新疆电视台压缩编码复用系统的设计

毕强

（新疆电视台播出部，新疆乌鲁木齐830044）

新疆电视台压缩编码复用系统的设计

毕强

（新疆电视台播出部，新疆乌鲁木齐830044）

随着新疆电视台事业的发展，新疆电视台原有的压缩编码及光缆传输系统已不适应事业发展的需求。针对这种情况，提出了新的压缩编码复用系统的设计思路，并做了较为详尽的技术分析，要求确保压缩编码复用系统的安全可靠性。

压缩编码；复用；冗余可靠；监测

【本文献信息】毕强.新疆电视台压缩编码复用系统的设计［J］.电视技术，2015，39（10）.

新疆电视台是全国省级电视台中上星节目较多的电视台，对安全播出要求很高［1］，同时，新疆电视台上星节目包括汉语和维语、哈语、柯语等多套少数民族语言节目，播出任务非常繁重，安全播出任务压力巨大［2］。

当前，在播出系统中，数字信号的传输和发射无疑是至关重要的一个环节，它直接与电视节目的安全播出、节目的播出质量、停播/劣播率等指标息息相关［3］。随着现代科学技术的发展，有效地将先进的数字电视传输设备与计算机网络技术相结合，构建一套完整成熟、性能优秀、先进可靠、管理可用、灵活扩展、标准开房的系统，已成为广播电视发射环节提高管理效率、提升技术水平、及时安全预警、保障安全播出/优质播出的有效手段。随着新疆文化广播电视事业的不断发展，新疆电视台播出的节目总量、频道数等也在不断增加，由此相应的播出、发射系统的复杂性也在不断增加。新疆电视台原有的8套上星节目压缩编码系统及12套节目的模拟光纤传输系统已逐渐难以适应技术发展的需求，因此，建立一套全新的电视压缩编码复用传输系统已势在必行。针对这一问题，笔者提出新疆电视台压缩编码复用系统的设计构想。

1　系统概况

新疆电视台目前有5种语言，15个频道，其中上星频道8个，有线网络传输频道15个。本系统应采用数字电视国家标准，将经过数字编码、压缩的15套标清电视节目，分2路传送到2个地方，一路是将8个上星频道的压缩编码信号传到新疆广电局节传中心652台机房上星，另一路是将15路压缩编码信号传送到网络公司。

新疆电视台编码复用前端系统设置包含：编码器、复用器、切换器、矩阵及管理理系统等。前端平台所需设备具有一定备份，保证系统正常播出。

系统采用MPEG2/H.264编码方式，为有效提高光缆利用率，传送到2个站点的节目在1个码流之内。发往652站点的8套节目带宽为35 Mbit/s，发往网络公司的为65 Mbit/s。表1为数字电视编码方式设计表。

表1　数字电视编码方式设计表

2　主要设备的技术要求

2.1编码器

1）编码设备必须符合MPEG和DVB标准；2）视频输入：同时支持SDI数字视频输入和支持CVBS输入接口，输入接口及特性符合BNC@75 Ω。3）具有先进的分级运动预测和专业降噪技术；具备一定的编码前预处理功能。4）视频编码：支持MPEG-2 SD编码，MPEG-2 MP@ML 4∶2∶0；支持H.264 SD编码，H.264MP/HP 4∶2∶0；同时支持CBR，VBR；编码码率从2 Mbit/s～15 Mbit/s可调，调节步长不大于1 kbit/s；视频制式自适应。5）每路编码节目可独立进行PCR的设置；具有视频输入SDI信号丢失，应急画面输出功能。6）音频输入：支持SD-SDI嵌入音频，模拟音频输入，8路AES/EBU平衡输入；具备音频增益调节功能；同时具备音频延时调节功能。7）编码器输出接口应支持2路ASI输出口、2路IP输出口、2路IP网络监控口。TS over IP传输协议具备UDP/RTP，支持组播、单播传输方式；支持复用输出。8）编码器采用多路编码方式，单台编码设备编码不低于4路。9）支持SNMP通用协议，可实现基于IP的集中网络管理。

