广播电视节目无线数字化覆盖工程系统分析

李杨文

（作者单位：粤东鸿图嶂电视调频转播台）

建设地面数字电视（简称“DTMB”）发射系统，采用DTMB标准体系，遵循“节目内容统一集成，卫星传输加扰分发，地面清流无线覆盖”的技术原则。建设数字音频广播（简称“CDR”）发射系统，采用CDR标准体系，遵循“节目内容统一集成，卫星传输分发，地面模数同播”的技术原则。

1 数字化覆盖系统构架

无线数字覆盖工程计划将12套节目进行AVS+标清编码后复用加扰为2个频点，发射台使用AVS+专用卫星接收机进行标准解调解扰接收后，通过光纤给到发射系统。其中，8套节目为一个频点，以单频网方式进行发射；另一个频点含4套节目，考虑到有效利用频点带宽，可加入多套节目后一起以多频网方式进行发射。地面数字电视广播系统主要包括前端系统、传输链路以及地面覆盖网络三部分。前端系统：对12套标清数字电视节目，分别进行编码复用后，生成两路传送码流。传输链路：卫星传输链路为主用，地面传输链路作为备份。地面覆盖网络：分别规划2个地面数字电视频道、安装两套地面数字电视广播发射系统，接收卫星传输信号后进行解扰解密，以单频网或多频网的形式，发射清流信号，供用户免费接收。

1.1 前端系统的构成

信号输入部分也叫数字电视的信源系统，如图1所示，采用EMR复用器10K312R为核心，前端系统主要由数字信息处理专用设备AVS+编码器、复用器以及节目报警监测系统和网络管理系统组成。标准的1U 19英寸机架式设备，易于部署采用成熟的嵌入式处理硬件平台采用著名的嵌入式操作系统VxWorks，运行稳定可靠采用大容量的FPGA同时支持4个ASI稳定输出业务和配置网口分离，避免互相干扰内置Web网管支持系统规定的CDR编码器任意码率输入支持ASI输出和IP方式输出复用流。完成46个频点复用加扰+4路GbE接口+30路自定义ASI接口、12路AVS+高清转码+复用加扰、36路MPEG-2/H.264高清转码+复用加扰、144路MPEG-2/H.264标清转码+复用加扰、24路开锁卫星接收+复用加扰、6路加密卫星接收+复用加扰、18路DS3信号双向适配+复用加扰以及144个频点的QAM调制。从传输流中提取所需视音频信号通过复用器中的C101D编码卡形成新的TS传输信号流，并加上设置唯一信息，让用户电视机的机顶盒通过唯一的信息进行识别、接收和解码。复用器通过按照预设，重新组织信息，更新服务信息（SI）形成专门的识别，才能进行接收和解码。复用器的另一个重要功能是能够让因为一些特殊原因（如天气变化）造成的多变化传输信号流自动跟随输入信号而变化，进而及时地把这些变化反映到稳定的传输信号流中。

为把来自不同信号源的信号转换为统一的格式，就必须有较多样的通信器材用于接收传输信号的数字卫星接收器、数字编码器、视频服务器，以及打通设备之间通路的交换机和网络适配器等。

数字卫星信号接收器要选用针对中星6A和中星6B的专用接收机，这种专用的卫星接收机能保证与其他不同品牌的设备之间建立的良好连接和互动功能的发挥。带有两路以上ASI标准的有数字信号传输接口的IRD的数字卫星接收机可以为监测系统连接信号作为备份。

数字编码器是对信号输入部分的进行数字编码，将接收到的中星6A卫星和地面国干网备份微波模拟音视频信号（A/V）进行能够按照MPEG-2标准压缩编码，编码后再转换成数字传输信号后进入后续系统。

视频服务器是用以实现压缩媒体数据的存储、检索和传输，是各种控制器的管理组合，可以实时了解传输过程中出现的问题，并加以存储。

网络适配器主要是为了系统之间的不同转换，通过适配器，实现通过计算机监测信号源的信号以及前端设备到发射机之前的信号的转换。

信号处理系统是项目前端系统的核心所在，使用的是EMR-8100多用处信号处理器，它对主用和备用信号的进行前期解扰、复用和后期的SI处理等，并负责将中星6A卫星接收器和国干网所收到的多种信号加以处理，直接对前端调制的QAM各种信号，包括QAM信源、ASI信源、QDSK信源、ABS_S信源、DTMB信源、IP信源、TV信源、FM/AM信源、CMMB信源在系统内部再进行调制解码后的TS流，结构简单节省了额外的解调设备，同时有效减少了被监测信号传输过程中的故障率。

