中央电视台非洲分台总控系统设计及应用
宋庆峰 赵蕾
（中央电视台）
摘要 本文介绍了中央电视台非洲分台的立项背景及分台总控系统的概况，分析了总控传输系统的特点及组成情况，对矩阵系统、时钟系统、同步系统、卫星系统、光传输系统等进行了分析，并针对一些问题进行了详细的分析和讨论。 关键词 非洲分台 总控 矩阵 传输 控管监 1. 项目背景 在新时代的媒体发展潮流中，中央电视台秉承了新闻立台的原则，为将中央电视台建设成为国际一流媒体，提高中央电视台在全球范围新闻报道的话语权，增强应对突发新闻的反应能力，在2011年，中央电视台开始部署海外传输平台，这是以北京本部为中心；香港、伦敦、洛杉矶为三大POP点（网络服务提供点-或称局端）；内罗毕、华盛顿分别建立非洲分台和美洲分台；莫斯科、迪拜等地建立记者站的网状结构。其中非洲分台，位于非洲中部的肯尼亚首都内罗毕，主要负责覆盖非洲区域的新闻工作，它也被确定为最早开播的分台，并于北京时间2012年1月12日凌晨一点、非洲当地时间2012年1月11日晚8点顺利开播。 2. 非洲分台业务需求概况 中央电视台非洲分台，具备驻在国新闻采集、区域新闻报道统筹、区域重大突发事件应急报道等新闻采集的重要功能。 分台主要由以下几个部分组成：多功能的演播室系统（主演播室、辅助演播室）、完备的网络制播系统、全时的信号调度处理系统、多方式的信号传输系统和迅捷的远程指挥系统。 总控系统的工作任务主要包括信号收集、处理、调度和分配等，并能够输出时钟、同步基准，同时可接收、发射卫星信号及负责光缆传输。整个系统可适配中央电视台非洲分台全高清制作播出环境，支持与中央电视台北京本部信号的交换，完成所在区域信号的接收，同时还支持与分台内播出系统、演播室系统和收录系统等多个分台子系统间的信号调度和交换。应急传送部分可实现区域紧急任务传送和大型突发事件直播报道。 3. 总控系统设计原则 安全性：从路由到系统、设备、电力、空调等多方面均进行多种冗余设计与措施相结合，对信号传输的光缆通道选择尽量独立、分离的主备路由，保证信号传输的安全； 先进性：引入成熟的先进技术，提高方案实用性及新技术的含量，适应高标清等多格式的信号环境，系统可监、可控、可管； 可靠性：采用国际认可度高的设备，综合成熟的设计方案，对设备进行严格的硬件功能和指标测试以及软件控制、监测功能测试。对信号通道进行了第三方质量检测，并对系统进行了完整的流程测试及稳定性测试。另外，对于突发状况设计相应的应急预案及处理办法； 可扩展性：系统设计既要满足分台当前的技术和业务需求，同时也能满足日后增长的新需求，系统软硬件均考虑了未来升级的需要。 4.总控系统组成情况 4.1矩阵系统 矩阵设备是总控系统的核心设备，负责分台信号调度和交换的功能。针对信号实际需求，非洲分台配备的矩阵机箱及交叉点板最大可支持128×128规模的使用，实际配置为64×64规模的矩阵（矩阵输入板和输出板），该设备支持3Gbps/HD/SD/ASI等多格式的数字视频/音频信号的调度，并支持AFD信息和Dolby音频的透传等功能，此外，还具备对音频的加解嵌功能，MADI音频的I/O功能，让视频与音频的调度更加灵活。 4.2显示系统 非洲分台总控系统的信号监看规模设计为128路信号，其中含总控矩阵的输入输出信号和播出下行监看等信号。 总控控制室共配备4块50吋PDP大屏用于信号展示和监看。值班员可以直观的看到信号的传输画面。分台共配备了4个16路SDI输入，单头DVI输出的画面分割器，并通过DVI光传输设备分别连接至大屏。 4.3技监系统 对于所有的输入信号和输出信号，总控系统要针对其图像和声音信号进行主观监看和客观测量。为实现此监看监听的功能，共配备了两套技监系统设备，分别位于控制台及立柜机房。每套技监系统，由波形示波器、音频监听单元及技术监视器组成，可参见图2。由于非洲分台的机房面积较小，为了达到设备的最大利用，立柜机房的技监系统是与演播室共用的，并根据实际情况调整了布局，技监系统基本位于整个机房的中心位置，兼顾了两个系统的信号监看作用。 