張新法商丘廣播電視臺

商丘電視臺電視信號傳輸設(shè)備數(shù)字化升級改造工程實施方案

張新法
商丘廣播電視臺

2014年年上半年，商丘電視臺實施信號傳輸設(shè)備數(shù)字化標清級改造與我臺標清硬盤播出設(shè)備相匹配。從此，電視信號播出和傳輸上告別了模擬時代，進入了標清級數(shù)字化時代。

標清編碼器；標清硬盤播出設(shè)備；外調(diào)制光發(fā)射機；1550nm摻鉺光纖放大器；電視信號傳輸通道的自愈性環(huán)網(wǎng)

引言

根據(jù)《我國有線電視向數(shù)字化過渡時間表》，“截至2015年，我國將徹底告別模擬電視信號，全面實現(xiàn)有線電視數(shù)字化”。商丘市文廣新局審時度勢，根據(jù)國家廣播電影電視總局《地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》的通知要求和省局的統(tǒng)一部署，計劃于2014年底在全市各縣區(qū)范圍內(nèi)完成有線電視數(shù)字化整轉(zhuǎn)，實現(xiàn)全市有線電視數(shù)字化信號覆蓋。然而，處于我臺播出系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)前端之間的傳輸系統(tǒng)還處于模擬傳輸狀態(tài)，傳輸系統(tǒng)數(shù)字化改造迫在眉睫，2014年上半年，我臺在各級領(lǐng)導的關(guān)懷和指導下，在有線電視數(shù)字化整轉(zhuǎn)之前，克服種種困難，攻克技術(shù)難關(guān)，率先實施了電視信號傳輸系統(tǒng)數(shù)字化升級改造，提前完成了數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)與數(shù)字電視有線前端的無縫對接，為我臺的數(shù)字化播出提供了有力的保障。該項目有我主持設(shè)計安裝實施。

一、改造前的電視信號傳輸狀況

我臺播出部在2012年10月就實現(xiàn)了全數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)，硬盤輸出SDI數(shù)字信號，但是在傳輸信道上均為模擬信號傳輸設(shè)備，播出設(shè)備與傳輸設(shè)備不匹配。首先在播出部把硬盤播出的數(shù)字信號變成模擬信號，經(jīng)過一級音頻分配器分配后，再通過三級模擬光發(fā)射和光接進行長達十幾公里以上的遠距離傳輸，分別傳送到威海路無線數(shù)字發(fā)射機房、西關(guān)無線模擬發(fā)射機房、凱旋路有線數(shù)字網(wǎng)機房和外縣各有線網(wǎng)機房；模擬信號經(jīng)過長距離的傳輸之后，再加上多次的轉(zhuǎn)換，導致信號在觀眾家里收看時信號質(zhì)量劣化嚴重，沒有層次，色彩失真，伴音失真，又由于從傳輸設(shè)備到光纖鏈路都沒有備份，中途傳輸環(huán)節(jié)多，故障率高，安全播出系數(shù)小，經(jīng)常產(chǎn)生信號中斷。直接影響收視率帶來的社會、政治和經(jīng)濟效益。

如圖：改造之前商丘電視臺電視信號傳輸流程圖。

1、商1、2、3、4、5套硬盤輸出的標清級數(shù)字信號先轉(zhuǎn)換成模擬信號，再經(jīng)過模擬視音頻分配器后各提供一路模擬AV信號進入模擬光發(fā)射機進行發(fā)射；這是第一次信號質(zhì)量損傷。

2、商1、2套合用一個光發(fā)射機，商3、4套合用一個光發(fā)射機，商5套又用一個發(fā)射機進行發(fā)射，每一個光發(fā)射機占用一根光纖，共占用3根光纖，從播出部直接發(fā)射到威海路無線數(shù)字電視發(fā)射機房內(nèi)，在無線數(shù)字機房分別對應(yīng)使用了三個光接收機進行模擬接收，接收的各套模擬信號，每套再各使用一個視音頻分配器再次進行模擬信號分配，每套信號各分兩路：一路進無線數(shù)字發(fā)射機前端進行數(shù)字編碼復用，一路分別進入三個模擬光發(fā)射機再一次進行發(fā)射。這是第二次信號質(zhì)量損傷。

