四川电视塔地面数字电视系统

Broadcast and Production - - Contents - 姚凯涛 吴胜久四川广播电视台

姚凯涛吴胜久四川电视塔地面数字电视系统主要包括前端信源编码系统、无线发射系统、监播系统。结合流程图对信源编码部分的设计做了阐述;对发射系统进行了介绍。为当前国标地面数字无线覆盖提供一种借鉴。

【摘要】 四川电视塔地面数字电视系统主要包括前端信源编码系统、无线发射系统、监播系统。结合流程图对信源编码部分的设计做了阐述;对发射系统进行了介绍。为当前国标地面数字无线覆盖提供一种借鉴。

【关键词】地面数字电视 编码

器 复用器 激励器 发射机

川台地面数字电视机房位于成都市猛追湾电视塔。四川电视塔海拔480米,塔高339米,为成都市最高建筑,用于对成都市区、郊区、周边市县及边远山区提供广播电视信号无线覆盖业务。

2012年,为加快构建技术先进、传输快捷、覆盖广泛的广播电视传输覆盖新体系,整合相关资源,机房采用国标D T M B,使用2个频点传输发射26套电视节目。新技术的使用,极大提升了川台的广播电视公共服务质量和水平,为成都周边广大人民群众获取新闻信息、享受精神文化生活提供了重要保障。

作为一个无线地面数字电视系统,遵从坚持公益性和效能兼顾的原则,我们需对信道、信源进行合理规划。

首先是信道参数的选择。国标系统中较多使用总局推荐的第5种模式。由于本系统每个频点传13套电视节目,要保证画质清晰,在分辨率、帧率固定的情况下,采用16Q A M容纳不了那么多节目,我们选择了32Q A M。高阶调制,虽增加了接收门限,但提高了系统净码率,增加了节目容量,

并保证在意向覆盖区内用户的接收不受影响。

其次是信源编码参数的选择。编码设备为汤姆逊设备,采用H.264编码。为了充分保障画质,我们对多种码率编码方案进行了认真测试比对,最终本系统选择2M b i t/s视频码率。通过合理规划,我们利用较少的频点,传输了更多的节目,通道效率大大提高。

该地面数字电视系统的信源编码参数、信道参数见表1: 以下从前端、发射、监播几个环节对四川电视塔地面数字系统进行介绍。

一.地面数字电视前端系统

整个系统节目规划为26套节目,两个频道,一个频道传输13套节目。视频采用H.264编码,每套视频编码码率1.95M b i t/s;音频采用m P E G-1 L a y e rⅡ,码率64k b i t/s。节目及p I D参数见表2。

采用H.264编码原因有两个:一是机房现有设备为H.264编码设

备,为了节省资金的需要;另外一个原因是在目前广电系统主流的三种编码标准中,M P E G-2编码效率太低,H.264、A V S+这两种编码效率较高,可以达到M P E G-2的2-3倍,在低传输速率下图像质量有了长足进步,而A V S+在市面上机顶盒较少,普及存在一个过程,故最终我们选择H.264的编码方式。H.264在分辨率为720™576的标清模式下,帧率25,平均码率在2MBIT/S就可以达到MPEG-2的6Mbit/s以上的效果,图像画质可达标清模式下的广播级图像质量。因此系统每套节目视频加音频总码率设定为2.0Mbit/s。

1.信号源机房信号源包括省网络公司的S D H信号、彩电中心光纤信号、卫星信号、省网光纤数字有线信号。不同路由的信号保证了节目源的稳定可靠。节目源路由信息见表3。

2.前端设备及信号处理流程前端系统设备主要有光接收机、适配器、信号2切1设备、信号分配设备、卫星综合接收机、解码器、汤姆逊E M1000编码器、汤姆逊N9030复用器、网管系统、BVCOM监播系统等组成。前端系统拓扑图见图1。 信号的处理流程如下:首先不同路径的主备信号源经过适配、光接收、卫星接收,输出T S流信号,T S流信号经过各二切一设备,实现了主备信号的切换,切换后的T S流信号被送到信号分配板卡;经过分配的T S流信号被送到26路解码器进行解码,每台解码器输出两路S D I数字视音频信号,一路进入相应的E M1000编码器进行信号编码;另外一路信号被送到32×32矩阵,矩阵的作用是为备用编码器提供信号源,当主用编码器故障时,矩阵输出故障编码器的4路信号源给备用编码器,备用编码器自动替换故障编码器。

一台EM1000编码器编码可以编码4套节目,输入接口支持SDI、AV;输出接口支持两路A S I输出、I P输出。本系统每套节目视频码率为1.95Mbit/s,音频为64K b i t/s,编码器输出两路t S信号,分别送到两台主备汤姆逊N9030复用器。汤姆逊N9030复用器输入有16路A S I接口,6路A S I输出口,还可以自定义进行输入输出口。26路编码信号进入主备复用器后,复用成两路T S流信号,一路川台信号包,另一路为中央台信号包。在这个环节,需精心调 整各编码器编码码率,保证复用器输出的两路信号码流在26.2M b/s左右,剩下的留着系统和通道保护,防止通道码流溢出。

