常州23CH地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)改造淺析

陸成林 常州廣播電視臺(tái)

1．系統(tǒng)現(xiàn)狀

常州廣播電視臺(tái)23CH地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)建成于2007年，采用的是國標(biāo)DTMB，其全稱是地面數(shù)字多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting），該標(biāo)準(zhǔn)在2011年被國際電信聯(lián)盟（ITU）接納為地面數(shù)字電視系統(tǒng)，成為ITU認(rèn)可的第四個(gè)地面數(shù)字電視傳輸國際標(biāo)準(zhǔn)。DTMB系統(tǒng)于2007年8月起強(qiáng)制執(zhí)行，該系統(tǒng)具有多媒體廣播的優(yōu)勢(shì)，具有頻譜利用效率高，移動(dòng)性能好、廣播覆蓋范圍大、多業(yè)務(wù)廣播方便等優(yōu)點(diǎn)。

目前23CH采用單頻網(wǎng)形式組網(wǎng)覆蓋，有主從兩個(gè)站點(diǎn)。主站安裝了兩臺(tái)Harris 1KW數(shù)字發(fā)射機(jī)同軸開關(guān)切換構(gòu)成主備機(jī)，從站一臺(tái)Harris 1KW發(fā)射機(jī)單機(jī)工作。系統(tǒng)單頻網(wǎng)適配器主要參數(shù)配置情況如表1所示。

表1　單頻網(wǎng)適配器參數(shù)

由于23CH地面廣播系統(tǒng)建于2007年，信源編碼采用的MPEG-2格式具體情況如表2所示。

表2　信號(hào)源情況

接收終端主要分布在公交車和商業(yè)區(qū)的樓宇內(nèi)，接收終端情況如表3所示。

表3　接收終端情況

2．業(yè)務(wù)拓展需求

隨著人民群眾收視習(xí)慣的改變，傳統(tǒng)的電視廣告不斷萎縮，對(duì)于業(yè)務(wù)部門的壓力也不斷增大。而公交電視、樓宇電視等接收終端屬于強(qiáng)制收看的模式，不受電視開機(jī)率的影響，加大對(duì)這些公共終端的業(yè)務(wù)開發(fā)不失為一個(gè)破解困局的方向。由于當(dāng)前的系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，只能單向接收電視節(jié)目，不能實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的播放圖片、視頻和數(shù)據(jù)回傳等功能，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段業(yè)務(wù)開展需求。而且由于早期采用MPEG-2的信源編碼，效率過低，也不符合總局推廣國標(biāo)AVS的發(fā)展趨勢(shì)。

地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是傳輸成本低，不需要考慮中間傳輸?shù)竭_(dá)問題，因此在近年規(guī)劃設(shè)計(jì)社區(qū)大屏、應(yīng)急廣播等新增業(yè)務(wù)的內(nèi)容傳輸渠道上，優(yōu)先選擇了通過無線發(fā)射傳輸。這樣既能同時(shí)將節(jié)目傳送到各個(gè)不同地點(diǎn)，又不需要增加過多的鏈路成本。因此提高系統(tǒng)利用率、增加播出內(nèi)容、力求為業(yè)務(wù)部門做好技術(shù)支撐是當(dāng)務(wù)之急。

目前我市在播無線數(shù)字頻道共有三個(gè)，規(guī)劃在建一個(gè)，常州地區(qū)在播在建數(shù)字電視頻道如表4所示。

表4　常州地區(qū)在播在建數(shù)字電視頻道

43CH 市單頻網(wǎng) 中央臺(tái)、省臺(tái)、市臺(tái)、武進(jìn)臺(tái)46CH 市多頻網(wǎng) 中央臺(tái)、省臺(tái)、市臺(tái)節(jié)目

從表4可以看出，雖然我市有多套無線發(fā)射數(shù)字電視在播或者在建，但真正屬于我臺(tái)自辦的頻道只有公交移動(dòng)頻道，其余都是代播代維頻道，缺乏調(diào)整空間。因此想在當(dāng)前的基礎(chǔ)上有所業(yè)務(wù)擴(kuò)展，提高我臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)力，只能對(duì)23CH進(jìn)行技術(shù)改造。

