高清新聞直播系統的設計與應用

曹 政

（蒙城縣廣播電視臺，安徽 亳州 233500）

0 引 言

隨著視訊技術的不斷發展，用戶的需求也在日益提高，傳統的直播系統在很大程度上已不能滿足部分用戶的需求。高清直播新聞系統是可通過網絡實時傳輸現場節目或電視節目的系統，具有音頻與影像同步傳輸及可自動化保存等特點。當前，高清新聞直播系統伴隨著數字化技術、網絡技術、信息技術等的不斷發展而逐漸得到廣泛應用。該系統的應用，極大地提升了新聞信息傳播的高效性與時效性，同時也有助于提升新聞信息的編排及播放質量，適應現階段融媒體技術的發展與應用需要。高清數字化新聞直播系統通過配置新型直播集成技術，有效地滿足了新聞傳播的需求，并結合現代化視頻系統、音頻系統、同步系統及其他業務系統，可更加直觀、有效地展示新聞素材，提供多視角的視聽體驗。基于此，本文從提升高清直播系統的整體性能出發，結合實際項目應用案例，對實際項目系統設計進行介紹，并對直播集成系統的各子系統的設計要點進行剖析，結合各系統設計方案提升系統整體的可靠性，為實現融媒體的推廣應用奠定基石。

1 系統整體設計

高清直播新聞系統對現場的信號（攝像機）、電視信號（如電視節目、錄像帶）等進行實時采集，編碼成標準流式數據（FLV、WMV格式）進行管理、分類等，傳送到服務器上以頁面形式發布出去，供受眾通過網絡實時觀看到現場節目或電視節目，主要用于重大會議、體育賽事、文藝演出等的現場直播和“4K+5G”錄制。該系統在整體設計原則上需確保系統的安全可靠性、技術先進性、功能完備性、操作靈活性、投資經濟性、系統美觀性及兼容開放性等特點。其中，針對安全可靠性需求方面，對于系統各類設備的選型需保證設備穩定、可靠，系統設計要滿足高魯棒性要求，無單一崩潰結構節點，并具備完善的設計方案，保證應急操作安全便捷。對于影響系統性能及可靠性的關鍵設備，需考慮冗余設計，供電回路設計中負荷設計合理，并充分考慮地線在整個供電系統和設備安全運行中的作用[1]。系統運行數據要滿足可追溯性要求，便于對系統運行數據進行分析，用于故障檢測及預警等。在技術先進性方面，直播系統設計需要著眼于未來電視直播事業的發展，設備選型和配置需充分剖析其未來技術發展方向，優選性能高、技術先進的設備和系統，系統設計方面需保證與國際先進技術同步。設備選型應采用穩定成熟的前沿技術，整體布局采用先進的制作工藝，在主、客觀兩個層面確保系統的質量。在功能完備性方面，系統需預留功能升級和擴展空間[2]，整體框架、系統接口及相應的系統設備均留有充足的可擴展余地，徹底解決高清標清兼容的問題，整個直播系統的空間布局及設計充分兼顧未來的擴展升級需求。在操作靈活性方面，系統整體設計需要在滿足各功能部件可靠運行的基礎上，提升系統操作的靈活性，簡化系統結構，實現靈活的系統信號調配和便捷的維護管理。投資經濟性主要考慮對整個系統進行科學合理的統籌規劃，需要在兼顧系統功能需求的基礎上，實現最優的成本控制。系統美觀性方面，需要滿足對電視墻、操作臺等外觀設計的美觀性需求，整體功能區布局合理，同時兼具現場的觀賞性和電視鏡頭的美觀大氣特點。在系統開放性方面，考慮輸入、輸出信號的復雜性、直播環境的復雜性。系統需基于模塊化設計展開，保證良好的可擴展性，系統信號端口需滿足復雜的互聯互通需求。

在上述系統整體設計原則要求的基礎上，開展高清新聞直播系統的設計。該系統集成多種數字化接口，搭配主備用核心進行高效的信號采集及處理，以滿足新媒體對高質量音視頻的需求。

2 高清直播系統技術架構設計

隨著網絡的普及，高清直播系統信息化建設勢在必行。文章分別針對各子系統，如視頻系統、音頻系統、同步系統以及其他業務系統的設計要點進行介紹，以推進高清新聞直播系統的優化和發展。

2.1 視頻系統

實際項目應用中，直播集成系統配置了基于高清數字切換、多通道、多種類數字輸入輸出端口的矩陣型設計的視頻終端系統，采用4臺高清攝像機用于視頻信號的采集，實現高質量的信號采集及處理，配置高性能集成電路以及AD（模數）轉換回路，可完成對各種視頻信號的非線性處理。數字化設計極大地提升了視頻系統信號質量、性能及可靠性。其中，相機配置了數字化集成電路，具有主雜散光、補充、輪廓補償等功能[3]。

結合本項目配置，視頻系統設計包括信號顯示、信號調度處理、輸入輸出設計等模塊。其中，在信號調度處理方面，該系統配置了切換臺、矩陣及機箱等設備。切換臺配置了先進的包含處理器、存儲器和片上邏輯的集成電路（System On Chip，SOC）技術，實現了多功能擴展，滿足對系統兼容性及可擴展性的需求。SONY切換臺標配多通道2.5D特技，并采用了主備切換臺設計，滿足系統的可靠性設計需求。輸出、輸入信號經矩陣調度處理系統處理后，矩陣調度系統可對輸入信號進行分配，基于矩陣調度實現復雜操作，并提升系統的容錯率。視頻系統設計如圖1所示。

