高標(biāo)清同播環(huán)境下的播出系統(tǒng)技術(shù)方案探析

劉香鳳

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠　265400）

高標(biāo)清同播環(huán)境下的播出系統(tǒng)技術(shù)方案探析

劉香鳳

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠265400）

本文首先介紹了高清播出系統(tǒng)與標(biāo)清播出系統(tǒng)建設(shè)中的相同點與不同點，然后對高標(biāo)清同播二種播出的技術(shù)方案結(jié)構(gòu)、技術(shù)原理、各自優(yōu)點和存在問題進行了詳細分析，并提出了相應(yīng)的解決方法。

高清播出系統(tǒng)；標(biāo)清播出系統(tǒng)；高標(biāo)清同播；幅型變換

1　引言

高清電視是廣播影視的一場革命，它以高分辨率的圖像、16∶9的畫面、環(huán)繞聲的音響，極大地滿足了觀眾對電視節(jié)目不斷增長的欣賞需求。2009年9月28日，包括央視一套、北京衛(wèi)視、江蘇衛(wèi)視、湖南衛(wèi)視等9家電視臺同時開通高標(biāo)清同播，加上原有的央視、電影、北京、上海4個高清頻道，共13個高清頻道，初步實現(xiàn)了高清電視的規(guī)模化、集約化發(fā)展，標(biāo)志著我國高清電視時代的到來。高標(biāo)清同播模式，即把現(xiàn)有的頻道節(jié)目以標(biāo)清和高清同播的方式同時播出，通過不斷增加高清播出量，實現(xiàn)標(biāo)清向高清的逐步過渡，最終實現(xiàn)全面高清。這種模式有效解決了電視臺高清節(jié)目制作能力及源動力不足的問題，是我國發(fā)展高清電視成本較低、效率較高的有效途徑，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2　高清、標(biāo)清播出系統(tǒng)的比較

高清播出系統(tǒng)和標(biāo)清播出系統(tǒng)，除簡單的播出碼率變更外，具備許多相同點及不同點，在此進行簡單的分析。

2.1相同點

兩者的相同點有工作流程、工作時間、人員管理、軟件控制及工作方式、安全設(shè)計考慮、播出系統(tǒng)安全保障及應(yīng)急手段等。高清播出系統(tǒng)可以繼承標(biāo)清播出系統(tǒng)的工作方式及工作時間分配，在人員管理方面無須改變。如果采用相同控制協(xié)議的硬件設(shè)備，甚至可以采用相同的自動播出控制軟件，無須重新進行人員培訓(xùn)。設(shè)計方式可以延續(xù)標(biāo)清播出系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)驗，采用多重備份的安全設(shè)計方式，高、標(biāo)清系統(tǒng)設(shè)計理念方面并無太大區(qū)別。各臺對自動化、數(shù)字化的播出系統(tǒng)安全保障及應(yīng)急手段已經(jīng)形成一套完善的方式，適合各臺的內(nèi)部架構(gòu)，高清情況下僅須著重關(guān)注幾個敏感點，無須更改原有方式。

2.2不同點

（1）硬件設(shè)備

受技術(shù)牽制，高清播出系統(tǒng)與標(biāo)清播出系統(tǒng)的主要區(qū)別在于硬件設(shè)備方面，其中涉及播出系統(tǒng)的各傳統(tǒng)硬件、IT設(shè)備，由各硬件性能影響其他方面。

IT設(shè)備主要包括應(yīng)用服務(wù)器、存儲、傳輸設(shè)備。由于IT技術(shù)的發(fā)展速度快于廣電應(yīng)用，高清相比標(biāo)清需要更大的存儲量、傳輸帶寬、系統(tǒng)負載，因此，需要將滿足要求的IT硬件設(shè)備引入到廣電的應(yīng)用中。

傳統(tǒng)設(shè)備包括核心的視頻服務(wù)器，信號傳輸部分的矩陣、切換臺、切換開關(guān)、周邊設(shè)備等。

由于進口視頻服務(wù)器都是根據(jù)播出系統(tǒng)的實際使用進行設(shè)計，其穩(wěn)定性、編解碼能力、編解碼占用帶寬、外部訪問帶寬、存儲容量都是按照應(yīng)用進行設(shè)計，應(yīng)該在設(shè)計之初按照實際的使用情況選擇適合的視頻服務(wù)器，以保證整個高清播出系統(tǒng)的性能。

