普寧市融媒體中心電視頻道高清化建設方案

沈漢場

（普寧市融媒體中心（普寧市廣播電視臺），廣東 揭陽 515300）

0 引 言

2019 年，國家廣播電視總局頒布了《關于推動廣播電視和網絡視聽產業高質量發展的意見》，提出要加快高清電視建設的意見。在此背景下，我國各級融媒體中心進入高清化改造的加速時期[1]。普寧市將融媒體中心電視頻道的高清化建設正式提上議事日程。

1 普寧市融媒體中心電視頻道高清系統簡介

普寧市融媒體中心現有電視頻道2 套，電視播出系統于2009 年建成并投入使用，2013 年進行升級改造，目前攝像機及配套周邊設備大部分為標清設備。隨著計算機網絡硬軟件的迅猛發展和在用設備器件的逐漸老化，部分設備硬件已換代且廠家已不再生產，嚴重影響了廣播電視的安全播出和宣傳質量。高清化是電視發展的方向，推進電視頻道制作播出的高清化，是深化廣播電視供給側結構性改革，提升電視頻道質量效益，更好滿足受眾收視需要的重要舉措[2]。目前，普寧市融媒體中心電視前期拍攝和播出系統仍在使用的標清設備，已經無法適應高清電視發展的要求。在此背景下，普寧市融媒體中心擬進行兩個電視頻道節目的采、制、存、播等整個鏈路所有環節的高清化建設，以互聯網思維為導向，以先進技術為支撐，按照集約部署、規模生產的理念，充分利用現有設備，建立符合媒體融合趨勢的體制機制，強化高清生產能力。

在電視頻道高清系統建設工作穩步推進過程中，普寧市融媒體中心遇到了其他市級、縣級融媒體中心電視頻道高清系統建設需要解決的共性問題，以及屬于普寧市融媒體中心特有的個性問題。經過認真研究和對各方面影響因素的把握，普寧市融媒體中心最終確定了如下三個層面的建設及改造方案。

2 演播室改造方案

2.1 高清化建設目標

普寧市融媒體中心現有演播室為單訊道標清系統。由于建設年代久遠，設備已經老舊，故障率偏高，信號指標已經落后，而且每個設備環節目前仍然缺少備份方案。現階段，高清演播室是數字電視的高端發展方向，高清技術的不斷成熟，為電視臺向受眾提供及時的新聞報道提供了條件，并且，演播室的使用使得新聞具有很強的時效性[3]。融媒體中心在經營發展中結合時代發展趨勢創新經營方式，應用多樣性和差異性發展形式，可以占據更多市場優勢。然而，融媒體中心在經營發展中同樣面臨著多種挑戰，例如，高清演播室建設是一項復雜、系統的工程，該工程建設涵蓋設備投入、人員素質培養以及市場需求關注等多種內容。在電視市場競爭日益激烈的大環境下，其重要陣地——高清演播室的建設顯得尤為重要。因此，此次高清化建設規劃了虛擬錄播演播廳，其中主攝像設備采用最先進的超高清制式，除了可以保證技術的先進性以外，還利用了超高清技術實現演播室的像素級跟蹤拍攝，為節目的效果及形式提供強大的技術保障[4]。演播室系統要做到全自動化操作，機位運動、軌道運動、跟蹤拍攝、包裝疊加等都在操作臺統一控制，無須另外配備攝像師、字幕操作員等工位。該演播室系統的運行架構如圖1 所示。

圖1 高清虛擬演播室系統架構

2.2 系統信號源配置

整套系統配備了超高清攝像機、超高清虛擬演播室系統、黑場發生同步器、自動化控制拍攝軌道系統、拍攝穩定系統、攝像定位追蹤系統、集控提詞器及多臺55 英寸監看大屏，支持高清視頻切換，支持上/下變換制作。整套系統獨立工作，靈活方便，可滿足各種類型的節目制作需求。音頻系統配置1臺數字調音臺，2 套桌面主持人話筒，4 線通話設備及主持人耳返。音頻制作能實現模擬和數字音頻輸入輸出制作及轉換，最終音頻通過加嵌處理作為PGM 輸出記錄。

