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1單頻網(wǎng)系統(tǒng)的原理

在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中，傳送的節(jié)目信號首先經(jīng)過信號編碼和信號復用形成原始TS碼流，接著送入到單頻網(wǎng)適配器進行適配，在適配器中，引入GPS信號完成碼率適配和秒幀初始化包(SIP)插入，最終形成包含秒幀初始化包(SIP)的TS碼流，通過信號分配網(wǎng)絡(luò)傳送到各個發(fā)射臺，經(jīng)各發(fā)射臺的激勵器(調(diào)制器)進行時鐘同步處理，完成信道編碼，調(diào)制成射頻信號進行發(fā)射，單頻網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的構(gòu)建過程中，需要依賴全球定位系統(tǒng)(GPS:GlobalPositioningSystem)來完成單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)射頻率和TS碼流的同步。GPS信號主要包括時鐘10MHz和秒脈沖1PPS信號，單頻網(wǎng)適配器借助10MHz時鐘調(diào)整TS碼流速率，同時借助1PPS這一時間基準，周期性地向TS碼流中插入秒幀初始化包(SIP)。激勵器的時間同步處理，根據(jù)接收到的TS流中的SIP，解析出TS碼流的時延信息，再結(jié)合發(fā)射站點本地的1PPS信號，實現(xiàn)對TS碼流的時延設(shè)置，完成激勵器的各項工作參數(shù)的配置，達到各站點同步發(fā)送信號的目的。

2江蘇地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)

2．1江蘇單頻網(wǎng)項目概況江蘇廣電按照“統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一建設(shè)，統(tǒng)一管理，統(tǒng)一運營”的原則，共同籌劃江蘇省地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)應用示范網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目。2010年11月，該項目經(jīng)國家發(fā)改委批準立項，作為江蘇省廣電發(fā)展“十二五”規(guī)劃的核心的工作之一，江蘇省無線覆蓋數(shù)字化計劃在4年內(nèi)建設(shè)覆蓋全省的地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)。一期搭建覆蓋全省13個地級市的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)，建成后將面向全省各地級市播出多套電視節(jié)目和綜合數(shù)據(jù)信息;二期將基本覆蓋全省縣級區(qū)域，率先實現(xiàn)地面數(shù)字電視覆蓋到縣，此項目的實施將有力推進江蘇廣電無線數(shù)字化進程，完善江蘇廣播電視公共服務體系［3］。

2．2技術(shù)參數(shù)(1)編碼格式:AVS編碼(主路)和H．264編碼(備路);(2)碼率:3Mbps;(3)工作模式為模式3(單載波方式C=3780，調(diào)制方式16QAM，編碼效率FEC=0．6，幀頭模式PN=945，交織模式720，系統(tǒng)凈碼率為14．438Mbps);(4)發(fā)射頻道:21頻道;(5)極化方式:水平極化;(6)傳輸節(jié)目:CCTV－1、CCTV－7、江蘇衛(wèi)視、江蘇教育、江蘇公共、優(yōu)漫卡通。