信号输出部分使用的是EMR-8300单频网适配器来调制信号输出电平和信号频率。通过EMR-8300处理过的视音频信息转变成有线传输网络所认可的信号格式。单频网EMR调制器包括了基于DVB-C标准的信道编码功能和QAM调制的功能。所以，要对信道编码。每台支持4个DVB-C加密RF频点的解调接收；支持通过配置相应CAM卡完成加密频点解扰；共支持5路ASI的输入或输出（含输入的1~2套ASI节目流接收）；每台设备具备2路千兆IP接口保证电视和音频信号传输的可靠性。

图1 前端信号源输入流程

EMR-D8120是一款AVS+高清综合解码器：为1U单机结构，能通过turner、ASI等方式接收 AVS+、H.264、MPEG2等不同编码格式的高、标清节目流，并完成相应的解扰、解码输出等工作。AVS+多路编码卡C170B。作为嵌入式板卡，同时兼容264标清编码、DRA音频编码、Mpeg2音频编码，可适应国内外广电运营商的主要编码需求。协调多张板卡，满足同一频点多路节目质量调整需要，为多设备的统计复用提供条件。ASI五输入输出卡C355，提供5个75ΩBNC接口，可任意配置为输入或输出接口，为前端系统提供自定义的ASI输入输出通道。产品同时还可完成合路或分路功能，整体使用灵活、方便。ASI三切二切换卡CA01B，主要用来做ASI输入信号的备份，具有断电直通、断电记忆功能。采用平台化设计，较同类产品集成度更高。产品可完成主、备、垫三级备份及切换，切换模式支持：主路优先、浮动模式、单向模式。

1.2 传输链路

传输链路在项目中以卫星传输链路为主路，地面微波传输链路为备用，台站外架设的备份卫星为应急信号，如图2所示。

卫星传输链路包括信号源传输引接系统、上行系统和接收系统三个部分。信号源传输引接系统将前端系统的输出信号加密干扰后经过单频网适配器引接到国级地球站。地球站的上行系统完成对信号调制、上变频、高功放和发射传输到中星6A或者6B。在机房外架的的卫星接收机将接收到的卫星信号通过解调、解扰还原出两路传送码流给机房内部的数字电视广播发射系统。

地面微波传输链路采用原省干网一直使用的数字信号传输链路，在省地球站接收到卫星信号和各省台的信号用微波复用器打包后，经省微波节点与节点之间直线传输。在节点接收到信号源通过本地解码作为备用信号源输入前端系统。在地面传输网络(光缆或数字微波等）还未通达的发射台站，舍弃地面微波传输信号，直接接收来自中星6B的电视节目信号源应急台站备份信号源来实现对主用卫星传输链路的备份。

台站备份前端则在主用卫星接收天线的前提下，架设备用的卫星接收天线，同时安装备用的卫星接收机，比如，同洲卫星接收机。备用卫星接收机的信号源则接入数字化前端备用接口。

1.3 地面覆盖网络

地面覆盖网络主要由发射系统、基于卫星传输的地面数字电视广播单频网组网发射系统、天馈线系统组成，如图3所示。

以北京同方吉兆数字电视发射机为例，如图4所示，外部TS码流（来自播控室）送给数字电视激励器。激励器接收到来自外部TS码流，对信号进行调制，输出功率为dBm左右的射频信号。从激励器输出的射频信号送到放大控制单元，经过放大控制单元放大后，将射频信号放大到25dBm（最大输出30dBm，也就是1W）。从放大控制单元输出的射频信号送给三分配器，射频信号经过三分配器后将输出功率相等的三路射频信号分别送给三个功率放大器（PA）。三个功率放大器（PA）接收到来自三分配器的射频信号后，将射频信号经过功率放大器后将输出400W的射频功率。三个功率放大器（PA）输出射频功率（每个400W）送给三合成器，三合成器将三路射频功率进行合成，合成的功率略小于1200W（因为合成器会有0.1～0.2的插损）。合成后的射频功率经过滤波器或者多工器送给发射天线。

2 监测信号回传系统

本项目使用博汇公司生产的监测管理系统，建立广播电视节目的信号监测系统，实现对地面数字电视节目和广播节目信号传输覆盖过程中关键环节（卫星接收、开路接收）信号的采集和监听、监看、监测和显示，如图5和6所示。同时，在各台站建设监测信号回传系统，实现台站信号和机房环境数据、设备状态数据、单频网工作状态数据的采集和回传，各台站所采集信号均回传至省新闻出版广电局。

图2 传输链路主备用信号流程

图3 数字发射机方框图

第一，BHP1000负责将交流电源转换成直流电提供给BHC2000机箱以及BHET103设，BHP1000热备份电源，采用1U独立机箱结构，支持二路或三路交流输入，通过整流和滤波后提供三路完全并联的12V直流输出。该电源可配备2～3个电源模块，采用均衡式负载及热备份设计，与采用直流电源输入接口的BHC2000/BHC3000嵌入式机箱配合使用，提供了安全可靠的高性能电源解决方案。

