關(guān)于縣域電視臺通過SDH網(wǎng)傳輸電視節(jié)目的實踐研究

謝永華 陳丹

摘 要 南寧廣播電視臺駐本市下轄5縣1區(qū)各記者站每天都要傳回采集的節(jié)目素材，原來通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，隨著我臺節(jié)目素材的高清化，素材體積越來越大，這種上傳下載的傳輸方式太費時且效率低下。在本著以最低的成本實現(xiàn)最大效益的原則，立足于現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，搭建了通過SDH網(wǎng)傳輸電視節(jié)目的系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用H.264編碼壓縮，經(jīng)廣電網(wǎng)絡(luò)SDH網(wǎng)傳輸，結(jié)合IP復用，組播傳輸，VLAN等技術(shù)很好地實現(xiàn)了各站點節(jié)目素材的上傳與收錄。

關(guān)鍵詞 SDH網(wǎng);H.264編碼;組播;VLAN;供電

引言

南寧市下轄5縣1區(qū)，最遠縣距離本市約150公里，最近也有60多公里。每天駐各縣廣播電視臺新聞記者站采集的新聞素材都要上傳回南寧廣播電視臺，隨著我臺高清頻道的開播，節(jié)目素材采集采用高清1920×1080 50i格式，相比原來的標清節(jié)目，素材體積更大，編碼要求更高，傳輸所占帶寬更寬。因此，我們對原有的傳輸系統(tǒng)進行了高清升級改造，本次升級改造我們并不追求技術(shù)、設(shè)備的最先進性，而是在立足于現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，滿足傳輸技術(shù)指標的前提下，以最低的成本實現(xiàn)最大的效益。在整個傳輸系統(tǒng)中我們既應用到了傳統(tǒng)的ASI、DS3信號傳輸，也應用到了最新的IP數(shù)字電視傳輸技術(shù)，以及二層交換機虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)。既實現(xiàn)了我臺現(xiàn)階段對節(jié)目傳輸質(zhì)量的技術(shù)要求，也為后期的升級改造預留了空間。在項目推進過程中，也碰到了一些典型問題，我覺得值得整理出來與大家共同探討。

高清改造升級后的系統(tǒng)由各縣廣播電視臺非編電腦輸出SDI信號，經(jīng)高標清編碼器H.264編碼后輸出ASI信號，經(jīng)過適配器適配后輸出DS3信號，利用SDH網(wǎng)傳回到南寧廣播電視臺中心機房的視訊EMR再復用輸出IP組播流，最后經(jīng)過交換機多端口分發(fā)給主備高標清解碼器解碼獲得各縣的上傳信號，具體信號流程如圖1所示：

1傳輸網(wǎng)絡(luò)選擇

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步數(shù)字體系。SDH傳輸網(wǎng)是一種高質(zhì)量，高速率的光纖技術(shù)與智能化網(wǎng)絡(luò)單元技術(shù)有機結(jié)合在一起的傳輸技術(shù)。SDH采用的信息結(jié)構(gòu)等級稱為同步傳送模塊STM-N（Synchronous Transport Mode，N=1，4， 16，64），最基本的模塊為STM-1，四個STM-1同步復用構(gòu)成STM-4，16個STM-1或四個 STM-4同步復用構(gòu)成STM-16，四個STM-16同步復用構(gòu)成STM-64，甚至四個STM-64同步復用構(gòu)成STM-256。SDH幀傳輸時按由左到右、由上到下的順序排成串型碼流依次傳輸，每幀傳輸時間為125μs，每秒傳輸1/125×1000000幀。

對STM-1而言每幀比特數(shù)為8bit×（9×270×1）=19440bit，則：

STM-1的傳輸速率為19440×8000=155.520Mbit/s;

STM-4的傳輸速率為4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s;

STM-16的傳輸速率為16×155.520=2488.320Mbit/s（2.5G）

STM-64的傳輸速率為64×155.520Mbit/s=9953.28Mbit/s（10G）

STM-256的傳輸速率為265×155.520Mbit/s=39813.12Mbit/s（40G）

SDH傳輸網(wǎng)主要承載視頻，語音等對時效性要求比較高的業(yè)務。我國已經(jīng)建成了遍布全國各省市的SDH光纖傳輸骨干網(wǎng)，由于它有統(tǒng)一的國際標準，因此得到了極為廣泛的應用，并已經(jīng)成為我國有線電視、各大電信運營商的主要網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過升級，我區(qū)網(wǎng)絡(luò)公司的SDH網(wǎng)已建成10G網(wǎng)。由于它依然能提供45Mbit/s的DS3電接口，這對于我們每個縣最多復用2套，每套8Mbit/s的高清電視節(jié)目來說已完全夠用[1]。