3．改造方案分析

3.1　改造方案介紹

通過無線發(fā)射傳輸節(jié)目，即增加23CH播出節(jié)目?jī)?nèi)容，從無線發(fā)射的基本原理分析可知，要實(shí)現(xiàn)這一目的，可以從信源和信道兩方面考慮解決方案。

（1）更換信源編碼方式，提高編碼效率

經(jīng)查文獻(xiàn)資料：“2005年4月至9月，國家廣電總局廣播電視規(guī)劃院受AVS工作組掛靠單位中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所委托，對(duì)經(jīng)過AVS參考軟件編解碼后的標(biāo)準(zhǔn)清晰度和高清晰度視頻進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)其對(duì)源圖像的質(zhì)量損傷程度，完成了《AVS視頻壓縮質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)》測(cè)試報(bào)告（附件）。AVS主觀測(cè)試結(jié)果匯總見表5。

表5　AVS主觀測(cè)試結(jié)果

考慮到目前使用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施高清電視廣播時(shí)，一般使用20Mbps的碼率，使用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施標(biāo)清電視廣播時(shí)，一般使用5-6Mbps的碼率，對(duì)照本次測(cè)試結(jié)果可以得知，AVS碼率為現(xiàn)行MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的一半時(shí)，無論是標(biāo)準(zhǔn)清晰度還是高清晰度，編碼質(zhì)量都達(dá)到優(yōu)秀。碼率不到其三分之一時(shí)，也達(dá)到良好到優(yōu)秀。因此相比于MPEG-2視頻編碼效率高2～3倍的前提下，AVS視頻質(zhì)量已完全達(dá)到了大范圍應(yīng)用所需的“良好”要求。對(duì)比MPEG標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)MPEG-4 AVC/H.264的測(cè)試報(bào)告，AVS在編碼效率上與其處于同等技術(shù)水平?！?/p>

通過上面的描述，如采用國標(biāo)AVS編碼可提高編碼效率，同樣的內(nèi)容在MPEG-2碼率一半的情況下獲得近似的效果，在不改變信道設(shè)置的情況下多出一套標(biāo)清節(jié)目的碼率空間，但更改信源編碼方式必須慎重考慮機(jī)頂盒等接收終端能否解碼的問題。我臺(tái)目前在用的早期接收終端的解碼芯片都不支持AVS格式解碼，如果改變編碼格式將使這部分終端無法使用，需全部進(jìn)行更換。

（2）調(diào)整單頻網(wǎng)適配器參數(shù)，提高理論有效碼率

如果說信源是從內(nèi)容上壓縮，信道就是從傳輸通路上擴(kuò)容。根據(jù)當(dāng)前適配器參數(shù)，查《DTMB 8MHz帶寬有效碼流率表》得到當(dāng)前配置有效碼率約7.2M。其他參數(shù)不變，如果將映射方式改為16QAM可達(dá)到約14.4M的理論有效碼率。在不改變其他設(shè)置的情況下增加7M的碼率，按MPEG-2編碼算可多增加一套標(biāo)清節(jié)目，按AVS編碼增加的更多。但更改子載波調(diào)制方式會(huì)影響終端接收效果，提高接收門限增加接收難度，對(duì)當(dāng)前終端的接收帶來影響。

3.2　改造方案對(duì)比測(cè)試

兩種方案中，更改單頻網(wǎng)適配器參數(shù)相對(duì)簡(jiǎn)便，更改完配置后，我們對(duì)安裝在公交車和樓宇內(nèi)的接收終端進(jìn)行一段時(shí)間的主觀觀測(cè)。在近一周的測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)更改適配器參數(shù)對(duì)在戶外接收的公交移動(dòng)終端的影響很小，基本可以忽略。但對(duì)于室內(nèi)接收的樓宇電視影響較大，分析原因是樓宇電視終端使用年限較長(zhǎng)，終端對(duì)接收門限要求比較高，導(dǎo)致在信號(hào)覆蓋較差的區(qū)域無法接收。

分析更改信源編碼的方案，公交移動(dòng)的終端可以接收AVS編碼的信號(hào)，樓宇電視的終端只能接收MPEG-2編碼的信號(hào)，經(jīng)過對(duì)比測(cè)試，將節(jié)目?jī)?nèi)容更改為一套MPEG-2編碼和一套AVS編碼，這樣的一個(gè)方案更加合適可行，沒有更改當(dāng)前的適配器參數(shù)。

