商丘电视台电视信号传输设备数字化升级改造工程实施方案

张新法商丘广播电视台

商丘电视台电视信号传输设备数字化升级改造工程实施方案

张新法
商丘广播电视台

2014年年上半年，商丘电视台实施信号传输设备数字化标清级改造与我台标清硬盘播出设备相匹配。从此，电视信号播出和传输上告别了模拟时代，进入了标清级数字化时代。

标清编码器；标清硬盘播出设备；外调制光发射机；1550nm掺铒光纤放大器；电视信号传输通道的自愈性环网

引言

根据《我国有线电视向数字化过渡时间表》，“截至2015年，我国将彻底告别模拟电视信号，全面实现有线电视数字化”。商丘市文广新局审时度势，根据国家广播电影电视总局《地面数字电视广播覆盖网发展规划》的通知要求和省局的统一部署，计划于2014年底在全市各县区范围内完成有线电视数字化整转，实现全市有线电视数字化信号覆盖。然而，处于我台播出系统与有线网络前端之间的传输系统还处于模拟传输状态，传输系统数字化改造迫在眉睫，2014年上半年，我台在各级领导的关怀和指导下，在有线电视数字化整转之前，克服种种困难，攻克技术难关，率先实施了电视信号传输系统数字化升级改造，提前完成了数字硬盘播出系统与数字电视有线前端的无缝对接，为我台的数字化播出提供了有力的保障。该项目有我主持设计安装实施。

一、改造前的电视信号传输状况

我台播出部在2012年10月就实现了全数字硬盘播出系统，硬盘输出SDI数字信号，但是在传输信道上均为模拟信号传输设备，播出设备与传输设备不匹配。首先在播出部把硬盘播出的数字信号变成模拟信号，经过一级音频分配器分配后，再通过三级模拟光发射和光接进行长达十几公里以上的远距离传输，分别传送到威海路无线数字发射机房、西关无线模拟发射机房、凯旋路有线数字网机房和外县各有线网机房；模拟信号经过长距离的传输之后，再加上多次的转换，导致信号在观众家里收看时信号质量劣化严重，没有层次，色彩失真，伴音失真，又由于从传输设备到光纤链路都没有备份，中途传输环节多，故障率高，安全播出系数小，经常产生信号中断。直接影响收视率带来的社会、政治和经济效益。

如图：改造之前商丘电视台电视信号传输流程图。

1、商1、2、3、4、5套硬盘输出的标清级数字信号先转换成模拟信号，再经过模拟视音频分配器后各提供一路模拟AV信号进入模拟光发射机进行发射；这是第一次信号质量损伤。

2、商1、2套合用一个光发射机，商3、4套合用一个光发射机，商5套又用一个发射机进行发射，每一个光发射机占用一根光纤，共占用3根光纤，从播出部直接发射到威海路无线数字电视发射机房内，在无线数字机房分别对应使用了三个光接收机进行模拟接收，接收的各套模拟信号，每套再各使用一个视音频分配器再次进行模拟信号分配，每套信号各分两路：一路进无线数字发射机前端进行数字编码复用，一路分别进入三个模拟光发射机再一次进行发射。这是第二次信号质量损伤。

3、商1套单独占用一个光发射机和一根光纤，商2、3套合用一个光发射机和一根光纤，商4套用一个光发射机和一根光纤，三个模拟光发射机从威海路无线数字发射机房发射，沿着三个光纤先把信号传输到亚细亚有线公司模拟机房，再从模拟机房发射到有线网络公司数字网机房（凯旋路老三套家属院）；在有线数字机房分别利用三个模拟光接收机进行再一次的解调，解调出的模拟信号再用模拟视音频分配器（这是第三次信号质量损伤），兵分四路：（1）商1、2、3套信号的其中一路信号进有线网络公司的数字网，经过数字编码复用转为数字信号；（2）商1、2、3套信号的其中一路信号进有线网络公司的模拟网；（3）商1、2、3套信号的其中一路经过数字编码复用调制转为数字信号包与河南省台的六套信号数字包混合进入（SDH）数字光发射机发往各县有线网；（4）商1、3、4套信号再一次分别用三个模拟光发射机沿着三根光纤发射到西关我台无线模拟发射机房进行模拟无线发射（这是第四次信号质量损伤）。（图1）

模拟信号沿途衰减严重，模拟设备端口同频干扰严重，模拟传输设备老化，是导致我台信号在商丘市区域里各个传输网中产生信号不达标的主要原因。

二、升级改造后的电视信号传输状况

图1

图2

该方案实施中解决了三个关键性的技术问题：

1、采用数字化编解码技术设计传输方案，实现了数字硬盘播出设备与数字传输设备相匹配，实现了数字硬盘播出系统与数字电视有线、无线前端无缝对接，去掉中间数/模、模/数转换环节，一根光纤传输到每个机房，确保信号高质量。