2.3 信號處理流程

信號處理主要包含視頻處理、音頻處理以及同步信號處理。

視頻處理方面，所有視頻信號（攝像機、外來信號）經由視頻分配處理后進入高清切換臺進行切換制作[5]。切換制作后，最終節目畫面信號進入高清視頻加嵌卡。加嵌完成后，信號通過高清視頻分配卡成為最終節目畫面輸出。同時，高清視頻分配卡將最終節目畫面分配給錄放機、大屏監看、下變換器、錄像機、播出、總控、延時器及接口板等設備。

音頻處理方面，所有音頻信號經由音頻分配后進入數字調音臺混音，將最終節目音頻信號輸送至音頻分配卡，經由音頻分配卡送至高清視頻加嵌卡進行音頻加嵌，完成最終音視頻節目信號。同時，信號分配到錄放機、監聽音箱、監聽耳機、音頻監看表橋、接口板等設備。音頻系統能支持模擬或數字音頻的制作，包括模數轉換等。

同步信號方面，同步信號發生器需要將同步信號輸出至系統的全部設備。同步系統可接受外來BB 信號鎖定。

2.4 監視系統

虛擬演播室采用多屏顯示操作方式，虛擬系統的導播界面和視頻輸出界面分別在不同的顯示器上監看，也可以連接到電視墻大尺寸液晶電視上監看[6]。視頻輸出的界面完全囊括了PGM 監看、PVW 監看、各路前景機位、本地視頻、在線包裝以及字幕的信息。監看界面清晰，布局合理，可完全實現以往需要多路分配器、監視器及畫面分割器才能實現的監看效果。控制室電視墻由55 英寸全高清液晶監視器組成，監看的信號由畫面分割器提供。

2.5 在線包裝系統

在線包裝系統支持所有包裝、圖文的出入屏特技效果，支持擾動、粉碎、卷葉等特效設置功能。同時，在線包裝系統融入光波動、動態素材等多樣性動態特效功能，字體之間和文本之間融入滾屏和波浪字功能，通過字體面、邊以及顏色等設置，能夠實現關鍵幀的動態捕捉，還可以添加火焰字和動態陰影字等個性化特效。

2.6 其他系統

（1）Tally 系統。Tally 系統、攝像機、切換臺等多個設備能夠聯動，能輕松實現異常復雜Tally 顯示的目標，以及源名跟隨、多面板聯動、其他系統的平滑嵌入等功能，可滿足系統靈活性的要求。系統在控制層面的整體性是復雜控制要求的基礎。

（2）音頻系統。音頻系統具備單聲道和立體聲記錄的基本功能，同時還融入傳輸和監聽的基本功能。主要音頻信號源（話筒、錄像機、播出服務器、交叉變換器的輸出）分別接入調音臺。

（3）通話系統。通話系統以通話四線為核心，可靈活實現演播室系統內導播與攝像、主持人之間內部通話。通話系統選用廣電行業常用的專業通話系統，擴展性強，接入較為便捷。

2.7 系統實施

系統的實施應著重關注以下幾方面內容。

首先，系統實施過程中，應保障機柜和機具布局的合理性，可以將清晰的標號和整齊的走線作為判斷系統布局合理性的標準。應用規范性和標準性的布局方式，能夠為系統應急處理和故障檢修提供便利條件。

其次，工位的安排應著重考慮制作人員的操作習慣，同時應保障各崗位相分離，避免因不同工作內容的干擾導致系統的功能出現明顯缺失。

再次，系統實施過程中，應著重關注系統與外來信號之間的延時問題和設備同步問題，充分體現PGM 信號聲像同步效果。因此，系統實施過程中，應當設置充足的連接接口，確保不同系統之間形成穩定連接。

最后，工程材料的選擇，應盡可能選擇國際知名品牌。例如，接口和阻抗變化器等材料是系統的重要材料，這類材料應選擇國際高質量品牌，切實保障系統整體的質量和穩定性；BNC 應結合實際情況選擇壓接方式，應用這類方式，能夠為系統的拓展提供預留空間。

