基于TS流的电视台数字化播出系统设计

朱穗鹰

（丹徒广播电视台 技术中心，江苏 镇江 212028）

基于TS流的电视台数字化播出系统设计

朱穗鹰

（丹徒广播电视台 技术中心，江苏 镇江 212028）

电视台播出从模拟向数字过渡的过程中，考虑到兼容性，系统常常是盘、带播出相结合，模拟信号和数字信号共存。而数字有线电视前端处理的是基于MPEG-2标准压缩的TS流数据。不同信号之间的多次转换会造成信号损失。提出一种设计方案，直接以TS流的方式进行电视播控，避免信号过度转换。依据该方案对丹徒电视台的播控进行了改造，取得了很好的效果。

音频嵌入式SDI；TS流；数字帧同步；键控；网络冗余

【本文献信息】朱穗鹰.基于TS流的电视台数字化播出系统设计[J].电视技术，2013，37（24）.

电视台的播出和有线电视的传输共同影响着电视的收视效果。随着数字电视时代的到来，数字有线电视网络传送的是基于MPEG-2标准压缩的TS流数据。传统播出方式中电视节目由电视台播控中心到有线电视网络中心，其间节目信号在模拟和数字间多次转换，会造成图像质量的下降。如果在电视播控中直接以TS流的方式进行播出，能有效解决上述问题，提高电视节目的播出效果。

1 系统信号流程分析

图1是改造前的电视播出信号流程图。节目源是MPEG格式的数字文件。播出机还是早期产品，配置的是模拟播出卡。节目经解压输出AV模拟信号，然后信号进入播控环节完成台标、字幕的叠加并传输至光发射机。在光发射机中对模拟视音信号进行模数转换，然后经调制后通过光纤传输至数字有线电视机房的光接收机。在光接收机中信号再经解调和数模转换输出AV信号。最后由TS流编码器将AV信号转成TS流传输。

图1 改造前的电视播出信号流程图

对图1中信号流程的每个节点进行信号测试比较后发现，信号指标在逐步下降，累积到最后就发现播出图像层次感差、清晰度不够，明显影响了播出效果。综合对系统中单一设备的指标进行分析，发现系统中每个环节的设备都符合广播级标准，系统连接线及接头均为进口专业产品，本台节目指标下降的真正原因是系统的整体结构不合理。在这样的系统中，节目从电视播控到有线数字前端经历了数字和模拟之间的多次转换，造成节目信号指标下降。选择一个广播级的数字接口，让电视节目的播出、控制、传输全流程数字化，减少信号的转换才能真正解决节目信号指标下降的问题，从而提高画面质量。

图2是改造后的电视播出信号流程图。播控的前半部分以SDI的方式工作，后半部分以TS流的方式工作。前半部分将所有信号源统一以嵌入式数字音频的SDI信号接入，播控中的矩阵切换、台标字幕的键混全由支持SDI信号的设备完成。后半部分信号经过MPEG-2压缩编码后转换成TS流信号，并经过主、备播出通道及应急通道切换后发送到数字有线电视机房。这样全程数字化，各环节对节目信号的损失降至最低。数字有线电视前端将电视播控机房送来的TS流信号直接接入，无需转换，播出效果明显改善[1-2]。

图2 改造后的电视播出信号流程图

2 系统设计

2.1 系统描述

电视播控系统结构如图3所示。系统中每个频道设计有3个播出通道，分别为主播出通道、备播出通道以及循环播放垫播信号的应急通道。所有节目信号源统一以音频嵌入式SDI格式进入播出通道。主播出通道首先通过SDI矩阵对本台信号和转播信号进行切换，然后通过SDI方式键混台标和字幕，产生完整的数字节目信号，最后通过TS流编码器输出主播出TS流。备播出通道和主播出通道同步播出，输出备播出TS流。应急通道通过循环播放垫播信号输出一路应急播出TS流。3路TS流信号输入ASI三选一应急切换模块。ASI切换器自动检测主备路信号是否中断、黑场、静帧，自动或手动切换备路或垫播信号。意外掉电时主路信号保持直通。三选一之后电视播控机房直接将TS流播出信号传输至数字有线电视机房。数字有线电视前端不需要再进行任何的信号转换，可以直接将电视播控机房送来的TS流播出信号接入。播出效果主要由电视播控机房控制完成。

保证系统的质量指标是数字化的重要原则。系统的指标主要取决于系统的结构和其中关键设备的指标。播出卡选择高品质的视频编解码器以达到广播级的图像质量。单路MPEG-2（TS流）编码器输入接口支持SDI，输出支持ASI接口。视频分辨率为720×576_50i，码率为0.8～20 Mbit/s，音频采样频率为48 kHz，采样精度为24 bit，音频码率为64～384 kbit/s，满足标清频道的播出要求。

