高清硬盤播出系統設計思路及方案研究

【摘要】 本文主要探討了廣播電視臺實現高清播出系統的必要性，實現硬盤播出需要解決的實際問題，提出了相關的設計思路，并詳細闡述了管理與控制軟件系統、硬盤播出系統、播控系統的總體思路。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目同播率均較之前有較大提高，而且高清系統具備較強的穩定性與可靠性，實現采編播高清化，已逐漸成為廣播電視臺當前升級改造的首要任務。

【關鍵詞】 高清硬盤播出系統 電視廣播 格式標準 設計思路 方案研究

一、總體思路及設計原則

在廣播電視臺的播出系統，經歷了由錄像機播出的模擬播出系統、實現標清硬盤播出系統。隨著科學技術的發展，人們對電視信號質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，標清電視已不能滿足人們對電視信號的要求，實現高清播出已成為廣播電視臺當前迫切需求。

高清頻道的設計思路與原則包括：系統集科學、先進、穩定的技術于一身，能夠達到廣播電視臺基本的一個高清頻道的播出、墊片、節目上載、延時播放等要求，在實施系統設計之前要考慮其條件必須符合3-5年時間的節目播出、制作方向的發展方案，可以進行信號調度，以及高清節目能夠進行同步播出等方面的需求，同時要保證系統具有改造、提升的空間，整個系統設計都要根據國家廣電總局制定的電視臺設計發展標準來建設，本電視總臺的技術指標必須符合國家廣電總局發布的行業標準，以及滿足AES/EBU數字演播室音頻標準的具體要求。

該系統要是一款全功能的高清編播系統，高標清兼容，內嵌字幕操作系統，具備高清SDI、HDMI、分量及標清全接口。系統基于64位系統軟件開發。64位平臺具有更快的處理速度，同時尋址范圍大量擴充，內存容量、數據傳輸速度、處理速度和精度等性能指標有較大提升。系統可訪問更多內存，意味單機上64位可比32位可運行更多的程序。

系統支持更多的格式標準：系統支持更廣泛的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等標清格式；全面支持AVI、TS、MPG、MXF、MOV等主流文件格式。

字幕系統具有普通話語音轉換為唱詞字幕精確疊加到同期聲畫面功能。

二、高標清同播策略

高清節目播出的中心設施有：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、高清衛星接收器等方面。高清衛星接收器可以將接收到的高清CCTV信號為轉播新聞頻道所使用，本次系統升級的主要目的是首先在對原有頻道播出不產生影響的狀況下，創造出一個新型的高清播出頻道，該設計思路與中心設施如下圖。

2.1播出內容準備

高標清同播主要是表示在同時滿足高清與標清的情況下，將同種頻道內容進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到50%以上，第二年的頻道高清播出率與同播率要達到70%以上，盡量保證第三年能夠達到全網高清播出的目標。

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

2.2高標清同播幅型變換

為了達到高標清頻道同時播放的要求，在實施節目編排時就要考慮如何混合運用高標清素材，編制好的節目既能夠在高清頻道播放又可以在標清頻道播放，當接收到標清信號時變換為標清頻道，當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，對高標清頻道同時播放的方式幅形變換主要產生的影響有以下幾方面：

（1）對構圖產生的影響。在高清條件下進行變換、在標清條件下進行變換都會對畫面進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一部分的缺失或者出現無用畫面的填充狀況，最終對畫面的真實效果產生影響。（2）對畫面質量產生的影響。上、下變換的過程具有不可逆的性質，標清條件下變換的節目或采用標清條件下變換的素材，通過變換的作用，會造成圖像質量降低的現象。（3）幅型變換不恰當，很大幾率出現播出事故。高清與標清進行混合編輯或出現同時播放時，都會與高標清的幅型變換有關聯，如果幅型變換出現失誤，將會引起播出故障。為解決高標清幅型變換問題，本系統要支持16：9標清制式，使高標清節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清節目，減少高標清轉換的事故率。

