段天學(xué)

(昭通市電視臺(tái)，云南 昭通 657000)

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昭通市電視臺(tái)3+1訊道高清衛(wèi)星車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

段天學(xué)

(昭通市電視臺(tái)，云南 昭通 657000)

昭通市電視臺(tái)3+1訊道高清衛(wèi)星車系統(tǒng)是按照國家新聞出版廣電總局安全播出實(shí)施細(xì)則要求設(shè)計(jì)，即主要(單潰點(diǎn))、關(guān)鍵設(shè)備要求冗余設(shè)計(jì)。對(duì)3+1訊道高清衛(wèi)星車系統(tǒng)的主要視頻設(shè)備和衛(wèi)星傳輸設(shè)備性能和選擇進(jìn)行了詳細(xì)介紹，特別是衛(wèi)星傳輸部分的功放性能、工作方式、功放輸出增益進(jìn)行了詳細(xì)介紹，該系統(tǒng)通過多次直播運(yùn)行，設(shè)備安全穩(wěn)定。

視音頻系統(tǒng)；切換與調(diào)度矩陣；編碼與調(diào)制；SSPB固態(tài)功放；1+1同相合成；天饋系統(tǒng)

昭通市下轄11縣區(qū)，位于云南省東北部，與貴州、四川兩省接壤，地勢(shì)南高北低，山地多，縣區(qū)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(fā)，2012年9月7日昭通市彝良發(fā)生5.7級(jí)地震，2014年4月5日永善發(fā)生5.3級(jí)地震，2014年8月3日昭通市魯?shù)榭h發(fā)生6.5級(jí)地震，在中央、省市政府的關(guān)心支持下，2014年9月昭通市電視臺(tái)3+1訊道高清衛(wèi)星車得到政府的立項(xiàng)。

高清衛(wèi)星車系統(tǒng)是昭通市電視臺(tái)節(jié)目制作和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下滿足快速、靈活、機(jī)動(dòng)的新聞報(bào)道要求，同時(shí)能夠滿足11個(gè)縣區(qū)重要活動(dòng)、綜藝節(jié)目的現(xiàn)場(chǎng)直播和制作。特殊事件需要時(shí)，能與央視、省臺(tái)高清車、EFP以及直播車等系統(tǒng)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，組建成聯(lián)合電視轉(zhuǎn)播系統(tǒng)。在有限的資金投入情況下，系統(tǒng)要符合國家新聞出版廣電總局安全播出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型尤為重要。下面就3+1訊道高清衛(wèi)星車設(shè)計(jì)作詳細(xì)介紹[1-3]。

1 3+1訊道高清衛(wèi)星車系統(tǒng)視音頻主要周邊設(shè)備組成與選型

高清衛(wèi)星車系統(tǒng)設(shè)計(jì)為3+1訊道，視頻系統(tǒng)是按照高清標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，高清內(nèi)核、上下變換器滿足現(xiàn)階段標(biāo)清制作需要，全部設(shè)備滿足高清節(jié)目的轉(zhuǎn)播及制作，同時(shí)系統(tǒng)在高清制作環(huán)境下仍可錄制標(biāo)清節(jié)目，確保與標(biāo)清及模擬設(shè)備有良好的銜接。

視音頻系統(tǒng)主要由松下的切換臺(tái)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(shù)字視頻矩陣、SONY 22 in(1 in=2.54 cm)寬屏高標(biāo)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(shè)備Grass Valley T2 Express硬盤工作站及SPG8000同步機(jī)組成。

3+1訊道高清衛(wèi)星車系統(tǒng)視頻切換與矩陣調(diào)度處理示意圖如圖1所示。

圖1 3+1訊道高清衛(wèi)星車系統(tǒng)視頻切換與矩陣調(diào)度處理示意圖

1.1 輸入輸出通道設(shè)計(jì)

1.1.1 輸入通道設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)4個(gè)訊道，其中有3個(gè)有線訊道和1個(gè)無線訊道，配置復(fù)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(fù)合光纜，3個(gè)復(fù)合光纜盤150 m，能滿足多機(jī)位高清視頻從現(xiàn)場(chǎng)傳回到衛(wèi)星直播車內(nèi)，機(jī)位切換監(jiān)看采用畫面分割的22 in監(jiān)視器。

輸入設(shè)備配置2臺(tái)索廣(SOKONG)一拖二的CCU-SK2000攝像機(jī)CCU控制器、4個(gè)索廣(SOKONG)CA-SK700攝像機(jī)光纖適配器，攝像機(jī)的HD/SD-SDI信號(hào)、返送視頻(SDI或CVBS信號(hào))、雙向通話、TALLY指示、電源供電、Remote控制、同步信號(hào)(GEN-LOCK)等全部信號(hào)通過復(fù)合光纜傳輸。

