广电大厦传输中心设计方案

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    随着有线广播电视事业的发展及科学技术的进步，为迎接新世纪信息化社会带来的新机遇，新挑战，我台于世纪之交兴建了南京广播电视大厦，做为南京市广播电视数字化、网络化和多媒体化的一个基础平台。位于广电大厦11楼的传输中心承担完成各类节目及多功能服务的接收、处理、调度、播出与传输功能，是广电大厦运行的核心部份，也是南京有线电视网络的总前端。在一年多的时间内，大家进行了严谨的论证与调研，考虑到现实与发展，科学设计，精心施工，认真调测，在2000年8月完成系统的安装调式，经过多次自检、试用及初验，于10月投入试运行。经过几个月的试运行证明，系统的功能与性能达到设计要求，各项指标稳定，运行可靠，它的启用使南京市民能更清晰稳定地接收电视节目及各类咨询服务，为我市的信息化建设增添一个新的硬件平台，取得了良好的社会效益。
   
   1、 广电传输中心的设计依据
   
   GY23 《省级电视中心建设规范》
   
   GY/T106-92 《有线电视广播系统技术规范》
   
    GB/T14236-93 《电视中心视频系统和脉冲系统设备技术要求》
   
    GY/T106-92 《电视中心播控系统维护规程》
   
    并根据我台HFC宽带综合业务网规划及节目制作与播出的发展规划而做出的。要求新建的传输中心能满足
   
   直到2010年，在节目制作、播出、传输及多功能业务上的需求，并为发展留有充分余地。
   
   2、 设计思路
   
    当前广播电视正处在模拟向数字转变的过渡时期，制作，播出及传输体系向数字化、网络化和多媒体化发展的方向已非常明确。但相关的标准体系未完全建立，各种数字产品琳琅满目，如何把握发展的大方向，在技术先进的前提下，合理选型，确保投资效益，不致因标准体系的变化，使新建系统又面临大规模的改造。这是设计上的一个难点。根据总局“不间断、高质量、既经济、又安全”的方针，以及技术发展的趋势，大家认为：应率先实现台内节目制作过程的数字化，播出应与其同步实现数字化和网络化，传输环节应在DTV传输标准明确及市场的发展过程中逐步数字化。目前台内演播室采用数字系统，它与播出、总控之间的数字系统应采用ITU-R 601标准的无压缩SDI格式连接；在面向传输的环节中，考虑到DVB标准逐渐明朗，最终将采用MPEG-2的TS流连接。但在目前的模拟传输体制中仍以模拟复合为主。依据这一基本思路，大家进行了分系统设计，各部分合理采用数、模兼配，在保证先进性的前提下，充分利用老设备。
   1、 传输中心的系统构成：（如附图1所示）
   