矩陣、切換臺、切換開關(guān)、周邊設(shè)備作為播出系統(tǒng)中的信號切換設(shè)備使用，其安全性、穩(wěn)定性關(guān)乎整個播出系統(tǒng)的信號傳輸。在多重備份設(shè)計的前提下仍然需要配置高安全性、高可用性的設(shè)備。國外廠商的產(chǎn)品在高清設(shè)備方面都具備不俗的表現(xiàn)，可以根據(jù)實際情況挑選適合的設(shè)備。

（2）素材文件存儲量及訪問帶寬

播出系統(tǒng)的存儲主要指播出二級存儲或播出緩存，存儲容量方面，原有標(biāo)清播出碼率通常為8～25Mb/s，按照8Mb/s計算，每小時節(jié)目需要占用3.6Gb的存儲空間。而高清播出碼率通常為50～100Mb/s，按照50Mb/s計算，每小時節(jié)目需要占用22.5Gbyte的存儲空間?？梢姼咔逅夭男枰h遠大于標(biāo)清素材的存儲空間，在系統(tǒng)設(shè)計之初，就需要按照碼率及節(jié)目存儲時間對存儲容量進行計算，并且隨著單一文件的增大，對于訪問帶寬的需求也相應(yīng)提升，盤陣的內(nèi)外部訪問帶寬都將影響整個高清播出系統(tǒng)的性能，過去在制作、媒資系統(tǒng)使用的大容量、高帶寬存儲將隨著高清播出系統(tǒng)的建立引入到播出系統(tǒng)當(dāng)中，這點與標(biāo)清播出系統(tǒng)的小盤陣有明顯的區(qū)別，也很可能引起播出系統(tǒng)技術(shù)的一次變革，甚至根據(jù)訪問需求可能將IP-SAN，F(xiàn)CSAN，專業(yè)NAS這些技術(shù)引入到播出系統(tǒng)當(dāng)中。

（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬

過去標(biāo)清播出系統(tǒng)設(shè)計中，千兆網(wǎng)絡(luò)足夠滿足播出二級緩存與視頻服務(wù)器間的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，大多情況下甚至可以同時負擔(dān)從其他系統(tǒng)向播出系統(tǒng)遷移素材文件所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬。千兆網(wǎng)絡(luò)的使用帶寬僅為30Mb/s，而50Mb/s的視頻文件需要占用6.25Mb/s的傳輸帶寬，在多頻道大訪問量的情況下，千兆網(wǎng)絡(luò)明顯不足。在建立高清播出系統(tǒng)時需要考慮頻道數(shù)、各頻道播出時間、播出系統(tǒng)遷移量、外部系統(tǒng)遷移量等條件計算網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果千兆網(wǎng)絡(luò)不能負擔(dān)，需要根據(jù)實際情況及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)考慮采用萬兆網(wǎng)絡(luò)或者光纖的傳輸方式。

（4）系統(tǒng)負載

由于高清播出系統(tǒng)在處理視頻的編解碼、視頻傳輸時，文件存儲量及傳輸量大大增加，對單一設(shè)備及整個系統(tǒng)的負載性都需要提升。除采用高性能設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)外，需要在系統(tǒng)設(shè)計中考慮多重主備及冗余的策略，確保系統(tǒng)可以滿足滿載使用要求。同時可以通過在系統(tǒng)中增加安全監(jiān)控及多重監(jiān)視的方式，增加對系統(tǒng)的管理。

（5）信號傳輸距離

隨著信號質(zhì)量的提升，受傳輸帶寬的影響，高清信號相比標(biāo)清信號對于傳輸介質(zhì)的要求更高。在高清播出系統(tǒng)設(shè)計時需要按照實際使用距離考慮采用不同的傳輸線纜。

3　高標(biāo)清同播方式

經(jīng)過幾年的討論和多家電視臺的實踐，目前開播的高標(biāo)清同播頻道大致有以下兩種實現(xiàn)方式：一種是獨立同播模式；另一種是一體化同播模式。

3.1獨立同播模式

3.1.1基本方案

獨立同播模式特指在保持原有標(biāo)清頻道正常播出的前提下，重新建設(shè)一套采編播一體的全程高清化的播出系統(tǒng)。這種方式下，高清系統(tǒng)播出高清節(jié)目，標(biāo)清系統(tǒng)仍然存在并播出標(biāo)清節(jié)目，高標(biāo)清兩套播出系統(tǒng)共存，兩個系統(tǒng)內(nèi)部無任何關(guān)聯(lián)耦合，完全隔離。

