高清电视节目上星传输系统方案设计

2023-09-10汤浩

数字传媒研究 2023年7期

汤浩

内蒙古广播电视台内蒙古呼和浩特市 010050

目前，全国大部分省市实现了高清电视节目上星播出，部分省市地面频道也开通高清节目。内蒙古广播电视台所有频道均已实现制作、播出高清化，在区内有线电视网络、IPTV 电视网络可以收到所有高标清同播频道，区内直播卫星也传输了卫视高清节目。为了进一步满足广大人民群众日益提升的视听需求，同时提高卫视高清节目在其它地区的覆盖范围，使电视高清节目传播力、影响力不落后于其它省份，亟需建设高清节目卫星传输系统。

按照国家广播电视总局（以下简称“广电总局”）高清节目卫星传输的相关要求、卫星地球站建设验收标准和《广播电视安全播出管理规定》及相关实施细则等，编制此技术方案。技术方案采用AVS+等编码技术、DVB-S 标准的QPSK 调制方式，拟将2 套高清电视节目传输至地球站。根据广电总局高清频道加密要求，由商业加密平台将加密信号传输至地球站进行加密，由地球站通过上星传输系统将调制信号传输到卫星转发器以MCPC 方式实现卫星覆盖。

电视台负责2 套高清电视节目、9 套广播节目播出及信源编码复用。广电网络通过光缆传输通道，将2 套高清电视节目、9 套广播节目传送至地球站；通过数字传媒中心光纤，将2 套高清电视节目、9 套广播节目送至微波总站。微波总站通过微波将2 套高清电视节目、9 套广播节目传送至地球站。系统框架如图1 所示。

2 套高清电视节目、9 套广播节目中的高清电视节目采用AVS+编码方式，单套高清电视节目视频编码码率为12Mbps；广播节目采用MPEG-2 编码方式，单套广播节目音频编码码率为256kbps。

电视台通过广电网络2 路SDH 环路和2 路数字传媒中心光纤，将编码复用后的2 套高清电视节目、9 套广播节目以45M 的DS3 码流包传输至地球站和微波总站。

微波总站通过两路微波信道，将2 套高清电视节目、9 套广播节目以45M 的DS3 码流包传输至地球站。

商业加密平台通过中国有线国干网和广电网络，将2 套高清电视节目、9 套广播节目的加扰信号传送至地球站。

地球站对2 套高清电视节目信号、9 套广播节目和加扰信号进行加扰复用，并对加扰复用TS 流进行调制，利用上星发射系统将信号传输至卫星转发器。地球站将解调后的波导耦合信号通过广电网络SDH 环路返送至电视台和监测与发展中心用于监测卫星传输是否正常运转。

1 编码复用系统

对2 套高清电视节目、9 套广播节目的主备SDI/AES 信号进行编码压缩，输出的主备IP 信号送入到主备IP 交换机，通过主备复用器对信号进行选择复用，并将复用后的信号经ASI 二选一切换后将信号转换为DS3，再通过DS3 切换开关优选分配后送至传输系统，其中在ASI 切换器前加入智能切换系统确保信号安全传输，编码复用框架如图2 所示。

图2 编码复用框架图

编码复用系统采用1∶1 备份独立运行，分别用网管进行管理和调度，每个系统的主备复用器输出2 路信号分别进入每个ASI 切换保护开关，经ASI 切换保护开关切换后，主备切换开关各输出一路ASI 信号输入DS3 适配器。DS3 适配器输出DS3 信号分别进入主备1∶1 DS3 切换保护开关，经DS3 切换保护开关切换后，主备DS3 切换保护开关各输出一路DS3 信号，通过SDH 传输系统将2 路信号送至广电网络前端机房和微波总站前端机房。

两组编码系统均部署智能网管软件在各自的模块内独立运行，同时作为对方在线备用网管软件。如果主智能网管软件故障，备份智能网管软件自动接管控制，也可手动接管控制。对用户分别配置不同的使用权限，实现对系统的管理及信号调度，确保信号在使用中的安全稳定，使智能网管系统真正的实现了既能独立运行又能融合统一运行的机制。网管软件具备批量管理能力、完善的安全和告警机制、Web 网管功能和统一网管功能以便于能够便捷的进行多设备的管理以及多用户的分级权限设置，能将设备实时运行情况、告警信息分别按照权限上报到各级网管系统，同时实现设备监测的负载均衡，通过分层接入的形式实现与现有设备的网管系统对接的多级管理模式。为了确保系统或信号故障时快速反应，编码系统还部署了智能切换系统，其监测点智能对比流程如图3 所示。

图3 智能对比流程图

智能切换系统通过对每个编码链路中上述4 个监测点的实时监测采集，对ER1-ER2、EC1-EC2 节点的视音频信号及码流信号的黑场、彩条、测试图、静帧、视频丢失、台标异常、台标丢失、静音、独立声道检测、电平过高过低、电平反相、响度、传送码流同步丢失、同步字节错误、PAT 错误、连续计数错误、PMT 错误等信号异常进行对比分析，根据系统配置的分析引擎对接收到的信号实时分析数据，按照设计好的策略给出信号报警和进行智能切换。

