数字电视发射前端系统研究.pdf

2023 年 6 月数字电视发射前端系统研究潘文胜（清远广播电视微波站，广东 清远 511873）【摘要】为切实做好数字电视发射维护工作袁进一步提升数字电视发射质量袁惠及更多人民群众袁并有针对性地解决维护过程中可能出现的故障情况袁深入研究数字电视发射信源前端组成结构尧系统特点及系统内各设备袁对数字电视发射信号源维护工作中可能出现的问题提出对应的对策袁以期为相关人员提供参考遥【关键词】数字电视发射曰前端系统曰网管系统【中图分类号】TN949.197【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）06-0193-030 引言2017 年，清远广播电视微波站（简称“清远站”）响应广东省农村广播电视省节目无线覆盖工程布局，以扩大农村地区数字电视信号覆盖范围、惠及更多的人民群众为目标，在站内建设了地面数字电视与调频广播发射站，播出 5 套数字电视节目以及2 套调频节目。其中，配套建设的数字电视发射前端系统，需要对进入该系统的信号进行复用、分配以及转码操作，使之符合地面数字发射信号要求。1 数字电视发射前端系统概述数字电视发射前端系统主要采用数码视讯公司的产品，由信源接收设备、音视频转码设备以及统计复用设备 3 个部分组成。其中，信源接收部分可实现DS3 及异步串行接口（ASI）码流的接收，并实现 DS3信号的适配；音视频转码设备可将 ASI 码流转码为符合多声道数字音频编解码技术（digital rise audio,DRA）的国家标准的信号，同时支持“1+1”热备份功能；统计复用设备可实现节目统计复用功能。地面数字多媒体广播（digital terrestrial multimedia broadc谣asting,DTMB）系统的净载荷数据传输率较高，可满足多达十几套电视节目的传送1。数字电视发射前端系统可适配并处理复用机架的 DS3 信号，将其转为适用于发射的 DTMB 信号。数字电视发射前端系统中的设备均可通过网管系统实施设备管理，具有高效便捷的优势。其设备同时具有功能扩容的特点，可以根据发射需求，利用空余卡槽设计实现功能扩容。系统对设备设有防雷保护功能，例如，在统计复用器连接数字电视发射机的信号线中串接有防雷器。1.1 DRA 国家标准DRA 的现行国家标准为多声道数字音频编码技术规范（SJ/T 113682006）。DRA 是基于人耳的听觉特性对声音信号进行量化和编码的一种感觉音频技术2。DRA 在技术上实现创新，通过较低的解码复杂度实现了较高的压缩效率，每声道在 64 kbit/s码率下达到了欧洲广播联盟定义的不能识别损伤音频质量。DRA 采样频率范围在 32 kHz192 kHz，采样精度为 24 bit。1.2 系统特点系统使用媒体综合处理平台（enhanced multim谣edia router,EMR）设备实现信号转码与复用功能，其可拓展性较强。EMR 设备具有 6 个插槽，可以根据台站实际需求以及后续运行维护过程中出现更新改造需求来配置 EMR 设备的不同插卡，从而实现更加丰富、完善的系统设计。前端系统采用统一的网管系统管理，登录网管系统后，可实现告警配置与查看、个性化配置、日志管理、用户管理、网口监测等多种功能，可操作性强，分区清晰，功能明确，具有智能化、管理高效的特点3。系统备份方式多样，具有“1+1”冗余热备份、输出口备份等备份形式，同时在节目层级以及网口层级也有可靠的备份方式，多种多样的备份模式使得系统更加可靠、安全，保证信号传输稳定、不中断。2 数字电视发射前端系统结构2.1 硬件组成（1）适配器。DS3 码流是数字微波电路传输的一种信道码流。适配器主要用于实现将来自复用机架的 DS3 信号适配为 ASI 信号的功能。清远站站内配置 3 台 DS3谣ASI 适配器，分别将来自复用机架的3 个DS3（45 Mbit/s）信号适配为 ASI 信号。（2）复用器。复用器接收多路传输流（TS）码流，根据用户配置，在来自适配器的十多套节目中选取所需节目，将其复用为符合 MPEG谣2 标准的一路 TS码流，送往下一级码流分配器。通过专用的网管系统对复用器进行配置，其中，配置界面以树状结构的形式显示。可从输入树状结构中选取用户所需信号到输出树状结构中，可以修改已复用信号的参数或输专题综述1932023 年 6 月出端口参数（PAT 发送间隔、PMT 发送间隔等），还可以导出设置，以保障后续需要时可尽快导入正确配置。