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(shí)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(shí)施信號傳輸設(shè)備數(shù)字化標(biāo)清級改造與我臺標(biāo)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(jìn)入了標(biāo)清級數(shù)字化時代。

標(biāo)清編碼器；標(biāo)清硬盤播出設(shè)備；外調(diào)制光發(fā)射機(jī)；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(shí)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(shí)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(dǎo)的關(guān)懷和指導(dǎo)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(shí)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(xiàng)目有我主持設(shè)計安裝實(shí)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(shí)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(jìn)行長達(dá)十幾公里以上的遠(yuǎn)距離傳輸，分別傳送到威海路無線數(shù)字發(fā)射機(jī)房、西關(guān)無線模擬發(fā)射機(jī)房、凱旋路有線數(shù)字網(wǎng)機(jī)房和外縣各有線網(wǎng)機(jī)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(dǎo)致信號在觀眾家里收看時信號質(zhì)量劣化嚴(yán)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(jì)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(biāo)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(jìn)入模擬光發(fā)射機(jī)進(jìn)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(jī)，商3、4套合用一個光發(fā)射機(jī)，商5套又用一個發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射，每一個光發(fā)射機(jī)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(jī)房內(nèi)，在無線數(shù)字機(jī)房分別對應(yīng)使用了三個光接收機(jī)進(jìn)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(jìn)行模擬信號分配，每套信號各分兩路：一路進(jìn)無線數(shù)字發(fā)射機(jī)前端進(jìn)行數(shù)字編碼復(fù)用，一路分別進(jìn)入三個模擬光發(fā)射機(jī)再一次進(jìn)行發(fā)射。這是第二次信號質(zhì)量損傷。

3、商1套單獨(dú)占用一個光發(fā)射機(jī)和一根光纖，商2、3套合用一個光發(fā)射機(jī)和一根光纖，商4套用一個光發(fā)射機(jī)和一根光纖，三個模擬光發(fā)射機(jī)從威海路無線數(shù)字發(fā)射機(jī)房發(fā)射，沿著三個光纖先把信號傳輸?shù)絹喖?xì)亞有線公司模擬機(jī)房，再從模擬機(jī)房發(fā)射到有線網(wǎng)絡(luò)公司數(shù)字網(wǎng)機(jī)房（凱旋路老三套家屬院）；在有線數(shù)字機(jī)房分別利用三個模擬光接收機(jī)進(jìn)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(jìn)有線網(wǎng)絡(luò)公司的數(shù)字網(wǎng)，經(jīng)過數(shù)字編碼復(fù)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(jìn)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(fù)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(jìn)入（SDH）數(shù)字光發(fā)射機(jī)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(jī)沿著三根光纖發(fā)射到西關(guān)我臺無線模擬發(fā)射機(jī)房進(jìn)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(yán)重，模擬設(shè)備端口同頻干擾嚴(yán)重，模擬傳輸設(shè)備老化，是導(dǎo)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(dá)標(biāo)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(shí)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(shí)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(shí)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(jī)房，確保信號高質(zhì)量。

設(shè)計如下：

神火大道南段播出機(jī)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(fù)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(jìn)入20dBm數(shù)字光放，再進(jìn)入五路光分路器按照各個方向的光芯的分光比進(jìn)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(jī)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(shí)現(xiàn)五路SDI數(shù)字電視信號的實(shí)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(shí)際總碼率為22.5Mbps，根據(jù)每套節(jié)目內(nèi)容的靜幀和運(yùn)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(jìn)行緩沖，總碼率設(shè)置為28Mbps；如果采用初始碼率38Mbps，接收機(jī)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(jìn)行載頻調(diào)制。編碼復(fù)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(qiáng)。

外調(diào)制光發(fā)射機(jī)：由于電視信號傳輸距離遠(yuǎn)，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(jī)，該產(chǎn)品屬于新型的高性能1550nm外調(diào)制CATV光發(fā)射機(jī)。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(yuǎn)，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(jī)主備各一，用于我臺五分路器之前進(jìn)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(jī)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(jī)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(dá)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(shí)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(shí)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(jī)房、無線電視模擬發(fā)射機(jī)房、有線電視數(shù)字網(wǎng)機(jī)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(jī)房都安裝一臺光自動切換器自動進(jìn)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(yùn)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(jī)人員進(jìn)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(fù)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(shí)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(yùn)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(dǎo)組成專家組進(jìn)行技術(shù)鑒定，經(jīng)測試各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)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(xué)院出版社，1999.

［3］嚴(yán)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.