1.1.2 輸出通道設(shè)計(jì)

1) 特技切換臺(tái)為節(jié)目制作核心，以矩陣的應(yīng)急母線作為應(yīng)急通道切換，采用主備二選一開關(guān)輸出PGM信號(hào)。系統(tǒng)主節(jié)目通道采用切換臺(tái)為主，矩陣作為切換臺(tái)的應(yīng)急切換器，當(dāng)主切換器出故障時(shí)，矩陣面板可作為主節(jié)目通道的切換面板，確保切換無誤。

2)主PGM信號(hào)和備PGM信號(hào)都采用具有斷電旁通的2選1應(yīng)急開關(guān)，以提高系統(tǒng)的安全等級(jí)，2選1應(yīng)急切換開關(guān)主、備PGM節(jié)目信號(hào)輸出。輸出的PGM信號(hào)不論切換臺(tái)或矩陣之一出故障都能保證信號(hào)輸出萬無一失。

3)為防止矩陣系統(tǒng)崩潰，系統(tǒng)通過合理的跳線安排和單潰點(diǎn)關(guān)鍵設(shè)備1+1備份來保證制作輸出通道的安全性。

4)特技切換臺(tái)、矩陣輸出信號(hào)經(jīng)嵌入、視分、下變換后輸出帶音頻嵌入的高標(biāo)清PGM，送往系統(tǒng)傳輸編碼調(diào)制器、記錄設(shè)備、監(jiān)看等方向。

5)從中心矩陣選擇輸出需要的高、標(biāo)清信號(hào)，包括切換臺(tái)的PGM、各信號(hào)源的原始信號(hào)和轉(zhuǎn)換格式后的信號(hào)等都可以調(diào)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(biāo)清SDI、模擬復(fù)合視頻信號(hào)，以供區(qū)縣臺(tái)使用。

1.2 主要視音設(shè)備配置

1.2.1 特技切換臺(tái)配置

特技切換臺(tái)選用具有1080/50i高清內(nèi)核的切換臺(tái)AV-HS410MC,高清信號(hào)(包括同步后的級(jí)聯(lián)信號(hào))可以直接接入使用，標(biāo)清信號(hào)可以輸入至該臺(tái)子5～8路上變換使用，設(shè)備內(nèi)置上變換模塊，完全能實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清環(huán)境的制作、錄制和直播的工作。

1.2.2 16×16高標(biāo)清視頻矩陣配置

系統(tǒng)中，矩陣擔(dān)負(fù)了制作通道、分配通道、技術(shù)監(jiān)視通道、應(yīng)急通道等信號(hào)的調(diào)度功能，配置了1臺(tái)UNT的 XP-M1N1HD 16×16的多碼流高標(biāo)清混合型矩陣作為系統(tǒng)信號(hào)的調(diào)度中心，所有信號(hào)源、節(jié)目總輸出等高清和標(biāo)清兩種信號(hào)都分別輸入到中心矩陣中。它兼容高、標(biāo)清數(shù)字視頻信號(hào)，支持143 Mbit/s～1.5 Gbit/s數(shù)字多碼率信號(hào)；電源主備設(shè)計(jì)，主、備電源可單獨(dú)負(fù)荷正常工作，且電源可熱插拔。

1.2.3 記錄設(shè)備配置

記錄設(shè)備選用GV公司的T2三通道高標(biāo)清硬盤錄像機(jī)，其采用Windows7嵌入式系統(tǒng)，獨(dú)立固態(tài)系統(tǒng)盤防病毒設(shè)計(jì)，內(nèi)置4塊2.5 in 500G SATA硬盤，采用RAID 10技術(shù)，高清錄制15小時(shí)，標(biāo)清錄制45小時(shí)，完全滿足各類活動(dòng)節(jié)目錄制需要。

1.2.4 同步設(shè)備配置

衛(wèi)星直播車系統(tǒng)內(nèi)采用數(shù)字黑場(chǎng)BB同步的設(shè)計(jì)方案，同步機(jī)采用SPG8000，具備高清視頻測(cè)試信號(hào)及數(shù)字音頻測(cè)試信號(hào)的輸出,它有模擬/數(shù)字黑場(chǎng)(BB)，音頻測(cè)試信號(hào)和高清三電平信號(hào)(TRI-LEVEL)的輸出能力，電源采用雙電源供電，熱備份自動(dòng)倒換，以保證基準(zhǔn)信號(hào)連續(xù)輸出的可靠性。

