淺析新聞高清演播室視頻系統(tǒng)實施

劉曉強

【摘要】根據(jù)我國廣播電視的發(fā)展現(xiàn)狀，高清演播室在設計和實施時要符合廣電總局制定的高標清同播和安全播出規(guī)范。目前演播室高標清兼容系統(tǒng)實現(xiàn)方式有四種，雙主機切換系統(tǒng)、高標清兼容切換臺系統(tǒng)、純高清加上、下變換系統(tǒng)和多分辨率同步制作切換臺系統(tǒng)。2009年底，我臺新聞演播室選用了純高清加上、下變換系統(tǒng)的方式。新聞節(jié)目直播，演播室系統(tǒng)須考慮播出安全，制定安全預案。

【關鍵字】高清演播室 高標清兼容 安全預案

根據(jù)國家廣電總局發(fā)布的《我國有線電視向數(shù)字化過渡的時間表》，數(shù)字電視按照東部、中部、西部不同區(qū)域，分階段實現(xiàn)向數(shù)字化過渡，計劃到2015年關閉模擬電視。在很長一段時間內(nèi)，我國電視節(jié)目的制作和播出都將采取現(xiàn)有頻道高清、標清同播方式。因此，高清演播室制播系統(tǒng)在設計和實施時，需要考慮兼顧高清和標清節(jié)目制作，既為有條件的電視用戶提供高畫質(zhì)的高清信號，也能滿足只能收看標清信號的電視用戶的需求。

新聞演播室系統(tǒng)實現(xiàn)方式選擇

目前演播室高標清兼容系統(tǒng)實現(xiàn)方式大體有四種，雙主機切換系統(tǒng)、高標清兼容切換臺系統(tǒng)、純高清加上、下變換系統(tǒng)和多分辨率同步制作切換臺系統(tǒng)。我新聞演播室2009年底，綜合考慮系統(tǒng)實現(xiàn)的價格、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)復雜性等因素，選用了純高清加上、下變換系統(tǒng)這種方式。

純高清加上、下變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在輸入端對標清信號源進行了上變換處理，對高清信號源不做處理。這樣從信號源輸出，經(jīng)切換臺處理，只有一個高清信號通路，形成一個“高清島”。在通道最終輸出端加入下變換產(chǎn)生標清信號，其優(yōu)點可同時錄制高清、標清信號，系統(tǒng)相對簡單。由于在輸入端對標清信號源進行了上變換，在輸出端加入了下變換，系統(tǒng)必須考慮由上、下變換所引起的視、音頻信號的延遲差異、變換模式等問題。

在上下變換處理方面，我臺新聞演播室視頻系統(tǒng)只對標清信號源進行上變換，傳送到播出部門的節(jié)目制作信號為純高清信號，下變換由播出部門完成。

新聞演播室系統(tǒng)有安全預案

電視新聞節(jié)目具有時效性高、現(xiàn)場感強和信息量大的特點，現(xiàn)場直播的形式正好發(fā)揮新聞節(jié)目的這些優(yōu)勢。新聞節(jié)目直播，要求演播室系統(tǒng)在設計和實施中考慮播出的安全，制定系統(tǒng)安全預案。

播出安全保障：日常新聞直播必須采用短延時或長延時播出。最重要新聞（天津新聞）可選擇采用長延時主播，藍光備播；或者是藍光主播、長延時備播的播出方式。短延時和長延時節(jié)目播出，由延時播服務器完成，采用主備配置，采集和播放均可同時進行。這樣主備播出方式，可靠地保證了播出的安全。

依據(jù)節(jié)目制播安全考慮，新聞演播室送播出的延時播和切換臺PGM節(jié)目出信號，都有主各兩路。切換臺PGM節(jié)目出信號主備兩路送播出，由播出部門隨錄新聞節(jié)目。新聞播出時，當新聞演播室送播出的延時播主備兩路節(jié)目信號都有問題時，由播出部門切換延播服務器隨錄的新聞節(jié)目。

演播室系統(tǒng)的核心是視頻切換設備，它決定著節(jié)目制作的能力。為保證節(jié)目制作播出的安全可靠，演播室視頻系統(tǒng)的切換采用了主備的工作方式。切換臺為主，矩陣為備。節(jié)目直播過程中，當切換臺發(fā)生設備故障時，及時通知播出改為各路播出，利用1分鐘的播出延時，完成矩陣解鎖一延時的直通切換一準備銜接畫面一用矩陣完成切換播出。

