謝永華 陳丹

摘 要 南寧廣播電視臺(tái)駐本市下轄5縣1區(qū)各記者站每天都要傳回采集的節(jié)目素材，原來(lái)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，隨著我臺(tái)節(jié)目素材的高清化，素材體積越來(lái)越大，這種上傳下載的傳輸方式太費(fèi)時(shí)且效率低下。在本著以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大效益的原則，立足于現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，搭建了通過SDH網(wǎng)傳輸電視節(jié)目的系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用H.264編碼壓縮，經(jīng)廣電網(wǎng)絡(luò)SDH網(wǎng)傳輸，結(jié)合IP復(fù)用，組播傳輸，VLAN等技術(shù)很好地實(shí)現(xiàn)了各站點(diǎn)節(jié)目素材的上傳與收錄。

關(guān)鍵詞 SDH網(wǎng);H.264編碼;組播;VLAN;供電

引言

南寧市下轄5縣1區(qū)，最遠(yuǎn)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(tái)新聞?dòng)浾哒静杉男侣勊夭亩家蟼骰啬蠈帍V播電視臺(tái)，隨著我臺(tái)高清頻道的開播，節(jié)目素材采集采用高清1920×1080 50i格式，相比原來(lái)的標(biāo)清節(jié)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(duì)原有的傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了高清升級(jí)改造，本次升級(jí)改造我們并不追求技術(shù)、設(shè)備的最先進(jìn)性，而是在立足于現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，滿足傳輸技術(shù)指標(biāo)的前提下，以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大的效益。在整個(gè)傳輸系統(tǒng)中我們既應(yīng)用到了傳統(tǒng)的ASI、DS3信號(hào)傳輸，也應(yīng)用到了最新的IP數(shù)字電視傳輸技術(shù)，以及二層交換機(jī)虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)。既實(shí)現(xiàn)了我臺(tái)現(xiàn)階段對(duì)節(jié)目傳輸質(zhì)量的技術(shù)要求，也為后期的升級(jí)改造預(yù)留了空間。在項(xiàng)目推進(jìn)過程中，也碰到了一些典型問題，我覺得值得整理出來(lái)與大家共同探討。

高清改造升級(jí)后的系統(tǒng)由各縣廣播電視臺(tái)非編電腦輸出SDI信號(hào)，經(jīng)高標(biāo)清編碼器H.264編碼后輸出ASI信號(hào)，經(jīng)過適配器適配后輸出DS3信號(hào)，利用SDH網(wǎng)傳回到南寧廣播電視臺(tái)中心機(jī)房的視訊EMR再?gòu)?fù)用輸出IP組播流，最后經(jīng)過交換機(jī)多端口分發(fā)給主備高標(biāo)清解碼器解碼獲得各縣的上傳信號(hào)，具體信號(hào)流程如圖1所示：

1傳輸網(wǎng)絡(luò)選擇

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步數(shù)字體系。SDH傳輸網(wǎng)是一種高質(zhì)量，高速率的光纖技術(shù)與智能化網(wǎng)絡(luò)單元技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起的傳輸技術(shù)。SDH采用的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)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(gè)STM-1同步復(fù)用構(gòu)成STM-4，16個(gè)STM-1或四個(gè) STM-4同步復(fù)用構(gòu)成STM-16，四個(gè)STM-16同步復(fù)用構(gòu)成STM-64，甚至四個(gè)STM-64同步復(fù)用構(gòu)成STM-256。SDH幀傳輸時(shí)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(shí)間為125μs，每秒傳輸1/125×1000000幀。

對(duì)STM-1而言每幀比特?cái)?shù)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(wǎng)主要承載視頻，語(yǔ)音等對(duì)時(shí)效性要求比較高的業(yè)務(wù)。我國(guó)已經(jīng)建成了遍布全國(guó)各省市的SDH光纖傳輸骨干網(wǎng)，由于它有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因此得到了極為廣泛的應(yīng)用，并已經(jīng)成為我國(guó)有線電視、各大電信運(yùn)營(yíng)商的主要網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過升級(jí)，我區(qū)網(wǎng)絡(luò)公司的SDH網(wǎng)已建成10G網(wǎng)。由于它依然能提供45Mbit/s的DS3電接口，這對(duì)于我們每個(gè)縣最多復(fù)用2套，每套8Mbit/s的高清電視節(jié)目來(lái)說已完全夠用[1]。

