一鍵控制的電視節目多模式審片系統的實現

胡鍵巧

（浙江廣播電視集團，浙江 杭州 310005）

責任編輯:任健男

節目評審系統作為保障廣播電視安全播出的重要窗口，承擔著臺里各類電視節目的技術質量評判和內容審片工作。浙江廣電集團在征求各業務部門的需求后，提出建設一套廣泛適用而操作便捷的多格式移動視聽審片系統，匯聚高標清錄像機、DVD、機頂盒、計算機等各類專業及民用播放設備的接口，通過一鍵控制實現信號與顯示屏、音箱之間的對應切換；功能上同時滿足日常內容評審和技術評審的需要。經過充分溝通、精心設計，自主研發了一鍵控制的電視節目多模式審片方法，該系統高度集成化、操作簡便化、界面友好化，可用于電視臺日常節目評審，是一個實現節目客觀及主觀評審的綜合應用平臺。

1 需求分析

1.1 技術質量評審

電視臺的節目制作、播出后要經過衛星、微波、有線等多個傳輸環節才能到達觀眾家里，同一個節目在信號制、播、傳各個節點的技術指標會發生變化，直接影響到觀眾的收看效果[1-2]。為了確保優質播出，臺內經常需要對節目的技術質量進行評估，并通過評審分析影響技術指標的原因。傳統的技術質量評審采用的是分散的單機設備，即錄像機視頻信號接顯示屏、音頻信號送監聽音箱，以獲取主觀的畫面、聲音質量判斷；接著重新播放視頻信號送示波器，獲取測試參數；再結合主觀評價與客觀指標進行綜合分析。在這種方式下，完成單一節目信號源主、客觀評審的過程就非常繁瑣，尤其每次更換格式都要來回插拔信號源到監看、監聽及測試設備的連接線，更無法實現信號源在各個節點的對比評審。

1.2 內容審片

隨著集團事業的蓬勃發展，各類節目觀摩、評審的需求日益增多，而且片源混雜，高標清、光盤、流媒體等各種格式并存，使得每次審片都要臨時搭建系統，費時費力還不能達到效果。所以需要建一套方便易用的審片系統，針對不同審片需求，通過簡單的一鍵式觸控操作，實時監看監聽各類信號且能隨意切換，同時可對節目進行專業的視音頻波形分析，以提高工作效率，真正實現主客觀對比評審。

2 方案設計

審片系統的信號源播放設備主要有高標清放像機、演播室高標清接口、筆記本或臺式計算機、藍光播放機、機頂盒等，對應的視頻信號格式主要是HD/SD-SDI，HDMI，VGA，DVI等；音源部分主要有HD/SD-SDI的嵌入音頻、AES音頻、數字同軸音頻、模擬音頻等。

專業錄像機等播放設備可以通過切換矩陣來對不同信號源進行調度；若考慮加入民用設備，如高清藍光播放機、計算機播放的節目，或者PPT文檔演示等，在操作上對不同信號的調度、音視頻的跟隨等都比較麻煩。所以在方案設計中既要兼顧視音頻信號的多元性，也要考慮使用人員的操作方便靈活性。因此，設計以集成審片控制器為整個審片系統的核心，將外圍設備不同類型的控制接口全部連接到審片控制器，在審片控制器上安裝自主研發的控制軟件，通過直觀明了的觸摸屏操作，對周邊設備進行統一調度，實現最終的顯示和監聽效果。設計框架如圖1所示。

屏幕顯示效果要求可靈活排列組合，圖2是常用的單路節目審看模式。

該方案可以實現三路節目的同時對比評審，或者兩路視頻的同屏顯示，或者兩屏畫面一屏視頻波形，如圖3所示。

初步方案確定后，重點考慮相應的控制軟件。

分解每一步控制所涉及到視音頻矩陣、畫面分割、顯示屏、視頻測試儀、音頻分析儀等相關設備的切換動作如表1所示，其矩陣的指派、畫面分割的狀態和最終以何種方式在等離子大屏上顯示都定義在表格中。

表1 相關設備的切換動作

整個審片系統中不僅涉及到視頻的切換動作，相關視頻對應波形的顯示、音頻指標分析顯示和監聽都要做好前期設計，下面以示波器的切換動作進行簡要說明，如表2所示。

表2列出了視頻切換時示波器相應的操作動作，如當采用VTR1進行審片時，采用示波器的預設置狀態1，即顯示單路視頻波形；而采用VTR1+2兩路放像機進行對比審片時，采用示波器的預設置狀態2，即顯示雙路視頻波形。

