柳州市广播电视台节目数字化发射系统改造

2018-08-01罗俊安

视听 2018年8期

□ 罗俊安

一、项目概况及建设思路

根据原国家广电总局发布的《我国有线电视向数字化过渡时间表》及安全播出保障相关要求，广播电视播出数字化不仅在节目制作流程上，还必须在播出发射接收端上实现全面数字化。柳州市广播电视台在现有模拟电视发射系统的基础上，采用光纤和微波双备份传输通道，从前端中控输出MPEG-2节目流基础上改造成采用双国标系统，基于IP构架，系统兼容性强，具备后期扩展开展交互业务的全链路数字化发射终端系统。

二、项目建设方案和要求

项目主要分为信源前端系统、发射系统（含机房、电力等）、监控监测系统改造。下图为项目总体设想架构图。

（一）信源前端系统改造

主要功能是完成5～8套广播电视节目的选择、复用和AⅤS+编转码，每套节目码率2～4Mbps；支持IP打包，预留交互接口实现节目推存播送。

主要通过两台4合1AVS+编转码器实现4路CVBS或4路SDI输入，支持AVS/AVS+视频标准基准档次2.0/16.0级别的实时编码。可同时对4路标清音视频进行编码，可复用ASI输入的TS流与编码生成的TS流。其视频编码采用720×576i（PAL）、720×480i（NTSC）分辨率，码率0.5～8Mbps，CBR/ⅤBR方式进行码率控制，可调的GOP长度；音频编码标准为MPEG-I Layer2，48KHz采样率24 bit采样精度码率可设置在64Kbps～256Kbps之间。1路ASI输入与本地的4路编码节目复用后输出，AVS TS码流兼容MPEG2 TS，2路ASI输出预留BNC接口，支持IP输出UDP协议，有10/100M网口实现单播及多播。

接着采用一台复用器，其最高40路ASI接口（每个ASI端口最高213Mbps），支持SPTS与MPTS模式，16个GbE端口（每块GbEI/O卡4个GbE接口，可配置为2+2）。支持再复用，在每个端口PID过滤/重映射PID跟踪再复用节目内容路由（输入至输出），码率变换单SD与HD节目（再压缩至更低码率）；设置统计复用组，可码率变换至所需要的码率，同时在SD和HD节目中插入数字内容；加扰算法为DVB通用加扰算法，支持服务/节目等级/分量级加扰/MPTS和SPTS加扰等。

一台IP适配器用于DVB和Ethernet前端的接口设备，在节目发送部分可用于IP Stream发送器，将MPEG-2格式的TS流转为IP Stream数据流进行传输，在节目接收部分可以作为IP Stream接收器，把从传输设备上接收的IP Stream数据流还原成MPEG-2TS流由ASI输出。其性能特性为：PCR抖动平滑透明传输，不经过ATM适配处理，直接映射IP帧，经过100Mbps接口通过网络传输，输入/输出码流为MEPG-2传送流，单向工作时IP Steram上限速率为60.000Mbps，双向工作时IP Steram上限速率为60.000Mbps，实时码流监测，可本地和远程控制。

（二）信源传输改造

继续保留升级原有双备份传输通道，做IP双向化应用改造。地面数字广播适应新时代应用要求，在移动端如公交车、个人轿车、高铁等交通工具上已经得到广泛推广，移动电视、手机电视也在逐步得到运用，真正实现便携接收与移动接收，提供图像清晰、实时性强的数字电视。它还可以为数字电视提供娱乐和学习等全面丰富的公益服务，具备较强的普遍性、可控性与抗毁性，是一种特殊的国家安全设施。在应急情况下，它甚至可以成为政府与民众进行沟通的最直接、最快捷、最可靠的通信方式。

但是数字电视地面广播技术还存在很多的不足，很多关键技术仍在研究发展中，信号接收滞后与中断现象也时有发生，尤其在高速载体上表现得更为明显。在市场方面，目前更广泛应用的卫星电视、三网融合有线电视和互联网视频更具优势和市场占有率，目前数字地面广播电视双向数字交互，现在能做到设备层面，但是业务内容层面还是难点。

（三）发射系统（含机房、电力系统等）改造

本次项目改造的重点是更换数字电视发射机，完成配套的通风散热、电力、防雷等辅助系统优化改造。发射系统具备IP数据和控制接口。

发射机主要功能技术参数：

1.整机重要参数

调制误差率（MER）：≥40.1dB，邻频道内的发射功率：≤－57.4 dB，邻频道外的发射功率：≤－73.7 dB，整机效率：≥33.2%，带肩比（中心频率±4.2MHz）：＜－42.3dB，带内不平坦度（fc±3.591MHz）：－0.4dB～0.4dB，单频网模式频率调节步长：0.1Hz，频率准确度：MFN模式±12.7Hz，SFN模式0Hz。

本振相位噪声：

3个月频率稳定度：采用内部参考源时≤1×10－8，采用外接参考源时≤1×10－10；工作频率：工作频道及频率范围满足技术分册附件1的要求，并符合GB/T 14433-1993规定；射频输出功率稳定度：±0.09dB输出负载的反射损耗（8MHz带内）：正常工作≥26dB，允许工作≥20dB；带外频谱特性：符合标准GB20600-2006中带外频谱模板的有关规定。

