3D自動播出系統(tǒng)的設(shè)計與實施

【摘要】 3D電視頻道的開播，標志著視頻技術(shù)領(lǐng)域一次劃時代的飛躍，3D電視的推廣，是電視行業(yè)內(nèi)的又一場革命。本文具體論述了3D播出系統(tǒng)從最初的設(shè)計方案論證、設(shè)備選型到系統(tǒng)搭建運行的模式等等，以及對實際應(yīng)用中遇到的問題進行了分析。

【關(guān)鍵詞】 3D播出系統(tǒng) 3D編碼卡雙鏈路 單鏈路 播出控制

隨著3D電影逐漸深入人心，3D技術(shù)也日趨成熟，中央電視臺作為電視行業(yè)的領(lǐng)軍人，及時把握世界電視發(fā)展動向，首次在國內(nèi)建立了一套3D電視自動播出系統(tǒng)，使3D電視走進了百姓的家庭，不僅能有效促進我國3D電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動我國民族工業(yè)的繁榮，同時能更好地滿足人民群眾日益增長的文化需要，為實現(xiàn)廣播電視行業(yè)長遠發(fā)展的戰(zhàn)略目標提供有力的支持和保證。

3D電視的播出，是電視行業(yè)內(nèi)的又一場革命，是視頻技術(shù)領(lǐng)域一次劃時代的飛躍，3D電視的推廣，是中國電視界首次與世界在同一起跑線上競跑。中央電視臺在接到開設(shè)3D頻道的任務(wù)后，即從規(guī)劃設(shè)計、選購設(shè)備、播出流程等逐項入手，僅用短短兩個月的時間，就搭建完成了全國第一套3D電視自動播出系統(tǒng)。本文針對設(shè)計方案、系統(tǒng)搭建和實際應(yīng)用方面，對3D電視自動播出系統(tǒng)進行說明。

一.3D電視自動播出系統(tǒng)的建設(shè)背景

開播3D電視試驗頻道，是廣電總局貫徹落實黨的十七屆六中全會精神、提升廣播電視現(xiàn)代傳播能力、促進文化發(fā)展繁榮的一項舉措。開播3D電視試驗頻道，一是有利于滿足人民群眾影視文化生活的新需求、新期待。3D電視可以大大提升電視的功能性和審美性，以科技和文化的新融合，為人民群眾帶來新的視聽享受。二是有利于擴大內(nèi)需。目前我國有5億臺電視機，3D電視可以促進新的文化消費，擴大國內(nèi)需求，帶動電視機的更新?lián)Q代，為促進實體經(jīng)濟的發(fā)展做出貢獻。三是有利于加快節(jié)目生產(chǎn)制播和設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的改革創(chuàng)新。由六家電視臺聯(lián)合開辦3D電視頻道，通過科技創(chuàng)新和內(nèi)容創(chuàng)新，可以加快形成我國3D節(jié)目的制播能力，探索3D電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律，推動開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的3D電視技術(shù)和標準，建立3D電視制播體系，從而推動我國電視行業(yè)從技術(shù)到內(nèi)容的新飛躍。3D電視試驗頻道的開播將是我國廣播電視發(fā)展史上的一個新的里程碑，標志著我國廣播電視緊跟世界發(fā)展潮流，邁入了新的發(fā)展階段（如圖1）。

二.3D電視自動播出系統(tǒng)的設(shè)計需求

中央電視臺負責承建3D電視試驗頻道自動播出系統(tǒng)，同時兼顧日常播出工作，由專人負責編排試驗頻道的播出節(jié)目單。3D電視自動播出系統(tǒng)承擔3D節(jié)目播出、2D節(jié)目轉(zhuǎn)換、3D字幕（臺標）、以及外來信號的直播和收錄等多項播出任務(wù)，是3D制播鏈的最后環(huán)節(jié)，3D電視自動播出系統(tǒng)，是指與播出節(jié)目信號的產(chǎn)生、處理、傳輸、監(jiān)聽監(jiān)看等環(huán)節(jié)相關(guān)的系統(tǒng)及設(shè)備，包括視音頻及周邊、監(jiān)聽監(jiān)看、字幕等部分，穩(wěn)定性直接影響播出的安全，簡單、有效的系統(tǒng)設(shè)計對于今后的安全播出具有十分重要的意義。

