地面無線數(shù)字電視前端系統(tǒng)建設(shè)之探索

劉 政

遼寧省廣播電視傳輸發(fā)射中心，遼寧沈陽110016

1 地面無線數(shù)字電視前端系統(tǒng)的基本原理

地面無線數(shù)字電視前端系統(tǒng)是架構(gòu)無線數(shù)字電視平臺的重要組成部分，大體由信號接收機、編碼器、復用器三個部分組成，其核心是編碼器。目前前端信源編碼標準有MPEG-2、H.264、AVS 和國內(nèi)推薦標準AVS+。因為地面數(shù)字電視覆蓋工作目前在國內(nèi)是推廣發(fā)展階段，在今后相當長一段時間內(nèi)，“模數(shù)同播”的原則形成的地面數(shù)字電視頻點資源較少的局面一時難以改變，在這樣的情景下，MPEG-2 編碼模式因為碼率壓縮較低，占用的傳輸帶寬相比較大，無法達到節(jié)目數(shù)量要求，因而目前國內(nèi)各地很少采用MPEG-2 的編碼方式。相對于MPEG-2 編碼，H.264、AVS 或AVS+，標準清晰度的電視節(jié)目平均碼率可以在1.5Mmbps～1.8 Mmbps 左右就能夠達到MPEG-2 編碼的碼率在2.7 Mmbps 的效果，且在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟，編碼器、機頂盒也有相應(yīng)產(chǎn)品支持。由于H.264、AVS 會涉及未來版權(quán)費的風險，而AVS+擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，AVS+編碼器的產(chǎn)業(yè)鏈也在逐步成熟，只是相關(guān)編碼設(shè)備價格還較高。所以綜合考慮了各因素，采用AVS+的方式進行信源編碼。在頻點資源有限、節(jié)目傳輸碼率和單個頻點總碼率已經(jīng)確定的前提下，采用AVS+編轉(zhuǎn)碼器對節(jié)目進行壓縮以達到適合的接收效果標準，依據(jù)目前碼率壓縮尺度，每個頻點可以傳輸15套標準數(shù)字電視節(jié)目。

前端系統(tǒng)原理框圖如下。

2 衛(wèi)星節(jié)目接收部分

該系統(tǒng)節(jié)目來源主要采用集中式衛(wèi)星接收機接收，千兆IP 輸出模式。因為衛(wèi)星接收機設(shè)備穩(wěn)定性高，從節(jié)約成本的角度考慮，采用了N+1 備份方式。如果設(shè)備或模塊出現(xiàn)故障，可以通過及時更換備份設(shè)備使系統(tǒng)快速恢復。衛(wèi)星接收天線主要接收中星6B 或亞洲3S 的信號。

3 本地節(jié)目接收部分

就省市本地節(jié)目，可以接收采用ASI 或IP 數(shù)字信號輸入的節(jié)目，也可以接收通過模擬信號輸入的節(jié)目。模擬信號的節(jié)目首先進入編碼器轉(zhuǎn)換為AVS+數(shù)字格式后輸出。另外，選用AVS+的方式進行信源編碼。在頻點資源有限、節(jié)目傳輸碼率和單個頻點總碼率已經(jīng)確定的前提下，采用AVS+編轉(zhuǎn)碼器對節(jié)目進行壓縮以達到適合的接收效果標準，依據(jù)目前碼率壓縮尺度，每個頻點可以傳輸15 套標準數(shù)字電視節(jié)目。

4 AVS+編轉(zhuǎn)碼器

AVS+編轉(zhuǎn)碼器是本系統(tǒng)的核心設(shè)備。AVS+標清實時編碼器，是基于新一代音視頻編碼標準AVS+的標清實時編碼、轉(zhuǎn)碼設(shè)備，最大支持12 路標清節(jié)目的實時編碼、轉(zhuǎn)碼，在低碼率下提供高質(zhì)量的標清視頻圖像。本系統(tǒng)采用8 臺AVS+12 路標清轉(zhuǎn)碼器和2 臺AVS+12路標清編碼器，設(shè)備采用熱備份方案，任意一臺設(shè)備出現(xiàn)故障，均可快速切換，系統(tǒng)恢復。全部節(jié)目AVS+編碼數(shù)字化后，輸出到一臺多路ASI 切換器，對輸出到發(fā)射機部分的信號實現(xiàn)自動熱備份切換，如果設(shè)備或模塊出現(xiàn)故障，可以通過及時更換備份設(shè)備使系統(tǒng)快速恢復。進一步提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而確保信號的有效傳輸。