2.2复用器

1）可以与编码器被统一网管管理。2）复用器复用过程必须遵循DVB关于PSI/SI处理的标准，与传输流有关的所有参数要求必须以DVB和MPEG-2标准为准，如DVB和MPEG-2对参数的要求相冲突，则必须以DVB为准；具有对MPEG-2 TS和MPEG-4 H.264 TS复用功能。3）支持节目和PID复用，针对加密流能够再复用，并且可以分析加密流的信息；对PID进行自动搜索和随意的修改或复用；可以随意更改TS流的其他信息。支持对加密码流的分析，节目提取与透明复用。4）复用器要求具有4路IP输入和4路IP输出；同时具有2路ASI和2路IP同时输出能力。5）复用器必须具备端口保护功能；同时必须具备节目备份功能，既同一视频不同组播地址之间的热切换。

3　系统分析与设计

目前，电视信号压缩编码系统基本上都采用了两种方式：第一种是N+N方式，即N台主编码器加N台备编码器的主备完全镜像方式。这种方式安全性很高，但系统配置不够灵活，当主备两组编码器同时出现设备故障时，无法保证播出安全。

第二种是N+P方式，即N台主编码器加P台备编码器的方式，需要加矩阵切换。这种方式安全性较高，系统配置灵活，当主备两组编码器同时出现设备故障时，可以保证播出安全，但主编码器同时出现故障的设备数目不能超过P。

按照当前的压缩编码技术发展来看，编码、复用设备都可以提供IP的接口和相应的IP处理能力，因此，压缩编码系统可以有两种不同的架构，即基于ASI的系统方案和基于IP的方案。

建立于矩阵基础上的ASI系统结构，能够实现信号的灵活调度，多年来被广范应用于各种前端系统中，其技术具有成熟性和可靠性。作为一种新兴的技术，IP架构有其独特的优势，即输出带宽更宽，所以针对核心处理设备如复用器等的物理接口可以极大地降低。它的连接方式也由传统的物理接口转换成通过软件连接的方式。这种架构在与IP类型的传输网对接时也更加方便。

这两种架构路由调度分别为矩阵或IP交换机。基于ASI架构的系统，在矩阵崩溃的情况下可以通过简单的跳线实现设备间信号的连接，迅速恢复系统的运行。但是基于IP的方案，在IP交换机出现故障时，由于涉及到各种配置，需要防止地址冲突等IP技术的问题，恢复系统运行所需时间将较前一种方案大大延长。同样出于上述原因，基于ASI架构的主备切换可实现无缝的毫秒级，远远优于基于IP架构的切换时间。

综合以上分析，并考虑新疆电视台的实际情况，应采用第二种方式构建压缩编码系统，同时系统采用基于ASI的架构。具体设计如图1所示。

图1　系统设计

3.1压缩编码复用环节的设计

根据系统的设计需求，15套标清电视节目的主播出信号源进入主编码器，采用MPEG-2/H.264编码方式以及N+1备份方式，系统中应设置4+1台4路编码器用于新疆电视台15套标清电视节目的压缩编码。各编码器的2个ASI输出，分别送往主复用器和备复用器。播出末级输出信号经分配送来的各频道播出的主信号送该频道的主编码器，而备播出信号送16×16信号切换矩阵。经过复用后的2路传输流，通过ASI智能切换器进行无缝切换后，进入光端机传送到新疆广电网络公司和652地球站进行传输和发射。

本方案中配置了4+1台MPEG-2/H264标清编码器，每台支持4通道的标清信源编码，因而整个系统共提供了16套主路标清节目的编码能力和4套编码备份能力，这种配置大大提供了系统冗余切换能力，增加了系统可靠性，也提供了今后的扩容可能。

编码器要求能提供最优的编码效果和最小的带宽占用，同时提供丰富的接口类型。在输入接口方面，要求同时支持MPEG-2 over IP、ASI、数字和模拟的输入信源。在输出方面，编码器要求具有内置的复用功能，其ASI输出是将4通道节目复用之后的多节目流输出。它需要同时提供2个镜像的ASI输出和2个镜像的IP输出，以方便系统的组网，完美地适合各种组网结构（ASI结构，IP结构或混合结构）。

