數(shù)字高清視頻切選機(jī)房設(shè)計(jì)探討

李 偉，劉 超

（91550部隊(duì)，遼寧 大連 116023）

高清數(shù)字視頻節(jié)目的采集、傳輸、存儲(chǔ)、制作和選切在我國(guó)還處于起步階段，目前的高清數(shù)字視頻節(jié)目仍以標(biāo)清節(jié)目為主，高清和標(biāo)清在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將并存。因而數(shù)字高清視頻切選機(jī)房的設(shè)計(jì)與建設(shè)，將兼顧高清和標(biāo)清節(jié)目的制作，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)投資的最大保護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備的有效使用周期；另一方面也能夠滿足現(xiàn)階段節(jié)目的制作要求，為用戶提供高質(zhì)量的高標(biāo)清視頻節(jié)目。

1 數(shù)字高清視頻切選機(jī)房相關(guān)概念介紹

1.1 高清數(shù)字視頻信號(hào)定義

高清數(shù)字視頻信號(hào)也就是我們通常所說(shuō)的HDTV，英文翻譯為 High Definition Television，即“高清晰度電視”。那么，數(shù)字高清視頻切選機(jī)房的設(shè)計(jì)原理，是將模擬信號(hào)和標(biāo)清信號(hào)轉(zhuǎn)換為高清數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高清數(shù)字信號(hào)的數(shù)字化采集、傳輸、存儲(chǔ)、編輯、選切和播放功能，最終使用戶終端接收顯示編輯制作后的高清視頻圖象。

1.2 高清數(shù)字視頻信號(hào)規(guī)格

高清視頻信號(hào)目前有1280×720逐行掃描、1920×1080隔行掃描，1920×1080逐行掃描三種信號(hào)模式，稱(chēng)之為1080i、1080p和720p。其中1080i顯示模式，電子槍先掃描540行奇數(shù)場(chǎng)后，再掃描另一個(gè)540行偶數(shù)場(chǎng)，兩者疊加構(gòu)成1080行的畫(huà)面。720p采用的是逐行掃描，也就是說(shuō)在同一時(shí)間需要達(dá)到720線的垂直清晰度，不是像1080i那樣一次掃描540行經(jīng)過(guò)兩次疊加，因此將涉及到更高的行頻輸出，對(duì)顯示產(chǎn)品的要求較高。

1.3 數(shù)字化通信

視頻信號(hào)的數(shù)字化通信，是指高清數(shù)字視頻信號(hào)從采集、傳輸、存儲(chǔ)、選切到播放都是通過(guò)由二進(jìn)制數(shù)字所構(gòu)成的數(shù)字流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字信號(hào)的傳輸速度快，帶寬較寬，能夠滿足數(shù)字化傳輸?shù)囊?，并且?shù)字化通信在傳輸過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗中繼通信，而模擬信號(hào)在每一次中繼轉(zhuǎn)接過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)20%—25%的信號(hào)衰減，所以數(shù)字信號(hào)傳輸比模擬信號(hào)傳輸具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，能夠保障數(shù)字信號(hào)的圖像質(zhì)量，且性?xún)r(jià)比較高。

1.4 數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)對(duì)比

1.4.1 模擬通信的優(yōu)缺點(diǎn)。模擬通信的優(yōu)點(diǎn)是直觀且容易實(shí)現(xiàn)，但存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)：保密性差和抗干擾能力弱。

1.4.2 數(shù)字通信的優(yōu)缺點(diǎn)。數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)：加強(qiáng)了通信的保密性，提高了抗干擾能力，并可構(gòu)建綜合數(shù)字通信網(wǎng)；數(shù)字化通信的缺點(diǎn)：占用頻帶較寬，技術(shù)要求復(fù)雜，尤其是同步技術(shù)要求精度很高，進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)帶來(lái)量化誤差。

2 數(shù)字高清視頻切選機(jī)房主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

2.1 數(shù)字高清視頻切選機(jī)房主要技術(shù)性能

2.1.1 先進(jìn)性：高清數(shù)字切選機(jī)房在設(shè)計(jì)功能上和性能上較以往模擬視頻機(jī)房具有先進(jìn)性和超前性。視頻信號(hào)分辨率高，存儲(chǔ)、編輯、制作簡(jiǎn)單方便，且容易傳遞和保存；