3、商1套單獨占用一個光發(fā)射機和一根光纖，商2、3套合用一個光發(fā)射機和一根光纖，商4套用一個光發(fā)射機和一根光纖，三個模擬光發(fā)射機從威海路無線數(shù)字發(fā)射機房發(fā)射，沿著三個光纖先把信號傳輸?shù)絹喖殎営芯€公司模擬機房，再從模擬機房發(fā)射到有線網(wǎng)絡(luò)公司數(shù)字網(wǎng)機房（凱旋路老三套家屬院）；在有線數(shù)字機房分別利用三個模擬光接收機進行再一次的解調(diào)，解調(diào)出的模擬信號再用模擬視音頻分配器（這是第三次信號質(zhì)量損傷），兵分四路：（1）商1、2、3套信號的其中一路信號進有線網(wǎng)絡(luò)公司的數(shù)字網(wǎng)，經(jīng)過數(shù)字編碼復用轉(zhuǎn)為數(shù)字信號；（2）商1、2、3套信號的其中一路信號進有線網(wǎng)絡(luò)公司的模擬網(wǎng)；（3）商1、2、3套信號的其中一路經(jīng)過數(shù)字編碼復用調(diào)制轉(zhuǎn)為數(shù)字信號包與河南省臺的六套信號數(shù)字包混合進入（SDH）數(shù)字光發(fā)射機發(fā)往各縣有線網(wǎng)；（4）商1、3、4套信號再一次分別用三個模擬光發(fā)射機沿著三根光纖發(fā)射到西關(guān)我臺無線模擬發(fā)射機房進行模擬無線發(fā)射（這是第四次信號質(zhì)量損傷）。（圖1）

模擬信號沿途衰減嚴重，模擬設(shè)備端口同頻干擾嚴重，模擬傳輸設(shè)備老化，是導致我臺信號在商丘市區(qū)域里各個傳輸網(wǎng)中產(chǎn)生信號不達標的主要原因。

二、升級改造后的電視信號傳輸狀況

圖1

圖2

該方案實施中解決了三個關(guān)鍵性的技術(shù)問題：

1、采用數(shù)字化編解碼技術(shù)設(shè)計傳輸方案，實現(xiàn)了數(shù)字硬盤播出設(shè)備與數(shù)字傳輸設(shè)備相匹配，實現(xiàn)了數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)與數(shù)字電視有線、無線前端無縫對接，去掉中間數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，一根光纖傳輸?shù)矫總€機房，確保信號高質(zhì)量。

設(shè)計如下：

神火大道南段播出機房：全數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)輸出五套節(jié)目的SD-SDI數(shù)字信號，每套輸出兩路SDI數(shù)字信號，直接編碼復用打成一個數(shù)字信號包ASI信號［3］，再通過一個QAM數(shù)字調(diào)制器輸出一個射頻信號，輸入1550nm外調(diào)制光發(fā)（2X7dbm）和主備自動光切換器后，進入20dBm數(shù)字光放，再進入五路光分路器按照各個方向的光芯的分光比進行法蘭盤對接，整個傳輸信道上五套節(jié)目信號全部是一個數(shù)字包，去掉中間環(huán)節(jié)，一根光纖傳輸?shù)矫總€機房，光連接器型號同為FC；

八路編碼器編碼：我臺使用的是GN-1838低碼率八路SDI編碼器，實現(xiàn)五路SDI數(shù)字電視信號的實時編碼，并將編碼后形成的碼流通過ASI端口輸出。GN-1838支持MPEG-2視頻編碼格式，并具備較優(yōu)秀的編碼圖像效果和較高的編碼效率［1］。五套電視節(jié)目，每套設(shè)置為4.5Mbps，實際總碼率為22.5Mbps，根據(jù)每套節(jié)目內(nèi)容的靜幀和運動的畫面時有變化，避免接收端產(chǎn)生馬賽克，又增加了一個4Mbps的空數(shù)據(jù)包進行緩沖，總碼率設(shè)置為28Mbps；如果采用初始碼率38Mbps，接收機會增加多余的時間預(yù)算，畫面切換時會產(chǎn)生一定延遲。所以，安裝調(diào)試后，接收端沒有出現(xiàn)信號靜幀或延遲問題。［2］

DVB捷變式64QAM數(shù)字調(diào)制器：經(jīng)編碼器編碼后輸出一路ASI碼流輸入QAM數(shù)字調(diào)制器進行載頻調(diào)制。編碼復用器輸出的TS傳輸流在送入信道傳輸前將數(shù)字碼流調(diào)制到適合信道傳輸?shù)妮d波上。它采用幅度、相位聯(lián)合調(diào)制的技術(shù)，利用載波的幅度和相位來傳遞信息比特。正交幅度調(diào)制，這種鍵控由兩路數(shù)字基帶信號對正交的兩個載波調(diào)制合成而得到?？垢蓴_性強。

