柳州市廣播電視臺節(jié)目數(shù)字化發(fā)射系統(tǒng)改造

□ 羅俊安

一、項目概況及建設(shè)思路

根據(jù)原國家廣電總局發(fā)布的《我國有線電視向數(shù)字化過渡時間表》及安全播出保障相關(guān)要求，廣播電視播出數(shù)字化不僅在節(jié)目制作流程上，還必須在播出發(fā)射接收端上實現(xiàn)全面數(shù)字化。柳州市廣播電視臺在現(xiàn)有模擬電視發(fā)射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用光纖和微波雙備份傳輸通道，從前端中控輸出MPEG-2節(jié)目流基礎(chǔ)上改造成采用雙國標系統(tǒng)，基于IP構(gòu)架，系統(tǒng)兼容性強，具備后期擴展開展交互業(yè)務(wù)的全鏈路數(shù)字化發(fā)射終端系統(tǒng)。

二、項目建設(shè)方案和要求

項目主要分為信源前端系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)（含機房、電力等）、監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)改造。下圖為項目總體設(shè)想架構(gòu)圖。

（一）信源前端系統(tǒng)改造

主要功能是完成5～8套廣播電視節(jié)目的選擇、復(fù)用和AⅤS+編轉(zhuǎn)碼，每套節(jié)目碼率2～4Mbps；支持IP打包，預(yù)留交互接口實現(xiàn)節(jié)目推存播送。

主要通過兩臺4合1AVS+編轉(zhuǎn)碼器實現(xiàn)4路CVBS或4路SDI輸入，支持AVS/AVS+視頻標準基準檔次2.0/16.0級別的實時編碼?？赏瑫r對4路標清音視頻進行編碼，可復(fù)用ASI輸入的TS流與編碼生成的TS流。其視頻編碼采用720×576i（PAL）、720×480i（NTSC）分辨率，碼率0.5～8Mbps，CBR/ⅤBR方式進行碼率控制，可調(diào)的GOP長度；音頻編碼標準為MPEG-I Layer2，48KHz采樣率24 bit采樣精度碼率可設(shè)置在64Kbps～256Kbps之間。1路ASI輸入與本地的4路編碼節(jié)目復(fù)用后輸出，AVS TS碼流兼容MPEG2 TS，2路ASI輸出預(yù)留BNC接口，支持IP輸出UDP協(xié)議，有10/100M網(wǎng)口實現(xiàn)單播及多播。

接著采用一臺復(fù)用器，其最高40路ASI接口（每個ASI端口最高213Mbps），支持SPTS與MPTS模式，16個GbE端口（每塊GbEI/O卡4個GbE接口，可配置為2+2）。支持再復(fù)用，在每個端口PID過濾/重映射PID跟蹤再復(fù)用節(jié)目內(nèi)容路由（輸入至輸出），碼率變換單SD與HD節(jié)目（再壓縮至更低碼率）；設(shè)置統(tǒng)計復(fù)用組，可碼率變換至所需要的碼率，同時在SD和HD節(jié)目中插入數(shù)字內(nèi)容；加擾算法為DVB通用加擾算法，支持服務(wù)/節(jié)目等級/分量級加擾/MPTS和SPTS加擾等。

一臺IP適配器用于DVB和Ethernet前端的接口設(shè)備，在節(jié)目發(fā)送部分可用于IP Stream發(fā)送器，將MPEG-2格式的TS流轉(zhuǎn)為IP Stream數(shù)據(jù)流進行傳輸，在節(jié)目接收部分可以作為IP Stream接收器，把從傳輸設(shè)備上接收的IP Stream數(shù)據(jù)流還原成MPEG-2TS流由ASI輸出。其性能特性為：PCR抖動平滑透明傳輸，不經(jīng)過ATM適配處理，直接映射IP幀，經(jīng)過100Mbps接口通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，輸入/輸出碼流為MEPG-2傳送流，單向工作時IP Steram上限速率為60.000Mbps，雙向工作時IP Steram上限速率為60.000Mbps，實時碼流監(jiān)測，可本地和遠程控制。

（二）信源傳輸改造

繼續(xù)保留升級原有雙備份傳輸通道，做IP雙向化應(yīng)用改造。地面數(shù)字廣播適應(yīng)新時代應(yīng)用要求，在移動端如公交車、個人轎車、高鐵等交通工具上已經(jīng)得到廣泛推廣，移動電視、手機電視也在逐步得到運用，真正實現(xiàn)便攜接收與移動接收，提供圖像清晰、實時性強的數(shù)字電視。它還可以為數(shù)字電視提供娛樂和學(xué)習(xí)等全面豐富的公益服務(wù)，具備較強的普遍性、可控性與抗毀性，是一種特殊的國家安全設(shè)施。在應(yīng)急情況下，它甚至可以成為政府與民眾進行溝通的最直接、最快捷、最可靠的通信方式。

