絡——也就是廣播域。二層交換機只能構建單一的廣播域，不過使用VLAN功能后，它能夠將網絡分割成多個廣播域，防止廣播風暴波及整個網絡，提高整體網絡傳輸性能。

4問題解決

在此次傳輸系統高清化升級改造項目推進過程中，也碰到了一些我們意料之外的問題，比如：非編軟件格式模版不對，設備安裝環境差、非編輸出與編碼器之間傳輸距離遠、設備的供電以及維護等等問題。其中供電及設備維護、簡單故障的排除最具代表性。

4.1 供電問題

由于編碼器常開，且長時間運行，對所處環境要求比較高，為了保證編碼器的穩定運行，我們傾向于將編碼器安裝在各縣廣播電視臺的播出機房，畢竟播出機房長年開啟空調，恒溫，環境較好，設備用電接播出機房的電。非編室一般處于播出機房的樓上或樓下，非編電腦用電基本上與播出機房用電不同。在我們設備安裝的過程中，發現非編電腦SDI輸出線傳到播出機房后，相對放置于播出機柜上的編碼器帶有很高的電壓，經測量達100多伏，這是絕對不可以接到設備上的，不僅嚴重損壞設備，甚至對人的生命安全都造成很大的威脅。后來經過我們分析，有可能是因為機房的用電接地（UPS不間斷電源）與非編室的用電接地（市電）不同，或者接地不規范，從而產生電位差。基于電路排查并非一蹴而就，所以距離稍遠的地方我們就采用光機傳輸，利用光電隔離，如樓上樓下距離較近的地方，我們就采用重新鋪設電線讓非編電腦與編碼器共用一個節點的電，這樣就很好地解決了電位差的問題。

4.2 遠程訪問

基于各縣廣播電視臺技術力量薄弱的現實，對于設備的維護及簡單的故障排除，我們除了定期的下去檢修之外，也盡量挖掘設備本身的應用潛力和網絡遠程訪問，遠程控制的優勢。減輕我們維護的壓力與成本。

由于本次項目升級的高清編碼器除了ASI輸出之外，也提供IP輸出，因此我們在設備配置的時候也配置好IP輸出，并將管理IP地址、組播IP地址及端口號貼于編碼器的前面板。一旦出現傳輸無信號，無有效碼率的情況，可以聯系當地的技術員用筆記本電腦打開VLC media player播放器，打開網絡串流輸入組播IP及端口號（如：udp//@224.2.2.2：2000）看編碼器IP輸出是否正常，由此可判斷編碼器及非編電腦SDI輸出是否正常。基本上可以解決大部分的問題。

同時依托現在幾乎覆蓋每個角落的網絡信號，我們還可以通過遠程控制軟件，如：向日葵遠程控制、teamviewer遠程控制等軟件實現對設備的遠程查看、配置和控制。這大大減少了我們下鄉的頻率，提高了我們的工作效率，減輕我們設備維護的壓力與成本。

5結束語

項目完成，經過近一年的運行，系統工作正常，狀態穩定，信號傳輸質量高，且調度靈活，完全符合當初的設計要求。

參考文獻

[1] 陶德勝.市到縣數字電視節目傳輸與SDH改造方案設計[J].視聽界：廣播電視技術，2005（5）：78-80.