4．系統(tǒng)改造實(shí)施

經(jīng)過多次不同技術(shù)方案的對(duì)比實(shí)驗(yàn)、測(cè)試，力求在保持現(xiàn)有設(shè)備良好接收的基礎(chǔ)上，用最小的代價(jià)和最少的改動(dòng)達(dá)到播出推送內(nèi)容的效果。最終采用上海國茂公司的設(shè)備，技術(shù)改造方案如下：

（1）前端設(shè)備

公交移動(dòng)和樓宇電視分別使用不同的編碼方式。保留樓宇電視頻道的MPEG-2編碼格式并將碼率改為3.5M。將公交移動(dòng)頻道編碼改為AVS 格式，輸出碼率壓縮到1.5M。利用剩余2 M 帶寬進(jìn)行數(shù)據(jù)推送，并通過復(fù)用器進(jìn)行復(fù)用。調(diào)整后內(nèi)容情況如表6所示。

表6　調(diào)整后內(nèi)容情況

（2）終端設(shè)備

保持公交車載機(jī)頂盒和樓宇電視機(jī)不變，對(duì)于有推送業(yè)務(wù)需求的地方，即可采用全新終端也可通過增添新的機(jī)頂盒來適配各類電視機(jī)。新增終端必須支持AVS+并向下兼容AVS 及MPEG-2 接收，實(shí)現(xiàn)更新后的電視機(jī)具有直播和推送內(nèi)容播放功能。

（3）改造后系統(tǒng)

改造后系統(tǒng)框圖見圖1。

圖3為新增的終端設(shè)備，可以看出整個(gè)屏幕分為三部分，第一部分為基本的電視節(jié)目播出，第二部分為滾動(dòng)字幕，第三部分是圖片內(nèi)容，其中第二、第三部分播放的內(nèi)容就是通過推送發(fā)出的。

（4）新增功能

采用國茂公司提供的系統(tǒng)中，較之前節(jié)省出來的2M帶寬可以實(shí)時(shí)推送文字、圖片和視頻等信息內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)的新功能如下：

① 推送文件接收后自動(dòng)保存在本地；

② 屏幕播放版式根據(jù)設(shè)置自動(dòng)調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)橫豎屏，

圖1　改造后系統(tǒng)框圖

圖2　推送控制平臺(tái)

上下左右分屏等各種靈活版式；

③ 支持各種主流圖片和視音頻播放，還可播放滾動(dòng)字幕；

④ 播放視頻、圖片等內(nèi)容時(shí)支持定時(shí)播放、準(zhǔn)點(diǎn)播放、半點(diǎn)播放等，可自動(dòng)輪播；

⑤ 支持定時(shí)開關(guān)機(jī)，能夠回傳屏幕截圖和狀態(tài)信息等；

⑥ 可根據(jù)終端自身ID實(shí)現(xiàn)分組播出，這也為業(yè)務(wù)部門后期拓展業(yè)務(wù)帶來便利。

圖2所示的為新增推送系統(tǒng)的控制平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)容播出，終端控制，回傳監(jiān)看等功能。

圖3為新增的終端設(shè)備，可以看出整個(gè)屏幕分為三部分，第一部分為基本的電視節(jié)目播出，第二部分為滾動(dòng)字幕，第三部分是圖片內(nèi)容，其中第二、第三部分播放的內(nèi)容就是通過推送發(fā)出的。

5．總結(jié)

圖3　新增推送功能的終端

通過此次地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的改造，在保證樓宇電視基本不變的情況下，升級(jí)了公交移動(dòng)的編碼格式，經(jīng)過調(diào)整原有的各接收終端，對(duì)于播出的節(jié)目?jī)?nèi)容都能進(jìn)行正常接收。新增加的國茂終端設(shè)備，對(duì)信號(hào)中復(fù)用的推送信息也可以正常接收，能播放多種規(guī)格視頻、圖片等推送內(nèi)容，推送信息和節(jié)目能夠正常融合，實(shí)現(xiàn)了前端系統(tǒng)中歐標(biāo)編碼、國標(biāo)編碼、數(shù)據(jù)推送業(yè)務(wù)等的復(fù)用播出，為后期業(yè)務(wù)開展提供了技術(shù)支撐。此次改造在充分利用現(xiàn)有資源對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行最小改動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能要求，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。