高標清同播環境下的播出系統技術方案探析

劉香鳳

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠　265400）

高標清同播環境下的播出系統技術方案探析

劉香鳳

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠265400）

本文首先介紹了高清播出系統與標清播出系統建設中的相同點與不同點，然后對高標清同播二種播出的技術方案結構、技術原理、各自優點和存在問題進行了詳細分析，并提出了相應的解決方法。

高清播出系統；標清播出系統；高標清同播；幅型變換

1　引言

高清電視是廣播影視的一場革命，它以高分辨率的圖像、16∶9的畫面、環繞聲的音響，極大地滿足了觀眾對電視節目不斷增長的欣賞需求。2009年9月28日，包括央視一套、北京衛視、江蘇衛視、湖南衛視等9家電視臺同時開通高標清同播，加上原有的央視、電影、北京、上海4個高清頻道，共13個高清頻道，初步實現了高清電視的規模化、集約化發展，標志著我國高清電視時代的到來。高標清同播模式，即把現有的頻道節目以標清和高清同播的方式同時播出，通過不斷增加高清播出量，實現標清向高清的逐步過渡，最終實現全面高清。這種模式有效解決了電視臺高清節目制作能力及源動力不足的問題，是我國發展高清電視成本較低、效率較高的有效途徑，具有十分重要的現實意義。

2　高清、標清播出系統的比較

高清播出系統和標清播出系統，除簡單的播出碼率變更外，具備許多相同點及不同點，在此進行簡單的分析。

2.1相同點

兩者的相同點有工作流程、工作時間、人員管理、軟件控制及工作方式、安全設計考慮、播出系統安全保障及應急手段等。高清播出系統可以繼承標清播出系統的工作方式及工作時間分配，在人員管理方面無須改變。如果采用相同控制協議的硬件設備，甚至可以采用相同的自動播出控制軟件，無須重新進行人員培訓。設計方式可以延續標清播出系統設計的經驗，采用多重備份的安全設計方式，高、標清系統設計理念方面并無太大區別。各臺對自動化、數字化的播出系統安全保障及應急手段已經形成一套完善的方式，適合各臺的內部架構，高清情況下僅須著重關注幾個敏感點，無須更改原有方式。

2.2不同點

（1）硬件設備

受技術牽制，高清播出系統與標清播出系統的主要區別在于硬件設備方面，其中涉及播出系統的各傳統硬件、IT設備，由各硬件性能影響其他方面。

IT設備主要包括應用服務器、存儲、傳輸設備。由于IT技術的發展速度快于廣電應用，高清相比標清需要更大的存儲量、傳輸帶寬、系統負載，因此，需要將滿足要求的IT硬件設備引入到廣電的應用中。

傳統設備包括核心的視頻服務器，信號傳輸部分的矩陣、切換臺、切換開關、周邊設備等。

由于進口視頻服務器都是根據播出系統的實際使用進行設計，其穩定性、編解碼能力、編解碼占用帶寬、外部訪問帶寬、存儲容量都是按照應用進行設計，應該在設計之初按照實際的使用情況選擇適合的視頻服務器，以保證整個高清播出系統的性能。

矩陣、切換臺、切換開關、周邊設備作為播出系統中的信號切換設備使用，其安全性、穩定性關乎整個播出系統的信號傳輸。在多重備份設計的前提下仍然需要配置高安全性、高可用性的設備。國外廠商的產品在高清設備方面都具備不俗的表現，可以根據實際情況挑選適合的設備。

（2）素材文件存儲量及訪問帶寬

播出系統的存儲主要指播出二級存儲或播出緩存，存儲容量方面，原有標清播出碼率通常為8～25Mb/s，按照8Mb/s計算，每小時節目需要占用3.6Gb的存儲空間。而高清播出碼率通常為50～100Mb/s，按照50Mb/s計算，每小時節目需要占用22.5Gbyte的存儲空間。可見高清素材需要遠遠大于標清素材的存儲空間，在系統設計之初，就需要按照碼率及節目存儲時間對存儲容量進行計算，并且隨著單一文件的增大，對于訪問帶寬的需求也相應提升，盤陣的內外部訪問帶寬都將影響整個高清播出系統的性能，過去在制作、媒資系統使用的大容量、高帶寬存儲將隨著高清播出系統的建立引入到播出系統當中，這點與標清播出系統的小盤陣有明顯的區別，也很可能引起播出系統技術的一次變革，甚至根據訪問需求可能將IP-SAN，FCSAN，專業NAS這些技術引入到播出系統當中。