通過項目實施，3D電視自動播出系統(tǒng)提供以下系統(tǒng)功能，以確保各項播出任務(wù)高質(zhì)量有序完成。包括：正確實現(xiàn)播出節(jié)目信號源的選切；播出信號視音頻進行分別處理或調(diào)整，并適配傳輸系統(tǒng)的需要，提供所需的節(jié)目播出信號；監(jiān)視信號源、播出末級節(jié)目信號是否正常及檢查信號處理各環(huán)節(jié)技術(shù)質(zhì)量情況。

此次建設(shè)的3D電視自動播出系統(tǒng)，擔負著完成3D電視頻道的試驗播出任務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計本著高可靠、高可用、高可維護性并兼顧經(jīng)濟性的原則進行總體規(guī)劃、分步實施，并為今后的發(fā)展做出適當?shù)念A(yù)留。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，具有一定冗余和容錯能力，應(yīng)急處理簡單有效，設(shè)備及技術(shù)兼顧先進性與成熟性。

三.3D播出系統(tǒng)的設(shè)計方案與選擇

在2012年1月1日3D電視頻道開播之前，我們根據(jù)《廣電總局關(guān)于電視臺高標清同播節(jié)目制作、播出技術(shù)要求的若干意見》，為開播做好了各項準備工作。經(jīng)初步調(diào)研后，分別與3D生產(chǎn)設(shè)備的廠家進行方案設(shè)計討論，同時針對各家設(shè)備如2D轉(zhuǎn)3D設(shè)備、監(jiān)視器、錄像機、字幕機效果進行了實地考察。再經(jīng)過反復(fù)方案設(shè)計的討論后，提出兩套設(shè)計方案，即雙鏈路播出方案和單鏈路播出方案的設(shè)想，下面是兩方案介紹、系統(tǒng)圖及方案比較：

1.雙鏈路播出系統(tǒng)設(shè)計方案

該方案，采用雙路獨立的HD-SDI信號分別傳輸左右眼信號進入切換臺（DualLink方式）；

3D錄像機，墊片服務(wù)器，字幕機等信源設(shè)備采用雙鏈路(左右)方式輸入播出切換臺及凈切換開關(guān)和技監(jiān)矩陣設(shè)備；

播出切換臺及凈切換開關(guān)和技監(jiān)開關(guān)也采用雙鏈路方式；

播出切換臺及凈切換開關(guān)分別送出雙鏈路信號至3D編碼板卡后，采用單鏈路(1.5G Side By Side)方式主、備路送至總控；

PDP1和PDP2監(jiān)看左右眼2D信號使用，PDP3用于顯示3D合成后的信號監(jiān)看；

總控送播出信號采用單鏈路方式送播出后，在播出系統(tǒng)中使用3D解碼板卡拆分為雙鏈路方式送入系統(tǒng)；

總控送播出信號采用單鏈路方式送播出后，在播出系統(tǒng)中使用3D解碼板卡拆分為雙鏈路方式送入系統(tǒng)；

雙鏈路播出系統(tǒng)圖:（如圖2）。

該方案要求除直播信號采用單路左右拼接HD-SDI信號直接送入播出系統(tǒng)以外，其他節(jié)目通過錄像機或者硬盤服務(wù)器同時播放左右眼兩路HD-SDI信號送入3D電視信號處理設(shè)備，由該設(shè)備完成左右拼接信號處理。該播出方案需在現(xiàn)有高清播出系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加3D播放設(shè)備和3D信號處理設(shè)備及顯示設(shè)備，且播放設(shè)備須做到完全同步播放。