4.4时钟系统 由于非洲分台的大部分业务系统都需要对外来信号及本地信号进行处理和切换，所以精确、稳定、统一的基准信号就格外重要。分台的总控需要负责为相关系统提供标准时间，以便各系统的工作能够保持一致性。非洲分台时钟系统由两台时钟信号发生器及一台信号倒换器组成，系统图如下： 时钟信号发生器通过GPS获取标准时间信号，主备时钟信号发生器输出的LTC时码通过时钟信号倒换器倒换后，由模拟音频分配器进行分配，分别送给演播室、制作机房等相关区域； 4.5同步系统 非洲分台总控负责为相关系统提供同步信号，以确保各系统信号切换的平稳性及数字系统运行的高度稳定性。同时钟系统一样，作为非常重要的基准信号发布系统，同步系统也采用了两台同步信号发生器加一台同步信号倒换器的设计模式，系统图如下： 考虑到非洲分台的实际情况，非洲分台主备同步信号发生器的基准信号——10M标频信号，分别来自于主备时钟信号发生器输出的10M信号。 同步信号发生器既可以作为单一格式的同步信号发生器，也可以作为满足视频专业多格式测试信号发生器。根据非洲分台的实际业务需求，同步设备共设置了模拟黑场、三电平、高清彩条及标清彩条信号四种输出，这些信号经同步倒换设备输出后，通过视分分配至各区域。 4.6光缆传输系统 对于非洲分台信号回传北京的业务，有不同实现方式，比如从非洲直达北京，或者从非洲经欧洲再至北京等，但根据经验数据分析，从非洲到欧洲的海缆的稳定性要比从非洲到亚洲的海缆稳定性高，而且非洲和欧洲的业务合作关系更为紧密，所以最终确定为分台信号先通过非洲（肯尼亚）光缆到欧洲（伦敦）汇聚后再回传至北京。 非洲分台与北京之间，共开通了一主一备两条DS3线路。分别走不同路由回到北京，以保证线路的最大可用性及安全性。分台传输的信号从肯尼亚运营商Wanachi Telecom（以下简称“WTL”）放置于分台内的客户端设备，通过光缆连接至WTL机房（最后一公里为有自愈保护功能的本地双路由线）。后续传输的两条路由如下，第一路由为：机房输出的光信号通过WTL带保护的长途光缆（已形成SDH环路的架空光缆），接入WTL在MOMBASA的POP点；然后通过TEAMS海缆（WTL自有容量），在迪拜 WTL FUJAIRAH的POP点与IMEWE海缆做交叉连接；通过IMEWE海缆（WTL自有容量），接入WTL在法国 MARSEILLE的POP点；通过欧洲内陆网接入WTL在伦敦的POP点，与CT（中国电信）伦敦POP进行互联。第二路由为：WTL机房输出的光信号传送至其在MOMBASA的POP点，通过SEACOM海缆（WTL自有容量），在印度WTL MUMBAI的POP点与SMW4海缆做交叉连接，通过SMW4海缆（WTL自有容量），接入WTL法国 MARSEILLE的POP点，通过欧洲内陆网接入WTL 伦敦的POP点，与CT 伦敦的POP点进行互联。 每条DS3线路均可双向传输业务。初期的带宽规划为（单路单向，除去网络开销，45M带宽中实际可用带宽约为39M）： 总控传输系统回传视频信号20M；演播室系统回传视频文件17M；小号电话、四线电话、视频会议等1.9M。 非洲分台共有4路视频信号需要通过编码压缩后回传北京（演播室系统和总控矩阵系统各2路信号），所使用的4台高标清信号兼容的编码器，其编码方式设置为MPEG-4 Part 10 (H.264) 4:2:0编码方式，在保证信号质量的情况下尽可能降低传输带宽。编码压缩后的ASI信号，进入NI380设备，适配为DS3信号后，通过光缆传输至伦敦POP点的NI设备上，汇聚为STM1信号，再送至北京。两台NI设备之间进行串接，互为主备关系，以保证系统的稳定运行。 4.7卫星传输系统 为实现卫星信号上下行功能，非洲分台架设一个直径为4.5m的环焦型卫星通信天线，该天线具有高效率、低旁瓣和低电压驻波比等特点。卫星上行功能可作为光缆的备份，下行功能可用于接收新闻回传。 