3 高標清同播系統建設方案

3.1 高標清同播系統整體設計要求

高標清同播系統是此次項目建設的重要工程。普寧市融媒體中心所有節目的正常播出都要求24 h不間斷無故障地持續運行。新播出系統建設的同時，在不改變工作場地的情況下，融媒體中心里原有播出系統必須保證穩定持續運行。新系統建成后，要把新老系統合并運行。系統要兼容原來多年積累的大量原始素材，兼容原播表格式及素材格式。高標清同播系統整體設計需要滿足以下4 方面要求。

首先，建設兩頻道高標清同步播出系統，系統架構采用HD-SDI 接口模式，應首先保障系統整體的穩定性和可靠性，應用冗余備份功能合理拓展頻道。在頻道拓展過程中，應體現系統構造的簡潔性、操作便利性以及靈活性特點，應用這類功能，可以為系統維護提供諸多便利條件。同時，系統應具備功能完善的擴展性和升級性功能，可以為系統自動化和智能化發展提供便利條件。

其次，視頻服務器是高清播出系統的核心要件，可以應用數據庫技術和以太網傳輸方式對大量信息資源進行科學管理控制，充分保障素材傳輸的穩定性，從而實現高清節目自動播出的效果。高標清同步系統建設應當將兩個視頻服務器作為核心部件，為高清采集工作站上傳內容、節目編輯以及素材審核等工作提供硬件支撐。

再次，兩部播控工作站可以應用網絡媒介對視頻服務器的播出通道進行直接控制，通過服務器串聯的方式對放像機和播出切換設備等進行控制，并且，兩臺控制機軟件要能夠實現實時熱備份和主備功能。

(2)調查區橄欖玄武巖與蒙陰地區金伯利巖化學成分、伴生礦物、稀土元素相似，它們在成因上應該具有內在聯系，應屬于同一構造環境下巖漿活動的產物。

最后，切換系統要實現電視節目的播出，采用主備兩臺高清10×2 切換器，配置10×2 遙控面板，對外來信號、硬盤信號以及應急錄像機信號進行選擇與調度。該系統設計應體現整體結構簡潔性特點，為值班人員的系統操作提供便利條件，確保應急播出情況的處理便捷化，為提升系統處理和應用效率奠定堅實基礎。該高標清同播系統結構如圖2 所示。

圖2 高標清同播系統結構示意圖

3.2 高標清同播系統功能的實現

高清外來信號轉播是高清播出系統的基本功能需求[7]。系統10 路輸入的前置信源調度矩陣，支持HD-SDI 和高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）外來信號輸出至高清切換器。其中，HDMI 信號支持HDCP 解密功能；外來信號調度切換器輸出至各自頻道主備服務器板卡輸入，通過控制機控制切換器信號調度輸出。外來信號的轉播主要包含主備視頻服務器和應用視頻服務器兩種設備。其中，主備視頻服務器在轉播外來信號和播出本地視頻的同時，均可實現圖文信息實時熱備份播出；應用視頻服務器轉播外來信號或者播出本地素材，將對播控軟件進行實時控制，確保外來信號和本地信號在播出過程中實現無縫切換。主備視頻服務器輸出的信號傳輸至倒換器中。主備服務器實時檢測，當主機宕機，備機控制倒換器自動倒換至備路輸出，確保信號不中斷。倒換器輸出后至高清分配器，其中一路連接至“高清”水印疊加器。根據要求，需在高標清同播系統中，實現高清節目右上角“高清”字樣的播出。最終輸出兩路高清信號，連接至各自頻道編碼器。編碼器具有下變換功能，實現高標清TS 流同步編碼輸出，同時亦可連接至監看設備，實現總輸出畫面實時監測。

系統中所有關鍵設備都有斷電直通和冗余電源的功能，包括分配器、切換器、編碼器等[8]。系統中還有標準時鐘、主備播出控制機以及獨立的上載工作站等。系統應用由GPA 提供的標準時鐘，應用串口并聯的方式實現整體系統時間統一效果。主備播出控制機能夠實現實時熱備份控制，在常規使用過程中，備機不用做任何操作。操作主機節目單后，備機會實時同步播出節目單。當主機出現故障，備機會實時接管控制工作。上載工作站主要用于外來節目采集。采集過程中，畫面實時監看，同時在上載過程中應建立防病毒隔離系統和獨立的審核工作站，應用病毒隔離系統和獨立審核工作站的功能對總編室節目進行單編輯，經審核之后便可以進行直接播出或調用。