2編碼格式選擇

為了滿足高清節(jié)日的指標(biāo)參數(shù)，同時(shí)也要兼顧傳輸帶寬的限制，對(duì)于當(dāng)前流行的幾種高清編碼格式，我們進(jìn)行了在線測(cè)試與比較。發(fā)現(xiàn)H.264不僅具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)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(jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟(jì)。所以我們最終選擇H.264作為系統(tǒng)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(dòng)態(tài)圖像專家組（MPEG）聯(lián)合組成的聯(lián)合視頻組（JVT，Joint Video Team）提出的高度壓縮數(shù)字視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)。

H.264壓縮技術(shù)主要采用了以下幾種方法對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。包括：

（1）幀內(nèi)預(yù)測(cè)壓縮：解決的是空域數(shù)據(jù)冗余問題。

（2）幀間預(yù)測(cè)壓縮：（運(yùn)動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償），解決的是時(shí)域數(shù)據(jù)冗余問題。

（3）整數(shù)離散余弦變換（DCT）：將空間上相關(guān)性變?yōu)轭l域上無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行量化。

（4）CABAC壓縮。

經(jīng)過壓縮后的幀分為：I幀，P幀和B幀：

I幀：關(guān)鍵幀，采用幀內(nèi)壓縮技術(shù)。

P幀：向前參考幀，壓縮時(shí)，只參考前面已經(jīng)處理的幀。采用幀間壓縮技術(shù)。

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

圖像序列GOP：

GOP：兩個(gè)I幀之間是一個(gè)圖像序列;一個(gè)圖像序列中只有一個(gè)I幀。

H.264的優(yōu)勢(shì)

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

（2）高質(zhì)量的圖像：H.264能提供連續(xù)、流暢的高質(zhì)量圖像。

（3）容錯(cuò)能力強(qiáng)：H.264提供了解決在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生的丟包等錯(cuò)誤的工具。

（4）網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)：H.264提供了網(wǎng)絡(luò)抽象層（Network Abstraction Layer），使得H.264的文件能容易地在不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸（例如互聯(lián)網(wǎng)，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）傳輸。

3接收端IP復(fù)用、組播傳輸

各縣節(jié)目經(jīng)SDH網(wǎng)傳回我臺(tái)中心機(jī)房后進(jìn)入一臺(tái)視訊8路DS3輸入EMR平臺(tái)，由于設(shè)備為幾年前所購(gòu)，只配備標(biāo)清解碼卡，且未配備ASI輸出卡，但已開通IP DATA口。經(jīng)過與商家詢價(jià)，一塊高清解碼卡價(jià)格不菲。而且哪怕配備一塊高清解碼卡，對(duì)于后期信號(hào)的靈活調(diào)度以及冗余也存在著極大的局限性。于是本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，我們采取了數(shù)字電視IP復(fù)用，組播傳輸，多臺(tái)IP解碼器解碼的方式，很好地解決了信號(hào)同時(shí)多點(diǎn)解碼，備份冗余的問題。同時(shí)也應(yīng)用到了交換機(jī)虛擬局域網(wǎng)（VLAN）分割廣播域，隔絕廣播風(fēng)暴，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率等技術(shù)。

3.1 組播技術(shù)

組播（Multicast）：指的是單個(gè)發(fā)送者對(duì)應(yīng)多個(gè)接收者的一種網(wǎng)絡(luò)通信。組播技術(shù)中，有源主機(jī)向多點(diǎn)目標(biāo)主機(jī)發(fā)送信息需求時(shí)，源主機(jī)只發(fā)送一份數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)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(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)的拷貝，此組播方式下，只有真正信息需要的成員會(huì)收到信息，其他主機(jī)不會(huì)收到。