2.1.2 穩(wěn)定性：高清數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)、編輯、切選設(shè)備技術(shù)成熟，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性高，系統(tǒng)工作安全性高；

2.1.3 可擴(kuò)展性：高清數(shù)字切選機(jī)房在設(shè)計(jì)過(guò)程中為以后的系統(tǒng)改造留有空間，可支持多路不同信號(hào)的輸入和輸出；

2.1.4 兼容性：高清數(shù)字切選機(jī)房可同時(shí)輸入多路模擬視頻信號(hào)、標(biāo)清視頻信號(hào)和高清視頻信號(hào)，經(jīng)存儲(chǔ)、編輯處理后，可同時(shí)輸出多路模擬視頻信號(hào)、標(biāo)清視頻信號(hào)和高清視頻信號(hào)。

2.2 數(shù)字高清視頻切選機(jī)房主要參數(shù)指標(biāo)

2.2.1 高清數(shù)字視頻信號(hào)主要格式：

720p格式，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式，分辨率為1280×720，逐行/60Hz，行頻為 45KHz，像素為921，600Pixels。

1080i格式，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式，分辨率為1920×1080，隔行/60Hz，行頻為33.75KHz，像素為2073，600Pixels.

1080p格式，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式，分辨率為1920×1080逐行掃描，專(zhuān)業(yè)格式。

2.2.2 輸入輸出端口視頻信號(hào)格式：AV、HDTV、SDTV

2.2.3 高清數(shù)字信號(hào)輸入輸出接口種類(lèi)：

DVI接口：Digital Video Interface，即數(shù)字視頻接口。DVI接口分為DVI-I（模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兼容的接口）、DVI-A（模擬信號(hào)接口）、DVI-D（數(shù)字信號(hào)接口），目前主要以DVI-D接口應(yīng)用為主。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備成本相對(duì)較低，性?xún)r(jià)比較高。缺點(diǎn)：設(shè)備體型大，接口連接復(fù)雜，無(wú)損傳輸距離較近；

HDMI接口：High Definition Multimedia Interface，即高清晰度多媒體接口。是一種全數(shù)位化影像聲音傳輸接口，通常用于顯示終端接口，缺點(diǎn)：接口無(wú)法固定，不適合系統(tǒng)內(nèi)部高清視頻信號(hào)的傳輸連接；

HDSDI接口 ：High Definition-Serial Digital Input，即高清數(shù)字串行接口。是一個(gè)廣播級(jí)的高清數(shù)字輸入與輸出端口，接口采用同軸電纜，以BNC接頭作為線纜標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備連接簡(jiǎn)易方便，后期維護(hù)容易。缺點(diǎn)：設(shè)備成本較高。

2.2.4 高清數(shù)字視頻信號(hào)存儲(chǔ)格式：高清數(shù)字視頻信號(hào)存儲(chǔ)主要以?xún)深?lèi)文件的方式存在，一類(lèi)是經(jīng)過(guò)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮，以.pt和.ts為后綴的視頻流文件；一類(lèi)是經(jīng)過(guò)WMV-HD（Windows Media Video High Definition）標(biāo)準(zhǔn)壓縮過(guò)的.wmv文件。還有少數(shù)文件后綴為.avi或.mpg文件，其性質(zhì)與.wmv文件相同。

3 數(shù)字高清視頻切選機(jī)房組成

數(shù)字高清視頻切選機(jī)房由視頻信號(hào)前端處理分系統(tǒng)、高清數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)回放分系統(tǒng)和數(shù)字高清矩陣切選播放分系統(tǒng)組成。

視頻信號(hào)前端處理分系統(tǒng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器、上變換器、高清字符疊加器、高清信號(hào)分配器等組成，主要完成前端輸入信號(hào)（如模擬信號(hào)、標(biāo)清信號(hào)）轉(zhuǎn)換為高清數(shù)字信號(hào)，并對(duì)高清數(shù)字信號(hào)進(jìn)行字符疊加，疊加后的高清數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分配，分別送至高清數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)回放分系統(tǒng)、數(shù)字高清矩陣切選播放分系統(tǒng)和數(shù)字高清監(jiān)視器進(jìn)行同步監(jiān)視。

