常州23CH地面数字电视广播系统改造浅析

陆成林 常州广播电视台

1．系统现状

常州广播电视台23CH地面数字电视广播系统建成于2007年，采用的是国标DTMB，其全称是地面数字多媒体广播标准（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting），该标准在2011年被国际电信联盟（ITU）接纳为地面数字电视系统，成为ITU认可的第四个地面数字电视传输国际标准。DTMB系统于2007年8月起强制执行，该系统具有多媒体广播的优势，具有频谱利用效率高，移动性能好、广播覆盖范围大、多业务广播方便等优点。

目前23CH采用单频网形式组网覆盖，有主从两个站点。主站安装了两台Harris 1KW数字发射机同轴开关切换构成主备机，从站一台Harris 1KW发射机单机工作。系统单频网适配器主要参数配置情况如表1所示。

表1　单频网适配器参数

由于23CH地面广播系统建于2007年，信源编码采用的MPEG-2格式具体情况如表2所示。

表2　信号源情况

接收终端主要分布在公交车和商业区的楼宇内，接收终端情况如表3所示。

表3　接收终端情况

2．业务拓展需求

随着人民群众收视习惯的改变，传统的电视广告不断萎缩，对于业务部门的压力也不断增大。而公交电视、楼宇电视等接收终端属于强制收看的模式，不受电视开机率的影响，加大对这些公共终端的业务开发不失为一个破解困局的方向。由于当前的系统相对简单，只能单向接收电视节目，不能实现有针对性的播放图片、视频和数据回传等功能，已经无法满足现阶段业务开展需求。而且由于早期采用MPEG-2的信源编码，效率过低，也不符合总局推广国标AVS的发展趋势。

地面数字电视广播系统最大的优点是传输成本低，不需要考虑中间传输到达问题，因此在近年规划设计社区大屏、应急广播等新增业务的内容传输渠道上，优先选择了通过无线发射传输。这样既能同时将节目传送到各个不同地点，又不需要增加过多的链路成本。因此提高系统利用率、增加播出内容、力求为业务部门做好技术支撑是当务之急。

目前我市在播无线数字频道共有三个，规划在建一个，常州地区在播在建数字电视频道如表4所示。

表4　常州地区在播在建数字电视频道

43CH 市单频网 中央台、省台、市台、武进台46CH 市多频网 中央台、省台、市台节目

从表4可以看出，虽然我市有多套无线发射数字电视在播或者在建，但真正属于我台自办的频道只有公交移动频道，其余都是代播代维频道，缺乏调整空间。因此想在当前的基础上有所业务扩展，提高我台竞争力，只能对23CH进行技术改造。

3．改造方案分析

3.1　改造方案介绍

通过无线发射传输节目，即增加23CH播出节目内容，从无线发射的基本原理分析可知，要实现这一目的，可以从信源和信道两方面考虑解决方案。

（1）更换信源编码方式，提高编码效率

经查文献资料：“2005年4月至9月，国家广电总局广播电视规划院受AVS工作组挂靠单位中国科学院计算技术研究所委托，对经过AVS参考软件编解码后的标准清晰度和高清晰度视频进行主观评价，评价其对源图像的质量损伤程度，完成了《AVS视频压缩质量主观评价》测试报告（附件）。AVS主观测试结果汇总见表5。

表5　AVS主观测试结果

考虑到目前使用MPEG-2标准实施高清电视广播时，一般使用20Mbps的码率，使用MPEG-2标准实施标清电视广播时，一般使用5-6Mbps的码率，对照本次测试结果可以得知，AVS码率为现行MPEG-2标准的一半时，无论是标准清晰度还是高清晰度，编码质量都达到优秀。码率不到其三分之一时，也达到良好到优秀。因此相比于MPEG-2视频编码效率高2～3倍的前提下，AVS视频质量已完全达到了大范围应用所需的“良好”要求。对比MPEG标准组织对MPEG-4 AVC/H.264的测试报告，AVS在编码效率上与其处于同等技术水平。”

通过上面的描述，如采用国标AVS编码可提高编码效率，同样的内容在MPEG-2码率一半的情况下获得近似的效果，在不改变信道设置的情况下多出一套标清节目的码率空间，但更改信源编码方式必须慎重考虑机顶盒等接收终端能否解码的问题。我台目前在用的早期接收终端的解码芯片都不支持AVS格式解码，如果改变编码格式将使这部分终端无法使用，需全部进行更换。

