贵州卫视高清频道编码传输方案

张林，罗信海

（贵州广播电视台播控传送中心，贵州贵阳550002）

贵州卫视高清频道编码传输方案

张林，罗信海

（贵州广播电视台播控传送中心，贵州贵阳550002）

为推进贵州卫视高清频道的安全播出，设计了贵州广播电视台第一套高清编码传输系统。在设计过程中，对高清信号的编码方式和传输方式进行了较为全面的测试和验证。通过对比验证，最终确立了高清频道的编码传输方式。着重介绍了卫视高清频道编码传输系统的设计和应用，整个系统具有较强的灵活性、较完善的互补性和较高的稳定性。

高清；编码；H.264；TS流；SDH；AVS

【本文献信息】张林，罗信海.贵州卫视高清频道编码传输方案［J］.电视技术，2015，39（10）.

近年来，中国的数字电视在国家广电总局的大力推动下得到了迅猛发展，面对高清时代的到来，尽管处于中国西部经济较为落后的省份，但贵州卫视力争发展壮大做强自己，位居省级卫视频道的前列。

按照规划，2012年底贵州卫视高标清同播制播系统顺利完成了项目的设计选型、招标采购、系统施工集成等工作，于2012年12月25日正式投入试运行。为保证贵州卫视高清频道能顺利在广电总局要求的时间点安全播出，并保障卫视高清频道播出的高质量、高安全性，设计一套高性能、高稳定的编码传输系统尤为重要。

1　背景

广电总局于2009年发出了《广电总局关于促进高清电视发展的通知》。高清电视发展已列入广电总局的重点工作。为促进高清电视的进程，广电总局制定了相关的促进政策，明确了高清电视发展的原则、措施和要求。高、标清同播是国家广电总局根据中国国情，为加快电视节目高清化进程而制定的措施。

高清电视节目图像采用宽色域、16∶9的大屏幕画面，具有1 920×1 080的高分辨率；具有前所未有的临场感、逼真感和感染力，观看高清晰度电视［1］节目是一种更高的精神文化享受，可以极大地满足观众对节目欣赏水平日益增长的需求，能够为电视观众提供更接近于影院效果的高品质视听享受。发展高清电视，是社会发展和科技进步的必然趋势，是历史条件下满足人民群众精神文化需求的必然选择。

2　高清编码实现方式

2.1H.264编码方式的技术特点

在当下，谈到高清编码方式，人们首先推崇的是H.264/ MPEG-4 AVC［2］的编码方式，这是一种面向块的基于运动补偿的编解码器标准。其具有更高的编码效率、高质量的视频画面；网络适应能力强，采用混合编码结构，编码选项较少及容错能力强。H.264编码方式提供足够的灵活性以适应各种应用。

2.2MPEG-2编码方式的技术特点

MPEG-2［2］图像压缩的原理是利用了图像中的空间相关性和时间相关性，能够最大限度地去除图像中的冗余信息。不过利用MPEG-2压缩的一路高清晰度电视（HDTV）［1］，约需20 Mbit/s的带宽，有人作过初步试验，如利用H.264进行一路HDTV的压缩，大概只需8 Mbit/s的带宽。

2.3高清编码方式选取

众所周知，视频信息具有一系列优点，如直观性、确切性、高效性、广泛性等。但视频信息量太大，要使视频得到有效的应用，必须首先解决视频压缩编码问题，其次解决压缩后视频质量保证的问题。

为保障卫视高清频道的播出画面高质量和高安全，对基带信号编码压缩方式的选择是关键问题。具有稳定和高效的编码压缩方式也是安全播出的要求。基于《广电总局关于电视台高标清同播节目制作、播出技术要求的若干意见》，结合本台卫视高清频道播出的技术规范和实际。在经过前期的规划和测试比较后，决定采用当前较为成熟和先进的H.264/MPEG-4 AVC编码方式。H.264注重的是压缩的高效率和传输的高可靠性。

2.4高清编码方式应用

在H.264编码方式的硬件支持上，采用的编码器是行业内应用较为广泛的THOMSON VIBE EM3000，这是一款技术成熟和业界口碑较好的高性能编码器，在视频编码器的选取上应力求简单、易实现、成本低、可靠性高。EM3000编码器的主要参数如表1所列。