2．3系統(tǒng)方案組成單頻網(wǎng)系統(tǒng)方案由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等4個部分組成。(1)前端系統(tǒng)前端系統(tǒng)主要在江蘇有線總前端對CCTV－1、CCTV－7、江蘇衛(wèi)視、江蘇教育、江蘇公共、優(yōu)漫卡通6個傳輸節(jié)目進行信號編碼和信號復用，采用主備路信號，主路采用AVS編碼，備路采用H．264編碼，通過不同單頻網(wǎng)適配器(主路UBS單頻網(wǎng)適配器，備路環(huán)路網(wǎng)單頻網(wǎng)適配器)，統(tǒng)一接入I切換器，最終切換輸出含單頻網(wǎng)流的I信號，單頻網(wǎng)的前端系統(tǒng)如圖2所示。(2)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)絡(luò)負責數(shù)字電視節(jié)目信號在前端系統(tǒng)與發(fā)射系統(tǒng)之間的分配與傳輸，前端系統(tǒng)輸出含單頻網(wǎng)流的I信號，采用光纖直接傳輸或江蘇有線SDH干線傳輸傳送到各個發(fā)射站點。光纖直接傳輸利用南京市區(qū)有線電視網(wǎng)絡(luò)與各發(fā)射站點間的光纖，將分配后的含單頻網(wǎng)流的I信號，通過I光發(fā)射機輸出，發(fā)射站點通過對應的光接收機進行信號接收。SDH干線傳輸利用江蘇有線SDH干線傳輸網(wǎng)45M傳輸通道，將分配后的含單頻網(wǎng)流的I信號，利用I轉(zhuǎn)DS3適配器與江蘇有線SDH干線網(wǎng)絡(luò)45M通道進行連接，在各市縣干線網(wǎng)絡(luò)對應45M端口進行信號下行，并進行DS3轉(zhuǎn)I適配，再利用當?shù)氐某鞘芯W(wǎng)與發(fā)射站點間的光纜線路，通過I光發(fā)射機/光接收機進行信號的傳輸，如圖4所示。(3)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)負責接收傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送來的單頻網(wǎng)信號，送入單頻網(wǎng)配送網(wǎng)關(guān)收端設(shè)備，再將適配后的單頻網(wǎng)流送入數(shù)字電視發(fā)射機，通過國標地面數(shù)字電視激勵器和功放模塊后，按照相應設(shè)計的發(fā)射機功率，送入對應設(shè)計的場型、增益和安裝方位角的發(fā)射臺天線覆蓋對應區(qū)域。(4)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)以南京發(fā)射主站為監(jiān)控中心，將所有發(fā)射站點的監(jiān)控數(shù)據(jù)通過傳輸線路匯集至主站監(jiān)控平臺，進行統(tǒng)一集中化監(jiān)控管理，其系統(tǒng)實現(xiàn)5大監(jiān)測功能:①對發(fā)射機的實時監(jiān)測:基于實時的對發(fā)射機(含激勵器)的各種表頭值(如功率、溫度等數(shù)據(jù))和表征設(shè)備當前工作狀態(tài)的狀態(tài)量(如開關(guān)機狀態(tài)、激勵器選擇、功放電源告警等)的采集，結(jié)合具體的業(yè)務需求，可以方便準確地了解整個發(fā)射系統(tǒng)的工作狀況、任意一臺發(fā)射機或激勵器具體的運行狀況(包括激勵器工作參數(shù))，瀏覽當前的有關(guān)告警信息，任意一臺設(shè)備發(fā)生異態(tài)時產(chǎn)生聲音和顯示報警。②對空收信號的實時監(jiān)測:將各新增站點機頂盒解調(diào)空收信號輸出后的畫面回傳至省前端監(jiān)控平臺，實時顯示于原有的監(jiān)控界面上，對畫面監(jiān)測信號進行實時滾動顯示、基于節(jié)目流層面的數(shù)據(jù)分析，節(jié)目中斷、靜止時進行告警提示并記錄。③控制功能:系統(tǒng)能實現(xiàn)遙控發(fā)射機開關(guān)、功放復位、激勵器切換、設(shè)備參數(shù)設(shè)置等功能，遙控功能可通過人工授權(quán)給任一終端或用戶。④告警功能:基于遠程設(shè)備告警參數(shù)設(shè)置的功能，實現(xiàn)對設(shè)備各具體參數(shù)的門限、告警條件、告警級別進行設(shè)置。在發(fā)射機出現(xiàn)故障或主要參數(shù)異常和量值超門限時，能自動啟動報警系統(tǒng)并在界面上按告警級別以聲音、顏色、語音等方式顯示故障發(fā)射機和故障部位，便于值班人員迅速判斷和及時排除故障。⑤數(shù)據(jù)管理功能:按要求準確記錄新增設(shè)備的數(shù)據(jù)到現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫中以備用，需要記錄的數(shù)據(jù)包括兩個方面:發(fā)射機相關(guān)運行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)(自動定時抄表、狀態(tài)和表頭值變化時的所有參數(shù))和對發(fā)射機進行的控制動作，根據(jù)業(yè)務需求提出一定的查詢條件，對數(shù)據(jù)庫記錄的數(shù)據(jù)進行抄表數(shù)據(jù)查詢、故障記錄查詢、故障歷史數(shù)據(jù)的查詢、開關(guān)機記錄查詢、重要控制動作記錄(如切換激勵器)查詢。