（2）调整单频网适配器参数，提高理论有效码率

如果说信源是从内容上压缩，信道就是从传输通路上扩容。根据当前适配器参数，查《DTMB 8MHz带宽有效码流率表》得到当前配置有效码率约7.2M。其他参数不变，如果将映射方式改为16QAM可达到约14.4M的理论有效码率。在不改变其他设置的情况下增加7M的码率，按MPEG-2编码算可多增加一套标清节目，按AVS编码增加的更多。但更改子载波调制方式会影响终端接收效果，提高接收门限增加接收难度，对当前终端的接收带来影响。

3.2　改造方案对比测试

两种方案中，更改单频网适配器参数相对简便，更改完配置后，我们对安装在公交车和楼宇内的接收终端进行一段时间的主观观测。在近一周的测试后，发现更改适配器参数对在户外接收的公交移动终端的影响很小，基本可以忽略。但对于室内接收的楼宇电视影响较大，分析原因是楼宇电视终端使用年限较长，终端对接收门限要求比较高，导致在信号覆盖较差的区域无法接收。

分析更改信源编码的方案，公交移动的终端可以接收AVS编码的信号，楼宇电视的终端只能接收MPEG-2编码的信号，经过对比测试，将节目内容更改为一套MPEG-2编码和一套AVS编码，这样的一个方案更加合适可行，没有更改当前的适配器参数。

4．系统改造实施

经过多次不同技术方案的对比实验、测试，力求在保持现有设备良好接收的基础上，用最小的代价和最少的改动达到播出推送内容的效果。最终采用上海国茂公司的设备，技术改造方案如下：

（1）前端设备

公交移动和楼宇电视分别使用不同的编码方式。保留楼宇电视频道的MPEG-2编码格式并将码率改为3.5M。将公交移动频道编码改为AVS 格式，输出码率压缩到1.5M。利用剩余2 M 带宽进行数据推送，并通过复用器进行复用。调整后内容情况如表6所示。

表6　调整后内容情况

（2）终端设备

保持公交车载机顶盒和楼宇电视机不变，对于有推送业务需求的地方，即可采用全新终端也可通过增添新的机顶盒来适配各类电视机。新增终端必须支持AVS+并向下兼容AVS 及MPEG-2 接收，实现更新后的电视机具有直播和推送内容播放功能。

（3）改造后系统

改造后系统框图见图1。

图3为新增的终端设备，可以看出整个屏幕分为三部分，第一部分为基本的电视节目播出，第二部分为滚动字幕，第三部分是图片内容，其中第二、第三部分播放的内容就是通过推送发出的。

（4）新增功能

采用国茂公司提供的系统中，较之前节省出来的2M带宽可以实时推送文字、图片和视频等信息内容，可以实现的新功能如下：

① 推送文件接收后自动保存在本地；

② 屏幕播放版式根据设置自动调整，可实现横竖屏，

图1　改造后系统框图

图2　推送控制平台

上下左右分屏等各种灵活版式；

③ 支持各种主流图片和视音频播放，还可播放滚动字幕；

④ 播放视频、图片等内容时支持定时播放、准点播放、半点播放等，可自动轮播；

⑤ 支持定时开关机，能够回传屏幕截图和状态信息等；

⑥ 可根据终端自身ID实现分组播出，这也为业务部门后期拓展业务带来便利。

图2所示的为新增推送系统的控制平台，可以实现内容播出，终端控制，回传监看等功能。

图3为新增的终端设备，可以看出整个屏幕分为三部分，第一部分为基本的电视节目播出，第二部分为滚动字幕，第三部分是图片内容，其中第二、第三部分播放的内容就是通过推送发出的。

5．总结

图3　新增推送功能的终端

通过此次地面数字电视广播系统的改造，在保证楼宇电视基本不变的情况下，升级了公交移动的编码格式，经过调整原有的各接收终端，对于播出的节目内容都能进行正常接收。新增加的国茂终端设备，对信号中复用的推送信息也可以正常接收，能播放多种规格视频、图片等推送内容，推送信息和节目能够正常融合，实现了前端系统中欧标编码、国标编码、数据推送业务等的复用播出，为后期业务开展提供了技术支撑。此次改造在充分利用现有资源对系统进行最小改动的同时，实现了设计功能要求，达到了预定目标。