商丘電視臺電視信號傳輸設備數字化升級改造工程實施方案

張新法商丘廣播電視臺

商丘電視臺電視信號傳輸設備數字化升級改造工程實施方案

張新法
商丘廣播電視臺

2014年年上半年，商丘電視臺實施信號傳輸設備數字化標清級改造與我臺標清硬盤播出設備相匹配。從此，電視信號播出和傳輸上告別了模擬時代，進入了標清級數字化時代。

標清編碼器；標清硬盤播出設備；外調制光發射機；1550nm摻鉺光纖放大器；電視信號傳輸通道的自愈性環網

引言

根據《我國有線電視向數字化過渡時間表》，“截至2015年，我國將徹底告別模擬電視信號，全面實現有線電視數字化”。商丘市文廣新局審時度勢，根據國家廣播電影電視總局《地面數字電視廣播覆蓋網發展規劃》的通知要求和省局的統一部署，計劃于2014年底在全市各縣區范圍內完成有線電視數字化整轉，實現全市有線電視數字化信號覆蓋。然而，處于我臺播出系統與有線網絡前端之間的傳輸系統還處于模擬傳輸狀態，傳輸系統數字化改造迫在眉睫，2014年上半年，我臺在各級領導的關懷和指導下，在有線電視數字化整轉之前，克服種種困難，攻克技術難關，率先實施了電視信號傳輸系統數字化升級改造，提前完成了數字硬盤播出系統與數字電視有線前端的無縫對接，為我臺的數字化播出提供了有力的保障。該項目有我主持設計安裝實施。

一、改造前的電視信號傳輸狀況

我臺播出部在2012年10月就實現了全數字硬盤播出系統，硬盤輸出SDI數字信號，但是在傳輸信道上均為模擬信號傳輸設備，播出設備與傳輸設備不匹配。首先在播出部把硬盤播出的數字信號變成模擬信號，經過一級音頻分配器分配后，再通過三級模擬光發射和光接進行長達十幾公里以上的遠距離傳輸，分別傳送到威海路無線數字發射機房、西關無線模擬發射機房、凱旋路有線數字網機房和外縣各有線網機房；模擬信號經過長距離的傳輸之后，再加上多次的轉換，導致信號在觀眾家里收看時信號質量劣化嚴重，沒有層次，色彩失真，伴音失真，又由于從傳輸設備到光纖鏈路都沒有備份，中途傳輸環節多，故障率高，安全播出系數小，經常產生信號中斷。直接影響收視率帶來的社會、政治和經濟效益。

如圖：改造之前商丘電視臺電視信號傳輸流程圖。

1、商1、2、3、4、5套硬盤輸出的標清級數字信號先轉換成模擬信號，再經過模擬視音頻分配器后各提供一路模擬AV信號進入模擬光發射機進行發射；這是第一次信號質量損傷。

2、商1、2套合用一個光發射機，商3、4套合用一個光發射機，商5套又用一個發射機進行發射，每一個光發射機占用一根光纖，共占用3根光纖，從播出部直接發射到威海路無線數字電視發射機房內，在無線數字機房分別對應使用了三個光接收機進行模擬接收，接收的各套模擬信號，每套再各使用一個視音頻分配器再次進行模擬信號分配，每套信號各分兩路：一路進無線數字發射機前端進行數字編碼復用，一路分別進入三個模擬光發射機再一次進行發射。這是第二次信號質量損傷。

3、商1套單獨占用一個光發射機和一根光纖，商2、3套合用一個光發射機和一根光纖，商4套用一個光發射機和一根光纖，三個模擬光發射機從威海路無線數字發射機房發射，沿著三個光纖先把信號傳輸到亞細亞有線公司模擬機房，再從模擬機房發射到有線網絡公司數字網機房（凱旋路老三套家屬院）；在有線數字機房分別利用三個模擬光接收機進行再一次的解調，解調出的模擬信號再用模擬視音頻分配器（這是第三次信號質量損傷），兵分四路：（1）商1、2、3套信號的其中一路信號進有線網絡公司的數字網，經過數字編碼復用轉為數字信號；（2）商1、2、3套信號的其中一路信號進有線網絡公司的模擬網；（3）商1、2、3套信號的其中一路經過數字編碼復用調制轉為數字信號包與河南省臺的六套信號數字包混合進入（SDH）數字光發射機發往各縣有線網；（4）商1、3、4套信號再一次分別用三個模擬光發射機沿著三根光纖發射到西關我臺無線模擬發射機房進行模擬無線發射（這是第四次信號質量損傷）。（圖1）

模擬信號沿途衰減嚴重，模擬設備端口同頻干擾嚴重，模擬傳輸設備老化，是導致我臺信號在商丘市區域里各個傳輸網中產生信號不達標的主要原因。

二、升級改造后的電視信號傳輸狀況

圖1

圖2

該方案實施中解決了三個關鍵性的技術問題：

1、采用數字化編解碼技術設計傳輸方案，實現了數字硬盤播出設備與數字傳輸設備相匹配，實現了數字硬盤播出系統與數字電視有線、無線前端無縫對接，去掉中間數/模、模/數轉換環節，一根光纖傳輸到每個機房，確保信號高質量。