3.2 VLAN的必要性

本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用，立足現(xiàn)有設(shè)備的原則，由5縣一區(qū)，共計(jì)10套高清節(jié)目經(jīng)IP復(fù)用后，形成一個(gè)近80Mbit/s的IP節(jié)目流接入一臺(tái)24口思科交換機(jī)，該交換機(jī)同時(shí)還接入了IP通話及天氣預(yù)報(bào)IP組播流。為了提高交換機(jī)整體網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，避免各業(yè)務(wù)之間互相干擾，對(duì)交換機(jī)進(jìn)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(wǎng)”。LAN可以是由少數(shù)幾臺(tái)家用計(jì)算機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，也可以是數(shù)以百計(jì)的計(jì)算機(jī)構(gòu)成的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。VLAN所指的LAN特指分割的網(wǎng)絡(luò)——也就是廣播域。二層交換機(jī)只能構(gòu)建單一的廣播域，不過使用VLAN功能后，它能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)分割成多個(gè)廣播域，防止廣播風(fēng)暴波及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，提高整體網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。

4問題解決

在此次傳輸系統(tǒng)高清化升級(jí)改造項(xiàng)目推進(jìn)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(duì)，設(shè)備安裝環(huán)境差、非編輸出與編碼器之間傳輸距離遠(yuǎn)、設(shè)備的供電以及維護(hù)等等問題。其中供電及設(shè)備維護(hù)、簡(jiǎn)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，對(duì)所處環(huán)境要求比較高，為了保證編碼器的穩(wěn)定運(yùn)行，我們傾向于將編碼器安裝在各縣廣播電視臺(tái)的播出機(jī)房，畢竟播出機(jī)房長(zhǎng)年開啟空調(diào)，恒溫，環(huán)境較好，設(shè)備用電接播出機(jī)房的電。非編室一般處于播出機(jī)房的樓上或樓下，非編電腦用電基本上與播出機(jī)房用電不同。在我們?cè)O(shè)備安裝的過程中，發(fā)現(xiàn)非編電腦SDI輸出線傳到播出機(jī)房后，相對(duì)放置于播出機(jī)柜上的編碼器帶有很高的電壓，經(jīng)測(cè)量達(dá)100多伏，這是絕對(duì)不可以接到設(shè)備上的，不僅嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，甚至對(duì)人的生命安全都造成很大的威脅。后來(lái)經(jīng)過我們分析，有可能是因?yàn)闄C(jī)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(guī)范，從而產(chǎn)生電位差。基于電路排查并非一蹴而就，所以距離稍遠(yuǎn)的地方我們就采用光機(jī)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(shè)電線讓非編電腦與編碼器共用一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電，這樣就很好地解決了電位差的問題。

4.2 遠(yuǎn)程訪問

基于各縣廣播電視臺(tái)技術(shù)力量薄弱的現(xiàn)實(shí)，對(duì)于設(shè)備的維護(hù)及簡(jiǎn)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(shè)備本身的應(yīng)用潛力和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問，遠(yuǎn)程控制的優(yōu)勢(shì)。減輕我們維護(hù)的壓力與成本。

由于本次項(xiàng)目升級(jí)的高清編碼器除了ASI輸出之外，也提供IP輸出，因此我們?cè)谠O(shè)備配置的時(shí)候也配置好IP輸出，并將管理IP地址、組播IP地址及端口號(hào)貼于編碼器的前面板。一旦出現(xiàn)傳輸無(wú)信號(hào)，無(wú)有效碼率的情況，可以聯(lián)系當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)員用筆記本電腦打開VLC media player播放器，打開網(wǎng)絡(luò)串流輸入組播IP及端口號(hào)（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?；旧峡梢越鉀Q大部分的問題。

同時(shí)依托現(xiàn)在幾乎覆蓋每個(gè)角落的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，我們還可以通過遠(yuǎn)程控制軟件，如：向日葵遠(yuǎn)程控制、teamviewer遠(yuǎn)程控制等軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程查看、配置和控制。這大大減少了我們下鄉(xiāng)的頻率，提高了我們的工作效率，減輕我們?cè)O(shè)備維護(hù)的壓力與成本。

5結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目完成，經(jīng)過近一年的運(yùn)行，系統(tǒng)工作正常，狀態(tài)穩(wěn)定，信號(hào)傳輸質(zhì)量高，且調(diào)度靈活，完全符合當(dāng)初的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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