第二，BHET103设备，采集各种设备与发射机的状态参数，各类传感器的串口信息，并支持模拟量/开关量转换为串口信息。监测发射机工作状态，包括发射功率、反射功率温度等。并且，脱离计算机独立工作，保证不对发射机的正常工作产生影响，接受远程控制指令对发射机进行遥控控制，并预留进行自动倒备机和倒天馈操作的接口。提供可视化的WEB页面，进行系统配置，查看相关指标参数。

第三，BHC2000机箱用于安装博汇公司各类型监测板卡，本项目用于安装BHDT56多通道DTMB解调监测卡及BHA31 ASI多通道ASI码流监测卡。BHDT56用于国标地面数字电视信号监测。板卡主要完成地面数字电视信号接收、信道指标监测、码流分析、TS over IP输出功能。H26-4K监测板卡可以对信号锁定状态、信号功率、信号强度百分比、信噪比以及误码率进行监测；为方便系统调试及故障定位，系统还可以指示当前信号的调制参数：载波模式（单载波、多载波）、帧头模式（可变、固定）、PN序列模式、前向纠错码率、符号映射方式、时域交织类型。BHA31 多通道ASI码流监测打包卡用于ASI信号码流监测。H26-4K监测板卡可以完成2组各8路ASI信号接收、码流分析、TS over IP输出功能。H26-4K监测板卡对输入的TS流进行TR101 290三级错误监测及告警的信息输入的8路TS流打包后输出到监测软件，在一个千兆网口输出。

图4 同方吉兆发射机方框图

图5 监看系统流程

图6 监控系统机架

第四，博汇1U专用主机有两种外观，但是配置完全相同，一二类台站配备2台（主备），三四类台站配备1台。用于安装TrinityAres-Display多画面监测报警系统、TrinityAres-SignalEye码流分析系统、TrinityAres-Agent数字电视监管前端代理。

第五，D3100为CDR音频解码器，D3200位解调解码器，可以将编码器和空收信号打包后的码流解码，输出音频，送给ASM160监听音箱进行音频监听

第六，VPN路由器和华为交换机则集中各种前端和发射机收集到的数据整合以后打通前端到监控台的网络通路。

第七，TrinityAres-Display多画面监测报警系统是博汇公司的产品，针对数字电视传输中各级信源综合监测而退出的全面解决方案，如图7所示。系统基于TS Over IP技术，提供了对广播数字电视内容监测、多画面组合显示、转码录像、解密解扰、数字电视传输信道码流监测、网络监管等功能。系统配合博汇科技的Ares系列嵌入式监测板卡，可完成对CVBSHD/SD-SDI、IP、ASI、DVB-C、DVB-S/S2、DTMB、ABS-S、模拟音频、

AES/EBU、模拟RF、AM/FM等信号的监测，覆盖广播电视制作、编码、复用、加扰、调制等各环节。系统完全基于IP构建，通过UDP协议，获取局域网络中的组播码流便于信号的统一调度、多画面显示主机的配置部署，也可以很好地适应信号规模的扩展，降低系统施工和维护的复杂度。支持UPDHTTPRTMPRTP等传输协议，支持TS、FLV等封装格式，支持 MPEG-2、MPEG-4、H.264、AVS、H.265、AVS+的高标清视频解码，支持MP2、MP3、AC3、AAC、DRA的音频解码。每套系统可以并行处理多路MPEG-2高清节目或多路H.264高清节目，支持5.1声道伴音的解码、监听、彩色音量柱显示。对于立体声节目，支持左右声道分别监听。支持3D电视频道的监看、监测与录像。除了能对普通的错误视频信号进行监测外，还能区分单声道、双声道与立体声监测，同时支持信源地址SNMP，Alarm Center监测软件能对多种错误信号进行报警，对视音频PID变更、分辨率、色彩格式、声道、采样率等参数变更等信号传输故障监测，能对接收信号过低形成的马赛克进行监测。具备静帧抑制功能，结合电视伴音播出情况来降低静帧的误报率。系统提供了语音、日志、OSD、数据库、短信、标题栏、边框等多种报警方式的基础上，充分结合了广电值班、运维的实际情况，提供并完善了一整套的报警管理机制，包括故障循环语音报警、故障的人工确认与忽略、手工暂停监测、按故障类型设置运行图、故障画面放大功能。可以针对重点节目实时监测、对普通节目轮巡监测。支持单板卡，双板卡间的频点轮巡，板卡选定频点节目轮巡；每个窗口可以单独设置监测对象，实时和轮巡的节目画面可以同时显示而互不影响。轮巡画面平滑切换，不会产生黑屏现象。充分利用GPU的二次开发特性，采用自适应运动去隔行算法，有效地去除视频显示中的锯齿现象，很好地解决了画面垂直细节闪烁和垂直运动图像模糊的问题。系统支持采用Direct3D显示方式，在WIN7或更高版本的操作系统中画面显示效果更好，视频放大显示时显示质量仍然色彩鲜明饱满，呈现完美的显示效果。系统具备通用的系统接口，支持爱迪德、清华永新、中视联、天帕、Aston-Conax等各种CA加密协议。通道可以同时完成8个频道的解扰，支持多密码流，一个通道可以同时解出不同的CA加密节目。