在本方案中，编码器的两个镜像ASI输出分别提供了主、备复用器的信源，保证了复用器级别的1∶1主备切换。同时编码器的IP输出可以预留给平台监看等功能。

复用器的1+1自动备份，复用器的输出通过提供2选1自动切换开关作为安全备份使用，这样复用器可以实现输入，输出的自动冗余备份。系统配置中编码器的主输出连接主复用器的输入，编码器的备输出连接到备复用器的输入，这样不用中间的IP交换机连接，可以减少故障点，同时可以减少切换时间，提高了系统的安全性。

本系统的视频源输入应采用无缝热备份。主编码器出现故障的情况下，网管系统将自动控制矩阵切换，将故障的主编码器使用的信号源调度给备编码器使用，同时将主编码器的设备配置加载给备份编码器。通过这样的操作，从而保证编码器故障前后，能输出一致的电视节目。复用器此时也会接收到相应的网管命令，选择备编码器的输出作为复用信号源。这样能保证在任一主编码器故障的情况下，平台可以自动恢复一致连续的节目播出。

3.2信号监听监看环节的设计

本信号监听监看系统，设计上要考虑信号传输链路控制节点的监测，确保信号监测无盲点，为安全播出、优质播出提供有效保障。具体监听监测设计如下：

1）信号源监测。对初始信号源经过分配放大器后中的SDI信号进行指标监测；2）编码器编码输出后的ASI码流监测；3）多路ASI经复用器复用后的ASI码流监测；4）进入智能切换器后输出给广发模块的信号质量监测。

要求信号监看监听系统的设备所有板卡可以混插在一个机箱内，嵌入式设计，所有模块均热插拔。2块视音频编码卡，每块支持多达8路标清SDI输入，1个RJ45千网络接口（用于TS over IP输入输出），1个RJ45百兆网络接口（用于通信），提供SDI信号接入、IP网关二合一的强大功能。多通道ASI码流监测打包卡，每块板卡可以配备2个TS监测打包模块，每个模块可以完成8路ASI信号接收、码流分析、码流TS over IP输出功能。板卡对输入的TS流进行TR101290三级错误监测及告警；并将输入的8路TS流打包，在一个千兆口输出。

3.3网络管理环节的设计

1）网管系统必须支持对系统中编码器，复用器等重要设备的实时监控，提供图形化系统示意图，能够实现设备的参数配置、状态监视、报警纪录等。系统软件必须有友好的GUI用户界面，操作简便直观，具有本地及远程网络管理功能，支持SNMP、HTTP等协议；提供对外网管接口及MIB库；必须具备所有设备的配置参数存储和备份，可实现导入导出的备份功能。

2）配置管理：网管系统必须具备网络节点、插板和端口的增加、删除、改变及拓扑结构的显示；在初始化安装时配置各个模块，包括I/O卡、端口和冗余配置的参数；对软硬件进行检查等。

3）安全管理：网管系统应具有安全管理功能，如配置用户识别符、口令、访问控制级别和范围；对用户权限进行鉴定，防止非法访问；记录所有登录过程和操作过程；提供安全日志、超时管理、安全注销等安全管理。

4）故障报警管理：支持高级报警管理功能，包括高级报警配置、报警转发、综合报警查询等。网管系统必须能在设备失效、指标劣化到一定程度时发出告警；同时实现对故障进行定位、以图形方式显示故障位置等。网管系统应保存一定阶段的告警历史记录，便于对告警信息地检索和详细分析，同时可实现人工或自动地删除告警。

本系统方案在具体实施时，需要充分考虑硬件产品的性价比，选用成熟并被广泛应用的软件体系，确保系统的稳定可靠运行，为新疆电视台15套电视节目的安全发射传输提供强有力的保障。

［1］王利.广播电视安全播出保障措施探讨［J］.电视技术，2013，37（6）：51-52.

［2］王皖春.同一硬盘播出系统不同语种电视频道播出安全策略［J］.电视技术，2014，38（12）：79-82.

［3］杨知行.地面数字电视传输标准研究与产业化进展［J］.电视技术，2014，38（22）：16-17.

TN948

B

10.16280/j.videoe.2015.10.021

时雯

2014-03-24