复用器可选 4 路、8 路、12 路输入接口方式，清远站采用 4 路输入接口方式。复用器提供两组输出（可选），每组输出各有两个输出内容相同的输出接口，实现备份功能。（3）码流分配器。对输入分配器的 ASI 码流进行一分多路的操作，其集成化程度高，且无须配置即可使用。数字电视发射前端系统中，码流分配器将来自复用器的 ASI 码流分配到 3 台转码器中，使每台转码器均有相同的节目源输入，最多可分配 16 路相同的 ASI 码流。（4）转码器。数字电视发射前端系统中的转码器功能是将 ASI 信号转码为适用于地面数字发射的信号。转码器经 ASI 五输入输出卡接收 ASI 信号，先通过数字高清编码卡将信号解码出来，再由数字高清编码卡将音频格式由原始的 MPEG谣2 格式转码为DRA 格式，数字高清解码卡与数字高清解码卡之间通过信号线连接4。每台转码器可转码 4 套节目，采用 3 台转码器，采取主备分开的方式转码 5 套节目的主备信号，使同一节目的主备信号分别经过两台转码器，以保证转码器故障时可以及时切换。（5）统计复用器。统计复用器通过主千兆卡接收来自转码器的节目，要在统计复用器中添加每台转码器的 IP 地址作为接收 IP 地址，并为其分配缓冲区。在数字电视发射前端系统中，通过配置使用统计复用 4 型卡实现统计复用器功能。按照用户设置，配置节目优先级、输出模式、系统码率以及统计复用码率等参数，其中，将统计复用 4 型卡的端口输出模式设置为统计复用模式。在统计复用模式中调整码率时，可以通过调节最大、最小码率来限定码率范围。统计复用器可以同时实现固定码率或直通输出，并可通过网管系统监测输出节目。此外，统计复用器内安装 ASI 五输入输出卡，其中，1、2 口配置为 ASI 输入端口，3、4、5 口配置为 ASI 输出端口，将统计复用4 型卡的一个输出端口与 ASI 五输入输出卡的 1 口或 2 口连接，则插卡 3、4、5 口均有同样经复用后的信号输出，实现了端口的拓展。（6）交换机。交换机具有信号转发功能，实现设备间的通信。清远站使用 3 层交换机，可以按照实际需求，配置端口隔离与端口安全功能，具有 Layer2Layer4 包过滤功能。清远站使用交换机的 100Base谣T端口以及 1000Base谣T 端口，分别满足控制加扰信息以及转发 IP 流的要求。2.2 数字电视发射前端系统流程数字电视发射前端信号流程如图 1 所示。3 台适配器分别经配线架接收来自复用机架的 3 个 45 M信号，将其转码为 ASI 信号，与另一路来自 DS3 解码器的 ASI 码流送至第一台复用机，由用户通过复用器网管系统选取所需节目。选取节目后，码流传送至码流分配器，由分配器分配 3 路相同 ASI 码流分别进入转码器。转码器将码流解码为 MPEG谣2 视频信号与 MPEG谣2 音频信号，再将音频信号编码为符合国家标准的 DRA 音频信号，由 3 台转码器分别转码5 套节目的主备信号，将转码以后的信号以 IP 信号的格式，通过千兆 IP 接口连接到交换机，再送向统计复用器，把信号统计复用后送往数字电视发射机。2022 年，清远站对其中一台转码器进行了改造，原来该转码器搭配使用两张数字高清解码卡与两张数字高清编码卡转码 4 套节目，改造后使用两张AVS+多路编转码卡即可转码 4 套节目，达到了同样的转码效果。同时进行电源改造，将电源模块升级为300 W 电源。此举将原来的先经解码卡再经编码卡的方案，升级为由一张 AVS+多路编转码卡即可完成转码工作的形式。AVS+多路编转码卡支持在网管系统内直接配置视频与音频分别对应的转码格式，既减少了由信号线老化损坏导致对信号转码的不良影响，又优化了维护方式，提高了转码效率。从目前的运行状况观测，新编转码卡与旧系统之间的兼容性较好，播出效果良好且稳定，达到了较好的发射前端优化效果。3 系统维护清远站配备专用机房电脑进行数字电视发射前端系统运行维护工作，所有运维操作均以线下模式图 1 数字电视发射前端信号流程信号源机柜DS3-ASI 适配器（经济科教）DS3-ASI 适配器（广东新闻 广东珠江）DS3-ASI 适配器（广东体育）DS3-ASI 适配器（清远新闻综合）复用器ASI 分配器转码器转码器转码器复用器（主）复用器（备）交换机（主）交换机（备）去发射机专题综述1942023 年 6 月进行，不加入任何外网，以保证系统信息安全。基于EMR 平台的转码器以及统计复用器已配置热备份，即使某台转码器或统计复用器出现故障，备机都能随时接管原设备所负责的转码或统计复用功能。