放像由傳統(tǒng)的放像機播放磁帶或藍光盤，改為播出服務器播放。采用主備再備的備份方式，經(jīng)過不同的回路實現(xiàn)3臺播控控制3臺播出服務器的工作方式。播出內(nèi)容主各服務器同步播放，當主播控死機時，在播的節(jié)目條目將由播出服務器播完，接下來的播放工作有其他各路播出服務器承擔。

字幕包裝采用主備設置公用數(shù)據(jù)庫的方式，當其中一臺播控和播出渲染服務器出現(xiàn)問題，均不會影響字幕播出。數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題可用字幕機替換。

攝像機可以互為備份。讀報點評和題字器設備均為主備設置，主路故障時，只需切換備機的按鈕操作，即可實現(xiàn)方便快捷的切換。

新聞高清演播室視頻系統(tǒng)信號流程

視頻系統(tǒng)中主要設備均采用高清數(shù)字設備，系統(tǒng)采用切換臺+矩陣架構(gòu)。視頻信號源包括：5套高清攝像機、4套高清字幕機（2套字幕機、2套在線包裝）、3臺播出服務器、2臺非編工作站、1臺回采服務器、4臺藍光錄像機、2路點屏、4路VGA和8路外來信號。

高清主路：上述設備接入切換臺，由切換臺輸出的PGM節(jié)目信號作為高清主路信號，通過加嵌器、應急切換送外接口板、視頻記錄設備等終端。

高清各路（應急通道）：上述設備接入矩陣，矩陣輸出信號作為高清各路信號。經(jīng)鍵控器疊加字幕，通過加嵌器、應急切換送外接口板、視頻記錄設備等終端。

外來信號包括電視信號、微波信號、衛(wèi)星信號、光纖信號等。需要注意的是，外來信號有高清信號和標清信號之分，通常先連接高清上變換器，實現(xiàn)高標清信號正確的幅型變換，再接入切換臺和矩陣。

回采服務器的輸入信號比較特殊，它將矩陣和切換臺AUX信號作為輸入信號，回采內(nèi)容輸出接入切換臺和矩陣。

新聞高清演播室設備選擇

1、數(shù)字攝像機及控制部分

高清電視圖像具有黑白對比度更清晰，色域更寬，顯示的色彩更艷麗等優(yōu)點。但同時演播室高清化也帶來了數(shù)據(jù)率提高、畫面寬高比改變、光照度要求提高、景深變小的主要問題。在選用演播室攝像機時，要充分考慮這些問題。

新聞演播室選用了5臺全數(shù)字高清演播室攝像機HDK-79EXⅢ，其中主訊道采用2臺HDK-79EXⅢ全數(shù)字高清座機。連線和搖臂訊道采用3臺HDK 79EXⅢ全數(shù)字高清便攜式攝像機。

HDK 79EXⅢ采用0.18μm設計工藝、大規(guī)模數(shù)字處理集成電路IC芯片（ASIC），視頻信號采用16比特模/數(shù)轉(zhuǎn)換，內(nèi)部處理最高可達38比特。

16比特模/數(shù)轉(zhuǎn)換器為圖像暗部提供了最佳的色彩層次，當再現(xiàn)畫面黑暗區(qū)域時保留了良好的漸進性和細節(jié)。

2/3英寸230萬像素（1080i）AIT CCD可以得到水平清晰度1000線、信噪比60dB的高清圖像質(zhì)量。通過多種數(shù)字處理及輪廓補償功能，可拍攝出接近于人類視覺效果的圖像畫面。此外，CCD驅(qū)動及采樣電路保證了圖像質(zhì)量的高穩(wěn)定性。

CCU基站標配有下變換器，HDK-790EXⅢα/79EXⅢα攝像機可作為高端標清攝像機使用。基站能夠同時輸出高清/標清信號（亦能夠同時輸出數(shù)字/模擬信號），能夠進行與標清格式的聯(lián)合播出。