3.3 高標清同播系統各子系統功能

3.3.1 播出服務器功能

播出服務器應滿足以下要求：播出服務器應當應用專業視頻服務器，應用同步熱備份的方式實現主備播出設備自動無縫銜接功能，同時，播出服務器應選擇符合SMPTE 259M 標準的嵌入式音頻輸入和輸出設備；在硬盤選擇方面，應保障硬盤的零幀精準播出要求；播出服務器應當具備自動增益控制功能，軟件在不借助外部硬件條件下能夠實現自主調節素材音量的基本功能。大多數系統采用控播分離模式播出，要求具有多樣靈活的播出模式，如全硬盤播出、服務器熱備份播出、控制機熱備份播出。播出服務器應具備科學完整的系統管理方案，方案中應包含欄目管理、素材管理以及用戶和設備管理等多種內容。

3.3.2 播出控制機功能

一臺服務器可以同時實現多通道硬盤播出，支持升級至多頻道高/標清播出。應用其自動化功能，可以實現臺標、字母和時鐘信號的疊加處理。電視頻道播出中能夠實現廣告倒計時功能，滿足受眾的基本需求。應用播出控制機功能，可以實現節目單的在線編輯和修改，并且自動記錄修改的操作人員的操作記錄，便于責任查詢。播出控制機具有定時、順序、插播、跳播等播出常用的功能，提供屏幕鎖屏功能，充分保證播出時的安全性。

播出控制機可以利用串聯單編輯軟件自動讀取南洋和飛鵬的廣告節目單。而且，音視頻節目單與角標、左飛節目單獨立制作，互不干擾，可導入或導出串聯單，對不同文本格式的串聯單進行轉換。

3.3.3 素材上載及審核功能

素材上傳功能根據播出串聯單自動或手動錄入素材。素材審核應支持網絡素材（rm，rmvb，mkv）格式上載，上載后可實現幀精確打點播出，不允許采用第三方格式轉換軟件。上載完成后，數據庫中自動生成素材表，并修改相應的播出表。半自動刪除是由計算機將所有過期素材全部列出來，經用戶手動確認（全部確認或手動確認）后再自動刪除。在自動刪除過程中，可以分段按不同速度審看或瀏覽素材。素材審核應嚴格審查卡審片，即雙擊素材后可以通過板卡直接在監視器上實時瀏覽素材。

3.3.4 內嵌字幕軟件

內嵌字幕軟件可以實現同屏同時疊加左飛、多個靜動態臺標、角標、數字時鐘、廣告倒計時、全屏、背景音樂，可編入節目單自動播出，也可手動即時字幕；同時也可以實現字體大小、顏色、左飛底色、重復字數、速度自主調節功能。

3.3.5 時鐘和同步系統設計

時鐘系統配置青島廣研所的TVZ3100 衛星校時鐘。時鐘信號通過RS-232 端口接入數據庫服務器，通過網絡和校時軟件向其他設備授時。播出服務器會自動與授時服務器進行校時，保證播出服務器的時間的準確性。為了確保外接信號和硬盤播出信號之間切換無抖動，方案建議配備同步信號發生器。同步發生器輸出16 路標準黑場同步電平，將播出服務器、信號調度切換器、倒換器等統一連接，確保信號之間切換無夾幀、抖動等異常情況。

3.3.6 監播系統設計

監看系統將配置8 路高標清SDI 信號在一個顯示器上顯示的多畫面顯示處理器，可以顯示信號源名稱、時鐘、音頻VU 表等信息，對視音頻錯誤進行報警提示，還可以根據用戶的使用習慣，通過Web網頁來配置出不同的界面風格。多畫面分割系統輸出接口包括1 個HDMI 接口、1 個VGA 顯示接口以及1 個Web 設置網口。HDMI 和VGA 接口分辨率最大支持1 920×1 080，簡單明了的前面板設計，讓用戶使用更方便。該設備在純硬件的基礎上，應用了一套十分完善的檢測方法，可以對信號丟失、靜幀、靜音等錯誤進行準確無誤的判斷。內部算法處理更是經過長期的測試與驗證，不僅保證了產品的高穩定性，而且提供了高質量的輸出效果。