卫星天线主体位于非洲分台写字楼外的空地中，由主反射面及其背架、副反射面及其支撑结构、馈源系统、极化调整装置、天线座架、方位和俯仰驱动装置等组成。它的馈源系统由馈源网络组成，卫星高频头共有四个端口，可实现两发两收功能，目前使用了其中三个端口，实现一发两收功能，在馈源网络上行和下行端口分别装有收阻滤波器和发阻滤波器用于屏蔽掉上下行端口之间的电磁波干扰。下行接收的高频头（LNB）可设置三个本振（10GHz，10.75GHz,11.25GHz），并通过本振切换开关进行选择，有效增加可接收的频率范围。 天线主体外的设备部署在总控立柜机房，由两台编码器，一台ASI倒换开关，两台DVB调制器，一台DVB倒换开关，两台LNB控制器及天线控制器、功率控制器、信标机等组成，可调节信号的功率、光衰等。卫星系统自身具备一套软件控制系统，可通过机房的KVM进行管理和操作，完成参数设定、状态查看等。 4.8 Flyaway系统 考虑到信号传输的便利性，非洲分台配备了flyaway的上行传输设备。当遇到野外条件简陋或通讯不便的使用环境时，设备的易用性及便携性就显得格外重要。非洲分台所配设备可以完成自动寻星功能，并完成信号的编码及上行。设备操作简单，首先组装天线的6片天线瓣，接通电源，选择已存储的设置模式，然后设备进行寻星。在寻星过程中，务必保证其方向对准所选卫星，并且前方没有遮挡。一般在3分钟之内，电源灯由绿转蓝，表示对星完成，再开启功率器，信号即可上行。 4.9控管监软件系统 非洲分台的软件系统共分为任务管理系统、任务执行系统及监控子系统，并分别有三台电脑终端放置于控制机房供值班人员操作。 任务管理系统中，可完成任务单生成的功能，其中包含栏目基本信息，完整的路由信息，以及财务信息等。 任务执行系统中，可以通过控制核心矩阵和设置相关设备的参数，完成信号的调度和切换。同时，还可以检测设备及信号的异常，设备参数错误等，并提供报警信息。 监控子系统，负责对分台本地各类视音频设备等进行控制、管理及监测，它可以实现对设备、信号的实时监测，对系统信号实现智能化管理，并对设备进行从逻辑层到物理层的全方位管理。 5. 非洲分台特别设计 5.1 DS3带宽分配问题 在DS3的45M带宽中，有17M用于演播室系统回传视频文件。在非洲分台的试运行中，从新闻回传的17M中，取出1M用于当地OA访问台内媒资管理系统，与互联网的访问方式互为备份。而在利用DS3专线回传文件时，若文件过大，可能阻塞整个通路，造成的断路现象无法与光缆故障造成的断路进行区分，因此，在演播室文件回传的16M带宽中，再取出0.1M专门传输网络协议，当网络出现断路现象时，可通过此0.1M网络协议传输成功与否判断是否为DS3专线的物理中断。 5.2 传输时延问题 在演播室同非洲境外伦敦、约堡、纽约等地记者等做连线的过程中，时延达到3-7秒。不同位置的演播室信号会经过不同路由送至非洲分台演播室，其中，伦敦、开罗、约堡等演播室可直送北京，再送非洲；但纽约演播室等还需先送至伦敦再送至北京。多次编码延时、电话延时、记者反应时间，导致现场连线延时过大。从可操控的技术层面进行改善，可将编码器的设置调整为low delay的模式，编码延时能够由2.5秒降至1秒，延时得以改善。同时，肉眼观看解码图像质量，未发现区别。通过示波器的客观指标测量，发现UI有所上升，但仍保持在0.2以下，因此，low delay模式可接受。 6. 小结 本文详细介绍了中央电视台非洲分台总控系统的搭建情况及各个子系统的技术细节，并列举了几个重点技术问题进行了分析。非洲分台从立项到顺利开播，大约只有半年多的时间，这正是由于前期的设计科学实际，中期的调试细致充分，后期的执行有力、组织合理，才能按时保质的完成这项紧迫艰巨的任务，整个过程中的挫折与成功，都将为电视台将来部署海外传输平台的大网络积累更多的工作经验。
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