圖1 視頻系統設計示意圖

視頻信號的顯示主要通過畫面分割器和電視墻等實現。該視頻系統配置了多畫面處理和輸出板卡，支持動態UMD顯示、HDMI/HDSDI輸出，有效提升了系統的兼容性，降低了故障率。集成輸入、輸出部分通過機箱、監視器等實現信號的同步，可支持多種信號輸入的直播制作，滿足融媒體多種類多通道的處理需求。演播室攝像機可提供更佳畫質，使得畫面豐富自然。圖文在線包裝系統圖形工作站采用Linux系統，通過虛擬系統建立與機器人攝像機的連接。系統采用冗余雙電源回路設計，實現了對設備資源的最大化利用，并有效保證設備及系統的運行性能，滿足在同一演播室的不同區域完成不同風格節目的錄制。對于外來信號，可以支持模擬、標清、高清多種格式。輸出部分配置延時器、回采服務器及藍光錄機等，實現了高性能視頻系統的設計。

2.2 音頻系統

為提升音頻處理的準確性及直播的安全高效性，該系統配置了數字化音頻系統。音頻子系統主體結構配置了雙音頻處理核心，支持數字化傳輸及信息處理應用，并配置合理的拓撲結構以提升魯棒性。其中，雙音頻處理核心為主備核心設計，兩臺音頻處理核心模塊可互為備用模塊，避免因一臺音頻核心故障導致系統無法運行。數字化音頻系統結構設計如圖2所示。其中，外部輸入音源信號經輸入跳線盤傳輸至主調音臺或備調音臺處理后，經輸出跳線盤輸出至二選一切換器[4]，可實現多終端傳輸，如耦合器、P2錄機、服務器及監聽器等。圖3所示為數字化音頻系統輸入端拓撲結構示意圖，主備音頻核心互為備用，均可實現音頻信號輸入、分析處理及輸出的功能。該設計有效地簡化了系統架構，降低了故障診斷和維護的難度，并預留了后續系統升級的空間。

圖2 數字化音頻系統結構設計圖

圖3 數字化音頻系統輸入端拓撲結構示意圖

數字化音頻系統輸入端拓撲結構的優化設計，有效地提升了系統的魯棒性和靈活性，依托數字調音臺強大的音頻處理能力，降低了系統對周邊設備的依賴，直觀地反映出音頻信號的質量，并結合多通道輸出特性，有效地提升了系統的運行效率和魯棒性，降低了內部損耗。

此外，該音頻系統可有效兼容多樣化的信號輸入。系統拓撲結構設計將環形拓撲結構和星型拓撲結構進行了有效的結合，提升了信號實時傳輸的能力，提升了直播系統的抗風險能力，滿足對兼容性和可擴展性的需求?？紤]到音頻信號采樣質量的提升，對拾音處理進行了優化設計，并對接入口進行限幅處理，保證直播中的音頻信號質量[5]。

最后，借助專業音頻監測設備對音頻系統進行多通道性能檢測，以驗證功能的滿足性以及設計需求的符合性。

2.3 同步系統

該同步系統主要采用了YTY的信號同步實現方式，并預留了備份同步方式的功能，結合相應輸入、輸出端口的配置與預留，采用標準的直播演播室設計形式實現系統的冗余備份和自動倒換功能。同步視分板卡分別放置于不同的機箱，以避免出現單一崩潰點。同步信號全部采用BB信號，音頻系統兩個調音臺使用Word Clock信號。

2.4 其他業務系統

2.4.1 Tally系統

隨著電視制作形式的不斷創新，全媒體電視、多信號源、虛擬植入等的應用，并行Tally的方式已不能滿足實際使用要求。因此，在本項目采用了動態Tally、源名跟隨技術，支持眾多廠家的協議，與矩陣、切換臺、畫分配合，適應了電視節目制作多樣化的要求。

Tally系統配置核心控制器，輸出UMD信號至分割器及CCU，另輸出一路GPI觸發信號至CCU。基于hlink協議完成信息的交互與處理，接入了開關，實現與視頻系統的聯動控制。在信息傳播方面，由交換機、切換臺發出的信息傳輸至主備Tally系統處理后，可向攝像機或畫分MUH傳輸，實現信息的共享與顯示。此外，應急運轉時也可通過信息切換實現串行信號的傳輸。

2.4.2 通話系統

系統配置通話主站、通道通話主站用于內部的通信聯絡，通過信號源接入端的有效設計，實現了點對點、點對多等通話方式，并配置了有線通話系統，實現單獨的點對點通話。

2.4.3 時鐘系統

演播室配備GPS高穩主時鐘，可實現通過GPS校頻定時鐘輸出時碼信號，并能夠通過外部IT時間碼獲取時鐘信息，并進行實時的時鐘信息更新及校準，或接受強制鎖定的時鐘信息。時鐘顯示配置了可進行多組預設的倒計時控制器，實現了不同功能分區的同步顯示，并保證嚴格一致性，可自由設置正計時、倒計時、開播時間等功能顯示，并可接收由倒計時控制器輸出的倒計時時碼。

2.4.4 監看系統

演播室監看系統配置了格非四畫面分割顯示技術，服從矩陣調度，通過矩陣面板實現全系統關鍵節點的運行參數監測與管理。此外，高清新聞直播系統還配置了在線字幕系統完成直播字幕的輸出，配置4G連線系統實現外采現場直播報道連線，增加新聞媒體的互動性。實際設計方案中，高清數字接口特性和信號格式、模擬音頻特性、音頻接口特性以及音視頻相對延時黑場同步特性均符合國標要求。

3 結 語

高清新聞直播系統的應用，極大地提升了新聞信息傳播的高效性與時效性，同時也有助于提升新聞信息的編排及播放質量，適應現階段融媒體技術的發展與應用需要。通過集成式系統設計方案可以顯著提升系統整體的可靠性，有利于推動融媒體技術的推廣與應用。