   1）：总控系统 实现台内外各种信源的控制调度与监测。由一个GVG SMS 7000 64×64数字矩阵负责
   
   台内各种信源的调度与监测，由另一个GVG SMS 7000 64×64模拟矩阵负责传输信号的调度与监测。
   
   还包含时钟、同步、通话等公共系统。
   
   2）：前端传输系统 各路基带信号经处理后调制，混合，前置放大后送到光传输设备，并传送出局。
   
   3）：信源系统 卫星信源：由10个卫星地球站组成，接收几十路模拟，数字卫星信号。光传输信源：
   
   接收本地由光路传送的各种信号。
   
   4）：播出系统 由基于盘带结合方式，网络化控制的四个播出系统构成 ， 其中一个数字系统，三个
   
   模拟系统。
   
   5）：全计算机播出的图文及逆程系统
   
   6）：UPS供配电、工艺接地 机房专用空调等辅助系统。
   
   二、 总控系统
   
    由输出矩阵、输入矩阵、监控部份、公用部份构成，其中输出、输入矩阵是整个系统的核心。（总控系统
   
   框图见附图2）
   
   1、总控功能要求：
   
   1） 总控系统主要负责台内外节目调度，台内共用信号的分配。对所有信号进行处理、监测。
   
   2） 总控给各演播室反送信号，提供外源信号调度，确保演播室能进行现
   
    场直播、联播，异地联播的功能。
   
   3） 总控给录制机房馈送信号，能对所有外源、自办节目、演播室节目进行录制和回放。
   
   4） 总控系统能对自办节目的播出进行监测和应急处理。
   
   5） 总控系统能给各自办节目提供所需台内、外信号。
   
   6） 总控系统给各技术用房提供统一的同步信号。
   
   7） 总控系统给各技术用房提供统一的时钟信号、实现台内各专用系统的通话，可满足各种可能的现场直播、联播需要。
   
   2、总控系统构成：
   
   输入矩阵： 完成台内各演播室之间、演播室与播出系统间、各外源信号与演播室、播出系统间的调
   
   度。因演播室采用数字方案，所以输入矩阵采用全数字矩阵。采用SDI格式传送信号。考虑到当前应用
   
   情况，本台9个演播室，每个有主、备两路输出，同时总控返送一路外源信号用于演播室间联动；加上
   
   自办播出频道的主备输出及总控反送的外源信号 ；输出、输入矩阵间的调度及其它外源信号调度，总
   
   控输入矩阵共调度了50多个信号，因此配置64×64规模比较适合。
   
   输出矩阵： 完成各传输频道的信号调度及各上下行局间站之间的信号调度。 根据现有的应用及发
   
   展，采用64×64的规模的模拟矩阵。
   
   监控部分： 输出、输入矩阵各用一根输出母线配接标准监视器及波形矢量监视器（或数字监视器），
   
   对所有信号进行监测。为了能实时监看信号情况，总控配置了监视屏幕墙，其中用56个屏幕监看各路基
   
   带信号情况。
   
   公用部分：
   
   同步系统 采用2台TEK SPG 422数字同步信号发生器，自动切换。为全台各演播室，各播出系统及其它设备提供统一的同步信号。
   
   时钟系统 采用高稳钟加CCTV逆程时码结合的方式提供时间码，再转换成标准的EBU码，传送到系统
   
   的各个子钟及播出系统锁时，这钟方式能保证时钟信号稳定可靠和精确，同时据有较高的性价比。
   
   内部通话系统 采用数字交换系统供台内各演播室及播出、总控的内部通讯用。根据现有的应用规模，
   
   确定为64门。它可通过App设置，构成多个虚拟交换机以满足不同的应用方式。可完成点对点，一点对
   
   多点，电话会议等多种功能，同时还可用无线方式接入，使用灵活，能满足大家的各种应用需求。
   
   3、设备选型：
   
   根据上述功能要求，经反复论证，大家选用GVG SMS 7000系列信号管理系统做为总控输入、
   
   输出矩阵。该产品采用结构化、模块化设计，标准机箱从16×16到128×128，级联后可扩展到
   
   1024×1024。机箱内采用插卡方式， 基本模块为16×32，在一个机箱内插入不同数量板卡可以方便地变
   
   化规模。机箱数字、模拟兼容，可插数字板卡，可插模拟板卡，也可数、模共用一个机箱，构
   
   成两个虚拟矩阵，方便升级改造。视频、音频分机箱安装，因此，总控输入矩阵及与其相关数
   
   字系统都采用分离式数字音频设计。数字视频采用SDI接口，兼容4：3或16：9格式，数字音频采用
   
   48KHZ AES/EBU AES3格式。矩阵支撑可编程多母线控制面板，操作使用方便可靠。在尚未完
   
   全数字化前，输入矩阵的输入、输出端都有各种模拟应用的需求，因此输入矩阵的联接有多种
   
   方式，有
   
   模—数—数；数—数—模；模—数—模。为保证通道的质量和性价比，大家配用了GVG8960 D/A ，
   
   MELANDA 221I，A/D ，且板卡不满配，用跳线方式来满足各种需求，节约了资金。系统
   
   在结构上采用结构化、模块化设计，输入、输出矩阵的周边设备选择GVG8000系列产品。该产品全部
   
   板卡化，可混插在GVG8900机箱中，这样可以简化系统结构，板卡的互换性强，可以以少备
   
   多，同时8900机箱采用智能化设计，有一个标准的RJ45网络接口，可以通过PC机对其中的板卡运行状
   
   态进行实时监测。
   
   4、系统调测：
   
   总控系统的视音频指标及数字指标应符合
   
   GY/T 165-2000 《电视中心播控系统数字播出通路技术指标和测量方法》
   
   GB/T 14236-93 《 电视中心视频系统和脉冲系统设备技术要求》
   
   GY/T 107-92 《电视中心播控系统维护规范》
   
   采用TEK VM700T及TEK SPG271和 SPG 422 来进行调测。
   
   　
   
