張 宇 黃 冕

（作者單位：四川廣播電視臺電視播出部）

四川廣播電視臺高清節(jié)目傳輸方案初探

張 宇 黃 冕

（作者單位：四川廣播電視臺電視播出部）

四川廣播電視臺于2012年2月正式遷入新彩電中心大樓運營。電視播出部的數(shù)字總控傳輸系統(tǒng)從運行至今，從設計功能和目標上滿足了當時節(jié)目的編碼復用傳輸需求。 為了適應國家十三五規(guī)劃中關于廣播電視行業(yè)的要求，四川廣播電視臺在已經(jīng)實現(xiàn)部分電視節(jié)目高標清同播和傳輸?shù)幕A上，已經(jīng)在研究所有高清播出頻道信號傳輸?shù)脑O計方案。

為了逐步實現(xiàn)對現(xiàn)有高標清編碼信號混傳模式的改造和升級，經(jīng)過多次研討， 總控確定了地面及上星信號的高清節(jié)目編碼復用架構的總體設計思路： 針對在播頻道的傳輸方式，設計時按照“先進靈活、安全穩(wěn)定、合理利舊、易于擴展”的原則開展方案研究和設備前期調研工作。

編碼復用；高清編碼；H.264；AVS+；碼流切換

總控傳輸系統(tǒng)是四川廣播電視臺所有播出節(jié)目分發(fā)到下游傳輸單位的前端，負責完成高標清播出信號的編碼復用及地面無線頻道、有線網(wǎng)絡、網(wǎng)臺信號的傳輸和上星信號的傳輸。本系統(tǒng)作為四川廣播電視臺（SRT）播出信號傳輸?shù)目偳岸?，承擔了四川廣播電視臺所有的電視播出頻道和廣播頻率的傳輸工作。

四川廣播電視臺于2012年2月正式遷入新彩電中心大樓運營。電視播出部的數(shù)字總控傳輸系統(tǒng)從運行至今，從設計功能和目標上滿足了當時節(jié)目的編碼復用傳輸需求。依照本臺的業(yè)務規(guī)劃，將所有電視頻道（標清10套，高清2套）和11套廣播頻率分發(fā)給無線地面廣播、省內有線網(wǎng)絡及網(wǎng)臺，2套上星電視節(jié)目和8套廣播頻率（標清四川衛(wèi)視及標清康巴衛(wèi)視）傳送給衛(wèi)星上行站。

標清節(jié)目的編碼壓縮采用MPEG-2編碼標準進行壓縮，2套地面高清節(jié)目（SCTV1、5HD）采用H.264編碼標準進行壓縮，1套上星高清節(jié)目（SCTV1 HD）采用AVS+壓縮編碼技術。

為了適應國家十三?五規(guī)劃中關于廣播電視行業(yè)要求，四川廣播電視臺在已經(jīng)實現(xiàn)部分電視節(jié)目高標清同播和傳輸?shù)幕A上，已經(jīng)在研究所有高清播出頻道信號傳輸?shù)脑O計方案。根據(jù)計劃播出的12套高清電視節(jié)目，暫訂規(guī)劃輸出4個或以上的高清TS傳輸流。

1　高清電視信號傳輸系統(tǒng)設計理念

新的高清信號編碼復用系統(tǒng)是在目前的高標清播出信號傳輸系統(tǒng)基礎上對系統(tǒng)進行升級、擴容、改造。設計理念為繼承原有系統(tǒng)的優(yōu)點，應用科學、先進、成熟穩(wěn)定的技術，適應四川廣播電視臺電視節(jié)目的逐步全面高清播出，能夠進行多種主流高清格式編碼。確保系統(tǒng)的易于擴展，遵循不間斷、高質量、可靠經(jīng)濟的設計原則，應急技術可靠，應急處理時不對正常傳輸信號產(chǎn)生影響。

根據(jù)以上設計理念，總控確定了地面及上星信號的高清節(jié)目編碼復用架構的總體設計思路：針對在播的頻道的傳輸方式，設計時按照“先進靈活、安全穩(wěn)定、合理利舊、易于擴展”的原則開展方案研究和設備前期調研工作?，F(xiàn)有2種設計方案備選。

2　系統(tǒng)的設計方案

2.1方案一

每2個（上星）和每4個（地面）頻道播出信號送入對應的2通道或者4通道模塊式高清編碼器進行編碼。該編碼器應支持IP輸出。編碼器輸出的H.264 over IP信號，送入主備交換機后通過IP通道與主、備復用器連接，且為交叉方式。復用器內部將各編碼的IP信號轉為碼流信號進行再復用，最終輸出4路TS流信號進入2選1碼流切換器傳輸?shù)较掠嗡拇ㄊV電網(wǎng)絡公司，如圖1所示 。

圖1　高清編碼利用方案一

優(yōu)點：

（1）先進靈活：ASI碼流信號與IP信號共存組網(wǎng)，并采用業(yè)內先進、高效的編碼復用器和網(wǎng)管服務器。

（2）易于擴展：此方案結構利于今后編碼模塊添加、復用器的增加。

（3）安全穩(wěn)定：12+4的編碼模塊熱備份，1: 1的復用器、交換機整機熱備份。

（4）合理利舊：在升級改造系統(tǒng)時可充分利用原來的高清編碼復用器（愛立信VPC）。

缺點：

由于IP與ASI信號切換底層機理不一樣，主備信號倒換時，在目前技術狀況下畫面可能會出現(xiàn)信號中斷，表現(xiàn)為靜幀、黑屏等，對安全播出傳輸有潛在風險。