高清數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)回放分系統(tǒng)由管理服務(wù)器、高清信號(hào)采集服務(wù)器、高清信號(hào)播放服務(wù)器、存儲(chǔ)盤(pán)陣、交換機(jī)和KVMP切換器組成，主要完成對(duì)高清視頻信號(hào)的采集、存儲(chǔ)、編輯和回放，并將編輯制作后的高清視頻信號(hào)送至高清切選矩陣進(jìn)行選切播放。

數(shù)字高清矩陣切選播放分系統(tǒng)由中央控制器、幀同步機(jī)組成，主要完成對(duì)送入數(shù)字高清矩陣的多路信號(hào)節(jié)目分別送至各設(shè)備終端進(jìn)行接收顯示。

4 數(shù)字高清視頻切選機(jī)房設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

進(jìn)入數(shù)字高清視頻切選機(jī)房的高清數(shù)字視頻信號(hào)，首先進(jìn)入高清字符疊加器進(jìn)行字符疊加，疊加后的高清信號(hào)進(jìn)入高清分配器分配出5路高清信號(hào)，其中一路送至高清畫(huà)面分割器，并將分割處理后的高清信號(hào)送至高清監(jiān)視器進(jìn)行同步監(jiān)視；一路送至圖像傳輸機(jī)房；兩路送至高清存儲(chǔ)回放主備服務(wù)器進(jìn)行高清視頻存儲(chǔ)；一路送至高清切選矩陣進(jìn)行高清信號(hào)選切，并將選切出來(lái)的高清信號(hào)通過(guò)高清光端機(jī)送至用戶終端進(jìn)行接收顯示。

進(jìn)入數(shù)字高清視頻切選機(jī)房的標(biāo)清數(shù)字視頻信號(hào)，首先進(jìn)行上變換，將4：3的標(biāo)清數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為16：9的高清數(shù)字信號(hào)，之后進(jìn)入高清字符疊加器進(jìn)行字符疊加，疊加后的高清信號(hào)進(jìn)入高清分配器分配出5路高清信號(hào)，其中一路送至高清畫(huà)面分割器，并將分割處理后的高清信號(hào)送至高清監(jiān)視器進(jìn)行同步監(jiān)視；一路送至圖像傳輸機(jī)房；兩路送至高清存儲(chǔ)回放主備服務(wù)器進(jìn)行高清視頻存儲(chǔ)；一路送至高清切選矩陣進(jìn)行高清信號(hào)選切，選切出來(lái)的高清信號(hào)經(jīng)下變換轉(zhuǎn)換為標(biāo)清數(shù)字信號(hào)，送至用標(biāo)清錄放像機(jī)進(jìn)行錄制。

進(jìn)入數(shù)字高清視頻切選機(jī)房的模擬視頻信號(hào)，首先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)清數(shù)字信號(hào)，標(biāo)清數(shù)字信號(hào)經(jīng)上變換，將4：3的標(biāo)清數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為16：9的高清數(shù)字信號(hào)，之后進(jìn)入高清字符疊加器進(jìn)行字符疊加，疊加后的高清信號(hào)進(jìn)入高清分配器分配出5路高清信號(hào)，其中一路送至高清畫(huà)面分割器，并將分割處理后的高清信號(hào)送至高清監(jiān)視器進(jìn)行同步監(jiān)視；一路送至圖像傳輸機(jī)房；兩路送至高清存儲(chǔ)回放主備服務(wù)器進(jìn)行高清視頻存儲(chǔ)；一路送至高清切選矩陣進(jìn)行高清信號(hào)選切，選切出來(lái)的高清信號(hào)經(jīng)下變換轉(zhuǎn)換為標(biāo)清數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并送至用戶終端或監(jiān)視器進(jìn)行接收顯示。

[1]王沛.高清機(jī)房改造案例分析.北京：現(xiàn)代電視技術(shù)，2012.5

[2]傅東鋒.河南電視臺(tái)400平米高清演播室視頻系統(tǒng).北京：現(xiàn)代電視技術(shù)，2012.5

[3]謝家誼.電視信號(hào)同步調(diào)整的深入探討.北京：現(xiàn)代電視技術(shù)，2009.10