但是數(shù)字電視地面廣播技術(shù)還存在很多的不足，很多關(guān)鍵技術(shù)仍在研究發(fā)展中，信號接收滯后與中斷現(xiàn)象也時有發(fā)生，尤其在高速載體上表現(xiàn)得更為明顯。在市場方面，目前更廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星電視、三網(wǎng)融合有線電視和互聯(lián)網(wǎng)視頻更具優(yōu)勢和市場占有率，目前數(shù)字地面廣播電視雙向數(shù)字交互，現(xiàn)在能做到設(shè)備層面，但是業(yè)務(wù)內(nèi)容層面還是難點。

（三）發(fā)射系統(tǒng)（含機房、電力系統(tǒng)等）改造

本次項目改造的重點是更換數(shù)字電視發(fā)射機，完成配套的通風(fēng)散熱、電力、防雷等輔助系統(tǒng)優(yōu)化改造。發(fā)射系統(tǒng)具備IP數(shù)據(jù)和控制接口。

發(fā)射機主要功能技術(shù)參數(shù)：

1.整機重要參數(shù)

調(diào)制誤差率（MER）：≥40.1dB，鄰頻道內(nèi)的發(fā)射功率：≤－57.4 dB，鄰頻道外的發(fā)射功率：≤－73.7 dB，整機效率：≥33.2%，帶肩比（中心頻率±4.2MHz）：＜－42.3dB，帶內(nèi)不平坦度（fc±3.591MHz）：－0.4dB～0.4dB，單頻網(wǎng)模式頻率調(diào)節(jié)步長：0.1Hz，頻率準確度：MFN模式±12.7Hz，SFN模式0Hz。

本振相位噪聲：

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3個月頻率穩(wěn)定度：采用內(nèi)部參考源時≤1×10－8，采用外接參考源時≤1×10－10；工作頻率：工作頻道及頻率范圍滿足技術(shù)分冊附件1的要求，并符合GB/T 14433-1993規(guī)定；射頻輸出功率穩(wěn)定度：±0.09dB輸出負載的反射損耗（8MHz帶內(nèi)）：正常工作≥26dB，允許工作≥20dB；帶外頻譜特性：符合標準GB20600-2006中帶外頻譜模板的有關(guān)規(guī)定。

2.整機其他參數(shù)

單頻網(wǎng)時延調(diào)整范圍：0ms～969.9999ms，單頻網(wǎng)時延調(diào)整步進：100ns，射頻輸出負載阻抗：射頻輸出負載阻抗標稱值為50Ω。環(huán)境要求：正常環(huán)境溫度工作－5℃～50℃，允許工作－10℃～55℃；相對濕度：正常工作≤95%（20℃），允許工作≤96%（無結(jié)露）；大氣壓力：56kPa～106 kPa；工作電壓幅度：176V～264V AC或三相342V-418V AC；電源頻率：50±5Hz；工作海拔：≤4500米。發(fā)射機全部采用價格較貴的鏟片式散熱技術(shù)及部分紫銅基板，提高散熱效率；設(shè)計保證功放管的高效率；使用高效、先進的散熱系統(tǒng)。

3.整機接口

TS流輸入采用可智能自動切換的雙ASI接口，BNC接頭，陰型，輸入阻抗為75Ω；10MHz時鐘輸入采用BNC接頭，陰型，輸入阻抗為50Ω（10MHz時鐘為正弦波，峰峰值范圍為－5dBm～12dBm）、1pps輸入采用BNC接頭，陰型，TTL電平，輸入阻抗為50Ω；監(jiān)測輸出采用BNC接頭，陰型，輸出阻抗為50Ω；遙控、監(jiān)控接口采用RS485或RJ45，其中RS485采用DB9接頭，陰型；發(fā)射機輸出接口選用GB/T 12566-1990中推薦的連接器型號。

激勵器主要功能技術(shù)參數(shù)：支持GB 20600-2006規(guī)定的所有工作模式，在各種工作模式下激勵器開始調(diào)制的第一個超幀為0號，即偶數(shù)超幀。各種工作模式下，系統(tǒng)（8MHz帶寬）最大凈碼率符合標準規(guī)范。碼流備份和切換：激勵器后側(cè)板有兩路ASI輸入和1路IP（單播或組播）輸入，這兩路ASI串口輸入為獨立的TS流輸入，互為備份，具有自動和手動無縫切換功能。具備完善的線性和非線性預(yù)校正功能，通過預(yù)校正，可有效改善發(fā)射機輸出信號的頻譜特性，確保在任何環(huán)境下發(fā)射機保持高指標運行，對功率放大器引起的非線性及線性失真進行補償，使功放始終工作在效率最佳狀態(tài)，讓發(fā)射機有好的線性、足夠高的頻率精度和穩(wěn)定度以及良好的相位噪聲、誤碼率和信噪比指標。