2編碼格式選擇

為了滿足高清節(jié)日的指標參數(shù)，同時也要兼顧傳輸帶寬的限制，對于當前流行的幾種高清編碼格式，我們進行了在線測試與比較。發(fā)現(xiàn)H.264不僅具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍，而且經(jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟。所以我們最終選擇H.264作為系統(tǒng)主要的編碼格式。

H.264概述

由ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC動態(tài)圖像專家組（MPEG）聯(lián)合組成的聯(lián)合視頻組（JVT，Joint Video Team）提出的高度壓縮數(shù)字視頻編解碼器標準。

H.264壓縮技術(shù)主要采用了以下幾種方法對視頻數(shù)據(jù)進行壓縮。包括：

（1）幀內(nèi)預測壓縮：解決的是空域數(shù)據(jù)冗余問題。

（2）幀間預測壓縮：（運動估計與補償），解決的是時域數(shù)據(jù)冗余問題。

（3）整數(shù)離散余弦變換（DCT）：將空間上相關(guān)性變?yōu)轭l域上無關(guān)的數(shù)據(jù)，然后進行量化。

（4）CABAC壓縮。

經(jīng)過壓縮后的幀分為：I幀，P幀和B幀：

I幀：關(guān)鍵幀，采用幀內(nèi)壓縮技術(shù)。

P幀：向前參考幀，壓縮時，只參考前面已經(jīng)處理的幀。采用幀間壓縮技術(shù)。

B幀：雙向參考幀，在壓縮時它即參考前面的幀又參考它后面的幀。采用幀間壓縮技術(shù)。

圖像序列GOP：

GOP：兩個I幀之間是一個圖像序列;一個圖像序列中只有一個I幀。

H.264的優(yōu)勢

（1）低碼率（Low Bit Rate）：和MPEG2和MPEG4 ASP等壓縮技術(shù)相比，在同等圖像質(zhì)量下，采用H.264技術(shù)壓縮后的數(shù)據(jù)量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。

（2）高質(zhì)量的圖像：H.264能提供連續(xù)、流暢的高質(zhì)量圖像。

（3）容錯能力強：H.264提供了解決在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生的丟包等錯誤的工具。

（4）網(wǎng)絡(luò)適應性強：H.264提供了網(wǎng)絡(luò)抽象層（Network Abstraction Layer），使得H.264的文件能容易地在不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸（例如互聯(lián)網(wǎng)，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）傳輸。

3接收端IP復用、組播傳輸

各縣節(jié)目經(jīng)SDH網(wǎng)傳回我臺中心機房后進入一臺視訊8路DS3輸入EMR平臺，由于設(shè)備為幾年前所購，只配備標清解碼卡，且未配備ASI輸出卡，但已開通IP DATA口。經(jīng)過與商家詢價，一塊高清解碼卡價格不菲。而且哪怕配備一塊高清解碼卡，對于后期信號的靈活調(diào)度以及冗余也存在著極大的局限性。于是本著經(jīng)濟實用的原則，我們采取了數(shù)字電視IP復用，組播傳輸，多臺IP解碼器解碼的方式，很好地解決了信號同時多點解碼，備份冗余的問題。同時也應用到了交換機虛擬局域網(wǎng)（VLAN）分割廣播域，隔絕廣播風暴，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率等技術(shù)。

3.1 組播技術(shù)

組播（Multicast）：指的是單個發(fā)送者對應多個接收者的一種網(wǎng)絡(luò)通信。組播技術(shù)中，有源主機向多點目標主機發(fā)送信息需求時，源主機只發(fā)送一份數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的目的地址是組播組地址，這樣，凡是屬于該組的成員，都可以接收到一份原主機發(fā)送的數(shù)據(jù)的拷貝，此組播方式下，只有真正信息需要的成員會收到信息，其他主機不會收到。

3.2 VLAN的必要性

本著經(jīng)濟實用，立足現(xiàn)有設(shè)備的原則，由5縣一區(qū)，共計10套高清節(jié)目經(jīng)IP復用后，形成一個近80Mbit/s的IP節(jié)目流接入一臺24口思科交換機，該交換機同時還接入了IP通話及天氣預報IP組播流。為了提高交換機整體網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，避免各業(yè)務之間互相干擾，對交換機進行VLAN劃分就顯得十分必要。

