关于县域电视台通过SDH网传输电视节目的实践研究

谢永华 陈丹

摘 要 南宁广播电视台驻本市下辖5县1区各记者站每天都要传回采集的节目素材，原来通过互联网传输，随着我台节目素材的高清化，素材体积越来越大，这种上传下载的传输方式太费时且效率低下。在本着以最低的成本实现最大效益的原则，立足于现有设备的基础上，搭建了通过SDH网传输电视节目的系统。本系统采用H.264编码压缩，经广电网络SDH网传输，结合IP复用，组播传输，VLAN等技术很好地实现了各站点节目素材的上传与收录。

关键词 SDH网;H.264编码;组播;VLAN;供电

引言

南宁市下辖5县1区，最远县距离本市约150公里，最近也有60多公里。每天驻各县广播电视台新闻记者站采集的新闻素材都要上传回南宁广播电视台，随着我台高清频道的开播，节目素材采集采用高清1920×1080 50i格式，相比原来的标清节目，素材体积更大，编码要求更高，传输所占带宽更宽。因此，我们对原有的传输系统进行了高清升级改造，本次升级改造我们并不追求技术、设备的最先进性，而是在立足于现有设备的基础上，满足传输技术指标的前提下，以最低的成本实现最大的效益。在整个传输系统中我们既应用到了传统的ASI、DS3信号传输，也应用到了最新的IP数字电视传输技术，以及二层交换机虚拟局域网（VLAN）技术。既实现了我台现阶段对节目传输质量的技术要求，也为后期的升级改造预留了空间。在项目推进过程中，也碰到了一些典型问题，我觉得值得整理出来与大家共同探讨。

高清改造升级后的系统由各县广播电视台非编电脑输出SDI信号，经高标清编码器H.264编码后输出ASI信号，经过适配器适配后输出DS3信号，利用SDH网传回到南宁广播电视台中心机房的视讯EMR再复用输出IP组播流，最后经过交换机多端口分发给主备高标清解码器解码获得各县的上传信号，具体信号流程如图1所示：

1传输网络选择

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步数字体系。SDH传输网是一种高质量，高速率的光纤技术与智能化网络单元技术有机结合在一起的传输技术。SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM-N（Synchronous Transport Mode，N=1，4， 16，64），最基本的模块为STM-1，四个STM-1同步复用构成STM-4，16个STM-1或四个 STM-4同步复用构成STM-16，四个STM-16同步复用构成STM-64，甚至四个STM-64同步复用构成STM-256。SDH帧传输时按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输，每帧传输时间为125μs，每秒传输1/125×1000000帧。

对STM-1而言每帧比特数为8bit×（9×270×1）=19440bit，则：

STM-1的传输速率为19440×8000=155.520Mbit/s;

STM-4的传输速率为4×155.520Mbit/s=622.080Mbit/s;

STM-16的传输速率为16×155.520=2488.320Mbit/s（2.5G）

STM-64的传输速率为64×155.520Mbit/s=9953.28Mbit/s（10G）

STM-256的传输速率为265×155.520Mbit/s=39813.12Mbit/s（40G）

SDH传输网主要承载视频，语音等对时效性要求比较高的业务。我国已经建成了遍布全国各省市的SDH光纤传输骨干网，由于它有统一的国际标准，因此得到了极为广泛的应用，并已经成为我国有线电视、各大电信运营商的主要网络。经过升級，我区网络公司的SDH网已建成10G网。由于它依然能提供45Mbit/s的DS3电接口，这对于我们每个县最多复用2套，每套8Mbit/s的高清电视节目来说已完全够用[1]。

2编码格式选择

为了满足高清节日的指标参数，同时也要兼顾传输带宽的限制，对于当前流行的几种高清编码格式，我们进行了在线测试与比较。发现H.264不仅具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍，而且经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。所以我们最终选择H.264作为系统主要的编码格式。

H.264概述

由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，Joint Video Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。

H.264压缩技术主要采用了以下几种方法对视频数据进行压缩。包括：

（1）帧内预测压缩：解决的是空域数据冗余问题。

（2）帧间预测压缩：（运动估计与补偿），解决的是时域数据冗余问题。

（3）整数离散余弦变换（DCT）：将空间上相关性变为频域上无关的数据，然后进行量化。

（4）CABAC压缩。

经过压缩后的帧分为：I帧，P帧和B帧：

I帧：关键帧，采用帧内压缩技术。

P帧：向前参考帧，压缩时，只参考前面已经处理的帧。采用帧间压缩技术。

B帧：双向参考帧，在压缩时它即参考前面的帧又参考它后面的帧。采用帧间压缩技术。

图像序列GOP：

GOP：两个I帧之间是一个图像序列;一个图像序列中只有一个I帧。

H.264的优势

（1）低码率（Low Bit Rate）：和MPEG2和MPEG4 ASP等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H.264技术压缩后的数据量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。