外調(diào)制光發(fā)射機：由于電視信號傳輸距離遠，為了保持優(yōu)質(zhì)信號質(zhì)量，我臺使用的是美國產(chǎn)1550外調(diào)制光發(fā)射機，該產(chǎn)品屬于新型的高性能1550nm外調(diào)制CATV光發(fā)射機。主要器件采用JDSU、Fujitsu、MITSUBISHI含熱電致冷器的DFB低噪聲、窄線寬、連續(xù)波激光器和JDSU、AVANEX CATV高線性外調(diào)制器，傳輸距離遠，性能穩(wěn)定。每臺同時輸出兩路光信號。

1550nm摻鉺光纖放大器：每路的路徑都在十幾公里以上，為了保障接收端光功率在-9dBm---+2dBm，所以采用了功率放大，極大的延長系統(tǒng)的傳輸距離，該機主備各一，用于我臺五分路器之前進行信號放大，滿足不同傳輸方向的信號電平。要求總輸出光功率20dBm。

五光分路器：

根據(jù)各個路徑的長短、光衰減系數(shù)、插入衰減值、光纖彎曲衰減特性、光纖富余度、光纖溫度衰減和光接收機的接收門限計算出每個路由上路徑的分光比。

五路端排序：4 312 5

分光比（%）：1010 18 2240

出光功率dBm:9.478.93 11.23 12.82 14.97各輸出端插入損耗dBm:10.510.6 8.037.224.6傳輸路由、路徑圖:（4號芯）（6號芯）（3號芯）（2號芯）（1號芯）。

2、傳輸主備設(shè)備互為熱備份，做到自動檢測自動“零”秒報警切換，規(guī)避單機故障.設(shè)計如下：如圖：改造后，數(shù)字電視信號傳輸設(shè)備及流程圖。

從編碼器、調(diào)制器、光發(fā)、光放、光分路設(shè)備均為主備熱備份，故障聲音報警同時做到“零”秒切換，降低了故障率。保證了信號的傳輸質(zhì)量，均達到設(shè)計的技術(shù)要求。（圖2）

3、傳輸鏈路采用了雙回路不同路由的光纜構(gòu)成了自愈性環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)主備路光纖信號自動無閃爍切換，切換時間小于10毫秒，實現(xiàn)了24小時不間斷播出，安全傳輸有保障。

無線電視數(shù)字網(wǎng)機房、無線電視模擬發(fā)射機房、有線電視數(shù)字網(wǎng)機房均采用不同路由的光纜構(gòu)成雙回路互為備份傳輸，每一個機房都安裝一臺光自動切換器自動進行報警切換。

光切換器：是光通信系統(tǒng)中的重要的設(shè)備，本方案用于我臺南北兩路光纜中的光信號的主備份切換，在主光鏈路出現(xiàn)故障時智能檢測自動切換到備份光鏈路上，在極短時間內(nèi)（小于10ms）保證系統(tǒng)的正常不間斷運行，同時具有故障聲光電報警功能，屏顯每路的光功率值，通知值機人員進行方便檢修，確保電視信號的連續(xù)傳輸，主備路均正常時（設(shè)計為大于-10dbm）自動回復到主路。構(gòu)成了電視信號傳輸通道的自愈性環(huán)網(wǎng)。［4］

整個傳輸鏈路上五套節(jié)目信號全部打成一個數(shù)字包，一根光纖傳輸?shù)降?，保證了信號的傳輸質(zhì)量；主要傳輸設(shè)備均為熱備份，有故障時自動檢測自動切換；每條傳輸鏈路均采用雙回路不同路由的光纜實現(xiàn)主備路光纖信號自動無閃爍切換，構(gòu)成了電視信號傳輸通道的自愈性環(huán)網(wǎng)，確保了電視數(shù)字信號安全傳輸及播出。

三、技術(shù)鑒定及成效

兩年來的在線運行證明，設(shè)備性能穩(wěn)定可靠。2014年9月我臺特聘省級廣電專業(yè)兩名教授級高工及我臺主要領(lǐng)導組成專家組進行技術(shù)鑒定，經(jīng)測試各項指標均達到設(shè)計技術(shù)要求。從此，我臺電視信號播出和傳輸上告別了模擬時代，跨入了全數(shù)字化時代。

［1］高文.多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1994.2

［2］杜百川.數(shù)字電視［M］.北京:北京廣播學院出版社，1999.

［3］嚴春來.多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)研究［J］.科技資訊，2010（31）.

［4］《廣播與電視技術(shù)》，1997年第24卷第11期.