   根据通道的组成及其指标分配，大家分别调测了模—模通道的指标，数—数通道的指标，及 模—数—
   
   模通道的指标。模—模的通道指标符合GY/T 107标准的甲级标准。数—数的通道指标符合GY/T 165标
   
   准。对于 模—数—模的通道，大家认为测试仍是有意义的，当模拟信号转换到数字域后，数字通道只
   
   对其传输中的误码有影响，只要系统不崩溃，D/A还原后的基带信号指标不会受影响，因此，这种测试
   
   方法既考察了数字通道传输的可靠性，又测试了A/D与D/A及相连接线路的视频指标。实际测试结果也证
   
   明这种通道的模拟指标符合GY/T 107的甲标。为了考查数字系统的稳定性，大家用TEK WFM 601M的
   
   EDH DEF功能测试800平米演播室到总控输入矩阵监测母线间的数字通道，经过48小时连续监测，没
   
   有发现一个FF CRC ERR或AP CRC ERR。在测试系统可靠性余量中，800平米演播室至总控的电缆线
   
   长为110米。当大家外接数字电缆长达到200多米时系统才崩溃。这证明大家的系统设计和设备选型是成功的。
   
   三、 信源系统
   
   本部分主要指采用卫星接收方式，光传输方式接入系统的台外信源。
   
   1、 卫星地球站 ：
   
    卫星传输的广播电视节目是各有线电视台主要的节目源。亚太地区上空从40E — 170E有几十颗星，
   
   几百套节目。大家主要接收的是CCTV各套节目及国内各省级台上星节目和部分国内交换节目，共需
   
   接收亚太2R，亚洲2号，亚洲3号，亚太4A，亚太1号，鑫1号六颗星，考虑到发展及安装场地的条件，
   
   大家决定安装10个卫星地球接收站。经过系统设计和计算，为保证可靠接收，并留有充分余量，采用
   
   6米天线4座（其中C波段3座，Ku 波段1座），4.5米天线6座（C波段4座，Ku波段2座）。下变频器
   
   LNB，C波段采用GARDINER NT=17K，KU波段采用PAUXIS，噪声系数为0.7dB。
   
   2、 卫星接收机选型：
   
   目前各类卫星节目有多种传输方式，有模拟传输，数字传输，数字方式又分为DVB-S和其他格式
   
   等，同时又有有条件接收和广播式接收。卫星接收机因此五花八门。因我国已确定DVB-S标准，
   
   而未来有线电视的传输标准可能用DVB-C技术，在卫星信号转换为有线电视信号传送时，最为有
   
   效的方法应在MPEG2的TS流层面上实现连接。因此，在数字卫星接收机的选型上，大家要求既能
   
   满足在模拟系统中应用，又有标准的SDI数字接口，同时又能兼顾下一代DTV的传输需求。根据这一要
   
   求，大家选择了NDS Alteia 942卫星接收机。做为主用的数字卫星接收机型。
   
   NDS 942机型符合DVB-S和MPEG-2标准，频率范围为950——2150MHZ；可兼容4：2：2和4：2：0
   
   数字视频。尤其是它的输出接口类型丰富，有一个复合模拟视频、音频输出；一个符合ITU R 601的
   
   SDI串行数字接口；及两路立体声AES/EBU数字音频接口；一个并行接口 DVB SPI，可输出同步并行传输
   
   的MPEG-2的TS流；同时还有一个非同步串行接口DVB ASI，可输出串行非同步的MPEG-2的TS流。
   
   这种机型的多接口方式给数、模混合的系统中带来很大的方便，同时也为下一步发展预留空间，因此
   
   有较高的性能价格比。模拟接收机采用传统的东芝C4型。
   
   卫星地面站在建站过程中，首先进行了站址电磁环境的测试，确定对大家的接收频率无干扰。在施工
   
   过程中精心组织，严格把关。在系统验收测试中其关键指标载噪比C/N都在10dB以上，高于各种模
   
   拟、数字卫星接收机的解调门限，且有较大的余量。
   
   3、光传输信源：我台转播频道中有10套信源用光传输方式送到传输中心，同时还有部分演播室及其
   
   他一些用于现场直播的回传光信号，总计20多路，因其源端的分散性，全部采用点对点的光链路连
   
   接，采用模拟基带调制光端机。
   
   四．传输系统：
   
   1．设计依据：
   
   根据GY/T106-92标准及我台HFC宽带综合业务网的发展规划。
   
    我台HFC宽带综合也望的A网部分采用750M邻频传输系统，上、下行采用不对称的双向传输中分割方式。以满足双向交互综合业务需要。在双向业务没有完全开展以前，前端传输系统仍要满足下述功能：
   