2.整机其他参数

单频网时延调整范围：0ms～969.9999ms，单频网时延调整步进：100ns，射频输出负载阻抗：射频输出负载阻抗标称值为50Ω。环境要求：正常环境温度工作－5℃～50℃，允许工作－10℃～55℃；相对湿度：正常工作≤95%（20℃），允许工作≤96%（无结露）；大气压力：56kPa～106 kPa；工作电压幅度：176V～264V AC或三相342V-418V AC；电源频率：50±5Hz；工作海拔：≤4500米。发射机全部采用价格较贵的铲片式散热技术及部分紫铜基板，提高散热效率；设计保证功放管的高效率；使用高效、先进的散热系统。

3.整机接口

TS流输入采用可智能自动切换的双ASI接口，BNC接头，阴型，输入阻抗为75Ω；10MHz时钟输入采用BNC接头，阴型，输入阻抗为50Ω（10MHz时钟为正弦波，峰峰值范围为－5dBm～12dBm）、1pps输入采用BNC接头，阴型，TTL电平，输入阻抗为50Ω；监测输出采用BNC接头，阴型，输出阻抗为50Ω；遥控、监控接口采用RS485或RJ45，其中RS485采用DB9接头，阴型；发射机输出接口选用GB/T 12566-1990中推荐的连接器型号。

激励器主要功能技术参数：支持GB 20600-2006规定的所有工作模式，在各种工作模式下激励器开始调制的第一个超帧为0号，即偶数超帧。各种工作模式下，系统（8MHz带宽）最大净码率符合标准规范。码流备份和切换：激励器后侧板有两路ASI输入和1路IP（单播或组播）输入，这两路ASI串口输入为独立的TS流输入，互为备份，具有自动和手动无缝切换功能。具备完善的线性和非线性预校正功能，通过预校正，可有效改善发射机输出信号的频谱特性，确保在任何环境下发射机保持高指标运行，对功率放大器引起的非线性及线性失真进行补偿，使功放始终工作在效率最佳状态，让发射机有好的线性、足够高的频率精度和稳定度以及良好的相位噪声、误码率和信噪比指标。

频率参考源：有外参考源时，激励器优先使用外部参考源；无外参考源时，激励器将启用内部参考源。内外参考源可手动或自动无缝切换，切换时不会对解调后图像产生可察觉损伤。内参考源采用高稳定度恒温晶振，频率稳定度优于1×10的8次方；电平控制具有手动电平控制（MLC）和自动电平控制（ALC）两种功率控制方式。监控和报警：具有详尽的实时监控和报警功能。当激励器出现码流输入异常（输入中断、非TS流格式、输入码率大于最大净码率）、外参考时钟失效，射频本振失锁、温度过热、单频网状态异常（无法解析SIP、SIPCRC校验错、单频网状态失效）、发射机输出射频指标异常（MER、带肩）等情况时，可直接在前面板上或远程监控端查看报警内容，方便排除故障。

自动保护：提供自动保护功能，具有完善的告警、保护功能。当激励器的某些部件发生严重故障时（如输出过载、功放过热等），或由于外部原因造成激励器损伤时、由于TS流出现中断时，监控系统会自动切断激励器的射频输出或关机，以保护发射机功放模块，避免进一步伤害。在激励器异常通断电时，激励器输出的瞬间杂波不会对发射机造成损坏。激励器在单频网状态下，当在输入码流丢失或错误时，激励器可根据要求设置射频输出关断功能，当上述异常状态消除后，激励器可自动恢复到正常单频网组网工作状态。激励器在单频网状态下，当在输入码流的SIP丢失时，激励器保持调制输出，并且在输入码流的SIP恢复正常时恢复到正常的单频网工作状态。在外参考时钟失效时，激励器可根据要求设置射频保持功能。

监测输出：提供10MHz监测输出、本振监测输出、IF监测输出（可选）和RF监测输出。监测输出信号用于系统设备性能测量、实时监控和广播网络运营维护。组网方式：支持多频网(MFN)或基于卫星传输分发的单频网（SFN）组网方式，其中基于卫星传输分发的SFN组网方式符合GD/J 066-2015的有关规定。外接参考频率相对1pps相位变化容差超过±5×10－8。

激励器输出支持连续调制输出、载频输出模式、输出频谱关闭模式，可通过设备面板和配置管理接口选择，方便用户调试。激励器具有强大的SIP包时延抖动消除功能，可容忍的SIP包时延抖动大于300ms，确保在任何信源传输方式下单频网工作正常。激励器内部具有码流缓冲区，可有效对抗输入码流突发输入。激励器可容忍码216Mb/s的突发码流输入速率。配置数据备份/恢复功能：不受断电的影响保存设置参数，在断电恢复后，可调用断电前的配置参数，自动恢复工作。激励器内部最大可储存8组包括功放预校正数据在内的配置参数，方便N+1系统的搭建。遥控遥测：具有RS485/RS232遥控遥测接口，可通过计算机远程操作，对激励器工作模式进行设置，对激励器的工作状态进行监测。