2.單鏈路播出系統(tǒng)設(shè)計方案

該方案，采用空間壓縮的方法將左右眼的兩個圖像壓縮在一路HD-SDI信號進入切換臺（1.5G Side By Side）

3D錄像機，服務(wù)器，字幕機等信源設(shè)備經(jīng)過3D編碼卡將雙鏈路(左右)信號進行合并后送播出切換臺及凈切換開關(guān)和技監(jiān)矩陣設(shè)備；

播出切換臺及凈切換開關(guān)和技監(jiān)開關(guān)也采用單鏈路方式；

播出切換臺及凈切換開關(guān)分別送出單鏈路信號送至總控；

P D P1和P D P2監(jiān)看左右眼信號使用，PDP3用于顯示3D合成后的信號監(jiān)看；

總控送播出信號采用單鏈路方式送播出后，在播出系統(tǒng)中經(jīng)過視分卡直接送入播出系統(tǒng)；

單鏈路播出系統(tǒng)圖：（如圖3）。

該方案要求所有信號均采用左右拼接信號送入播出系統(tǒng)進行播出，可兼容現(xiàn)有高清播出系統(tǒng)。

3.單鏈路和雙鏈路播出系統(tǒng)設(shè)計方案比較

由于兩種方案各有優(yōu)缺點，為此，我們對單鏈路和雙鏈路播出系統(tǒng)進行了深入的比較和論證，比較后的結(jié)果如表1：

鑒于第二種方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，與目前的播出系統(tǒng)架構(gòu)相同，信號處理單一，同時系統(tǒng)故障點少，容易排查故障，系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和靈活性比較高，經(jīng)過反復(fù)推敲并向臺領(lǐng)導(dǎo)匯報后，最終決定3D播出系統(tǒng)方案采用輸入左右拼接信號的播出方案。設(shè)計方案一旦選定，我們立即著手對播出方案進行細化，迅速完成了該3D播出系統(tǒng)的主要設(shè)備選型和論證，同時提出了本方案的整體系統(tǒng)構(gòu)成。

四.3D電視自動播出系統(tǒng)的組成

3D電視自動播出系統(tǒng)采用空間壓縮的方法將左右眼的兩個圖像壓縮在一路HDSDI信號進入切換臺（Side-By-Side），3D錄像機、服務(wù)器、字幕機等信源設(shè)備經(jīng)過3D編碼卡將雙鏈路(左右眼)信號進行合并后送播出切換臺及凈切換開關(guān)和技監(jiān)矩陣設(shè)備，總控送播出信號采用單鏈路方式送播出，在播出系統(tǒng)中經(jīng)過視分卡直接送入播出系統(tǒng)，播出切換臺及凈切換開關(guān)和技監(jiān)開關(guān)也采用單鏈路方式，播出切換臺及凈切換開關(guān)分別送出單鏈路信號送至總控，PDP1和PDP2分別監(jiān)看信號源和各級處理信號的2D（Side-By-Side）信號，PDP3用于顯示3D合成后的信號監(jiān)看，包括播出節(jié)目信號的產(chǎn)生、處理、傳輸、監(jiān)聽監(jiān)看等環(huán)節(jié)相關(guān)的系統(tǒng)及設(shè)備。具體包括以下子系統(tǒng)：

1.視音頻及周邊子系統(tǒng)

接收自動播出控制系統(tǒng)的控制信號，實現(xiàn)正確播出節(jié)目信號源的選切，可對播出信號視音頻進行處理或調(diào)整，并適配傳輸系統(tǒng)的需要，提供所需的節(jié)目播出信號。主要設(shè)備包括切換臺系統(tǒng)（含輸入矩陣、視音頻處理器、下游鍵等）、應(yīng)急切換矩陣、3D編解碼器、視頻分配放大器、2D及3D轉(zhuǎn)換、鍵混器等（如圖4)。