设计如下：

神火大道南段播出机房：全数字硬盘播出系统输出五套节目的SD-SDI数字信号，每套输出两路SDI数字信号，直接编码复用打成一个数字信号包ASI信号［3］，再通过一个QAM数字调制器输出一个射频信号，输入1550nm外调制光发（2X7dbm）和主备自动光切换器后，进入20dBm数字光放，再进入五路光分路器按照各个方向的光芯的分光比进行法兰盘对接，整个传输信道上五套节目信号全部是一个数字包，去掉中间环节，一根光纤传输到每个机房，光连接器型号同为FC；

八路编码器编码：我台使用的是GN-1838低码率八路SDI编码器，实现五路SDI数字电视信号的实时编码，并将编码后形成的码流通过ASI端口输出。GN-1838支持MPEG-2视频编码格式，并具备较优秀的编码图像效果和较高的编码效率［1］。五套电视节目，每套设置为4.5Mbps，实际总码率为22.5Mbps，根据每套节目内容的静帧和运动的画面时有变化，避免接收端产生马赛克，又增加了一个4Mbps的空数据包进行缓冲，总码率设置为28Mbps；如果采用初始码率38Mbps，接收机会增加多余的时间预算，画面切换时会产生一定延迟。所以，安装调试后，接收端没有出现信号静帧或延迟问题。［2］

DVB捷变式64QAM数字调制器：经编码器编码后输出一路ASI码流输入QAM数字调制器进行载频调制。编码复用器输出的TS传输流在送入信道传输前将数字码流调制到适合信道传输的载波上。它采用幅度、相位联合调制的技术，利用载波的幅度和相位来传递信息比特。正交幅度调制，这种键控由两路数字基带信号对正交的两个载波调制合成而得到。抗干扰性强。

外调制光发射机：由于电视信号传输距离远，为了保持优质信号质量，我台使用的是美国产1550外调制光发射机，该产品属于新型的高性能1550nm外调制CATV光发射机。主要器件采用JDSU、Fujitsu、MITSUBISHI含热电致冷器的DFB低噪声、窄线宽、连续波激光器和JDSU、AVANEX CATV高线性外调制器，传输距离远，性能稳定。每台同时输出两路光信号。

1550nm掺铒光纤放大器：每路的路径都在十几公里以上，为了保障接收端光功率在-9dBm---+2dBm，所以采用了功率放大，极大的延长系统的传输距离，该机主备各一，用于我台五分路器之前进行信号放大，满足不同传输方向的信号电平。要求总输出光功率20dBm。

五光分路器：

根据各个路径的长短、光衰减系数、插入衰减值、光纤弯曲衰减特性、光纤富余度、光纤温度衰减和光接收机的接收门限计算出每个路由上路径的分光比。

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各输出端插入损耗dBm:10.510.6 8.037.224.6传输路由、路径图:（4号芯）（6号芯）（3号芯）（2号芯）（1号芯）。

2、传输主备设备互为热备份，做到自动检测自动“零”秒报警切换，规避单机故障.设计如下：如图：改造后，数字电视信号传输设备及流程图。

从编码器、调制器、光发、光放、光分路设备均为主备热备份，故障声音报警同时做到“零”秒切换，降低了故障率。保证了信号的传输质量，均达到设计的技术要求。（图2）

3、传输链路采用了双回路不同路由的光缆构成了自愈性环网，实现主备路光纤信号自动无闪烁切换，切换时间小于10毫秒，实现了24小时不间断播出，安全传输有保障。

无线电视数字网机房、无线电视模拟发射机房、有线电视数字网机房均采用不同路由的光缆构成双回路互为备份传输，每一个机房都安装一台光自动切换器自动进行报警切换。

光切换器：是光通信系统中的重要的设备，本方案用于我台南北两路光缆中的光信号的主备份切换，在主光链路出现故障时智能检测自动切换到备份光链路上，在极短时间内（小于10ms）保证系统的正常不间断运行，同时具有故障声光电报警功能，屏显每路的光功率值，通知值机人员进行方便检修，确保电视信号的连续传输，主备路均正常时（设计为大于-10dbm）自动回复到主路。构成了电视信号传输通道的自愈性环网。［4］

整个传输链路上五套节目信号全部打成一个数字包，一根光纤传输到底，保证了信号的传输质量；主要传输设备均为热备份，有故障时自动检测自动切换；每条传输链路均采用双回路不同路由的光缆实现主备路光纤信号自动无闪烁切换，构成了电视信号传输通道的自愈性环网，确保了电视数字信号安全传输及播出。

三、技术鉴定及成效

两年来的在线运行证明，设备性能稳定可靠。2014年9月我台特聘省级广电专业两名教授级高工及我台主要领导组成专家组进行技术鉴定，经测试各项指标均达到设计技术要求。从此，我台电视信号播出和传输上告别了模拟时代，跨入了全数字化时代。

［1］高文.多媒体数据压缩技术［M］.北京:电子工业出版社，1994.2

［2］杜百川.数字电视［M］.北京:北京广播学院出版社，1999.

［3］严春来.多媒体数据压缩技术研究［J］.科技资讯，2010（31）.

［4］《广播与电视技术》，1997年第24卷第11期.