    前端应能满足传输550M的所有下行频道
   
    前端应能满足今后550M ~ 750M新增业务需要的传输
   
    前端应能传输有线调频广播
   
    前端应能提供现有干线系统的各种导频信号
   
    前端应能保证安全可靠
   
   2． 系统构成
   
    我台广播电视宽带综合业务网络主要是环网+局间站+HFC结构。干线采用光纤传输系统，目前正在进行750M的升级改造。网络有多种结构，在干线及支线上有部分电缆网络存在。大家的前端设计必须未来网络要求同时也要兼顾现有网络指标和机构上的要求。
   
   国家标准规定的用户端指标，依据GY/T106-92和GB6510-86的相关条款进行全网的指标分配。其主要指标有：
   
   用户端：C/N ≥ 43 dB; CTB ≥ 54 dB; CSO ≥ 55 dB
   
    前端系统框图见附图三，由频道调制器、混合器、前端放大器、光发射机、光放大器和光分配部分组成。在设计中根据各环节分配的指标，对设备进行科学、细致地选型。
   
   调制器：调制器完成基带视频、音频转换为射频信号的功能。在邻频传输系统中调制器的性能对全网指标影响很大。在我台改网的过程中，频段、频点的调整是必然的。为节约资金，大家采用捷变频与固定频道调制器间配的方案。系统中采用了大量的捷变频调制器。一般的捷变频调制器由于要全频输出因此末级采用宽带放大并带来较大的带外噪声，多个捷变频调制器将使系统的本底噪声提高影响指标。大家经考察选用比利时BARCO企业的PULSAR系列电视调制器，它采用跟踪滤波器技术，确保带外噪声输出的指标与固定频道调制器相同，且采用微处理器控制有较好的用户交互界面。同时具有强大的ROSA前端网管系统。可建立自动监测与控制前端。经混合后的RF信号送前置放大器。
   
   前置放大器：主要补偿因混合，分配后带来的增益损失，以确保有足够的射频功率驱动光发射机。前置放大器是全网的咽喉，它的指标尤其是非线形失真的指标决定了前端输出指标。大家选用GI企业的机架式前置放大器，其指标为：C/N ≥ 55 dB; CTB ≥ 80.1 dB; CSO ≥ 72.2 dB。高于前端设计的指标要求。前置放大器分为两路，各驱动一台1550nm的光发射机。
   
   1550nm光发射机：我台的环网采用双向自愈方式，从前端的两台1550nm光发射机和两台大功率的光放大器向环网的两个方向馈送信号，到各局间站利用光开关完成自动切换。光发射机采用加拿大ATX企业的Javelin 1.5-TRNU 1550nm外调治式光发射机，它适用于调幅CATV的传输系统，具有高的光功率输出，宽动态范围的特点，且有自动增益功能，只要入口射频信号电平在阀值上就可以保证输出光功率稳定。
   
   1550nm光放大器：为实现在环网上无中继传输和实现 更有效的光网覆盖，在光发射机后采用加拿大ATX企业的Javelin 1.5-AMPU30光放大器，它采用最先进的AlGaAs激光二极管泵浦的固体Nd:YLF激光器光源去泵浦铒镱掺杂硅光纤，从而使光信号在通过光纤时被放大输出，实现光---光放大，出口得到+20dBm的高功率。这种光放大器采用微处理器芯片控制，通过串行通信接口与PC相连接。可实现在线监控，智能管理。
   
   DV-6000型光发射系统：覆盖五县四郊的郊县网采用星形结构，由ADC企业的数字调制的DV-6000型光发射系统构成，该系统将16路基带的视频，音频信号数字化后，复接成为一路2.38GBps的数字信号，经调制后传送到远端分前端使用，这种方法可以确保基带信号的质量，且可以免除采用射频的调制方法带来的各种的非线形失真。经过系统验收测试，在用户端的指标符合GY/T 106的标准。
   