（3）網絡傳輸帶寬

過去標清播出系統設計中，千兆網絡足夠滿足播出二級緩存與視頻服務器間的網絡傳輸帶寬，大多情況下甚至可以同時負擔從其他系統向播出系統遷移素材文件所需的網絡帶寬。千兆網絡的使用帶寬僅為30Mb/s，而50Mb/s的視頻文件需要占用6.25Mb/s的傳輸帶寬，在多頻道大訪問量的情況下，千兆網絡明顯不足。在建立高清播出系統時需要考慮頻道數、各頻道播出時間、播出系統遷移量、外部系統遷移量等條件計算網絡帶寬。如果千兆網絡不能負擔，需要根據實際情況及網絡架構考慮采用萬兆網絡或者光纖的傳輸方式。

（4）系統負載

由于高清播出系統在處理視頻的編解碼、視頻傳輸時，文件存儲量及傳輸量大大增加，對單一設備及整個系統的負載性都需要提升。除采用高性能設備構成系統外，需要在系統設計中考慮多重主備及冗余的策略，確保系統可以滿足滿載使用要求。同時可以通過在系統中增加安全監控及多重監視的方式，增加對系統的管理。

（5）信號傳輸距離

隨著信號質量的提升，受傳輸帶寬的影響，高清信號相比標清信號對于傳輸介質的要求更高。在高清播出系統設計時需要按照實際使用距離考慮采用不同的傳輸線纜。

3　高標清同播方式

經過幾年的討論和多家電視臺的實踐，目前開播的高標清同播頻道大致有以下兩種實現方式：一種是獨立同播模式；另一種是一體化同播模式。

3.1獨立同播模式

3.1.1基本方案

獨立同播模式特指在保持原有標清頻道正常播出的前提下，重新建設一套采編播一體的全程高清化的播出系統。這種方式下，高清系統播出高清節目，標清系統仍然存在并播出標清節目，高標清兩套播出系統共存，兩個系統內部無任何關聯耦合，完全隔離。

在這種模式下，一個節目如果同時需要實現高清和標清播出，在節目源進入播出系統之前就根據播出的需要實現節目的上下變換處理；文件數據的上下變換由播出系統前端的備播系統實現，產生高清版本和標清版本，分別傳輸到高清系統和標清系統準備播出；信號節目的上下變換在總控矩陣環節提前實現，并進行監看保證變換的效果，處理完成后在傳輸信號到播出系統進行播出，播出系統的職能只負責播出，保證播出系統及節目的安全。

現階段電視臺播出節目仍然以標清節目為主，所以高清播出系統內配置了下變換器，作為標清系統的冗余備份措施，在標清系統出現故障時，高清系統下變換生成標清節目進行播出；隨著高清節目源的逐漸增多，漸漸地淘汰掉標清系統，只使用高清播出系統進行播出。

3.1.2幅型變換問題

如果播出的節目只有標清磁帶的版本，并且制作時是采用遮幅式進行16∶9構圖，在標清播出系統上載后，遷移到高清播出系統中進行播出時，因為播出視頻服務器會自動采用上變換進行播出，上變換默認情況下采用兩側自動加邊的“邊條方式”，因此可能存在四邊都是黑邊的情況，即“郵票”現象。但是這種情況一般比較少見，對播出不會造成重大影響。

3.2一體化同播模式

3.2.1基本方案

該模式是建立一套全新的全高清播出系統，它包括前期節目上載、演播室系統、播出切換系統及信號傳輸系統，所有的環節均使用高清設備。采用一個高清播出平臺播出高清頻道節，然后將高清播出信號下變換為標清播出信號供標清頻道播出，高清系統最終同時輸出高標清信號的方式實現高標清同步播出。高標清一體化播出模式的方案如圖1所示。

圖1　高標清一體化播出模式的方案

此方式不管信號源采用什么樣的格式，完全由播出系統負擔下變換和播出的工作，播出系統內部環節比較多，系統維護的工作復雜繁重。

3.2.2幅型變換問題

對于4∶3構圖的標清磁帶節目上述方案沒有任何問題。但是對于以16∶9構圖制作的遮幅式標清節目，因為上載時默認進行兩側加邊上變換為高清信號進行上載，在高清播出時將出現四邊都是黑邊的“郵票”現象。在解決方案上可以考慮在上載時能夠靈活指定上變換方式，除了兩側加邊方式外對這種節目采用上下切邊的方式。在標清播出進行下變換時也不能采用默認的切邊方式，而是采用上下加邊的方式。