優(yōu)點：

（1）先進靈活：采用靈活的 模塊式結構編碼復用器。

（2）安全穩(wěn)定：編碼以模塊式機箱為單位進行1: 1備份，切換器智能主備的無縫切換，無需單獨的網(wǎng)管系統(tǒng)。

（3）易于擴展：系統(tǒng)結構邏輯簡單，以后如有新的高清頻道開播只需要繼續(xù)增加編碼復用器和碼流切換器，給擴容升級帶來方便，

合理利舊：在升級改造系統(tǒng)時可充分利用原來的高清編碼復用器（愛立信VPC）。

缺點：

相對于方案一，設備投入會有30%左右的增加。

模塊式編碼復用器采用編碼模塊12×4冗余配置，各播出高清主路信號經(jīng)主路編碼器后，IP信號送進主備交換機，而所有備路播出HDSDI信號送入16*4的HDSDI基帶 矩陣，當主路任意4路播出信號有故障時，該矩陣輸出對應的備播出HDSDI信號到備份模塊式編碼復用器（4通道），同時備交換機也接入有備份編碼復用器輸出的IP信號，交換機信號也接入主備復用器，完成各頻道編碼信號12*4冗余功能。然后通過網(wǎng)管服務器實現(xiàn)自動冗余切換。如圖2所示。

圖2　方案一高清編碼冗示意圖

方案中編碼器、復用器、交換機達到了1:1冗余的目的，主、備交換機和主、備復用器按以交叉的方式進行連接，自動切換功能由網(wǎng)管服務器完成。如圖3所示。

圖3　方案一高清復用冗示意圖

2.2方案二

（1）對于地面頻道，使用具備3通道模塊、支持H.264編碼標準的高清編碼復用器。四川廣播電視臺12套節(jié)目可分為4組，即4個主備，共需8臺這種高清編碼復用器。每臺高清編碼復用器內部復用3通道編碼信號后輸出打包TS流信號。輸出的主備TS流信號分別進入4臺2選1碼流切換器向下游四川省廣電網(wǎng)絡公司等傳輸，如圖4所示。

圖4　方案二高清復用示意圖

這個方案每臺高清編碼復用器以1:1的方式熱備份，4組頻道的主備編碼復用TS流信號送入各自的智能2選1碼流切換器，通過碼流切換器內部的智能判斷進行自動切換。

（2）對于衛(wèi)視高清，主備播出HD-SDI信號分別進入主備AVS+高清編碼器，每臺編碼器輸出2路TS流信號分別送入2臺智能2選1碼流切換器然后經(jīng)四川省廣電網(wǎng)絡公司、國干送上行站上星。如下圖所示。

圖5　方案二衛(wèi)視高清編碼示意圖

3　設計心得

目前，多數(shù)電視臺和有線網(wǎng)絡前端使用的ASI切換技術雖然比較成熟，但是隨著近年來IP技術的飛速發(fā)展，在可以預見的未來，通過IP進行信號傳輸?shù)姆绞綄⒖焖俪蔀橹髁?。但目前來說，傳統(tǒng)ASI傳輸IP傳輸還各有自己的優(yōu)勢：

（1）使用IP技術，視頻的傳輸和信號路由交換變得更靈活，系統(tǒng)間連接簡捷，備份易于實現(xiàn)。信號源到交換機的鏈接不用考慮其邏輯結構，直接將相關的IP信號連接到交換機任意端口即可，方便系統(tǒng)布線。傳輸使用組播方式，機房內短距離傳輸IP信號，丟包的可能性很小，機房布線使用工程六類雙絞線和水晶頭，接口為GbE RJ45以太網(wǎng)接口，將節(jié)省較大投資。

（2）基于IP技術的設計方案，考慮了設備、信號源、鏈路、組網(wǎng)結構的備份，且應急備份切換通過網(wǎng)管服務器自動實現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性。

（3）目前IP傳輸技術經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，已經(jīng)比較成熟，但是也應認識到IP傳輸系統(tǒng)故障相對于傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)的判斷處理也更復雜。需要四川廣播電視臺機房一線傳輸值班的技術人員努力在以后的工作中積極適應技術系統(tǒng)的快速變化，加強對IP技術應用于廣電傳輸?shù)奶剿?，進而簡化系統(tǒng)設計，挺高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強系統(tǒng)靈活性。

（4）目前國家新聞出版廣播電影電視局對安全播出提出了更高的要求，系統(tǒng)設計安全可靠還是需要放到第一位，因此方案二中對于安全要求最高的衛(wèi)視高清傳輸單獨采用了成本較高的雙二選一碼流切換器的架構，最大可能保證上星信號的安全傳輸。

4　小結

本文簡要探討了四川廣播電視臺總控傳輸設想的兩種高清編碼復用系統(tǒng)設計方案。通過結合在用的高標清同播和傳輸?shù)南到y(tǒng)結構，提出了高清播出信號編碼傳輸方案的設計思想，并分析比較了了2種設計方案的優(yōu)缺點。通過對此編碼復用系統(tǒng)設計的調研，對IP傳輸技術在廣電的應用也有了深一步探索。為今后工作確定技術方案和完善設計方案奠定了一定的理論基礎，鍛煉了技術隊伍，積累了經(jīng)驗。

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