4 高清非編系統改造方案

4.1 系統改造目標

非線性編輯網絡高清化改造是本次工作的第三大部分。原有非編系統的服務器、交換機和磁盤陣列都放置于核心機房，此次建設項目需要對播出機房重點改造，設計妥善的改造方案，應保證原有非編、播出正常運行。原有非編系統主要在Windows 7 系統下運行，此次全部升級到Windows 10 系統。原有硬件更新升級后，部分老硬件搬遷到新系統中繼續使用，處理一些老硬件所能承受的、相對簡單的工作。系統規劃應著重關注影響系統功能的關鍵性技術因素，其中包含網絡關鍵業務數據的安全性和高標清節目直播的兼容性，同時應該重點關注編輯站點的穩定性，最后在技術方面應著重關注系統內部業務、流程等方面的集成。后期節目制作系統、配音系統以及管理系統是網絡系統的重要組成部分。后期節目制作系統主要由后臺服務、編輯模塊、網絡管理模塊以及數據交換模塊四個模塊共同組成，利用本次系統改造，實現演播室系統和播出系統等業務交互效果。

4.2 有卡高清編輯系統的可實現功能

有卡高清編輯系統在實際應用中應該支持現階段64 位操作系統的中文專業編輯系統，在具體應用中能夠實現高標清混編的效果。應用該功能，可以渲染節目效果。有卡高清編輯系統能夠實現多機位編輯的基本功能和優化鏡頭過渡效果，豐富機位對齊方式和時間線編輯方式。有卡高清編輯系統在實踐應用中能夠表現出優良的字幕功能，其動態字幕、靜態字幕以及三維編輯等形式能夠為用戶提供快捷、個性化編輯模式，使得用戶依據可定義的功能按鈕實現窗口的個性化布局和控制。

4.3 視音頻處理的可實現功能

視頻和音頻處理系統應當支持CPU+GPU 編碼和解碼的功能，應用這類硬件功能的支持，能夠實現高標清視頻兼容的功能，為多種格式的混編提供便利條件，從而實現多層次實時處理的效果；應當支持長GOP 壓縮編碼的格式，同時支持HD/SD 以及IT 等多種類型的接口，為數據文件的導入提供便利條件；應支持視頻特技的導入和導出功能，利用該功能可以實現特效靈活復制到多個素材的基本功能。

4.4 資源管理的可實現功能

圖3 高清非編系統運行架構示意圖

資源管理的功能主要表現在以下幾個方面。資源管理系統應具備對節目和素材進行綜合全面管理的功能，并且在網絡運行中能夠實現在線資源利用和資料管理功能，在資源管理中可以實現素材的定期管理，應用多種功能組合的方法實現資源的快速搜集。資源管理系統應具備對多樣性資源實行快速管理和過濾的基本功能，對視頻素材、圖片素材等結合制作需求進行過濾。應用資源管理系統，可以實現對原數據的獨立修改和編輯。資源管理系統具有嚴格的權限管理機制，確保資源的最大安全化。

4.5 編輯手段的需求

高清和標清編輯模式是高清電視頻道的前提，同時還應該支持多格式混編、實時多層特技處理模式，但是這類編輯方式對時間線填充和替換的功能具有較高要求，用戶在編輯過程中可以結合實際需求對時間線上空白段落進行填充，同時也可以選擇時間線上存在的素材進行替換處理。填充和替換操作只需要拖拽便可以完成相應操作。