2 监测系统

编码监测系统对视音频编码器、音频编码器和复用器输出的2 套高清电视节目和9 套广播节目、地球站传送的2 套高清电视节目、9 套广播节目进行监测。系统由监测前端系统、监测综合分析平台系统、LED 监测显示系统、监测报警系统等设备组成。监测系统前端接收监测平台系统指令，并将监测数据（包括报警数据、指标数据、视音频数据等）上传到监测综合分析平台系统，同时将监测数据上传到监测报警系统。监测设备模块化设计，通过设备堆叠实现系统扩容。模块支持热插拔、后装载、免工具维护。板卡采用独立的配置存储模块，配备冗余电源，机箱面板具有电源和风扇工作状态指示灯，具备过温、过压、过流及短路保护功能。配置操作台、电视墙和LED 显示设备，通过画面集中显示调度系统完成视音频信号的显示，能够实现单画面在多块屏上显示以及所有画面在任意屏上显示调度，并实现多画面的任意分割、拼接、漫游、跨屏显示。

2.1 2 套高清电视节目码流及内容监测

对高清节目的TR101 290 码流三级错误等实时监测，实现了多种方式故障报警，监测数据和报警信息均能实时在软件上体现，做到了按类显示报警信息。视频信号监测，系统能做到按秒或帧设置监测时限，彩条和黑场故障监测精确到帧；对黑场、马赛克、彩条、静帧设置监测区域，并只在监测区域内进行对比判断；能精准识别是否为静帧，主要结合信号是否有伴音进行判断故障；能够对色彩格式异常、台标异常进行监测报警；系统能够精准识别播出信号为单声道、立体声、双声道，能准确地识别杂音，并进行音频丢失报警；能提供语音、日志、OSD、数据库、短信等多种报警方式，结合广电机房值班、运维的实际情况，提供包括故障循环语音报警、故障的人工确认与忽略、手动暂停监测、按故障类型设置运行图、故障画面放大显示等功能。

2.2 9 套广播节目码流及内容监测

对9 套广播节目的TR101 290 码流三级错误等实时监测，实现了多种方式故障报警，监测数据和报警信息均能实时在软件上体现，做到了按类显示报警信息。实时解码、监测、监听，实现音量过高、音量过低等内容层面的实时监测及实时报警，对于丢失音频的故障，系统提供了两种判断逻辑，分别是电平门限和波动门限，只要触发其中一个条件就进行报警。实现单声道/双声道报警、定制录音和故障触发录音、数据记录管理。监测系统网络拓扑图如图4 所示。

图4 监测系统网络拓扑图

图5 信号传输图

3 信号传输系统

电视台提供的2 套高清电视节目、9 套广播节目编码信号通过两种方式传输至地球站。

3.1 通过不同路由光纤直接传输至地球站

信号主路1、信号主路2 从电视台机房采用不同路由光纤传输至广电网络前端机房，广电网络前端机房再采用不同路由光纤经SDH 环路传输至地球站。为了完善内蒙古广播电视台传输体系，打破节目制作受地域的限制，实现一台两址多地传输功能，将SDH 系统升级与广电网络的SDH 系统互联互通。项目中的2 个SDH 系统由6个站点大环网、2 个站点小环网组成，其中，大环网由微波总站、地球站、610 台、839 台、841 台、网络中心机房6 个站点组成，小环网由电视台新址、电视台旧址2 个站点组成。大环网、小环网采用双向复用段保护环，工作和保护是在不同的时隙里传送，环网、链形网速率级别为STM-64。

3.2 通过2 路不同路由的数字传媒中心光纤，将节目信号传输至微波总站

微波总站通过2 路不同路由的微波通道，信号备路1（微波路由1）和信号备路2（微波路由2）将节目信号传输至地球站。微波传输采用环路传输方式组网，大环网传输采用2+1 冗余的方式备份微波波道，微波传输也按照2+1 冗余的方式备份系统，采用无损伤切换开关进行切换；小环网传输电路以1+1方式配置保护波道，微波传输1+1 备份系统采用无损伤切换开关；选择采用空间分集、自适应均衡、时域均衡、自动发射功率控制（ATPC）等提高传输安全性能的技术手段。

地球站将解调后的波导耦合信号通过广电网络光纤从地球站传输至电视台和监测与发展中心。

商业加密平台将加扰信号通过中国有线和广电网络光纤从商业加密平台传输至地球站。如图5 信号传输图所示。

4 加密系统

按照广电总局高清频道卫星传输的加密要求，拟由商业加密平台互动平台集成平台将加密信号传输至地球站，进行本地上星的节目加扰。

商业加密平台集团前端网络机房采用条件接收系统（CA）发生加扰信息，经过本地的入侵防护系统（IPS）、交换机和防火墙，采用2M 格式由前端网络机房传输至国干网光缆，由国干网光缆传输至地球站机房，地球站机房通过解码将加扰信号传入系统，与2 套高清电视信号进行加扰复用后进行上星传输。传输链路加密信号如图6 所示。