高清硬盤播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路及方案研究

【摘要】 本文主要探討了廣播電視臺實(shí)現(xiàn)高清播出系統(tǒng)的必要性，實(shí)現(xiàn)硬盤播出需要解決的實(shí)際問題，提出了相關(guān)的設(shè)計(jì)思路，并詳細(xì)闡述了管理與控制軟件系統(tǒng)、硬盤播出系統(tǒng)、播控系統(tǒng)的總體思路。隨著部分廣播電視臺的高清頻道開播，每天的高清播出率與節(jié)目同播率均較之前有較大提高，而且高清系統(tǒng)具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性與可靠性，實(shí)現(xiàn)采編播高清化，已逐漸成為廣播電視臺當(dāng)前升級改造的首要任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】 高清硬盤播出系統(tǒng) 電視廣播 格式標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)思路 方案研究

一、總體思路及設(shè)計(jì)原則

在廣播電視臺的播出系統(tǒng)，經(jīng)歷了由錄像機(jī)播出的模擬播出系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)標(biāo)清硬盤播出系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對電視信號質(zhì)量的要求也越來越高。同時，隨著高清頻道、高清電視、高清播放器、的逐步普及，標(biāo)清電視已不能滿足人們對電視信號的要求，實(shí)現(xiàn)高清播出已成為廣播電視臺當(dāng)前迫切需求。

高清頻道的設(shè)計(jì)思路與原則包括：系統(tǒng)集科學(xué)、先進(jìn)、穩(wěn)定的技術(shù)于一身，能夠達(dá)到廣播電視臺基本的一個高清頻道的播出、墊片、節(jié)目上載、延時播放等要求，在實(shí)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前要考慮其條件必須符合3-5年時間的節(jié)目播出、制作方向的發(fā)展方案，可以進(jìn)行信號調(diào)度，以及高清節(jié)目能夠進(jìn)行同步播出等方面的需求，同時要保證系統(tǒng)具有改造、提升的空間，整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)都要根據(jù)國家廣電總局制定的電視臺設(shè)計(jì)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)來建設(shè)，本電視總臺的技術(shù)指標(biāo)必須符合國家廣電總局發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及滿足AES/EBU數(shù)字演播室音頻標(biāo)準(zhǔn)的具體要求。

該系統(tǒng)要是一款全功能的高清編播系統(tǒng)，高標(biāo)清兼容，內(nèi)嵌字幕操作系統(tǒng)，具備高清SDI、HDMI、分量及標(biāo)清全接口。系統(tǒng)基于64位系統(tǒng)軟件開發(fā)。64位平臺具有更快的處理速度，同時尋址范圍大量擴(kuò)充，內(nèi)存容量、數(shù)據(jù)傳輸速度、處理速度和精度等性能指標(biāo)有較大提升。系統(tǒng)可訪問更多內(nèi)存，意味單機(jī)上64位可比32位可運(yùn)行更多的程序。

系統(tǒng)支持更多的格式標(biāo)準(zhǔn)：系統(tǒng)支持更廣泛的N制、PAL制等制式的編輯，如：1080i50、1080i29.97、720p50、720p59.94、1080p23.98、576/25PAL（4：3）、576/25PAL（16：9）等。

支持多格式采集包括：高清非壓縮和HD MPEG-2 I 、HD MPEG-2 IBP、HD MPEG-2 IBP Long GOP、DNxHD等主流高清格式；標(biāo)清非壓縮和DV、DVCPRO、DVCPRO 50、MPEG-2 I/IBP、IMX、MPEG-1、M-JPEG、MPEG-4、WMV、RM、TS等標(biāo)清格式；全面支持AVI、TS、MPG、MXF、MOV等主流文件格式。

字幕系統(tǒng)具有普通話語音轉(zhuǎn)換為唱詞字幕精確疊加到同期聲畫面功能。

二、高標(biāo)清同播策略

高清節(jié)目播出的中心設(shè)施有：高清硬盤播出主體、上（下）變換器、高清矩陣（模塊）、高清切換頻道、高清衛(wèi)星接收器等方面。高清衛(wèi)星接收器可以將接收到的高清CCTV信號為轉(zhuǎn)播新聞頻道所使用，本次系統(tǒng)升級的主要目的是首先在對原有頻道播出不產(chǎn)生影響的狀況下，創(chuàng)造出一個新型的高清播出頻道，該設(shè)計(jì)思路與中心設(shè)施如下圖。

2.1播出內(nèi)容準(zhǔn)備

高標(biāo)清同播主要是表示在同時滿足高清與標(biāo)清的情況下，將同種頻道內(nèi)容進(jìn)行同時播出的高清頻道，該方式在第一年的頻道高清播出率與同播率要達(dá)到50%以上，第二年的頻道高清播出率與同播率要達(dá)到70%以上，盡量保證第三年能夠達(dá)到全網(wǎng)高清播出的目標(biāo)。