主备两台N9030复用器输出的中央包、川台包信号被送到2切1系统,实现主备编码后信号的切换,输出T S信号被送到发射机。

二.地面数字电视发射系统

1.国标地面数字电视发射系统的构成。

地面数字电视发射系统的典型拓扑图如图2:

首先前端系统送来的T S流信号经过扰码器(随机化)、前向纠错编码(F E C),然后进行比特流到符号流的星座映射,再进行交织后形成基本数据块,基本数据块与系统信息组合(复用)后,经过帧体数据处理形成帧体,帧体与相应的帧头(P N序列)复接成信号帧(组帧),根据帧地址组帧单元构建与绝对时间日、时、分、秒同步的复帧结构,经过基带后处理转换为输出信号(8MHZ带宽内)。该信号经过上变频转换成指定频率的射频信号,经过功率放大器,带通滤波器滤波,经天馈将射频功率信号转化为电磁波辐射到千家万户。2.R/S NH8600发射系统四川电视塔地面数字发射系统采用德国R/S(罗德施瓦茨)公司大功率液冷数字发射机,其中21频 道、27频道、备机的发射机均为R/S NH8612EC系列发射机,可实现覆盖成都市半径80KM左右,收视效果良好。

每套德国R/S的N H8612E C系列发射机由两个机架设备、散热系统水泵、室外热交换器构成。机架设备上包括一台激励器、一台N E T C C U、一台机架控制器、12台功放单元。另外在备机左侧上端多了一台N S U设备,用以实现N+1。

核心设备为激励器和功放单元,用以实现国标D T M B信道调制、预校正、信号放大的相关功能。系统参数和设备工作参数可以通过N E T C C U在本地或者远程计算机上,利用图形界面进行交互操作,如系统时间、网络设置、发射模式、输入输出接口的选择、信道参数、预校正、激励器输出电平,以及输出级功率、报警门限、水泵单元冷却液的流速设置等等。涉及内容较多,不做介绍。下图为发射机网管系统截图,通过它可以完成上述相关设置和系统状态监控。 3.发射系统备份发射系统的备份采用4+1架构。除了现使用的21、27频道外,还规划了32、49频道。机房采用了5台R/S数字液冷发射机,四台发射机运行在不同频道,一台发射机时刻处于备份状态。当有工作发射机出现输出功率低于设定门限功率、反射故障告警、冷却系列故障、无输入信号、其他硬件故障时,备份发射机立即将频率及工

作参数变化到故障频道上进行播出。N+1系统架构的使用,减少了备机数量,降低了设备投入,保障了设备的可靠性。其拓扑图如图5。

4+1系统通过设备N S U进行管理,以下为网管软件截图,A1为21频道、A2为27频道、A3为32频道、A4为49频道、B为备机。设备故障时,系统会自动切换到备用发射机,也可通过网管手动切换。 4.系统指标把控R/S激励器按国标要求采用了预校正技术,对进入功放的信号提前进行幅度和相位的预失真,实现了信号失真补偿控制,改善了发射机的输出信号频谱特性,保证了发射机信号能处于高指标状态。

在功放单元,多载波模式下很容易产生非线性失真,采用功率回退可以克服线性失真,但又会牺牲放大器的效率。R/S发射机采用大功率横向扩散金属氧化物半导体晶体管(LDMOS),使放大器具有较好的温度特性、高增益和较高的过激励,提升了整机效率;LDMOS管的增益曲线较平滑,特别适合多载波数字信号放大,失真小,而且够覆盖整个U H F波段,使得发射机功放通用性及指标把控大大加强。

通过R/S公司的专业测试设备ETL测试,21频道(538M H z)、27频道(626m H z)在7.2k W、6K W、3.6K W三个功率等级下,所有指标均满足国标要求,实际测试参数全面优于国家标准。在运行中发射机工作在 3.6KW状态,已完全满足对用户端的覆盖。

下图为发射机检测口,带通滤波器之前的测试值:指标整体优异。

三.监播系统

监播系统采用了B V C O M智能监播平台。该平台可以实现对主备信号源、编码后的H.264信号、回监信号进行系统监测监视。通过信号采集板卡,多画面服务器,把节目显示在电视墙。还可以通过软件实现图像层、码流层(T R101-290的3级)报警。具备异态录像存储、节目录制、报警信息查询等功能,有力地保障了系统的安全运行。

四.总结

四川电视塔无线地面数字电视系统,从2013年开始运行,系统运行稳定可靠,各项指标完全合格,达到预期效果,以四川电视塔为中心,覆盖半径达80余千米。上图为场强覆盖示意图。

系统为覆盖区域内广大用户,提供了稳定可靠的地面数字电视信号,提升了川台的广播电视公共服务质量和水平,为成都周边广大人民群众获取新闻信息、享受高质量的精神 文化生活提供了重要保障。B&P

图3 NH8612EC发射机

图4 发射机网管截图

表3 各路节目信息

图1 前端系统拓扑图

图5 4+1系统拓扑图

图2 发射系统拓扑图

图8 21频道传输性能参数

图6 4+1系统网管软件

图7 21频道带肩(-39.2db)

图9 21频道星座图(32QAM)

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