設計如下：

神火大道南段播出機房：全數字硬盤播出系統輸出五套節目的SD-SDI數字信號，每套輸出兩路SDI數字信號，直接編碼復用打成一個數字信號包ASI信號［3］，再通過一個QAM數字調制器輸出一個射頻信號，輸入1550nm外調制光發（2X7dbm）和主備自動光切換器后，進入20dBm數字光放，再進入五路光分路器按照各個方向的光芯的分光比進行法蘭盤對接，整個傳輸信道上五套節目信號全部是一個數字包，去掉中間環節，一根光纖傳輸到每個機房，光連接器型號同為FC；

八路編碼器編碼：我臺使用的是GN-1838低碼率八路SDI編碼器，實現五路SDI數字電視信號的實時編碼，并將編碼后形成的碼流通過ASI端口輸出。GN-1838支持MPEG-2視頻編碼格式，并具備較優秀的編碼圖像效果和較高的編碼效率［1］。五套電視節目，每套設置為4.5Mbps，實際總碼率為22.5Mbps，根據每套節目內容的靜幀和運動的畫面時有變化，避免接收端產生馬賽克，又增加了一個4Mbps的空數據包進行緩沖，總碼率設置為28Mbps；如果采用初始碼率38Mbps，接收機會增加多余的時間預算，畫面切換時會產生一定延遲。所以，安裝調試后，接收端沒有出現信號靜幀或延遲問題。［2］

DVB捷變式64QAM數字調制器：經編碼器編碼后輸出一路ASI碼流輸入QAM數字調制器進行載頻調制。編碼復用器輸出的TS傳輸流在送入信道傳輸前將數字碼流調制到適合信道傳輸的載波上。它采用幅度、相位聯合調制的技術，利用載波的幅度和相位來傳遞信息比特。正交幅度調制，這種鍵控由兩路數字基帶信號對正交的兩個載波調制合成而得到。抗干擾性強。

外調制光發射機：由于電視信號傳輸距離遠，為了保持優質信號質量，我臺使用的是美國產1550外調制光發射機，該產品屬于新型的高性能1550nm外調制CATV光發射機。主要器件采用JDSU、Fujitsu、MITSUBISHI含熱電致冷器的DFB低噪聲、窄線寬、連續波激光器和JDSU、AVANEX CATV高線性外調制器，傳輸距離遠，性能穩定。每臺同時輸出兩路光信號。

1550nm摻鉺光纖放大器：每路的路徑都在十幾公里以上，為了保障接收端光功率在-9dBm---+2dBm，所以采用了功率放大，極大的延長系統的傳輸距離，該機主備各一，用于我臺五分路器之前進行信號放大，滿足不同傳輸方向的信號電平。要求總輸出光功率20dBm。

五光分路器：

根據各個路徑的長短、光衰減系數、插入衰減值、光纖彎曲衰減特性、光纖富余度、光纖溫度衰減和光接收機的接收門限計算出每個路由上路徑的分光比。

五路端排序：4 312 5

分光比（%）：1010 18 2240

出光功率dBm:9.478.93 11.23 12.82 14.97各輸出端插入損耗dBm:10.510.6 8.037.224.6傳輸路由、路徑圖:（4號芯）（6號芯）（3號芯）（2號芯）（1號芯）。

2、傳輸主備設備互為熱備份，做到自動檢測自動“零”秒報警切換，規避單機故障.設計如下：如圖：改造后，數字電視信號傳輸設備及流程圖。

從編碼器、調制器、光發、光放、光分路設備均為主備熱備份，故障聲音報警同時做到“零”秒切換，降低了故障率。保證了信號的傳輸質量，均達到設計的技術要求。（圖2）

3、傳輸鏈路采用了雙回路不同路由的光纜構成了自愈性環網，實現主備路光纖信號自動無閃爍切換，切換時間小于10毫秒，實現了24小時不間斷播出，安全傳輸有保障。

無線電視數字網機房、無線電視模擬發射機房、有線電視數字網機房均采用不同路由的光纜構成雙回路互為備份傳輸，每一個機房都安裝一臺光自動切換器自動進行報警切換。

光切換器：是光通信系統中的重要的設備，本方案用于我臺南北兩路光纜中的光信號的主備份切換，在主光鏈路出現故障時智能檢測自動切換到備份光鏈路上，在極短時間內（小于10ms）保證系統的正常不間斷運行，同時具有故障聲光電報警功能，屏顯每路的光功率值，通知值機人員進行方便檢修，確保電視信號的連續傳輸，主備路均正常時（設計為大于-10dbm）自動回復到主路。構成了電視信號傳輸通道的自愈性環網。［4］

整個傳輸鏈路上五套節目信號全部打成一個數字包，一根光纖傳輸到底，保證了信號的傳輸質量；主要傳輸設備均為熱備份，有故障時自動檢測自動切換；每條傳輸鏈路均采用雙回路不同路由的光纜實現主備路光纖信號自動無閃爍切換，構成了電視信號傳輸通道的自愈性環網，確保了電視數字信號安全傳輸及播出。

三、技術鑒定及成效

兩年來的在線運行證明，設備性能穩定可靠。2014年9月我臺特聘省級廣電專業兩名教授級高工及我臺主要領導組成專家組進行技術鑒定，經測試各項指標均達到設計技術要求。從此，我臺電視信號播出和傳輸上告別了模擬時代，跨入了全數字化時代。

［1］高文.多媒體數據壓縮技術［M］.北京:電子工業出版社，1994.2

［2］杜百川.數字電視［M］.北京:北京廣播學院出版社，1999.

［3］嚴春來.多媒體數據壓縮技術研究［J］.科技資訊，2010（31）.

［4］《廣播與電視技術》，1997年第24卷第11期.