VLAN（Virtual LAN），翻譯成中文是“虛擬局域網(wǎng)”。LAN可以是由少數(shù)幾臺家用計算機構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，也可以是數(shù)以百計的計算機構(gòu)成的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。VLAN所指的LAN特指分割的網(wǎng)絡(luò)——也就是廣播域。二層交換機只能構(gòu)建單一的廣播域，不過使用VLAN功能后，它能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)分割成多個廣播域，防止廣播風暴波及整個網(wǎng)絡(luò)，提高整體網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。

4問題解決

在此次傳輸系統(tǒng)高清化升級改造項目推進過程中，也碰到了一些我們意料之外的問題，比如：非編軟件格式模版不對，設(shè)備安裝環(huán)境差、非編輸出與編碼器之間傳輸距離遠、設(shè)備的供電以及維護等等問題。其中供電及設(shè)備維護、簡單故障的排除最具代表性。

4.1 供電問題

由于編碼器常開，且長時間運行，對所處環(huán)境要求比較高，為了保證編碼器的穩(wěn)定運行，我們傾向于將編碼器安裝在各縣廣播電視臺的播出機房，畢竟播出機房長年開啟空調(diào)，恒溫，環(huán)境較好，設(shè)備用電接播出機房的電。非編室一般處于播出機房的樓上或樓下，非編電腦用電基本上與播出機房用電不同。在我們設(shè)備安裝的過程中，發(fā)現(xiàn)非編電腦SDI輸出線傳到播出機房后，相對放置于播出機柜上的編碼器帶有很高的電壓，經(jīng)測量達100多伏，這是絕對不可以接到設(shè)備上的，不僅嚴重損壞設(shè)備，甚至對人的生命安全都造成很大的威脅。后來經(jīng)過我們分析，有可能是因為機房的用電接地（UPS不間斷電源）與非編室的用電接地（市電）不同，或者接地不規(guī)范，從而產(chǎn)生電位差?；陔娐放挪椴⒎且货矶停跃嚯x稍遠的地方我們就采用光機傳輸，利用光電隔離，如樓上樓下距離較近的地方，我們就采用重新鋪設(shè)電線讓非編電腦與編碼器共用一個節(jié)點的電，這樣就很好地解決了電位差的問題。

4.2 遠程訪問

基于各縣廣播電視臺技術(shù)力量薄弱的現(xiàn)實，對于設(shè)備的維護及簡單的故障排除，我們除了定期的下去檢修之外，也盡量挖掘設(shè)備本身的應用潛力和網(wǎng)絡(luò)遠程訪問，遠程控制的優(yōu)勢。減輕我們維護的壓力與成本。

由于本次項目升級的高清編碼器除了ASI輸出之外，也提供IP輸出，因此我們在設(shè)備配置的時候也配置好IP輸出，并將管理IP地址、組播IP地址及端口號貼于編碼器的前面板。一旦出現(xiàn)傳輸無信號，無有效碼率的情況，可以聯(lián)系當?shù)氐募夹g(shù)員用筆記本電腦打開VLC media player播放器，打開網(wǎng)絡(luò)串流輸入組播IP及端口號（如：udp//@224.2.2.2：2000）看編碼器IP輸出是否正常，由此可判斷編碼器及非編電腦SDI輸出是否正常?；旧峡梢越鉀Q大部分的問題。

同時依托現(xiàn)在幾乎覆蓋每個角落的網(wǎng)絡(luò)信號，我們還可以通過遠程控制軟件，如：向日葵遠程控制、teamviewer遠程控制等軟件實現(xiàn)對設(shè)備的遠程查看、配置和控制。這大大減少了我們下鄉(xiāng)的頻率，提高了我們的工作效率，減輕我們設(shè)備維護的壓力與成本。

5結(jié)束語

項目完成，經(jīng)過近一年的運行，系統(tǒng)工作正常，狀態(tài)穩(wěn)定，信號傳輸質(zhì)量高，且調(diào)度靈活，完全符合當初的設(shè)計要求。

參考文獻

[1] 陶德勝.市到縣數(shù)字電視節(jié)目傳輸與SDH改造方案設(shè)計[J].視聽界：廣播電視技術(shù)，2005（5）：78-80.