主路通道使用切換臺采用Miranda 公司生產(chǎn)的高清播出切換臺NV5100，切換臺包括：主處理器（播出卡）、切換臺控制面板、Tally 接口NV9575-VF、系統(tǒng)管理PC、NV9000 控制系統(tǒng)都通過以太線接入以太交換機。切換臺系統(tǒng)具備16路輸入，輸入信號支持1.5Gbps Side-By-Side信號傳輸模式；同時切換臺處理器提供 1路PST、2路PGM、1路CLEAN FEED、1路AUX的1.5Gbps SideBy-Side信號輸出；切換臺控制面板提供24路直切鍵；支持鎖定、AUTO ON/OFF功能、可進行AUX母線的信號選切；通過拷貝將臺標直接燒制切換臺的內(nèi)置存儲中，使用切換臺內(nèi)鍵 Side-By-Side下游鍵方式上臺標，外鍵通過3D編解碼卡合成Side-By-Side信號進行字幕疊加。

備路通道使用應(yīng)急矩陣采用Harris公司生產(chǎn)的高清16X2凈切換開關(guān)，切換開關(guān)具有雙路掉電直通功能，支持面板控制手動BYPASS功能，應(yīng)急矩陣由于不具備鍵的處理功能，當切換至備路時則不帶臺標播出。為解決這個問題，我們在應(yīng)急矩陣后面接入鍵控器，可以完成切換臺處理器一樣的上鍵，疊加字幕和臺標功能。

2.播出控制系統(tǒng)

考慮到3D播出頻道為獨立系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用基于工作流技術(shù)，實現(xiàn)靈活的流程控制，以實現(xiàn)基于磁帶和硬盤結(jié)合的播出方式，控制系統(tǒng)包括切換臺、應(yīng)急切換矩陣、錄像機、硬盤服務(wù)器、視音頻處理器、主備控制機、3D編解碼器等，為系統(tǒng)提供最優(yōu)的安全配置，控制切換設(shè)備實現(xiàn)正確播出節(jié)目信號源的選切。

從控制的角度考慮，為安全起見，3D自動播出系統(tǒng)配備主、備兩臺控制機方式，主、備控制機分別對通路設(shè)備進行控制，這樣其中一臺控制機出現(xiàn)故障的話，不會影響另一路的播出，但兩路信號都得到恢復(fù)則需進行跳線處理，這可能需要較長的時間；如若主機控制主信號，出現(xiàn)故障需要倒入備控制機，一旦啟用備控制機，兩路信號都能及時得到恢復(fù)。

3.監(jiān)看監(jiān)聽子系統(tǒng)

3D電視自動播出系統(tǒng)采用集中簡單的監(jiān)控方式，用于監(jiān)視信號源、播出末級節(jié)目信號是否正常及檢查信號處理各環(huán)節(jié)技術(shù)質(zhì)量情況，包括Kaleido X-16多畫面合成器、大屏幕顯示器、廣播級彩色監(jiān)視器、質(zhì)量測試分析等設(shè)備。

監(jiān)聽設(shè)備采用Wohler的AMP2-E8MDA支持2路高清輸入接口、DolbyE/AC3解碼、支持8通道音頻及顯示、支持嵌入音頻(包括:高清輸入卡和D/E解碼卡)。

4.同步及時鐘子系統(tǒng)

同步系統(tǒng)為系統(tǒng)設(shè)備提供同步基準信號，使信號處理定時準確并使播出控制達到幀精確度。時鐘系統(tǒng)為參與控制和管理的系統(tǒng)設(shè)備提供校時信號。時鐘系統(tǒng)為參與控制和管理的系統(tǒng)設(shè)備提供校時信號，通過顯示鐘報告準確的時間信息。時鐘信號主要供給顯示鐘、播出控制機、授時服務(wù)器等。3D電視自動播出系統(tǒng)采用原有的APF播出系統(tǒng)同步、時鐘設(shè)備，3D系統(tǒng)內(nèi)只對信號進行分配使用。