在這種模式下，一個節(jié)目如果同時需要實現(xiàn)高清和標(biāo)清播出，在節(jié)目源進入播出系統(tǒng)之前就根據(jù)播出的需要實現(xiàn)節(jié)目的上下變換處理；文件數(shù)據(jù)的上下變換由播出系統(tǒng)前端的備播系統(tǒng)實現(xiàn)，產(chǎn)生高清版本和標(biāo)清版本，分別傳輸?shù)礁咔逑到y(tǒng)和標(biāo)清系統(tǒng)準(zhǔn)備播出；信號節(jié)目的上下變換在總控矩陣環(huán)節(jié)提前實現(xiàn)，并進行監(jiān)看保證變換的效果，處理完成后在傳輸信號到播出系統(tǒng)進行播出，播出系統(tǒng)的職能只負責(zé)播出，保證播出系統(tǒng)及節(jié)目的安全。

現(xiàn)階段電視臺播出節(jié)目仍然以標(biāo)清節(jié)目為主，所以高清播出系統(tǒng)內(nèi)配置了下變換器，作為標(biāo)清系統(tǒng)的冗余備份措施，在標(biāo)清系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，高清系統(tǒng)下變換生成標(biāo)清節(jié)目進行播出；隨著高清節(jié)目源的逐漸增多，漸漸地淘汰掉標(biāo)清系統(tǒng)，只使用高清播出系統(tǒng)進行播出。

3.1.2幅型變換問題

如果播出的節(jié)目只有標(biāo)清磁帶的版本，并且制作時是采用遮幅式進行16∶9構(gòu)圖，在標(biāo)清播出系統(tǒng)上載后，遷移到高清播出系統(tǒng)中進行播出時，因為播出視頻服務(wù)器會自動采用上變換進行播出，上變換默認情況下采用兩側(cè)自動加邊的“邊條方式”，因此可能存在四邊都是黑邊的情況，即“郵票”現(xiàn)象。但是這種情況一般比較少見，對播出不會造成重大影響。

3.2一體化同播模式

3.2.1基本方案

該模式是建立一套全新的全高清播出系統(tǒng)，它包括前期節(jié)目上載、演播室系統(tǒng)、播出切換系統(tǒng)及信號傳輸系統(tǒng)，所有的環(huán)節(jié)均使用高清設(shè)備。采用一個高清播出平臺播出高清頻道節(jié)，然后將高清播出信號下變換為標(biāo)清播出信號供標(biāo)清頻道播出，高清系統(tǒng)最終同時輸出高標(biāo)清信號的方式實現(xiàn)高標(biāo)清同步播出。高標(biāo)清一體化播出模式的方案如圖1所示。

圖1　高標(biāo)清一體化播出模式的方案

此方式不管信號源采用什么樣的格式，完全由播出系統(tǒng)負擔(dān)下變換和播出的工作，播出系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)節(jié)比較多，系統(tǒng)維護的工作復(fù)雜繁重。

3.2.2幅型變換問題

對于4∶3構(gòu)圖的標(biāo)清磁帶節(jié)目上述方案沒有任何問題。但是對于以16∶9構(gòu)圖制作的遮幅式標(biāo)清節(jié)目，因為上載時默認進行兩側(cè)加邊上變換為高清信號進行上載，在高清播出時將出現(xiàn)四邊都是黑邊的“郵票”現(xiàn)象。在解決方案上可以考慮在上載時能夠靈活指定上變換方式，除了兩側(cè)加邊方式外對這種節(jié)目采用上下切邊的方式。在標(biāo)清播出進行下變換時也不能采用默認的切邊方式，而是采用上下加邊的方式。

對于16∶9構(gòu)圖的高清節(jié)目主要是一些高清電視劇、紀(jì)錄片等節(jié)目，輸出高清信號沒有問題。但標(biāo)清播出時，因為統(tǒng)一采用兩側(cè)切邊方式下變換，部分內(nèi)容將被切掉，影響觀眾的收視感受。要解決這個問題，最好的方法是對視頻服務(wù)器中的節(jié)目插入AFD信息，指明采用的下變換方式是上下加邊的信箱方式。視頻服務(wù)器播出時，視頻信號中帶有AFD信息，下變換器自動進行幅型變換，不用默認的統(tǒng)一切邊方式，而是上下加邊方式。這種方案是否可行取決于視頻服務(wù)器和錄像機對AFD的支持程度。目前可以通過程序手動控制下變換器將某些節(jié)目設(shè)置為“信封”模式。還有一種方案是考慮由播控程序控制下變換器實現(xiàn)靈活的幅型變換，但這樣做很難保證幀精確，同時也加大了播出程序的工作量。