按照國家廣播電視總臺的規(guī)定，第一年進(jìn)行頻道播出時要實(shí)施以下幾點(diǎn)措施：具備高清素材條件的運(yùn)用高清素材進(jìn)行播出，根據(jù)高清演播室直播節(jié)目的方式來選擇高標(biāo)清同時輸出的方法，高清頻道要根據(jù)要求播出高清信號，標(biāo)清頻道要根據(jù)要求播出標(biāo)清信號，如果不具備高清素材這一條件可以選擇在標(biāo)清信號上變換播出的方式。

2.2高標(biāo)清同播幅型變換

為了達(dá)到高標(biāo)清頻道同時播放的要求，在實(shí)施節(jié)目編排時就要考慮如何混合運(yùn)用高標(biāo)清素材，編制好的節(jié)目既能夠在高清頻道播放又可以在標(biāo)清頻道播放，當(dāng)接收到標(biāo)清信號時變換為標(biāo)清頻道，當(dāng)接收到高清信號時變換為高清頻道，這就是幅形變換的含義，對高標(biāo)清頻道同時播放的方式幅形變換主要產(chǎn)生的影響有以下幾方面：

（1）對構(gòu)圖產(chǎn)生的影響。在高清條件下進(jìn)行變換、在標(biāo)清條件下進(jìn)行變換都會對畫面進(jìn)行一定的加邊或者裁剪以及縮放，從而使原始畫面所具有的信息出現(xiàn)一部分的缺失或者出現(xiàn)無用畫面的填充狀況，最終對畫面的真實(shí)效果產(chǎn)生影響。（2）對畫面質(zhì)量產(chǎn)生的影響。上、下變換的過程具有不可逆的性質(zhì)，標(biāo)清條件下變換的節(jié)目或采用標(biāo)清條件下變換的素材，通過變換的作用，會造成圖像質(zhì)量降低的現(xiàn)象。（3）幅型變換不恰當(dāng)，很大幾率出現(xiàn)播出事故。高清與標(biāo)清進(jìn)行混合編輯或出現(xiàn)同時播放時，都會與高標(biāo)清的幅型變換有關(guān)聯(lián)，如果幅型變換出現(xiàn)失誤，將會引起播出故障。為解決高標(biāo)清幅型變換問題，本系統(tǒng)要支持16：9標(biāo)清制式，使高標(biāo)清節(jié)目混編不必再考慮如何選擇上、下變換的模式，可將時間線直接輸出高清或標(biāo)清節(jié)目，減少高標(biāo)清轉(zhuǎn)換的事故率。

三、播控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1方案介紹

播控系統(tǒng)主要采用的是切換臺結(jié)合切換器的方式，內(nèi)容如下：切換臺與備16×2切換器產(chǎn)生的PGM信號隨著視分分別被送進(jìn)主備2×1倒換器內(nèi)，其中首先經(jīng)過鍵混的備路切換器PGM信號通過字幕與臺標(biāo)的疊加與標(biāo)注，隨著倒換后產(chǎn)生的信號進(jìn)入視分開始進(jìn)行分配，在形成主信號與備信號兩路信號后，進(jìn)入到總控體系。

3.2主要設(shè)備介紹

主要的播控系統(tǒng)采用視頻服務(wù)器、播控工作站、編單/人工復(fù)審工作站、采集回放工作站、上載監(jiān)看監(jiān)聽系統(tǒng)、422倒換開關(guān)、字幕系統(tǒng)、千兆交換機(jī)、KVM、二級存儲、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、高清字幕機(jī)、GPS校時母鐘、、切換臺，播出切換開關(guān)、上下變換器、技術(shù)監(jiān)視器、高清臺標(biāo)鍵控一體機(jī)等設(shè)備，主要采用GV、研華、新奧特、奧視、HP、DELL等系列牌子的產(chǎn)品。主通道選擇的新奧特主控切換臺有16路可供輸入，主要在硬盤服務(wù)器、連接演播室、墊片、錄像機(jī)方面使用，它的任務(wù)是達(dá)到頻道之間的切換、上下鍵切換、調(diào)節(jié)音頻等目的。周邊選擇新奧特系列高清板卡與周邊機(jī)箱，同時使用HD-SDI數(shù)字幀同步板與HD-SDI數(shù)字視頻分配板，機(jī)箱的配置均屬于雙電源亢余，其主要功能是對網(wǎng)管模塊進(jìn)行配置，從而達(dá)到集中管控的目的。

四、硬盤播出系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

4.1播出服務(wù)器介紹

在硬盤播出系統(tǒng)中視頻服務(wù)器屬于最重要的設(shè)施之一，在新的硬盤播出系統(tǒng)中播出服務(wù)器主要選擇美國GV公司出品的視頻服務(wù)器，該設(shè)備主要用來進(jìn)行主備播出。

4.2主備播出服務(wù)器解碼通道設(shè)計(jì)