（2）高质量的图像：H.264能提供连续、流畅的高质量图像。

（3）容错能力强：H.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的工具。

（4）网络适应性强：H.264提供了网络抽象层（Network Abstraction Layer），使得H.264的文件能容易地在不同网络上传输（例如互联网，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）传输。

3接收端IP复用、组播传输

各县节目经SDH網传回我台中心机房后进入一台视讯8路DS3输入EMR平台，由于设备为几年前所购，只配备标清解码卡，且未配备ASI输出卡，但已开通IP DATA口。经过与商家询价，一块高清解码卡价格不菲。而且哪怕配备一块高清解码卡，对于后期信号的灵活调度以及冗余也存在着极大的局限性。于是本着经济实用的原则，我们采取了数字电视IP复用，组播传输，多台IP解码器解码的方式，很好地解决了信号同时多点解码，备份冗余的问题。同时也应用到了交换机虚拟局域网（VLAN）分割广播域，隔绝广播风暴，提高网络传输效率等技术。

3.1 组播技术

组播（Multicast）：指的是单个发送者对应多个接收者的一种网络通信。组播技术中，有源主机向多点目标主机发送信息需求时，源主机只发送一份数据，数据的目的地址是组播组地址，这样，凡是属于该组的成员，都可以接收到一份原主机发送的数据的拷贝，此组播方式下，只有真正信息需要的成员会收到信息，其他主机不会收到。

3.2 VLAN的必要性

本着经济实用，立足现有设备的原则，由5县一区，共计10套高清节目经IP复用后，形成一个近80Mbit/s的IP节目流接入一台24口思科交换机，该交换机同时还接入了IP通话及天气预报IP组播流。为了提高交换机整体网络传输性能，避免各业务之间互相干扰，对交换机进行VLAN划分就显得十分必要。

VLAN（Virtual LAN），翻译成中文是“虚拟局域网”。LAN可以是由少数几台家用计算机构成的网络，也可以是数以百计的计算机构成的企业网络。VLAN所指的LAN特指分割的网络——也就是广播域。二层交换机只能构建单一的广播域，不过使用VLAN功能后，它能够将网络分割成多个广播域，防止广播风暴波及整个网络，提高整体网络传输性能。

4问题解决

在此次传输系统高清化升级改造项目推进过程中，也碰到了一些我们意料之外的问题，比如：非编软件格式模版不对，设备安装环境差、非编输出与编码器之间传输距离远、设备的供电以及维护等等问题。其中供电及设备维护、简单故障的排除最具代表性。

4.1 供电问题

由于编码器常开，且长时间运行，对所处环境要求比较高，为了保证编码器的稳定运行，我们倾向于将编码器安装在各县广播电视台的播出机房，毕竟播出机房长年开启空调，恒温，环境较好，设备用电接播出机房的电。非编室一般处于播出机房的楼上或楼下，非编电脑用电基本上与播出机房用电不同。在我们设备安装的过程中，发现非编电脑SDI输出线传到播出机房后，相对放置于播出机柜上的编码器带有很高的电压，经测量达100多伏，这是绝对不可以接到设备上的，不仅严重损坏设备，甚至对人的生命安全都造成很大的威胁。后来经过我们分析，有可能是因为机房的用电接地（UPS不间断电源）与非编室的用电接地（市电）不同，或者接地不规范，从而产生电位差。基于电路排查并非一蹴而就，所以距离稍远的地方我们就采用光机传输，利用光电隔离，如楼上楼下距离较近的地方，我们就采用重新铺设电线让非编电脑与编码器共用一个节点的电，这样就很好地解决了电位差的问题。

4.2 远程访问

基于各县广播电视台技术力量薄弱的现实，对于设备的维护及简单的故障排除，我们除了定期的下去检修之外，也尽量挖掘设备本身的应用潜力和网络远程访问，远程控制的优势。减轻我们维护的压力与成本。

由于本次项目升级的高清编码器除了ASI输出之外，也提供IP输出，因此我们在设备配置的时候也配置好IP输出，并将管理IP地址、组播IP地址及端口号贴于编码器的前面板。一旦出现传输无信号，无有效码率的情况，可以联系当地的技术员用笔记本电脑打开VLC media player播放器，打开网络串流输入组播IP及端口号（如：udp//@224.2.2.2：2000）看编码器IP输出是否正常，由此可判断编码器及非编电脑SDI输出是否正常。基本上可以解决大部分的问题。

同时依托现在几乎覆盖每个角落的网络信号，我们还可以通过远程控制软件，如：向日葵远程控制、teamviewer远程控制等软件实现对设备的远程查看、配置和控制。这大大减少了我们下乡的频率，提高了我们的工作效率，减轻我们设备维护的压力与成本。

5结束语

项目完成，经过近一年的运行，系统工作正常，状态稳定，信号传输质量高，且调度灵活，完全符合当初的设计要求。

参考文献

[1] 陶德胜.市到县数字电视节目传输与SDH改造方案设计[J].视听界：广播电视技术，2005（5）：78-80.