4　兩種同播模式比較

獨立播出模式相對而言安全性比較高，一是固為高標(biāo)清兩套插出系統(tǒng)獨立運行，彼此不受影響；二是因為幅型變換等操作基本上在進入播出之前完成，播出系統(tǒng)工作量比較??；三是原有的標(biāo)清播出系統(tǒng)可以繼續(xù)使用，新建高清系統(tǒng)不影響現(xiàn)有標(biāo)清系統(tǒng)的安全。此外，由于高標(biāo)清系統(tǒng)獨立建設(shè)，高清頻道和標(biāo)清頻道允許有一定的節(jié)目差異，過渡比較方便。這種模式的缺點也是明顯的，同時維護兩個系統(tǒng)，同時制作兩套節(jié)目，對設(shè)備資源和人力資源的占用非常大，工作量比較大，建設(shè)投入成本高。

而一體化播出模式的系統(tǒng)相對而言比較簡潔，便于維護，投資也大量減少，非常適合未來的高清播出。同時，其高標(biāo)清同播是真正的同播，除畫面幅型不同，高清輸出和標(biāo)清輸出的節(jié)目內(nèi)容任何時段都完全一樣。但是也因為高標(biāo)清播出捆綁在一起，下變換在播出系統(tǒng)內(nèi)完成，增加了播出系統(tǒng)的負擔(dān)。

5　字幕處理

因為高清和標(biāo)清的畫面幅型不同，在同播系統(tǒng)中字幕的位置也需要進行規(guī)范，避免出現(xiàn)字幕被切掉的情況。

對于與節(jié)目內(nèi)容相關(guān)的字幕，如電視劇對白，一般是在前期制作中加入。在獨立播出模式中，因為送往播出的是高清和標(biāo)清兩版節(jié)目，無論是磁帶方式還是文件方式，宇幕應(yīng)該都是已經(jīng)處理好的，不會存在問題。但是在一體化播出模式中，送往播出的只有高清節(jié)目，播出時在下變換兩側(cè)切邊播出，因此要求前期制作時，應(yīng)該嚴(yán)格要求字幕應(yīng)該保持在4∶3構(gòu)圖之內(nèi)，以免在標(biāo)清頻道播出時字幕被切掉。

對于與節(jié)目內(nèi)容無關(guān)的字幕，如角標(biāo)廣告，在目前的方案中通常為高清頻道和標(biāo)清頻道分別配置字幕機，在播出系統(tǒng)中分別疊加。當(dāng)然這種做法會導(dǎo)致疊加字幕的操作要在高清和標(biāo)清字幕機上做兩次，增加了操作人員的工作量，建議開發(fā)同時支持高清和標(biāo)著兩路輸出的字幕機。

6　結(jié)束語

高清電視是廣播電視技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，標(biāo)清電視轉(zhuǎn)向高清電視是劃時代變革，需要經(jīng)歷一個漫長的過渡階段，值得深入考量的技術(shù)管理策略還很多。高清播出系統(tǒng)不是簡單的標(biāo)清升級，安全、可靠、穩(wěn)定及高效率的設(shè)計理念，將一直貫穿在高清播出系統(tǒng)的設(shè)計之中。高標(biāo)清同播是目前促進高清電視普及和推廣的有效手段，因此，對高標(biāo)清同播技術(shù)的了解有助于電視節(jié)目向全高清化邁進。

HD & SD Broadcasting Technical Scheme of Broadcasting System Environment

Liu Xiangfeng
（Zhao Yuan Television Station，Zhaoyuan，265400）

First introduced the HD broadcasting system with the standard definition broadcast system in the construction of the same points and different points，Then makes a detailed analysis on the high standard definition simulcast of two technical schemes for broadcast of the structure，technical principle，advantages and existing problems，and puts forward the corresponding solving methods

HD broadcasting system； SDTV broadcast system； HD & SD broadcasting； Picture type conversion

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.04.002

TN94

A

1672-7274（2015）04-0006-04

劉香鳳，1977年生，助理工程師，主要從事廣播電視技術(shù)工作。

［1］周永康.高標(biāo)清兼容系統(tǒng)設(shè)計與探析［J］.現(xiàn)代電視技術(shù)，2005（3）:28-30

［2］蔣訓(xùn)嫻.浙江衛(wèi)視高標(biāo)清同播實施方案［J］.電視技術(shù)，20lO，34（3）：104-105