視頻服務(wù)器支持2路高/標(biāo)清兼容編解碼通道；采用開放式文件格式；支持MPEG2及MXF開放式封裝格式；支持DV25/50和DVCPRO HD記錄和播放以及MPEG2播放；支持4：2：2和4：2：0數(shù)字視頻采樣；可提供延時播出功能等。主備路所配置的通道數(shù)目為2入6出，這些通道的功能在于達(dá)成上載審片、高清上載、高清播出高清播前審看等任務(wù)。

4.3主備播出服務(wù)器存儲設(shè)計(jì)

播出視頻服務(wù)器的內(nèi)置存儲選用8塊2TB 熱拔插高穩(wěn)定、企業(yè)級別的高速SAS硬盤， 采用RAID10方式，有效存儲空間8TB。對于RAID10，由于不存在數(shù)據(jù)校驗(yàn)，每次寫操作只是單純的執(zhí)行寫操作，因此RAID10在寫性能上比較好。對于RAID10，當(dāng)一塊磁盤失效時，進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)的操作只是復(fù)制一個新磁盤，如果假定磁盤的容量為2T，那么復(fù)制的數(shù)據(jù)量為2T。RAID10系統(tǒng)在已有一塊磁盤失效的情況下，只有出現(xiàn)該失效盤的對應(yīng)鏡像盤也失效，才會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。其他的磁盤失效不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失情況，如圖。

4.4播出視頻服務(wù)器技術(shù)

（1）播出視頻服務(wù)器能夠支持FTP、CIFS文件傳輸協(xié)議；支持SNMP協(xié)議；支持以太網(wǎng)控制。（2）支持標(biāo)準(zhǔn)VDCP控制協(xié)議。（3）四個千兆以太網(wǎng)接口，具有控制和數(shù)據(jù)傳輸功能。（4）在設(shè)計(jì)上選擇開放式，支持MPEG2編碼壓縮8Mbps-150Mbps，支持4：2：2和4：2：0數(shù)字視頻采樣。采用嵌入式音頻方式，支持SMPTE標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式及非嵌入式數(shù)字音頻信號的輸入和輸出。支持每路視頻嵌入多路數(shù)字音頻信號。（5）提供延時播出功能。（6）冗余熱拔插電源，冗余風(fēng)扇。（7）嵌入式操作系統(tǒng)，配置系統(tǒng)鏡像恢復(fù)U盤，一鍵操作恢復(fù)，故障恢復(fù)時間小于2分鐘。

五、控制與管理軟件系統(tǒng)

采用NetCentral視頻服務(wù)器監(jiān)控管理軟件。NetCentral是Thomson公司研發(fā)的系統(tǒng)監(jiān)控管理軟件，支持大多數(shù)基于網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)備。系統(tǒng)在Windows平臺上運(yùn)行，以SNMP協(xié)議和Syslog協(xié)議為基礎(chǔ)，通過IP網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備進(jìn)行管理。

1、NetCentral系統(tǒng)可以同時監(jiān)控多臺設(shè)備，定期檢測設(shè)備的在線情況，可以非常直觀的了解設(shè)備情況。2、系統(tǒng)通過收集在線設(shè)備信息，顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)備出現(xiàn)故障時及時報警。3、系統(tǒng)將設(shè)備日常運(yùn)行狀態(tài)、錯誤信息都保存在數(shù)據(jù)庫中，方便分析設(shè)備故障原因。4、系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，打開軟件就能完成監(jiān)控工作。5、NetCentral系統(tǒng)采用客戶、服務(wù)器結(jié)構(gòu)。服務(wù)器端主要是SNMP管理器，它能夠執(zhí)行NetCentral系統(tǒng)的主要功能，客戶端主要是讀取服務(wù)器端信息。

整個頻道的運(yùn)行與管理、控制系統(tǒng)密切相關(guān)，并且離不開電視臺標(biāo)清播出的操作水平與業(yè)務(wù)流程。每一項(xiàng)功能模塊都具有優(yōu)秀的協(xié)同共存能力，而且又存在自身的獨(dú)立性，不僅能夠根據(jù)工作人員的操作流程進(jìn)行充分、有效的運(yùn)作，還能夠自成體系，最終確保整個系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的可靠性與穩(wěn)定性。

六、結(jié)語

現(xiàn)在許多廣播電視臺擁有高清攝像機(jī)、高清編輯線，部分節(jié)目已實(shí)現(xiàn)高清拍攝、采集、編輯、存儲，但是由于播出系統(tǒng)是標(biāo)清格式，最終要把高清信號下變換為標(biāo)清信號播出。當(dāng)前一個時期，高清硬盤播出系統(tǒng)改造升級將是廣播電視臺最迫切、最重要的任務(wù)。中央《關(guān)于推動傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》，體現(xiàn)了政策面強(qiáng)調(diào)加快傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展，充分利用新技術(shù)新應(yīng)用創(chuàng)新媒體傳播方式，利用前沿技術(shù)，探索機(jī)制創(chuàng)新推動傳統(tǒng)媒體與新興媒體融合發(fā)展。