揚州電視臺全頻道高清播出系統(tǒng)架構(gòu)分析

葉 茂

（揚州廣播電視傳媒集團，江蘇 揚州 225009）

0 引言

當(dāng)今數(shù)字時代，電視媒體在傳遞信息、娛樂和文化方面扮演著至關(guān)重要的角色[1]。為了滿足觀眾對高品質(zhì)內(nèi)容的日益增長的需求，揚州電視臺邁進全頻道高清播出系統(tǒng)的技術(shù)研究領(lǐng)域[2]。本文分析了揚州電視臺全頻道高清播出系統(tǒng)架構(gòu)。

1 高清播出系統(tǒng)概況

電視頻道全高清化是一套利用高清視頻技術(shù)的綜合性的電視節(jié)目制作和播放技術(shù)體系[1]。高清播出系統(tǒng)的核心技術(shù)包括高清視頻信號的編碼、壓縮、傳輸和解碼。這些技術(shù)能夠保證高清視頻信號在各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，同時能夠有效地節(jié)省帶寬和存儲空間[2]。高清播出系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備包括視頻服務(wù)器、切換臺及高清編解碼器等。這些設(shè)備能夠支持高清視頻信號的處理、發(fā)送和接收。高清播出系統(tǒng)的綜合性設(shè)計，旨在整合各個環(huán)節(jié)的先進技術(shù)，以滿足當(dāng)代觀眾對高質(zhì)量電視娛樂的日益增長的需求。

2 高清播出系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2.1 高清總控架構(gòu)設(shè)計

揚州電視臺全頻道高清播出系統(tǒng)以網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）+串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）為架構(gòu)，設(shè)計了5個頻道高標清同播系統(tǒng)。高清總控系統(tǒng)采用48×48路SDI高清總控矩陣和24×24路HD-SDI/IP高清總控矩陣為核心，配合HD-SDI和HD-SDI/IP的周邊設(shè)備，負責(zé)調(diào)度高清演播室、轉(zhuǎn)播車及分控等全臺高清信號。該高清播出系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高清節(jié)目的輪播、直播、插播以及緊急切換等關(guān)鍵功能[3]。系統(tǒng)的設(shè)計涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面。

2.1.1 視頻服務(wù)器

視頻服務(wù)器是高清播出系統(tǒng)的主要設(shè)備，承擔(dān)著存儲和播放高清節(jié)目素材的關(guān)鍵任務(wù)。其功能要求包括高清兼容標清、支持多種視頻編碼格式（如MPEG-2、H.264、H.265）、高速數(shù)據(jù)傳輸能力，并支持多種接口，如光纖和網(wǎng)線[4]。重要的是，視頻服務(wù)器需具備高可靠性和安全性，通過冗余備份、熱插拔以及故障自動切換等功能，確保系統(tǒng)在任何情況下都能持續(xù)穩(wěn)定運行。

2.1.2 節(jié)目上載系統(tǒng)

節(jié)目上載系統(tǒng)的任務(wù)是將高清節(jié)目素材從制作系統(tǒng)或外部信號源傳輸?shù)揭曨l服務(wù)器[5]。該系統(tǒng)應(yīng)具備高效率和高質(zhì)量的傳輸能力，支持多種傳輸協(xié)議，包括文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）、服務(wù)器信息塊（Server Message Block，SMB）及超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）等。節(jié)目上載系統(tǒng)必須支持高清節(jié)目的轉(zhuǎn)碼、封裝、加密及校驗等功能，以確保傳輸?shù)墓?jié)目素材具備統(tǒng)一的格式和高水平的安全性。

2.1.3 二級存儲系統(tǒng)

二級存儲系統(tǒng)在高清播出系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色，負責(zé)對高清節(jié)目素材進行管理和備份。其設(shè)計要求包括大容量和高速度的能力以及高度穩(wěn)定性。該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備高清節(jié)目的分類、檢索、預(yù)覽以及導(dǎo)出等功能，以便方便地調(diào)用和使用節(jié)目素材。

2.1.4 播出控制軟件

播出控制軟件包括素材上載子系統(tǒng)、主控播出控制子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)及播前審看子系統(tǒng)。播出控制軟件是自動播控系統(tǒng)的另一重要組成部分，專注于保障高清節(jié)目的正常播出和應(yīng)急處理。該系統(tǒng)的功能涵蓋節(jié)目素材的上載、技審、軟審和播前審看，以及時發(fā)現(xiàn)和處理播出異常。高清播出系統(tǒng)必須具備備份、切換和恢復(fù)等功能，確保播出的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

2.2 總調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計

揚州電視臺全頻道高清播出系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計中，總調(diào)度系統(tǒng)被賦予協(xié)調(diào)和調(diào)度各種信號的重要任務(wù)。系統(tǒng)以IP+SDI架構(gòu)為基礎(chǔ)，為整個總調(diào)度系統(tǒng)提供了可靠的信號傳輸基礎(chǔ)。這一設(shè)計考慮到未來的信號擴展，為系統(tǒng)提供了可持續(xù)性和升級性。總調(diào)度系統(tǒng)的核心矩陣的規(guī)模為48×48路，為各類信號的調(diào)度提供了廣泛的可能性，使其能夠適應(yīng)不同的播出需求和場景。Imagine48×48/SDI高標清兼容切換矩陣作為總控矩陣，不僅滿足高清播出的要求，而且通過48個輸入和48個輸出的配置，為信號的快速切換提供了高度靈活性。系統(tǒng)配置主備冗余電源，使用單電源，矩陣即可正常工作。矩陣具有交叉點斷電狀態(tài)數(shù)據(jù)保存功能，雙電源的配置進一步增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保總調(diào)度系統(tǒng)能夠在不間斷的工作環(huán)境中保持高效運行。