1.2.5 交叉變換器配置

為了實(shí)現(xiàn)縣區(qū)標(biāo)清、模擬信號(hào)直播，配置一臺(tái)雙通道交叉變換器TERNEX 3D, 用來處理外來信號(hào)，該設(shè)備有上下變換、幀同步、A/D、D/A、嵌入、解嵌、音頻延時(shí)校正等功能，具有高清、標(biāo)清、復(fù)合多種接口，完全與縣區(qū)接軌。

1.3 音頻設(shè)備配置

1.3.1 調(diào)音臺(tái)配置

配置一臺(tái)百威機(jī)架式12路MIC/LINE輸入的調(diào)音臺(tái)，能夠滿足活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播的音頻制作，音頻系統(tǒng)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(tǒng)與外部系統(tǒng)連接，采用模擬音頻接口方式，調(diào)音臺(tái)總輸出經(jīng)音頻分配器送至系統(tǒng)加嵌板卡、監(jiān)聽音響。

1.3.2 通話系統(tǒng)配置

通話系統(tǒng)采用TELEX的MCE-325四通道主站，通話主機(jī)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(fā)射器及兩套主持人IFB接收器，通過級(jí)聯(lián)完成直播車與演播室的雙向全雙工通話，導(dǎo)播可以在現(xiàn)場(chǎng)直播中實(shí)現(xiàn)臺(tái)內(nèi)演播室、衛(wèi)星直播車和現(xiàn)場(chǎng)記者的三方通話。

1.4 供電系統(tǒng)配置

整車系統(tǒng)采用單相220 V，50 Hz交流電，市電輸入經(jīng)裝隔離變壓器輸入，備用電源配置美國水牛6 kW取力發(fā)電機(jī),可以連續(xù)工作12小時(shí)以上，市電、發(fā)電由單刀雙置開關(guān)切換，經(jīng)UPS電源系統(tǒng)輸出，UPS配置山特在線式6 kVA電源系統(tǒng),后備時(shí)間大于25分鐘，以確保設(shè)備安全工作。

2 衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備選型

KU波段衛(wèi)星直播車是一個(gè)移動(dòng)的衛(wèi)星上行站，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)主要由上行鏈路和下行鏈路組成。衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)是衛(wèi)星車的重要組成部分，按照國家廣電相關(guān)要求，重要設(shè)備、關(guān)鍵設(shè)備要求冗余設(shè)計(jì)，因此本系統(tǒng)采用安全、穩(wěn)定、可靠、維護(hù)量相對(duì)少的編碼調(diào)制器和固態(tài)高功放組件設(shè)計(jì)，下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

上行鏈路：由ATEME的Kyrion編碼調(diào)制器CM5000-1-HD-8-MLB將來自視頻通道的HD/SD信號(hào)編碼調(diào)制為70 MHz/140 MHz中頻信號(hào)，經(jīng)全固態(tài)衛(wèi)星功放(內(nèi)置上變頻模塊)放大后，經(jīng)1+1同相合成組件送至天饋線系統(tǒng)，發(fā)送至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星傳輸信號(hào)示意圖

下行鏈路：即臺(tái)內(nèi)接收部分，由4.5 m衛(wèi)星天線、LNB低噪聲接收單元將衛(wèi)星下行頻率變?yōu)長波段頻率信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)L波段光纖傳輸設(shè)備送至ATEME的Kyrion解碼器DR5000還原為HD/SD信號(hào)。

2.1 衛(wèi)星車的傳輸設(shè)備性能及配置

2.1.1 高標(biāo)清信號(hào)編碼調(diào)制與接收監(jiān)看部分

1)高標(biāo)清信號(hào)編碼調(diào)制器配置

主備編碼調(diào)制器采用1+1備份，由兩臺(tái)法國ATEME的Kyrion編碼調(diào)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(diào)制許可證密鑰，自帶2 in監(jiān)視器，方便實(shí)時(shí)監(jiān)看輸入信號(hào)，將輸入的HD/SD信號(hào)編碼調(diào)制為70 MHz/140 MHz中頻信號(hào)，主備中頻信號(hào)送至射頻2選1自動(dòng)切換開關(guān)，當(dāng)主編碼器故障時(shí)，能自動(dòng)切換到備編碼調(diào)制器中頻信號(hào)輸出，確保傳輸信號(hào)萬無一失。

2)車上衛(wèi)星接收解碼器配置

由一臺(tái)法國ATEME的Kyrion解碼器DR5000組成，用于衛(wèi)星車監(jiān)看返回信號(hào)，其支持MPEG-2/4 HD/SD 接收解碼，DVB-S/S2，DVB-S2 8PSK調(diào)制，有HD/SD、CVBS、及ASI/SDI/HD-SDI等多種信號(hào)輸出，自帶2 in監(jiān)視器，方便監(jiān)看接收信號(hào)。