A 結(jié)合實際情況，VS++編轉(zhuǎn)碼器的主要功能分為以下幾個方面。

1）輸出碼流符合中國數(shù)字音視頻編解碼標準AVS（GB/T20090.2-2006）/廣播電影電視行業(yè)標準GY/T 257.1-2012《廣播電視先進音視頻編解碼 第1 部分：視頻》行業(yè)標準。

2）編碼支持模擬音視頻或SDI 數(shù)字音視頻輸入。

3）轉(zhuǎn)碼支持文件輸入、DVB ASI 和IP 輸入。

4）轉(zhuǎn)碼輸入碼流：MPEG-2/H.264 TS、MPEG-2/H.264 PS。

5）支持最多12 路標清節(jié)目實時編碼或轉(zhuǎn)碼。

6）支持標清圖像的分辨率轉(zhuǎn)換。

7）在低碼率下提供高質(zhì)量的標清視頻圖像。

8）支持DVB ASI 輸出、IP 輸出和文件輸出。

9）支持多路復用節(jié)目碼流的輸出。

10）IP 輸出充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，支持多達上百路節(jié)目流。

5 用戶管理系統(tǒng)

對于地面無線數(shù)字電視前端系統(tǒng)，用戶管理系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，也關(guān)系到本地數(shù)字電視前端的運營服務(wù)質(zhì)量。該用戶管理系統(tǒng)的組成部分為EPG 系統(tǒng)，Loader系統(tǒng)和運營支撐系統(tǒng)，主要通過ASI 或IP 端口和系統(tǒng)連接，實現(xiàn)對本數(shù)字電視前端的運營系統(tǒng)服務(wù)。

6 進一步規(guī)劃

根據(jù)我國地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視國家標準，具體包括GB20600-2006、數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀、信道編碼和調(diào)制等規(guī)范。國內(nèi)很多城市已經(jīng)開始了DTTB 的試驗播出。為了確保地面無線數(shù)字電視前端系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量，需要做好以下方面的工作。

1）增加同頻發(fā)射點，同時增加相應(yīng)單頻網(wǎng)絡(luò)需要的傳輸網(wǎng)絡(luò)。前端系統(tǒng)通常與發(fā)射系統(tǒng)不處在同一個地方，而在單頻網(wǎng)絡(luò)的模式下，發(fā)射系統(tǒng)具有多個。對于傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要任務(wù)就是確保數(shù)字電視碼流可以傳遞到數(shù)字電視的發(fā)射系統(tǒng)，并且實現(xiàn)恢復和同步碼流的目標。發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)當增加發(fā)射機、發(fā)射天線以及調(diào)制器的數(shù)量，至于單頻網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中需要的GPS 同步鐘源和單頻網(wǎng)適配器，也應(yīng)當適當增加。

2）覆蓋的改善。在建成單頻網(wǎng)絡(luò)后，依然可能存在盲點和盲區(qū)。可以選用補點辦法來消除這些盲點和盲區(qū)，同時增加信號場的強度，通過對單頻網(wǎng)的改善，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜地區(qū)的地面廣播覆蓋。

7 結(jié)論

綜上所述，地面無線數(shù)字電視前端系統(tǒng)是架構(gòu)無線數(shù)字電視平臺的重要組成部分，大體由信號接收機、編碼器、復用器三個部分組成，其核心是編碼器。對于該地面無線數(shù)字電視前端系統(tǒng)建設(shè)方案，充分考慮國內(nèi)無線數(shù)字電視發(fā)展的需要和市場情況，充分考慮其投資成本。利用現(xiàn)有資源，結(jié)合實際應(yīng)用情況配置設(shè)備，通過合理的配置和優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)符合無線數(shù)字電視需要的設(shè)計方案，提高性價比。

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