表1　EM3000编码器主要参数

具体说来，H.264支持3个不同档次：

1）基本档次，主要用于“视频会话”，如会议电视，可视电话，远程医疗、远程教学等；

2）扩展档次，主要用于网络的视频流，如视频点播；

3）主要档次，主要用于消费电子应用，如数字电视广播、数字视频存储等。

通过IE浏览器对EM3000编码器进行设置，界面简洁，清晰明了，便于技术人员设置设备参数和处理故障。当有故障告警时，利于维护人员方便快捷地查询告警日志，对故障做出及时有效的处理。本台高清频道音视频部分参数，TS流实际配置可见图1。

在对编码器配置完成后，还对其信号进行解码监看，通过解码信息可以再次确认编码设置是否正确和完善。解码信息如图2所示。从解码信息图看出，本台高清卫视频道视频采用采样率为8 bit的H.264且4∶2∶0编码方式。

图1　音视频、TS流设置（截图）

在系统运行中，解码监看这一环节必不可少，这能方便比较编码前后的信号是否有异，最为有利的是这对于故障节点的预判能提高准确性和及时性。

2.5编码压缩码率对比测试

为保障本台高清频道播出画面的高质量，并能给观众呈现良好的高清画质感。针对本方案的高清编码系统，有必要对其进行不同的编码压缩码率对比测试。利用Tektronix PQA600测试仪进行不同码率的测试，表2为PQA600测试结果。

图2　解码信息（截图）

表2　PQA600测试

从测试结果不难看出，码率越大，测试指标越好，从图像指标也越好。对于测试指标，PQR为图像质量计分，DMOS为图像差异平均主观评分，PSNR为峰值信杂比，PSNR值越大，PQR和DMOS值越小，图像质量越高。PQR=1代表图像质量基本没有损伤；PQR=3代表图像质量损伤可察觉但不明显；PQR=10代表图像质量损伤明显。

对不同码率的对比测试后，由于当前该高清频道只在本地有线网里播出，根据本台的实际需求，为能在编码传输过程中有较优的性能指标且能较好地提高高清画质，在与省网络公司对接沟通后，同意本台的要求为该频道占用较宽的入网传输带宽，最终选取的视频编码码率为11.2 Mbit/s，音频码率为192 kbit/s，而TS传输流码率为12 Mbit/s。

2.6回收有线信号监看测试

在该系统正式运行后，对回收的有线信号进行监看，监看工作有利于在第一时间知道接收终端信号是否正常；而且还特意对该信号进行了测试，利用Tektronix MTM 400A码流分析仪对QAM调制信号进行测试。从图3可以了解该频道在有线网传输频率和调制方式。

图364QAM调制方式（截图）

图4给出的是QAM调制后的码流分析，在码流分析TR101 290三级检测时均没有出错，通过码流查看，贵州卫视高清频道在有线网传输频点上所占用的带宽是最大的，当前传输码流也与笔者设置相符。为进一步测试有线信号，还利用了Agilent N9320B频谱分析仪测试该信号，如图5所示。通过这一系列测试了解到在经过本地有线网传输后信号是正常的，用户终端能较好地接收观看，从而也验证了前端编码传输系统是高效稳定的。

图4　码流分析（截图）

图5　频谱分析（截图）

3　高清频道传输方式

3.1传输方式的应用

由于本台播出机房和传输机房是2个独立的且位于不同楼层，播出机房位于11层，而传输机房位于23层。在传输HD-SDI基带信号时就应考虑是用电缆还是光缆传输，直接用电缆传投入的设备少，能节约投入资金成本，而且传输环节故障节点也减少，这是最为经济的做法，但是电缆传输距离较远，大约130 m，损耗较大，信号衰减严重，为此笔者做了实际测试，从图6可以看出，通过电缆传输的眼图指标较差，眼图模糊已看不清了，特别是信号电平幅度下降得比较严重，满足不了高清信号播出指标。而通过光缆传输眼图指标较好，最后决定放弃了直接用电缆传输，从而选择利用光缆传输的方式。

图6　眼图测试比较（截图）

在选择利用光缆传输方式的过程中，还考虑到卫视高清频道在转央视新闻联播的信号源传输问题。由于本台CCTV-1高清信号源来自25层楼顶天线接收的卫星信号，信号源需从23层传输到11层，另一个因素是本台直播外来信号也需从23层传输到11层播出机房，这就要求光传输设备具有双向传输信号的功能，从而解决了HD-SDI信号源的传输问题。