标清SD-SDI对应时钟速率为270 Mbit/s，对线材质量及接头的可靠性提出更高的要求。SDI信号在传输处理过程中有可能产生抖动、噪声、信号幅度改变及其他失真。当信号变劣到一定的程度，信号将无法再生和解码。通过眼图的测量可以很好地判断数字SDI信号的好坏。更简便的方法是采用系统增强测试，在系统不同环节上加接线缆，直至出现误码无法输出，加接的长度即为系统极限值。

2.2 时钟及同步系统

系统时钟采用GPS校时。卫星天线接收GPS卫星发出的带标准时间信息的1 575.42 m载波信号，经变换放大后传给授时型GPS接收机。接收机实时计算出高精度的标准时间，一路输出给时钟直接显示出时间，另一路通过RS-232分配分别连接播出主机、播出备机、字幕机等。校时程序通过串口接收信号，并对本机校时，并可为其他计算机提供网络校时，从而实现所有播出相关设备的播出时钟与标准时钟同步。

同步系统分为3个部分：台内信号之间的同步、外来信号和台内信号的同步、台标字幕信号和主信号的键混叠加时的同步。

硬盘自动化播出和传统的磁带播出相比，台内信号源的切换大大减少。除直播、转播信号外，台内节目信号全部来自播出机。设计中将播出主机和播出备机分别组成独立的播出通道同步播出，起到安全播出的应急切换的作用。

系统中的同步发生器产生可靠的高精度黑场同步信号，为全台提供统一的同步基准。播出的关键设备通过统一的黑场信号进行外同步锁相。

外来转播信号来自卫星接收机输出的AV信号，经A/D及音频加嵌转换后输入数字帧同步机。数字帧同步机通过外同步锁相的方式由统一的系统同步基准锁定。这样外来信号经过帧同步处理后就能获得和台内信号的同步。在进行本台节目和转播节目切换的时候，播出画面不会发生抖动。

2.3 台标字幕键混

系统以键控方式进行台标、字幕的叠加。台标发生器和字幕机具有SDI填充信号输出和SDI键信号输出，以外同步方式和全台的同步基准锁定，行相位、副载波相位、键延时可调节，确保设备与键控配合使用时的主信号、填充信号和键信号完全同步。台标发生器为全硬件处理方法，保证机器可以稳定、可靠地长时间工作，满足电视台的全天侯播出需要。

键混支持不同码率的标清SDI串行数字信号输入：主播出信号SDI输入输出、2路SDI键信号输入、2路SDI填充信号输入。台标和字幕通过该设备一次叠加完成，减少了播出的中间环节，既可保证播出的视频指标，又可保证播出安全。键混支持掉电直通功能，保证在意外掉电情况下，源信号自动保持输出，避免信号中断。键混视频信号锁相支持外同步信号输入，实现场逆程切换，可以保持切换瞬间画面尽最大可能保持完整。

2.4 网络设计

网络设计中选用支持VLAN技术的交换机组网。VLAN技术可隔离广播风暴，有助于控制流量，简化网络管理，提高网络的安全性。播出机房按频道将相关联的播出主备机、服务器划分在一个VLAN中；非编及媒资划分一个VLAN；新闻文稿划分一个VLAN；播出和非编之间的通信通过三层交换SW1实现。

电视台的播出有很高的安全要求，为达到电视播出不间断，进行网络的冗余设计，消除网络中的单点故障，对安全有主要意义[3]。首先在网络中的采用双交换机SW2和SW3构成冗余拓扑结构，保证了当设备及链路故障时可以提供备份。冗余设备及链路所构成的桥接环路引起的问题在数据链路层使用生成树协议（STP）解决。STP协议通过生成树算法在交换机上阻断冗余链路来消除桥接网络中的环路。若当前活动路径发生故障，则激活冗余备份链路，自动恢复网络连通性。

3 总结

硬盘播出和数字播控是电视播出的两个重要部分。当前主流的硬盘播出卡都能达到广播级的指标。笔者认为电视播控通道的各环节对电视播出效果及播出安全有重要意义。本文提出的设计方案可以达到满意的播出效果，并且符合广电总局62号令《广播电视安全播出管理规定》。电视台播控直接传输TS流到数字有线电视前端，简化了信号流程，提高了电视台安全优质播出的能力。

：

[1]GY/T 243—2010，标准清晰度电视数字视通道技术要求和测量方法[S].2010.

[2] 杨震.浅谈电视播控中心同步问题的解决[J].电视字幕，2000（7）：41-42.

[3] 赵后清.浅谈安全播出的基本要素[J].电视技术，2013，37（12）：80-81.

TN948

B

朱穗鹰（1973—），工程师，主要从事广播电视工程。

责任编辑：任健男

2013-08-20