图7 监看多画面系统平台

3 常见问题

3.1 电视黑屏，没有监测画面

原因1：电视问题。检查电视是否休眠，尝试重新开机；尝试切换电视输入源HDMI1/HDMI2；调整HDMI线到其它HDMI口。原因2：服务器异常。在操作终端ping多画面服务器或用VNC远程多画面监测服务器，如果可以ping通或能远程，说明服务器运行正常；如果ping不通或远程不了，应该是主机死机或不在正常运行状态，尝试通过服务器前面板的重启按键重启服务器。原因3：HDMI延长器异常（前提：服务器可以ping通或可以远程）。检查HDMI延长器网口指示灯是否闪烁；如果网口不亮，检查网线是否正常；如果网线正常，就可能是HDMI延长器损坏（台站由于处于高山，容易出现雷击问题，请台站注意防雷）。

3.2 电视看到的不是节目监测画面

原因：这台主机除Display多画面监测软件外，还有SignalEye码流分析软件以及Agent前端代理软件，只要把Display多画面置前即可。方法：通过操作终端用VNC远程到该服务器，把其他软件最小化，把Display多画面监测软件置前并全屏展示即可。

3.3 电视可以看到监控软件，但是节目都是黑屏或者全部都报音视频丢失

原因：部分台站在晚上停播后会关闭电源，第二天才开启，此时服务器启动后，交换机还没有完全启动（交换机启动一般要5分钟左右，服务器1分钟左右），服务器网口没有激活，也就从交换机收不到流。方法：通过操作终端用VNC远程到该服务器，把Display多画面监测软件、SignalEye码流分析软件、Agent前端代理软件都关闭，然后等待自动重启即可。

3.4 部分节目报音视频丢失

原因：这个多数是对应的设备出现问题，非监测系统问题。方法：根据节目别名（主）/（备）/（DTMB），检查对应的卫星接收机及发射机是否正常；尝试重启Display多画面监测软件。

3.5 节目报音频加扰、视频加扰

原因：这个多数是卫星接收机节目授权问题。方法：检查卫星接收机授权；尝试重启Display多画面监测软件及BHDT56地面数字电视解调监测卡。

4 安全与运行维护

第一，信号源系统是保障广播电视安全播出的源头，从主用卫星接收机和备用的微波信号源传输采用双路由光纤。由前端输出的主备信号中，采用分配器分成两路信号分别送入主备发射机，并制作备用的网线和视音频线作为应急用信号线。

第二，供配电系统为机房内所有设备提供电力支持，项目采用的是南粤电器的供配电系统。该系统供配电系统的规划与设计充分考虑到发展的趋势和性能要求，并符合长期的安全稳定性、可维护性、可扩展性等。机房内各功能区域的用电明确分开，比如，发射机的高功率用电和普通设备低压用地必须区分开来，这样可以确保设备电源安全。

第三，为提高通信质量、确保传输设备与人身的安全，发射机房和监控机房的交流和直流供电系统都必须有良好的接地装置。微波通信和卫星接收机房的接地系统包括直流接地和交流接地。交流接地包括交流工作接地、保护接地、防雷接地；直流接地包括直流工作接地、机壳屏蔽接地。

第四，机房温度、相对湿度及空气含尘浓度，噪声、电磁干扰、震动及静电、空气调节系统，要建设分前端机房监控系统，时时了解机房运行状态，对机房内动力设备和环境进行全方位监控。

5 结语

信息化时代的到来，传统广播电视技术难以满足人们高品质娱乐生活的需求。网络化技术、数字化技术与广播电视技术的有机融合，大大地改善了广播电视的画面、音质，提高了广播电视播放质量，满足了人们多元化的需求。随着社会的进一步发展，广播电视作为人们生活中不可或缺的娱乐平台和工具，对其提出的要求会越来越高。因此，为能够给广大民众提供高品质的广播电视节目和服务，需要我们加强对网络化技术、数字化技术以及广播电视技术融合的研究，充分发挥网络技术、数字化技术的先进性，推动广播电视产业发展。