三、播控系統方案設計

3.1方案介紹

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

3.2主要設備介紹

主要的播控系統采用視頻服務器、播控工作站、編單/人工復審工作站、采集回放工作站、上載監看監聽系統、422倒換開關、字幕系統、千兆交換機、KVM、二級存儲、數據庫服務器、高清字幕機、GPS校時母鐘、、切換臺，播出切換開關、上下變換器、技術監視器、高清臺標鍵控一體機等設備，主要采用GV、研華、新奧特、奧視、HP、DELL等系列牌子的產品。主通道選擇的新奧特主控切換臺有16路可供輸入，主要在硬盤服務器、連接演播室、墊片、錄像機方面使用，它的任務是達到頻道之間的切換、上下鍵切換、調節音頻等目的。周邊選擇新奧特系列高清板卡與周邊機箱，同時使用HD-SDI數字幀同步板與HD-SDI數字視頻分配板，機箱的配置均屬于雙電源亢余，其主要功能是對網管模塊進行配置，從而達到集中管控的目的。

四、硬盤播出系統方案設計

4.1播出服務器介紹

在硬盤播出系統中視頻服務器屬于最重要的設施之一，在新的硬盤播出系統中播出服務器主要選擇美國GV公司出品的視頻服務器，該設備主要用來進行主備播出。

4.2主備播出服務器解碼通道設計

視頻服務器支持2路高/標清兼容編解碼通道；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目為2入6出，這些通道的功能在于達成上載審片、高清上載、高清播出高清播前審看等任務。

4.3主備播出服務器存儲設計

播出視頻服務器的內置存儲選用8塊2TB 熱拔插高穩定、企業級別的高速SAS硬盤， 采用RAID10方式，有效存儲空間8TB。對于RAID10，由于不存在數據校驗，每次寫操作只是單純的執行寫操作，因此RAID10在寫性能上比較好。對于RAID10，當一塊磁盤失效時，進行數據重構的操作只是復制一個新磁盤，如果假定磁盤的容量為2T，那么復制的數據量為2T。RAID10系統在已有一塊磁盤失效的情況下，只有出現該失效盤的對應鏡像盤也失效，才會導致數據丟失。其他的磁盤失效不會出現數據丟失情況，如圖。

4.4播出視頻服務器技術

（1）播出視頻服務器能夠支持FTP、CIFS文件傳輸協議；支持SNMP協議；支持以太網控制。（2）支持標準VDCP控制協議。（3）四個千兆以太網接口，具有控制和數據傳輸功能。（4）在設計上選擇開放式，支持MPEG2編碼壓縮8Mbps-150Mbps，支持4：2：2和4：2：0數字視頻采樣。采用嵌入式音頻方式，支持SMPTE標準的嵌入式及非嵌入式數字音頻信號的輸入和輸出。支持每路視頻嵌入多路數字音頻信號。（5）提供延時播出功能。（6）冗余熱拔插電源，冗余風扇。（7）嵌入式操作系統，配置系統鏡像恢復U盤，一鍵操作恢復，故障恢復時間小于2分鐘。

五、控制與管理軟件系統

采用NetCentral視頻服務器監控管理軟件。NetCentral是Thomson公司研發的系統監控管理軟件，支持大多數基于網絡接口的設備。系統在Windows平臺上運行，以SNMP協議和Syslog協議為基礎，通過IP網絡對設備進行管理。

1、NetCentral系統可以同時監控多臺設備，定期檢測設備的在線情況，可以非常直觀的了解設備情況。2、系統通過收集在線設備信息，顯示設備運行狀態，在設備出現故障時及時報警。3、系統將設備日常運行狀態、錯誤信息都保存在數據庫中，方便分析設備故障原因。4、系統可以實現遠程監控設備運行情況，打開軟件就能完成監控工作。5、NetCentral系統采用客戶、服務器結構。服務器端主要是SNMP管理器，它能夠執行NetCentral系統的主要功能，客戶端主要是讀取服務器端信息。

整個頻道的運行與管理、控制系統密切相關，并且離不開電視臺標清播出的操作水平與業務流程。每一項功能模塊都具有優秀的協同共存能力，而且又存在自身的獨立性，不僅能夠根據工作人員的操作流程進行充分、有效的運作，還能夠自成體系，最終確保整個系統與網絡的可靠性與穩定性。

六、結語

現在許多廣播電視臺擁有高清攝像機、高清編輯線，部分節目已實現高清拍攝、采集、編輯、存儲，但是由于播出系統是標清格式，最終要把高清信號下變換為標清信號播出。當前一個時期，高清硬盤播出系統改造升級將是廣播電視臺最迫切、最重要的任務。中央《關于推動傳統媒體和新興媒體融合發展的指導意見》，體現了政策面強調加快傳統媒體和新興媒體融合發展，充分利用新技術新應用創新媒體傳播方式，利用前沿技術，探索機制創新推動傳統媒體與新興媒體融合發展。