頻率參考源：有外參考源時，激勵器優(yōu)先使用外部參考源；無外參考源時，激勵器將啟用內(nèi)部參考源。內(nèi)外參考源可手動或自動無縫切換，切換時不會對解調(diào)后圖像產(chǎn)生可察覺損傷。內(nèi)參考源采用高穩(wěn)定度恒溫晶振，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于1×10的8次方；電平控制具有手動電平控制（MLC）和自動電平控制（ALC）兩種功率控制方式。監(jiān)控和報警：具有詳盡的實時監(jiān)控和報警功能。當激勵器出現(xiàn)碼流輸入異常（輸入中斷、非TS流格式、輸入碼率大于最大凈碼率）、外參考時鐘失效，射頻本振失鎖、溫度過熱、單頻網(wǎng)狀態(tài)異常（無法解析SIP、SIPCRC校驗錯、單頻網(wǎng)狀態(tài)失效）、發(fā)射機輸出射頻指標異常（MER、帶肩）等情況時，可直接在前面板上或遠程監(jiān)控端查看報警內(nèi)容，方便排除故障。

自動保護：提供自動保護功能，具有完善的告警、保護功能。當激勵器的某些部件發(fā)生嚴重故障時（如輸出過載、功放過熱等），或由于外部原因造成激勵器損傷時、由于TS流出現(xiàn)中斷時，監(jiān)控系統(tǒng)會自動切斷激勵器的射頻輸出或關(guān)機，以保護發(fā)射機功放模塊，避免進一步傷害。在激勵器異常通斷電時，激勵器輸出的瞬間雜波不會對發(fā)射機造成損壞。激勵器在單頻網(wǎng)狀態(tài)下，當在輸入碼流丟失或錯誤時，激勵器可根據(jù)要求設(shè)置射頻輸出關(guān)斷功能，當上述異常狀態(tài)消除后，激勵器可自動恢復(fù)到正常單頻網(wǎng)組網(wǎng)工作狀態(tài)。激勵器在單頻網(wǎng)狀態(tài)下，當在輸入碼流的SIP丟失時，激勵器保持調(diào)制輸出，并且在輸入碼流的SIP恢復(fù)正常時恢復(fù)到正常的單頻網(wǎng)工作狀態(tài)。在外參考時鐘失效時，激勵器可根據(jù)要求設(shè)置射頻保持功能。

監(jiān)測輸出：提供10MHz監(jiān)測輸出、本振監(jiān)測輸出、IF監(jiān)測輸出（可選）和RF監(jiān)測輸出。監(jiān)測輸出信號用于系統(tǒng)設(shè)備性能測量、實時監(jiān)控和廣播網(wǎng)絡(luò)運營維護。組網(wǎng)方式：支持多頻網(wǎng)(MFN)或基于衛(wèi)星傳輸分發(fā)的單頻網(wǎng)（SFN）組網(wǎng)方式，其中基于衛(wèi)星傳輸分發(fā)的SFN組網(wǎng)方式符合GD/J 066-2015的有關(guān)規(guī)定。外接參考頻率相對1pps相位變化容差超過±5×10－8。

激勵器輸出支持連續(xù)調(diào)制輸出、載頻輸出模式、輸出頻譜關(guān)閉模式，可通過設(shè)備面板和配置管理接口選擇，方便用戶調(diào)試。激勵器具有強大的SIP包時延抖動消除功能，可容忍的SIP包時延抖動大于300ms，確保在任何信源傳輸方式下單頻網(wǎng)工作正常。激勵器內(nèi)部具有碼流緩沖區(qū)，可有效對抗輸入碼流突發(fā)輸入。激勵器可容忍碼216Mb/s的突發(fā)碼流輸入速率。配置數(shù)據(jù)備份/恢復(fù)功能：不受斷電的影響保存設(shè)置參數(shù)，在斷電恢復(fù)后，可調(diào)用斷電前的配置參數(shù)，自動恢復(fù)工作。激勵器內(nèi)部最大可儲存8組包括功放預(yù)校正數(shù)據(jù)在內(nèi)的配置參數(shù)，方便N+1系統(tǒng)的搭建。遙控遙測：具有RS485/RS232遙控遙測接口，可通過計算機遠程操作，對激勵器工作模式進行設(shè)置，對激勵器的工作狀態(tài)進行監(jiān)測。

（四）監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)

通過一臺服務(wù)器安裝一套多畫面監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)及網(wǎng)管軟件，實現(xiàn)本地非接觸式監(jiān)控監(jiān)測、遠程多用戶、多媒體訪問監(jiān)控監(jiān)測整個系統(tǒng)安全運行情況。

三、項目落實后情況

滿足新時代廣播電視發(fā)展趨勢要求，實現(xiàn)我市地面廣播電視數(shù)字化及傳輸發(fā)射系統(tǒng)雙向化改造，為確保我臺廣播電視傳輸發(fā)射系統(tǒng)安全保障提供強有力的技術(shù)支撐。