   
   
   五、播出系统：
   
   根据总的设计思路，在制、播、传输全面数字化前还有一个过渡时期，这个过渡时期的长短取决于数字标准体系能否尽快建立，各个台的经济实力及ＤＴＶ应用市场的发展情况。在这个过渡时期中要充分利用现有设备的价值，又要奠定模—数转换的基础，同时又要大力开展数字技术的应用。随着非编系统网络化的成熟及数字存储媒体技术的发展，数字化技术在节目制作，播出环节中的应用将向深层发展，采、编、播，必将网络化，实现制播一体化运行、管理的模式。这不单是一个简单的技术问题，也是一个运行模式和观念上的变革。在数字化的进程中，网络化是一个重要的方面，它包含两个方面的内容：节目信息流和管理信息流的网络化。目前，采用全数字方式、全硬盘模式是方案最简单，投入最大，效益较低的选择，而根据我台现状采用盘、带结合方式，网络化控制管理，模、数兼容的模式是符合大家的设计思路的，也是综合效益较高的方案。
   
   １：系统构成：见附图５
   
   由两台ＰＤＲ－３００系列硬盘服务器构成硬盘播出子系统；组成一对一的热冗余备份。提供三个自办播出系统的硬盘信源。三个基于播出切换台的播出子系统，一个数字，两个模拟。总编室编排及监播子系统，广告部编排子系统，及系统管理服务器。整个系统基于计算机网络实现各子系统之间的信息共享和协同工作。系统的核心是系统服务器，它负责网络管理，维护系统数据库，存储各种信息，如节目单，播后数据等。数据库用ＳＱＬ ＳＥＲＶＥＲ，因此网络采用客户机／服务器模式运行，服务器用ＲＡＩＤ方式，双机热备。考虑到播出网络安全第一原则，采用双网结构，内部网挂接３个自动播出工作站，两个广告编辑工作站，采用１００Ｍ数字交换机作为交换中心。外部网是台内ＩＮＴＲＥＮＡＴ，挂接总编室编排及监播子系统。网间用系统服务器作为网关，服务器采用防火墙技术以防止非法入侵。系统按职能设置不同使用权限。同时App也有多层次的检测，纠错功能，确保安全播出。
   
   ２、系统原理及特点：
   
   节目管理信息流：总编室的编播信息由外网送到系统服务器，并分发到各播出工作站。
   
   广告编播信息由内部网送到系统服务器，与总编编播信息合成。播出工作站的在播、播后信息及出错信息返回到服务器共享。
   
   节目控制信息流：每个播出工作站由编辑机和控制机两部份组成，为了节约资金，采用虚拟上、下位机的方式，用一台ＰＣ机完成。编辑机与服务器通信，完成管理任务。控制机控制切换台、录像机、硬盘等设备的联动，完成播出控制任务。由于采用网络化控制，系统易于扩展，可方便地升级为更多频道播出。
   
   节目信源生成：节目信源的控制基于切换台模式，原因主要有１）、由于现场直播、应急播出的需求存在；２）、输出信号需要叠加台标、字幕、调音功能。播出切换台本身具有的这些功能，使它可以继续保持生命力。信源有演播室信号、录像机信号、其它外源信号、硬盘服务器信号。ＰＲＯＦＩＬＥ硬盘子系统由多个频道共享，信号接口为ＳＤＩ格式，内部处理、存储用ＭＰＥＧ－２格式。各播出工作站采用ＬＯＵＴＨ协议来控制ＰＲＯＦＩＬＥ，硬盘中的素材段生成不同的ＩＤ号，由工作站调用ＩＤ号来完成播出。这种方式可以对一个素材多次调用，也可以几个素材段连续调用播出，为全硬盘播出创造条件。
   
   系统App：整个系统采用ＷＩＮＤＯＷＳ　ＮＴ４.０作为操作平台，保证稳定可靠的运行，采用ＭＳ　ＳＱＬ　７．０作为数据库的开发平台，数据库的操作基于ＳＱＬ语言便于系统的扩展。
   