5.節(jié)目錄制和審看子系統(tǒng)

提供對合作臺3D節(jié)目傳送的收錄服務(wù)，包括節(jié)目單編排、節(jié)目播出、節(jié)目收錄、上載與審看、數(shù)據(jù)庫軟件等；節(jié)目錄制是實現(xiàn)硬盤播出系統(tǒng)所不能缺少的環(huán)節(jié)，自動任務(wù)生成的節(jié)目批錄制；實現(xiàn)自動任務(wù)生成節(jié)目錄制的流程如下:

節(jié)目錄制時的名稱和長度信息從播出節(jié)目單中提取，不需要人工二次輸入。同時還可以實現(xiàn)邊錄制邊審看，系統(tǒng)在錄制指定的時間后（如10秒）實現(xiàn)審看通道的自動播放。

五.3D電視自動播出系統(tǒng)的實施

中央電視臺3D電視自動播出系統(tǒng)于2012年1月1日投入試運行，通過不到一個月的試播，現(xiàn)在已經(jīng)正式播出，各種信號傳輸正常，整個系統(tǒng)運行安全可靠。

3D電視自動播出系統(tǒng)從方案立項，調(diào)研、需求分析到確立設(shè)計思想、設(shè)備選型、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；再到搭建和最后的調(diào)試，施工周期非常短，只用了不到兩個月的時間，而且3D播出系統(tǒng)還沒有應(yīng)用的實例，在此緊急情況下為了確保能夠按時試播3D電視節(jié)目，為不影響到正常的施工進度，我們一方面積極配合相關(guān)技術(shù)人員完善系統(tǒng)圖紙，另一方面從新安排當時的施工內(nèi)容，盡可能的做到一邊修改圖紙一邊施工，保證施工的正常進行。

系統(tǒng)調(diào)試是遇到問題最多的階段，這些問題的特點都是技術(shù)性比較強，而且有一定的針對性，通過與廠家不斷磨合、調(diào)試，系統(tǒng)配置日趨完善，提高了運行能力。現(xiàn)在各種設(shè)備已經(jīng)進入到了一個比較穩(wěn)定的運行期，節(jié)目單編輯機、設(shè)備服務(wù)器、切換臺、3D編解碼卡、播出控制機、上載服務(wù)器和素材服務(wù)器可以根據(jù)軟件的設(shè)定完成節(jié)目編輯、上載、播出的各項設(shè)計功能，同時系統(tǒng)也具備較強的應(yīng)急功能。

通過實際運行證明，該系統(tǒng)由于采用了資源和設(shè)備的共享，在整個系統(tǒng)架構(gòu)上較之傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計更便于管理，同時也降低了設(shè)備成本。而且，由于系統(tǒng)具備層次化的數(shù)據(jù)安全保障，因而在系統(tǒng)安全性、可靠性方面帶來了本質(zhì)的提高，到目前為止，該系統(tǒng)已安裝完成，并經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和試運行，基本上滿足了我們在設(shè)計之初所提出的系統(tǒng)需求，達到了我們所提出的主要功能要求，現(xiàn)在3D電視自動播出系統(tǒng)進入正常播出使用階段，目前本系統(tǒng)運行良好。

隨著當今電視技術(shù)及電腦多媒體技術(shù)日新月異的飛速發(fā)展，我們的播出設(shè)備在原有的基礎(chǔ)上又在不斷地擴展和完善，播出工作由原來的相對獨立的系統(tǒng)逐漸與全臺的媒體資源相融合，而3D電視自動播出系統(tǒng)的投入使用，又將播出技術(shù)引入一個新的時代，3D電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展必將起到革命性的推動作用，中國在3D電視領(lǐng)域，也將搶占新的制高點。