2.1.2 衛(wèi)星車高功放選擇與配置

高功放是衛(wèi)星車的關(guān)鍵設(shè)備，它的穩(wěn)定性、可靠性、維護(hù)量等問題尤為重要，更值得經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的昭通電視臺(tái)考慮。因此，筆者作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，查閱和分析了大量同行類似案例，并考慮了本臺(tái)實(shí)際使用頻率、維護(hù)量與維護(hù)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(yùn)行成本低、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單的全固態(tài)功率放大器(SSPA)。關(guān)于行波管(TWTA)功放的性能特點(diǎn)，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(shè)計(jì)，如圖3所示。主備固態(tài)功放1+1同相合成系統(tǒng)由兩個(gè)加拿大ADVANTECH的全固態(tài)SSPB-K200(內(nèi)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(hào)倒換器，70 MHz中頻信號(hào)經(jīng)功分器分配輸出至兩個(gè)功放單元(內(nèi)置上變換模塊)，上變換、功率放大后經(jīng)波導(dǎo)送至同相合成組件控制輸出14～14.5 MHz KU波段信號(hào)，然后經(jīng)軟波導(dǎo)送至天線饋源接口。一般應(yīng)用采用主備倒換，功放輸出功率可在高功放控制器上獨(dú)立調(diào)整,增益調(diào)整范圍20 dB，步進(jìn)0.1 dB。在特殊天氣和高質(zhì)量要求傳輸需要時(shí)，功放控制器能自動(dòng)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(tái)特殊要求及惡劣氣候時(shí)能正常傳輸高清直播信號(hào)。

圖3 主備固態(tài)功放1+1同相合成系統(tǒng)示意圖

2.1.3 天饋系統(tǒng)部分

天線采用美國AVL 1612k 1.6 m KU波段衛(wèi)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(bǔ)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(jìn)行方位、俯仰、極化調(diào)整，不需人工干預(yù)達(dá)到自動(dòng)對(duì)星目的。天線配以配套的安裝功放組件、柔性波導(dǎo)、1+1合成組件，能穩(wěn)固可靠地把天饋系統(tǒng)安裝在車頂平臺(tái)上，在各種極端惡劣氣候條件下安全穩(wěn)定工作。

為了測(cè)試需要，車上安裝了射頻信號(hào)接口板，通過掃頻儀可對(duì)主備編碼調(diào)制器、接收L波段信號(hào)、高功放射頻監(jiān)測(cè)口進(jìn)行測(cè)試和故障排查。

2.1.4 臺(tái)內(nèi)衛(wèi)星接收系統(tǒng)

電視臺(tái)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(hào)通過光纖傳輸?shù)讲コ鰴C(jī)房，然后經(jīng)功分器分配送至衛(wèi)星接收解碼器，解碼器輸出的HD/SD直播信號(hào)經(jīng)幀同步后送往播出矩陣使用。

3 車體配置與設(shè)備布局

為了應(yīng)對(duì)突發(fā)新聞現(xiàn)場(chǎng)采訪報(bào)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(zhì)量：2 660 kg，總質(zhì)量3 350 kg。該車越野性能好，適合路況相對(duì)差的情況下行駛。設(shè)備布局如圖4、圖5所示。

圖4 設(shè)備布置圖(照片)

4 使用情況與效果

2015年3月衛(wèi)星車投入使用以來，參加過多次昭通市部分縣區(qū)發(fā)生的洪水、泥石流等自然災(zāi)害的新聞直播報(bào)道。而且對(duì)發(fā)生在異地的重要活動(dòng)等新聞事件進(jìn)行直播報(bào)道: 2015年8月3日參加魯?shù)?.5級(jí)地震一周年紀(jì)念活動(dòng)直播報(bào)道；2015年9月28日，昭通臺(tái)通過衛(wèi)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(bào)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(tái)對(duì)所有項(xiàng)目進(jìn)行了直播報(bào)道。3+1訊道高清衛(wèi)星車已使用近一年半，通過多次直播運(yùn)行，設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，是昭通電視臺(tái)的宣傳利器。

圖5 設(shè)備布局實(shí)物圖(照片)

[1] 關(guān)良柱,蔣茜. 衛(wèi)星數(shù)字廣播電視技術(shù)[M].北京：中國廣播電視出版社，2003.

[2] 陳旭凱，張姝. 河南電視臺(tái)數(shù)字衛(wèi)星新聞采集車(DSNG)設(shè)計(jì)實(shí)踐[J].現(xiàn)代電視技術(shù), 2006(11)：82-85.

[3] 王麗娜. 高清衛(wèi)星直播車錄制系統(tǒng)的構(gòu)建[J].電視技術(shù),2012，36(16)：72-75.

責(zé)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(xué).昭通市電視臺(tái)3+1訊道高清衛(wèi)星車系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電視技術(shù)，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