   应用App：分为编播管理，录入编辑和自动播出几个部分。其中自动播出App具有功能完善，界面友好，操作方便，运行稳定。运行几个月，设有发生系统崩溃。
   
   播出系统的这种盘带结合，数模兼容，网络化管理模式，是符合当前我台制播技术的现状，也为下一步的技术发展奠定了基础，只要外挂大容量存储库，就可以转为全硬盘、全数字、网络化的播出方式，是性价比较高的一种选择。
   
   
   
   六、辅助系统：
   
   辅助系统包括：供电系统、接地系统，机房空调及消防系统和防雷系统。
   
   供电系统：电力供应是保证传输中心正常工作的第一要素，设计上首先要考虑安全、可靠、稳定，大厦进线供电采用双路供电方式，内部配电根据用电对象不同分别对待。为保证不受其它电器干扰，传输中心设备用电（工艺用电）用独立的变压器单独供电。在１１层中心机房单独设置了UPS室，市电经UPS稳压、净化后由二次配电系统送到各台设备。在极端的情况下，假如双路供电都出了问题，为保证大楼的主要设备及传输中心的正常运行，配置了一台８００KVA的劳斯莱斯柴油发电机组，它可在停电后１分钟内自投恢复供电。中心的UPS组采用两台梅兰日兰１２０KVA UPS，主、备配置，当主路出现问题时，备路可自动倒换。满载运行时后备电池能工作１５分钟。因此，这种三重保险配置，确保中心供电安全可靠。
   
   接地系统：接地的方法及效果对用电安全、防雷击安全及因接地线不良引入的干扰有很大影响。接地理论既直白却又很深奥，实际应用也有多种方式。大楼采用基础桩接地、另外附加接地环的方式解决接地体的可靠性和低电阻。大楼钢筋用焊接方法联成一个接地整体。这样大楼的钢筋既是保护地，也是防雷地。为了避免用电器及空中干扰，大楼的信号地线（工艺地）在基础接地端用一根７０平方毫米的扁铜带单独引上来，实现一点接地分别使用。为保证工艺地线“干净”，采用加装屏蔽层的方法，从底层一直送到１１层。层内的工艺地线采用二级星型结构分区分配直到每一台设备。层内工艺地和保护地严格分开，所有机架与大楼钢筋（保护地）绝缘安装。为减小因直击雷带来的地电位反击电压，两种地线在同一层面的工艺竖井处相联结一次。为减少同一层面相感应雷带来的跨步电压，在平面上每隔五米用扁钢做成井字型，与大楼主筋相连接。在验收中，１１层传输中心的工艺和保护接地电阻都在０.２欧姆以下。实际应用中没有出现因接地问题带来的干扰或故障。
   
   防雷击系统：因雷击造成生命财产的损失一般有两种形式：直击雷、感应雷。为防止这两种雷击对大厦及传输中心带来的破坏，大楼采取多种防雷方式。顶部加装避雷针以防止直击雷对建筑物造成的损坏。引下线采用与大楼主筋相连的方法，释放电雷电流。电源部份，从大楼进线开始分成三级防雷，在一次变电后加装避雷器，选择大通流量，但残压也相对大的器件，主要起到消耗雷电流的大部份能量。在１１层ＵＰＳ前加装二级防雷，采用中通流量器件，进一步消耗雷电流能量，降低残压。在二次配电柜前加装三级防雷以限制残压值。理论上三级防雷措施后，剩余的雷电流能量不会再损坏设备。为防止直击雷经大楼主筋泄放雷电流而使周边电线产生感应电压损坏设备，在布线时，所有电线应远离大楼的承重墙和立柱，且用金属线槽屏蔽。对设备的长线端口，主要是跨楼层的长线，加装信号避雷器，以防止因楼层间地电位反击电位差带来的破坏。入楼的外引馈线全部加装避雷器，同时也注意对地线的处理（见上）。
   
   空调及消防：根据１１层平面内各机房的重要性及设备特点，采用不同的方法以最大限度的提高利用率，降低成本和运行费用。消防采用分区隔离，气体灭火与水喷淋灭火及人工灭火相结合的方法。由大厦防灾中心统一监控管理。空调设置考虑到传输中心运行特点，采用独立的系统和大厦中央空调分开。重点设备区采用机房专用空调系统，恒温恒湿。其它区域采用ＶＲＶ专用空调，以满足运行
   　
   
   　
   
     
信息来源：广电传播