其中，转码器所转码的每一套节目均由两台主备机进行转码，若某个节目发生故障，则使用备机转码的节目；若某台转码器发生故障，则由备份转码器负责信号输出。统计复用器 10K312 以及码流分配器10K407 在站内均有备机，确保故障出现时可以及时切换备机。机房人员在日常维护时，可通过面板上的告警指示灯获知当前运行状态。转码器以及复用器配备有专用网管系统，可查询当前告警信息以及告警日志。值班室采用开路天线及数字电视监测系统，接收一个码流内的 5 个频道并对其进行监测，再通过监控显示屏监测实时信号。监测系统设置了伴音停播、无解码帧、画面静止等多个监测项目，值班员可通过该系统判断当前信号状况，并对出现的故障问题做最快速的分析处理。在网管系统常规菜单的告警以及日志选项中可以查看当前以及历史告警，还可以结合当前配置分析告警并做相应调整，达到稳定的播出效果。同时，要注意确认系统内各环节的冗余备份情况5，避免在系统故障时无法及时切换备机或备路。对于一些可能出现的故障，综合分析可进行以下的故障处理。3.1 单个或两个频道无信号3 台适配器分别对应 3 个 DS3 码流（含 4 个频道）的转码。出现单个或两个频道无信号的告警应找到该频道所在码流对应的适配器，尽快更换 ASI 输出口或重启该适配器，在紧急情况下，站内的 DS3 解码器可作为适配器的备份使用。3.2 多个频道质量较差导致多个频道质量较差故障发生的因素有很多。从输出口的质量出发，可考虑切换统计复用器通往数字电视发射机的输出口，或直接切换到统计复用器备机播出，此举可保证播出信号质量。登录统计复用器网管系统，检查其告警日志以及配置情况，并统计复用器的每一个输出口都应配置统计复用功能。出现马赛克、掉帧等现象可能是使用的输出口配置不当或统计复用 4 型卡存在故障，需根据情况制定检修方案。此外，还要考虑信号线的影响，信号线老化可能会对信号的输出质量造成影响。在日常的维护中要注意对线缆的维护，若发现有线缆老化导致信号质量变差，要及时更换新的信号线。3.3 画面非全屏输出当节目源宽高比设定为 16:9 时，为了达到满屏幕的播出效果，需要在转码器中进行相应配置，使画面全屏播出。首先，在转码器的网管系统中，将显示宽高比这一项目配置为 4:3 格式，同时设置缩放方式为全屏模式，即可将画面调整为满屏幕输出模式。3.4 统计复用 4 型卡端口输出溢出统计复用 4 型卡端口出现输出溢出故障告警的原因是节目的有效码率大于系统码率，导致发生输出溢出现象。可通过增大统计复用 4 型卡的系统码率值来解决。3.5 统计复用 4 型卡出现端口输出无有效码率告警统计复用 4 型卡出现端口输出无有效码率告警，提示虽然该端口配置了统计复用 4 型卡的复用功能，但系统未检测到有效码率，需要检查节目源是否有故障。3.6 数字标清 MPEG2 编码卡无输入或未锁定嵌入音频告警数字标清 MPEG2 编码卡出现无输入或未锁定嵌入音频告警，提示在打开 DRA 音频开关的情况下选择了嵌入音频输入模式，但系统检测到无输入或未锁定嵌入音频。要想解决此告警，可以先检查编码卡输入信号是否正常，若确认输入信号正常仍出现此告警，再调整 DRA 的音频相关参数配置。4 结语数字电视发射前端系统是广东省地面数字电视无线覆盖项目的重要组成部分。作为一个可靠、便于管理的信源系统，其提供了丰富的备份方式以及完备的网管系统，在播出工作中发挥了重要作用。数字电视发射前端系统使用码流编解码、统计复用等多种先进技术，按照无线覆盖项目实际需求配置功能与使用维护手段，实现了高效的信号转码复用与维护功能。该系统具备完善的监控机制，可提供了高效、完善的运行维护手段，通过网管系统，实时监测、维护系统内设备，助力广东省农村广播电视省无线覆盖项目的正常运行。参考文献1 周忠.浅谈地面数字电视发射系统J.电子世界，2021（8）：204-205.2 杨勇.地面数字电视前端系统的日常管理与维护J.电视技术，2020，44（9）：18-20.3 汪凯.地面无线数字覆盖系统的实施与应用探讨J.数字传媒研究，2022，39（1）：49-53.4 韩克鲲，刘泽龙.浅谈地面数字电视广播监测系统J.电子世界，2020（15）：40-41.5 闫建新.DRA 标准及未来音频编码技术展望J.电视技术，2014，38（22）：11-15，41.作者简介院潘文胜（1968），男，汉族，广东清远人，大专，助理工程师，主要从事广播电视传输发射工作。专题综述195