2．4設(shè)備選用和調(diào)試

2．4．1前端系統(tǒng)設(shè)備選用(1)編碼器系統(tǒng)采用美國EnvivioC4系統(tǒng)，美國Envivio公司是H．264/AVS編碼器行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)導者，目前在全球占有60%以上的份額，其圖像質(zhì)量在多家電視臺的專業(yè)測試中名列前茅。(2)復用器系統(tǒng)采用北京算通科技發(fā)展股份有限公司EM800數(shù)字多媒體處理平臺，EM800具有性能穩(wěn)定、兼容性好、集成度高、操作簡便、組網(wǎng)方式靈活等優(yōu)點，可以為運營商節(jié)省大量的維護成本和空間。EM800支持4路MPTS/SPTS傳輸流I輸入、4路MPTS/SPTS傳輸流千兆IP輸入、2路獨立MPTS/SPTS傳輸流I輸出。(3)地面國標單頻網(wǎng)適配器分別選用加拿大UBS公司的DTMB4010DTMB適配器和北京環(huán)路網(wǎng)公司的TL405DTMB適配器。(4)GPS時鐘選擇北京泰福特電子科技有限公司的HJ5436A－IVGPS同步時鐘，該GPS時鐘在全國多個DTMB平臺上使用，完全滿足標書要求。(5)I切換器、I/DS3適配器、I/IP合路光機均選用北京環(huán)路網(wǎng)公司的設(shè)備。I切換器選用SS100型I切換器，I/DS3網(wǎng)絡(luò)適配器選配TL403網(wǎng)絡(luò)適配器，DS3/I網(wǎng)絡(luò)適配器選配TL305系列網(wǎng)絡(luò)適配器，I傳輸光端機選配TL501/TL551型I/IP合路光端機。(6)標配視音頻編碼器采用海康威視DS－6101HF－IP，這是海康威視基于TI平臺開發(fā)的視頻服務器，采用Linux操作系統(tǒng)、Davinci處理器，運行穩(wěn)定可靠，采用標準H．264壓縮算法，支持多種分辨率實時編碼，支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可應用于多種領(lǐng)域的安全防范。(7)無線標清數(shù)字電視機頂盒采用金網(wǎng)通國標地面標清數(shù)字電視機頂盒，它采用國內(nèi)知名品牌AVL8332處理器，集成了國內(nèi)多種主流條件接收系統(tǒng)，集成了國內(nèi)多種主流數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)，支持多種頻道搜索方式，支持多種在線升級規(guī)范，支持開機畫面更新，支持廣告圖片功能。

2．4．2IP地址規(guī)劃和設(shè)備配置根據(jù)網(wǎng)管系統(tǒng)要求對AVS_AV編碼器、AVS_SDI編碼器、復用器、單頻網(wǎng)適配器、I切換開關(guān)、前端網(wǎng)管服務器、系統(tǒng)監(jiān)控終端(授權(quán))、核心交換機、發(fā)射機、激勵器、I/IP光端機(發(fā))、I/IP光端機(收)、I/DS3傳輸適配器、DS3/I傳輸適配器、AV監(jiān)控轉(zhuǎn)碼器進行IP地址配置。以江蘇省省會南京和13個地市區(qū)域進行IP地址規(guī)劃，每個地市設(shè)置獨立的網(wǎng)關(guān)，江蘇單頻網(wǎng)中的IP分配地址如表1所示。

2．4．3設(shè)備調(diào)試在單頻網(wǎng)(揚州和鎮(zhèn)江兩地)組網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)，在兩地的信號覆蓋重疊區(qū)域，電視信號圖像有馬賽克現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)這是環(huán)路網(wǎng)公司的I/DS3傳輸適配器與吉兆公司的激勵器碼流不匹配造成的。不同廠家的激勵器對輸入的包含SIP包的單頻網(wǎng)信號的要求及處理方式不同，某些對輸入信號指標要求較高的激勵器(送給激勵器的I信號抖動超標時，激勵器將停止工作)，DS3通道的反向適配需要采用對輸出I信號有定時調(diào)整的方案，以校正信道適配引起的抖動超標等問題，但這種方案一般需要加入GPS同步參考時鐘來保證長時間工作而不會由不同設(shè)備參考時鐘的不同步造成差異，而某些對輸入信號要求不是太高的激勵器(只要求輸入信號能夠透明、均勻地送給激勵器即可)可以采用透明傳輸，不做定時校正的方案。改用透明傳輸、不做定時調(diào)整的方案以后，避免了參考時鐘對輸出I信號的影響，DS3適配器只是在速率適配過程中在傳輸流中將添加的空包去除，而不做其他任何調(diào)整，因而在保證透明傳輸?shù)那闆r下不會出現(xiàn)抖動和網(wǎng)絡(luò)延時的跳變，從而避免對激勵器當前秒幀內(nèi)數(shù)據(jù)同步的影響。對環(huán)路網(wǎng)的DS3通道適配器進行軟件升級，使DS3通道的信號進行透明傳輸，不做定時調(diào)整與吉兆激勵器進行互聯(lián)配合解決了調(diào)試的問題。

3結(jié)束語

至2013年底，江蘇地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)完成兩期建設(shè)，一期即國家發(fā)改委批復的示范項目，包括前端和13個市發(fā)射臺站建設(shè)，二期包括13座縣級發(fā)射臺建設(shè)。單頻網(wǎng)的構(gòu)建極大地推動了地面電視廣播的發(fā)展，單頻網(wǎng)能有效地節(jié)約頻率資源，節(jié)省設(shè)備費用，擴大覆蓋區(qū)域，它豐富了電視信號的覆蓋手段，同時也豐富了市民的文化生活，為國家文化產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展起到了重要的作用。

作者：華金京孫焱伍得兵姚偉單位：金湖縣廣播電視臺