2、錄放像設備

以往錄制新聞節(jié)目，由錄像機承擔記者成片播放和節(jié)目播出帶的錄制工作。近幾年來，隨著計算機硬件和非編技術(shù)的發(fā)展，大量的非編設備應用到新聞演播室節(jié)目錄制當中。

新聞演播室系統(tǒng)中，選用索貝公司非編網(wǎng)絡設備。其中2臺非編工作站，可以及時快捷地編輯記者剛剛采集的新聞，并在新聞直播中第一時間通過切換臺播出，保證新聞的時效性。3臺播出服務器承擔放像的工作，取代傳統(tǒng)的放像機播放磁帶或藍光盤。記者編輯的新聞成片，通過領導審核后，由非編網(wǎng)絡發(fā)送到播出服務器，節(jié)省了下載成片的時間，提高了效率。2臺延時播出服務器，承擔新聞節(jié)目的錄制和延時播出工作，在新聞直播中是安全播出的重要保障。

雖然非編設備在演播室系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越來越重要，但傳統(tǒng)的數(shù)字錄像機設備依然是系統(tǒng)中重要的組成部分。我們在演播室系統(tǒng)中采用了2臺SONY藍光HD1500和2臺藍光F1600錄像機，用來播放和錄制藍光盤，作為新聞直播節(jié)目中的備播和存檔帶。

3、視頻切換與數(shù)字特技

數(shù)字切換臺是演播室的核心設備，決定著節(jié)目制作的能力和效率。現(xiàn)在，數(shù)字高清切換臺無論在外觀、操作還是內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)上，均與傳統(tǒng)的模擬切換臺相似，不同之處在于：切換臺和計算機技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了多功能操作和聯(lián)網(wǎng)操作。其輸入的SDI接口不再與控制面板按鈕一一對應，而是由菜單設置其對應關系；輸入的視頻信號與鍵信號也不再區(qū)分，可接入任一路SDI輸入口。此外，具有強大的設置菜單，可對制式、格式、寬高比、各種鍵及特技等在內(nèi)的幾乎所有參數(shù)進行設置。

演播室選用了SNELL&WILCOX公司生產(chǎn)的Kahuna切換臺，屬于高標清多格式切換臺，該高清切換臺可以處理高清和標清兩種信號，完成同一個版本節(jié)目的高清和標清錄制。另外，Kahuna機箱的設計采納了最先進的主備結(jié)構(gòu)，在同一個機箱內(nèi)能擁有2塊M/E模塊，每一個M/E模塊都擁有所有切換臺的功能包括：劃像，鍵功能，色鍵，邊緣發(fā)生器，彩色校正，幀存，2D DVE等等。

與傳統(tǒng)切換臺設計不一樣，傳統(tǒng)的切換臺采用一個CPU單元控制整臺切換臺，而Kahuna的每級M/E都擁有各自獨立的CPU。也就是說傳統(tǒng)的切換臺當CPU單元壞了，就完全不能使用，而Kahuna就只會有一級M/E不能使用?？刂泼姘宀粌H用戶操作便捷，而且具備所有直播功能。此外，Kahuna的系統(tǒng)使用了非常穩(wěn)定的專業(yè)作業(yè)系統(tǒng)VxWorks，保證在15秒內(nèi)能重新啟動整臺切換臺，該系統(tǒng)也是現(xiàn)今最快啟動速度的制作切換臺。

4、數(shù)字視頻矩陣

在當今的演播室中，矩陣的作用已經(jīng)越來越重要。演播室已漸漸從以切換臺為核心的系統(tǒng)架構(gòu)，演變?yōu)橐跃仃嚍楹诵牡南到y(tǒng)構(gòu)架。以矩陣為核心的系統(tǒng)構(gòu)架，可以將所有的視頻輸入源任意分配到電視墻和切換臺上，按照不同節(jié)目形態(tài)的具體需求和導播的工作習慣，任意安排電視墻的信號位置。

我們選用了Grass Valley公司生產(chǎn)的Concerto系列“64X64數(shù)字視頻矩陣”。其符合SMPTE標準和BTU標準，支持高標清多碼流數(shù)據(jù)的串行信號。采用獨特的“軟切換”，可有效地消除切換時由信號電平差異產(chǎn)生的附加噪聲。矩陣主機機箱電源采用雙電源，Jupiter矩陣控制系統(tǒng)也采用了“一主一備”雙主機控制，具有高度的可靠性、可用性。遙控面板與主機連接，采用標準的ETHERNET，方便可靠，并支持國際標準的報警系統(tǒng)SNMP協(xié)議。矩陣組件為前置熱插拔，容易維修維護。