3 設備選型

在設計過程中，筆者翻閱了大量的技術資料，并和設備廠商反復討論，解決了不同設備的控制問題、不同格式信號源的兼容問題、不同視頻切換時的音頻跟隨問題等。

表2 示波器視頻測試切換操作動作

3.1 控制方面

審片系統通過接口控制對不同的音視頻信號進行調度并顯示在不同的屏幕上或選擇監聽，所以無論專業或民用設備，都要求提供接口協議以接入系統[3-4]。高標清錄像機具備RS-422接口，視頻測試儀、環繞聲分析儀可通過GPI信號控制，矩陣、監視屏、畫面分割器等設備提供RS-232或RS-422接口。

3.2 視頻方面

針對不同格式的信號源，采用多格式矩陣的方式調度，主要有HD/SD SDI矩陣、DVI矩陣、VGA矩陣等，囊括了各類專業及民品設備的視頻信號。

考慮到多路信號源的同屏對比顯示，在系統中又加入高清的多畫面分割器，通過矩陣環接，可以在任一顯示器上觀看4路不同的視頻信號源。類似地，視頻測試儀的DVI輸出、音頻分析儀的VGA輸出也都可以通過矩陣環接方式，在任一顯示器上實現測試指標的可視化監看。

3.3 音頻方面

經過慎重選擇，采用接口豐富、功能強大的RTW31900環繞聲分析儀，實現音頻的監測監聽。該設備具備全套音頻信號分析工具，集分析、顯示控制與路由等功能于一身，不僅兼容HD/SD-SDI嵌入音頻及各類數字、模擬音頻，可對多至7.1聲道環繞聲節目進行快速深度評估；同時帶有杜比AC-3和杜比E解碼器，可對經過編碼的音頻進行分析，完全滿足今后的發展需要。同時采用有源音箱和低音炮組成5.1環繞聲監聽，帶來震撼的音響效果。為兼顧多路不同信號的輸入，將模擬音頻轉換成數字信號進入AES矩陣調度。

3.4 顯示方面

顯示器的質量直接關系到待審節目的審看結果。為確保評審的權威和公正，顯示設備必須具有卓越的影像功能，完美再現節目的真實效果，并能發現節目制作中的瑕疵。系統采用多臺配備HD-SDI接口的65 in等離子監視器，以實現高質量的節目審片。

3.5 電源方面

考慮到使用審片系統的部門較多，為了方便管理和控制各類用電設備，采用電源時序器，這樣不僅能夠避免人為的失誤操作，還可降低用電設備在開關瞬間對供電電網的沖擊，也避免感生電流對設備的沖擊，確保整個用電系統的穩定。

4 關鍵技術

4.1 視、音頻信號源多層嵌套的審片模式設置

為了讓審片系統簡單易用，在設計時提出了“審片模式”的概念，把最常用的審片方式以最直觀的圖標顯示，如圖4所示，讓復雜的系統操作變得一目了然。

同時，兼顧個性化的審片需求，在常規審片模式的基礎上更深層次地提出了模式設置的想法，如圖5所示，這種功能可以讓審片模式變得更加靈活，用戶可根據需要任意去定義每種模式的顯示效果。

圖5 模式設置界面（截圖）

以模式一為例，詳細說明審片模式在整個系統中的重要性。

在圖4的模式一中，很容易理解每種圖標所代表的含義，最左邊是視頻信號的波形顯示，第二個代表視頻，第三個代表音頻的指標顯示，同時這三個圖標又分別對應3臺等離子監視器；最右邊的音箱表示監聽。用手點觸模式一，經過審片控制器對外部相應設備的控制，最終將視頻測試儀、待審節目、音頻分析儀的畫面實時顯示在3臺受控的等離子監視器上，同時將聲音送到音箱進行監聽。

接下來通過圖5來介紹模式一是如何設置的。左上角有6組預設值的圖標，代表6種模式。選擇一組圖標，在下面的屏幕源設置中有五欄，PDP_1，PDP_2，PDP_3分別代表三臺等離子監視器，其右側代表可選擇的信號源，如VTR1-3、視頻測試儀、音頻分析儀、畫面分割、藍光播放機、高清機頂盒等，在這里可以將列出的信號源隨意指派到三臺監視器中的任意一臺，從而讓模式設置變得更加靈活。系統中，將矩陣切換送畫面分割之后，其輸出再次環入矩陣，目的就是將不同的信號源都能夠通過畫面分割顯示在任一臺監視器上，可以在畫分左、畫分右中隨意指派一路信號源作為畫面分割的預顯示信號。

圖5右側是示波源選擇和音源選擇，原理與畫面分割相同，示波器可選單路輸入，也可選雙路輸入；音源選擇主要是為音頻分析儀及監聽選擇信號源，示波_3、音源_2、音源_3為將來技術進步和系統的可擴展性預留。

4.2 多樣性接口的集成控制

借用網絡分層的概念來解釋審片系統的構成，可以將圖4作為應用層，圖5作為傳輸層/網絡層，而下面的圖6則對應為連接層，也是整個控制系統的基礎。上一層的協議都是以下一層作為基礎。