3.2传输方式的灵活互补性

本方案中本台与省网络公司传输方式采用的是传统稳定可靠的方式，利用有线和无线做为主备对其进行传输，这也是目前较为广泛和成熟的应用。目的是更好地保障信号的不间断，做到安全传输。传输路由见图7。

图7　高清卫视频道传输路由

在HD-SDI的传输上，做到了设备的主备和路由备份，虽然台内的光缆被破坏的可能极小，但是在光缆路由上还是做到了主备路不同的光缆且各配有不少于2根纤芯。在与省网络公司的传输，主路由是通过SDH环网，该环网是本台与省网络公司之间的核心传输网，其具有较高的稳定性和可靠性；而备路由是通过无线微波传输，新建立的无线微波传输路由进一步提升了高清频道的传输安全性。针对本台对卫视高清频道安全播出的高要求，在SDH传输中还配备了另一路传输信号，且这两路信号分别走不同的光缆路由，这样的有线与无线、有线与有线的双重备份，保障了信号传输安全。在前端传输机房设备的前后级都有跳线，当某台设备出故障时能及时跳开该设备，保证信号不间断；另一个用途是当需要监测或用到某一级信号时也能方便灵活的应用。

对于主、备设备的配置，选取的都是同一品牌和同一型号的产品，便于参数配置和处理故障，具有很好的替代性。从整体上来看，该系统结构清晰，配置合理，互补性较强，不仅能方便技术人员的灵活应用，更是本台卫视高清信号传输的重要保障。

4　卫视高清频道未来上星传输方式规划

目前贵州卫视高清频道只是在本地有线网播出，对于未来卫视高清频道的上星传输，本台也做了事先的设计规划。按照要求，本台卫视高清频道将采用与当前卫视标清频道本地上星不同的异地上星方式，这也就对信号传输提出了较高的要求。而更为突出的是，高清频道上星的编码方式要求AVS［3］，这与当前有线网传输不同，这就意味着要另外搭建一套编码传输系统。

AVS作为拥有自主知识产权的新一代视频音频数字编码方案，是一种主要用于HDTV压缩的编码方式。AVS编码效率与H.264差不多，但是其复杂度要低很多，算法更简单，解码复杂度降低，专利费用更少等优点。这也是本台卫视高清频道未来上星将采用该编码方式的重要原因。对于上星传输，本台需保障信号能安全传送到省网络公司，然后再通过国干网传送到中国有线，由中国有线提供信号源给上行地球站。上星传输路由简图如图8所示。

图8　上星传输链路简图

5　总结

贵州卫视高清频道编码传输系统是本台第一套高清编码传输系统，对其性能和安全措施上有较高要求，它是本台高清频道安全播出的重要保障。电视节目的安全传输作为电视节目安全播出的重要环节之一，安全保障尤为重要。整个高清编码传输系统在设计和实际应用过程中体现了高质量、安全可靠、便于维护和较灵活的扩展性等特点。

作为宣传贵州的主流媒体，高清频道的技术保障是较为突出和重要的。高清频道编码传输系统运行近一年以来，稳定可靠，是本台高清频道安全播出的技术保障，为整个频道全年0秒停播率和提高贵州卫视的影响力和收视率做出了较大贡献。

［1］杨升，张德鹏.高清电视发展的国际国内环境分析［J］.广播与电视技术，2009（5）：40-46.

［2］张丹.基于H.264，MPEG4 MP3等编码格式的高清编码器［M］.北京：北京邮电大学，2013.

［3］黄少俊，童龙文，陈智基.H.264和AVS编码在地面数字电视广播系统的应用［J］.电视技术，2009，33（7）：4-6.

GZTV HD Channel Coding Transmission Scheme

ZHANG Lin，LUO Xinhai

（Broadcast Control Transmission Center，GZTV，Guiyang 550002，China）

In order to promote safety broadcast of the GZTV HD channel，the first HD coded transmission system is designed.Inthedesignprocess，theencodingandtransmissionofHDsignalsistestedandvalidatedmore comprehensively.By comparing verification，and the way of GZTV HD channel coded transmission is ultimately established.The design and application of high-definition TV channel coding transmission system isemphatically introduced.The entire system has strong flexibility，better complementarity and high stability.

HD；encoding；H.264；TS；SDH；AVS

TN948

B

10.16280/j.videoe.2015.10.020

闫雯雯

2014-08-06