5、字幕圖文設備

對于新聞節(jié)目使用的字幕系統(tǒng)，要求在保證播出安全和提升工作效率的基礎上，實時性強、信息量大和視覺效果真實。新聞演播室選用了大洋DAURIC演播室圖文包裝系統(tǒng)和D3-CG高清字幕機。大洋圖文包裝系統(tǒng)DAURIC用在演播室中，提供多視窗連線、多媒體信息包裝。

DAURIC使用Ⅲ代渲染引擎DAURIC-Engine，在三維渲染精度、質(zhì)感和效率方面較以往大大加強，實現(xiàn)極具真實感和視覺沖擊力的播出效果。三維場景制作模塊DAURIC-Designer獨有的三維空間+二維平面層的設計，可以快速制作唱詞、跑馬、標題條等傳統(tǒng)字幕場景，用戶不需要再配置一臺字幕機。

演播室播出控制模塊DAURIC-Director提供多個獨立播出器，可以獨立控制多項任務的播出和停止，每一個播出任務都可以單獨設置播出層，確保所有場景的正確疊加。此外，提供的熱鍵功能，可以給不同層、不同場景或不同的播出器設置獨立熱鍵，字幕員可以完全通過熱鍵控制一檔節(jié)目的播出。更重要的是，系統(tǒng)支持mos串聯(lián)單，可以與新聞系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)支持，對正播節(jié)目進行修改，靈活控制播出內(nèi)容。

6、同步設備

演播室系統(tǒng)中所有設備的同步信號，必須由電視臺主控發(fā)送統(tǒng)一的同步基準，這樣作保證了各路視頻信號在切換、混合、過渡和特技合成時能夠平衡銜接，避免畫面的滾動、跳躍、撕裂或丟色的現(xiàn)象。

演播室的同步系統(tǒng)采用主備同步機，通過同步倒換器進行應急倒換。當主同步機故障時，同步倒換器自動切換到備同步機，同時報警。

同步機選用了TG700多格式視頻發(fā)生器，它可提供模擬、串行數(shù)字和數(shù)字高清晰度等各種格式的同步脈沖信號和測試信號，產(chǎn)生高穩(wěn)定度的基準信號，TG700安裝的AGL7模擬同步鎖相模塊，能夠與各種信號相鎖相，在節(jié)目播出和制作中，常用作臺主基準信號。

7、監(jiān)視設備

監(jiān)視設備由畫面分割器、矩陣、高清監(jiān)視器、電視墻組成。監(jiān)視系統(tǒng)以高清16：9監(jiān)看為主，同時設置4：3安全標記，兼容高標清同播功能。通過矩陣輸出將所有的視頻輸入源任意分配到電視墻和監(jiān)視器上。電視墻以8塊42寸高清監(jiān)視屏加分割方式顯示，由畫面分割器完成分割顯示。

總之，新聞節(jié)目的制作越來越呈現(xiàn)出時效強、信息量大、表現(xiàn)形式生動、業(yè)務分工專業(yè)等新的特點。三年多來，我演播室在新聞高清電視數(shù)字化的實施過程中，不斷熟知和掌握各種新設備，嚴格執(zhí)行視頻系統(tǒng)的安全預案，保證了新聞節(jié)目安全播出零事故，使新聞節(jié)目在新聞戰(zhàn)線上發(fā)揮了積極重要的作用。

我演播室系統(tǒng)在輸入和輸出外接口板上都預留了擴展空間，便于將新的技術(shù)設備運用到系統(tǒng)中去。在2013年BIRTV展會上展示了“4K、臺網(wǎng)融合、全媒體”等最新的廣播影視技術(shù)設備發(fā)展新成果。很快這些新技術(shù)和設備如高清虛擬圖文演播室系統(tǒng)，將逐步引入演播室系統(tǒng)中，使演播室功能更加完善，節(jié)目的表現(xiàn)形式更加生動。我們只有順應技術(shù)發(fā)展的潮流，才能滿足新時期電視節(jié)目制作的要求。