圖6左側是系統中需要控制的設備，右側是對每類設備控制參數的設置。整個系統中用到的控制接口主要有RS-232，RS-422，GPIO，先在物理層上將相應設備的控制線接入集成審片控制器，然后在這個界面添加該設備并設置相關的參數。

控制軟件可分開控制每臺錄像機（包括索尼和松下磁帶及新介質錄像機），也可對多臺錄像機進行精確級聯控制，同時觸發多臺錄像機進行同步播放、停止、快進、快退、搜索或按時間碼定位。

多格式矩陣的調度更為復雜，圖7的矩陣列表中已列出系統中所采用的矩陣設備。

針對每一路進入矩陣的信號，設置通道列表，其中兩個參數非常重要——類型和環出標志。矩陣有輸入輸出，將所有進入矩陣的信號全部加入通道列表并將通道類型設為輸入，而所有從矩陣輸出的信號也全部加入通道列表并將通道類型設為輸出。

前面提到過畫面分割和視頻測試儀、音頻分析儀，它們在系統中位于矩陣的輸出和輸入之間，也就是將矩陣輸出的信號送到畫分或測試儀后再次環入矩陣，并設置相應的環出標志。做到這一步，軟件就完全控制矩陣，并能夠隨意調度信號源輸出到任一臺監視器。

4.3 源名跟隨

源名跟隨主要解決模式切換中信號源名稱的自動傳遞問題，即在模式中切換信號源時，其源名能夠自動顯示在相對應圖標的下方，而且監聽部分（模式中的音箱圖標）也能夠自動跟隨相應視頻信號的切換，并控制相應設備將節目的環繞聲輸出至音箱實現審片監聽。

二階矩方法為標準矩張量帶來了額外的信息：用震源橢球表示的震源區幾何形狀估計、震源過程的持續時間、時空矩心和破裂擴展的平均速度矢量。使用這一方法，我們研究了具有明顯非雙力偶分量的5個事件并對所有事件獲得了二階矩估計值。通過對不同水平的合成噪聲模擬，在1999年伊茲米特地震的設置中，30%的噪聲水平（與記錄中的峰值振幅相關）已阻礙了二階矩檢索。在我們的練習中，使用偽隨機數計算機發生器模擬噪聲并做了相應的濾波。真實噪聲肯定是不同的，但我們認為，它的特定特征比污染的振幅影響小。

視頻信號的源名跟隨可以通過軟件來實現，但音頻如何做到與視頻的同步跟隨是個難題。經過反復實踐與探討，最終選擇通過GPIO控制來實現跟隨，如表3所示。

表3 RTW針腳定義

將已知信號源進行分類統計，并深入分析RTW音頻分析儀的各項功能，考慮到RTW開機后默認狀態不是在輸入信號的選擇上，所以在系統啟動過程中直接低電平觸發RTW輸入功能，待系統啟動成功后，用戶在對視頻信號源切換的同時，控制系統對RTW的音頻分析儀進行同步切換。例如切換到藍光播放機時，RTW音頻分析儀對應切換至KEY1，而KEY1則是預設并保存在RTW中的5.1環繞聲分析，視音頻及其源名的跟隨最終實現“所見即所得”的節目評審方式。

5 創新點

1）通過屏幕源、示波源和音源的配置選擇，實現審片模式的自定義。

在審片系統中，首創性提出了“審片模式”的概念，即針對臺里日常不同的審片要求列舉出不同的審片模式，映射到不同設備的操作集合，通過集成控制指令加以實現。不同的審片模式還可以通過軟件設置界面進行相關參數設置、修改、保存。在審片模式定義中，視頻信號源、音頻信號源、屏幕信號源可自由組合，進而形成一個獨立的審片模式并保存；在每一個審片模式內，若該模式包含多個視頻測試信號源、音頻測試（監聽）信號源或畫面分割信號源等，則視頻測試信號源、音頻測試（監聽）信號源或畫面分割信號源還可進行自由選擇。靈活的模式自定義使豐富的節目評審功能得以實現。

2）通過對各類審片設備接口協議的集成控制，實現一鍵觸發的節目評審要求。

匯集不同廠家的設備接口控制協議，在眾多協議的基礎上，按照審片需求及實現的功能，自主研發了一套審片控制軟件，實現對多種專業及民用格式的節目源進行視音頻主觀和客觀指標評審，并實現多臺錄像機的獨立與聯動控制。

每個視頻信號源或音頻信號源均設置有信號源名稱，該名稱唯一標示該路信號源，且當信號源經過多格式接口設備、視頻矩陣設備、音頻矩陣設備、視頻測試設備、音頻測試設備、審片控制器、視音頻監看監聽設備時，信號源名稱都將自動被跟蹤，且同時帶入到下一級審片設備中，直到顯示在應用界面上，實現最終的信號源名稱跟蹤。