素材編輯應滿足以下功能需求。首先，素材編輯應添加個性化功能，使得素材編輯能夠結合實際需求手動標注素材，同時也可以通過實時自動轉場的方式提取其中關鍵幀，最終在自動轉場過程中根據識別結果創建新的素材。系統編輯也應該支持三點/四點以及插入/覆蓋上線等基本功能，通過時間線聯動的方式對視頻和音頻進行組合設置，但是在視頻和音頻上線組合過程中應當保障時間線和素材編輯窗口雙向幀匹配性。其次，編輯功能應具備單鍵縮放和時間線定位功能，通過時間線填充和替換方式對素材和黑場進行自動檢測。應用該功能，可以幫助用戶快速找尋素材對齊有誤位置和摻雜黑場位置。最后，編輯系統應具備一鍵閃白或閃黑等基本特技功能，但是該功能的具體應用應當將時間線超實時打包和解包作為前提條件。編輯功能設計優化應關注字幕識別功能，其中包含動畫字幕、標題字以及滾屏字等識別，所以編輯系統應提供特技字幕編輯和手動字幕調整等不同級別的操作功能。

4.6 制作效果的需求

制作效果是影響電視頻道高清度的重要內容，因此制作效果應滿足以下幾方面功能：支持軌間超級合成功能，合成像素亮度和色度的基本功能；素材曲線變速功能；制作效果優化中，應當支持不同類型預制視頻特技表現的基本功能，可以應用動態視頻實時跟蹤的方式在跟蹤區域疊加與視頻內容相符的特技，因此需要在系統中融入多種特技效果，例如可以在系統中融入色調、閃光燈等多種滿足用戶個性化需求的效果，這要求系統建設應用強有力的優化制作效果的工具；關鍵幀之間曲線調整是系統制作效果優化的重要內容，系統設計應保障關鍵幀之間曲線實現理想過渡，從中呈現出靈活、自然的特技效果；在音量方面，系統應該利用標準的調音控制方式，例如系統可以應用Mix 混音分配和Master 主輸出電平；最后，制作效果方面應滿足音頻波形展示的功能需求，在音頻播放過程中，可以一圖片中高清或標清畫面為鏡頭實現多區域顏色校正。

4.7 配音站點的功能基本需求

系統中，配音站點承擔著為新聞專題節目配音的重要作用，所以應該創新配音站點的功能，滿足受眾視聽基本需求。配音的分類標準多種多樣，配音站點應同時支持音配畫和畫配音以及先配音模式和后配音模式等；配音站點應支持提詞器調用，使得配音站點應用能夠針對性提取文稿內容。配音站點應支持多軌道音頻輸入和輸出功能，應用這類功能，可以為聲音打點和混音效果設置提供條件。配音站點應當支持應用配音模式和編輯模式打開節目的基本功能。應用配音模式打開節目時，時間線要體現出配音軌可編輯的基本功能，同時還應該保證軌道處于鎖定狀態。

4.8 網絡管理模塊的可實現功能

新聞、專題制作網絡系統管理是全臺網絡制播體系統統一管理的組成部分之一，負責系統內部管理。網絡管理功能應該包括以下幾個方面。首先，系統應當對用戶權限、密碼等重要信息進行統一管理，對用戶需要的自定義權限和角色名稱進行授權，運用欄目版次管理的方式提升管理效率和清晰度。系統可以應用樹狀結構，能夠為查看部門或用戶提供便利，同時，應用編碼唯一性檢查的方式，能夠最大限度避免出錯。其次，網絡管理模塊應支持工作流定義和便捷的系統參數維護，同時應支持非編參數管理。應用這類功能，可以實現依照欄目定制非編策略和按照用戶分配空間的功能。最后，網絡管理模塊應實現在線狀態查看的基本功能，管理人員可以手動刷新用戶在線的基本情況。

5 結 語

加強對電視頻道的高清化建設，對于融媒體中心電視節目播出品質的提升具有現實意義。因此，融媒體中心要按照國家廣播電視總局提出的要求，結合自身的發展現狀，做好對電視頻道各層面的高清化完善工作，通過對演播室改造、高標清同播系統建設、高清非編系統改造要點的精準把握，帶動我國融媒體中心建設的可持續發展。該項目經過近半年緊張有序的施工，于2021 年12 月投入試播。經過近一個月的運行，系統各項指標和功能達到了原設計要求，已經于2022 年元旦正常實現了高標清同播的目標。