對于16∶9構圖的高清節目主要是一些高清電視劇、紀錄片等節目，輸出高清信號沒有問題。但標清播出時，因為統一采用兩側切邊方式下變換，部分內容將被切掉，影響觀眾的收視感受。要解決這個問題，最好的方法是對視頻服務器中的節目插入AFD信息，指明采用的下變換方式是上下加邊的信箱方式。視頻服務器播出時，視頻信號中帶有AFD信息，下變換器自動進行幅型變換，不用默認的統一切邊方式，而是上下加邊方式。這種方案是否可行取決于視頻服務器和錄像機對AFD的支持程度。目前可以通過程序手動控制下變換器將某些節目設置為“信封”模式。還有一種方案是考慮由播控程序控制下變換器實現靈活的幅型變換，但這樣做很難保證幀精確，同時也加大了播出程序的工作量。

4　兩種同播模式比較

獨立播出模式相對而言安全性比較高，一是固為高標清兩套插出系統獨立運行，彼此不受影響；二是因為幅型變換等操作基本上在進入播出之前完成，播出系統工作量比較小；三是原有的標清播出系統可以繼續使用，新建高清系統不影響現有標清系統的安全。此外，由于高標清系統獨立建設，高清頻道和標清頻道允許有一定的節目差異，過渡比較方便。這種模式的缺點也是明顯的，同時維護兩個系統，同時制作兩套節目，對設備資源和人力資源的占用非常大，工作量比較大，建設投入成本高。

而一體化播出模式的系統相對而言比較簡潔，便于維護，投資也大量減少，非常適合未來的高清播出。同時，其高標清同播是真正的同播，除畫面幅型不同，高清輸出和標清輸出的節目內容任何時段都完全一樣。但是也因為高標清播出捆綁在一起，下變換在播出系統內完成，增加了播出系統的負擔。

5　字幕處理

因為高清和標清的畫面幅型不同，在同播系統中字幕的位置也需要進行規范，避免出現字幕被切掉的情況。

對于與節目內容相關的字幕，如電視劇對白，一般是在前期制作中加入。在獨立播出模式中，因為送往播出的是高清和標清兩版節目，無論是磁帶方式還是文件方式，宇幕應該都是已經處理好的，不會存在問題。但是在一體化播出模式中，送往播出的只有高清節目，播出時在下變換兩側切邊播出，因此要求前期制作時，應該嚴格要求字幕應該保持在4∶3構圖之內，以免在標清頻道播出時字幕被切掉。

對于與節目內容無關的字幕，如角標廣告，在目前的方案中通常為高清頻道和標清頻道分別配置字幕機，在播出系統中分別疊加。當然這種做法會導致疊加字幕的操作要在高清和標清字幕機上做兩次，增加了操作人員的工作量，建議開發同時支持高清和標著兩路輸出的字幕機。

6　結束語

高清電視是廣播電視技術發展的必然趨勢，標清電視轉向高清電視是劃時代變革，需要經歷一個漫長的過渡階段，值得深入考量的技術管理策略還很多。高清播出系統不是簡單的標清升級，安全、可靠、穩定及高效率的設計理念，將一直貫穿在高清播出系統的設計之中。高標清同播是目前促進高清電視普及和推廣的有效手段，因此，對高標清同播技術的了解有助于電視節目向全高清化邁進。

HD & SD Broadcasting Technical Scheme of Broadcasting System Environment

Liu Xiangfeng
（Zhao Yuan Television Station，Zhaoyuan，265400）

First introduced the HD broadcasting system with the standard definition broadcast system in the construction of the same points and different points，Then makes a detailed analysis on the high standard definition simulcast of two technical schemes for broadcast of the structure，technical principle，advantages and existing problems，and puts forward the corresponding solving methods

HD broadcasting system； SDTV broadcast system； HD & SD broadcasting； Picture type conversion

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.04.002

TN94

A

1672-7274（2015）04-0006-04

劉香鳳，1977年生，助理工程師，主要從事廣播電視技術工作。

［1］周永康.高標清兼容系統設計與探析［J］.現代電視技術，2005（3）:28-30

［2］蔣訓嫻.浙江衛視高標清同播實施方案［J］.電視技術，20lO，34（3）：104-105