4）通過對多臺錄像機的同步操作控制，結合審片模式選擇，實現多個節目片源的主、客觀指標對比審片。

信號經過制、播、傳各個節點會有延時，但可以把各個節點的信號收錄下來，依靠該審片系統，通過錄像機同步播放，對同一節目進行橫向對比評審，分析影響技術質量劣化的原因。

6 系統調試中的問題和解決辦法

設計時考慮的是核心設備的高品質及用戶操作的靈活便捷，而在實際調試及試運行過程中遇到的一些問題則更為具體。

1）HDMI信號的5.1嵌入問題

系統配置了5.1監聽音箱和環繞聲分析儀，但使用藍光播放機通過HDMI輸出，經HDMI/HDSDI轉換盒后，環繞聲分析儀只顯示了2個聲道，沒有實現藍光播放機HDMI嵌入5.1聲道的分析和監聽。轉換盒本身可以通過跳線設置，將嵌入HDMI中的6個聲道不做處理直接轉換到HDSDI信號中，但在實際使用中，卻受到了片源HDCP版權保護的限制。因此轉而采用數字同軸音頻直接進音頻分析儀，但這種方法帶來了視音頻跟隨的新問題。為確保“一鍵觸控”的設計初衷，通過GPI觸發音頻分析儀，結合大量的軟件代碼修改，最終解決了視音頻跟隨問題，同時也實現了藍光DVD播放5.1片源的可視化分析和監聽。

2）計算機HDMI顯示問題

系統在設計時考慮到計算機信號的接入，采用HDMI/HDSDI轉換盒。在調試過程中，將計算機通過HDMI接入系統，最終監視屏上顯示的畫面有偏移，而將計算機VGA信號接入系統時畫面顯示正常。最后通過422控制口對轉換盒的場行偏移值進行微調后，畫面顯示正常。

3）軟件的安全性問題

由于用戶所有的操作都是通過觸摸屏來實現的，而審片系統的使用人員很雜，既有技術質量審查，又有內容審片，有些誤操作可能會對系統中的設備參數或者模式設置進行修改，容易造成系統參數混亂，無法保障下次審片的順利進行。如果給用戶設置權限，會讓使用變得復雜化。因此將軟件分成兩個界面，一個界面供操作者使用，簡單明了；另一個界面就是全功能版本，供管理員進行系統維護，不僅可以對模式進行設置，還可以修改相關的設備參數和預設值。

7 總結

至此，系統實現了所有的設計功能，用戶界面直觀，能達到“一鍵觸發”式簡單操作，靈活解決廣播電視及民用設備領域的各種信號格式的監看監聽，以及視音頻相關參數的可視化監測，并突破性地實現了制、播、傳各節點信號的主、客觀對比評審。

系統自2012年3月投入使用以來，已承擔了浙江廣電集團的每季度播出技術質量評審和制作技術質量評審，以及集團總編室和浙江衛視等頻道的日常節目審片，因其方便實用，深受大家歡迎，目前每天都有排隊預約。該系統在確保技術質量評審的高要求配置下，很好地滿足了內容審片的便捷操作，具有廣泛適用性，在廣電系統很有推廣價值。筆者也總結了一些體會：

1）易用性

簡單易用的理念始終貫穿整個設計思路，“一鍵觸控”目的就是要讓使用者擺脫繁雜的操作程序，所有技術解決方案都通過后臺實現，確保良好的用戶體驗。

2）開放性

簡單地引入高清審片功能是遠遠不夠的，審片系統將各種信號格式、各類控制接口都囊括其中，可靈活設置個性化的審片方式，開放設計使得審片系統得到極大的提升。

3）可擴展性

在方案設計初期，就充分考慮到系統的延續性，并預留各類輸入輸出接口，以方便擴展。

考慮到臨時性的異地審片需求，系統采用集成箱體設計，配置滾輪，便于運輸、移動；同時增加臺外審片模式，以適應沒有配備HDSDI大屏的使用環境。

此外，系統采用3D監視器，未來通過Dual Link方式即可實現3D節目源的審片，延伸了系統的可擴展性。

[1]史冠翔.中央電視臺綜合節目內容審片系統總體設計與實現[J].現代電視技術，2011（7）：84-87.

[2]伍以文.音視頻節目技術審片系統的研究與實現[D].成都：電子科技大學，2011.

[3]尹言，雷鳴，范飛，等.北京電視中心環繞聲審聽（片）室擴聲系統設計[J].電聲技術，2012，36（3）：6-10.

[4]胡鍵巧.基于頻道制模式的網絡制播規范及流程約定[J].電視技術，2012，36（12）：62-65.