2.3 同步系統(tǒng)設(shè)計

電視高清播出系統(tǒng)的架構(gòu)中，同步系統(tǒng)是確保各設(shè)備協(xié)同工作、信號同步傳輸?shù)年P(guān)鍵組成部分，其構(gòu)成如圖1所示。為了實現(xiàn)同步系統(tǒng)的有效運作，系統(tǒng)采用的主要設(shè)備包括1臺Tektronix SPG8000A同步信號發(fā)生器以及1臺Tektronix ECO8000同步信號倒換器。SPG8000A同步主機包括輸入及環(huán)路直傳輸出，采用3個模擬復(fù)合黑或HD三電平同步輸出， LTC 輸入/輸出（4 出或1 進3 出）。ECO8000切換模擬黑場色同步、高清（High Definition，HD）三電平同步、AES/DARS、字時鐘、LTC以及SD/HD/3G-SDI信號，可以作為當(dāng)前廣播、制作和后期制作設(shè)施內(nèi)所需的全部時基和同步信號。

圖1 同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在實際工作過程中，廣播電視高清播出的主備同步信號通過轉(zhuǎn)換器處理后，被引入模擬視頻分配器。隨后，這些同步信號分別傳輸至系統(tǒng)的各個重要設(shè)備，包括視頻服務(wù)器、字幕機及衛(wèi)星同步設(shè)備等。

3 高清播出分控系統(tǒng)的設(shè)備配置

3.1 編碼器設(shè)備配置

該高清播出系統(tǒng)采用2臺Harmonic CP6000作為主高清編碼器，2臺數(shù)碼視訊EMR作為備高清編碼器。其中，CP6000編碼器支持4路HD-SDI/SD-SDI輸入，支持MPEG-2、H.264視頻編碼格式，支持ASI/IP輸出端口，配置雙電源；具有編碼／解碼一體板卡，可通過簡單設(shè)置將編碼卡變?yōu)榻獯a卡或由解碼卡變?yōu)榫幋a卡，單機最多支持8路高清編碼通道。

3.2 高清切換器設(shè)備配置

高清切換臺采用了Imagine PV-CQ16-FR-1切換器，具備16×16路切換矩陣，配置主備冗余電源。矩陣具有交叉點斷電狀態(tài)數(shù)據(jù)保存功能；輸入/輸出板卡高標清信號自適應(yīng)，支持3G-SDI（SMPTE 424M）/HD-SDI（SMPTE 292M）/SD-SDI（SMPTE 259M）/DVB-ASI；支持4K信號（4路3G-SDI）捆綁調(diào)度。高清切換臺作為關(guān)鍵設(shè)備，保證了平滑轉(zhuǎn)場和無縫切換，支持多路視頻信號實時切換，為觀眾提供流暢的觀看體驗。

3.3 音頻處理設(shè)備配置

該高清播出系統(tǒng)中，音頻響度控制設(shè)備采用Imagine APM6803+RLYT響度控制器。該響度控制器支持SD/HD/3G格式，支持音頻加解嵌，支持Dolby-E、AC-3編解碼，支持DTS響度控制技術(shù)及Upmix、Downmix混音技術(shù)含幀同步、唇音同步調(diào)整。

3.4 控制和監(jiān)控設(shè)備配置

系統(tǒng)配備了先進的控制臺和終端設(shè)備，提供直觀、用戶友好的界面，使操作人員能夠輕松掌握系統(tǒng)的各項功能，實時調(diào)整播放參數(shù)、切換信號源、進行緊急處理，保障系統(tǒng)運行的靈活性和實時性。SDI信號監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動檢測SDI信號中的黑場、彩條、靜幀、馬賽克、視頻中斷及聲音中斷等故障，通過聲音警報、燈光閃爍等多種方式進行提示，通知播控值機人員，及時發(fā)現(xiàn)故障信息，有助于迅速定位并解決問題，最大限度地減少故障對系統(tǒng)運行的影響。

4 高清播出系統(tǒng)安全播出策略

為確保全頻道高清系統(tǒng)的安全播出，揚州電視臺采用了信號源冗余的技術(shù)策略，通過在關(guān)鍵的信號源節(jié)點設(shè)置備份信號源，以應(yīng)對主信號源可能出現(xiàn)的故障。為保證衛(wèi)星信號的穩(wěn)定接收，揚州電視臺在兩個不同的地點分別設(shè)置了兩套衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)。每套系統(tǒng)包括4.5 m的衛(wèi)星天線、高頻頭（Low Noise Block，LNB）及衛(wèi)星接收機等設(shè)備，可以同時接收多路衛(wèi)星信號。兩套系統(tǒng)通過光纖連接，實現(xiàn)信號的互備和切換。當(dāng)一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)能夠快速切換到另一套系統(tǒng)。揚州電視臺的高清信號傳輸主要依賴光纖網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)負責(zé)將高清信號從衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)、高清節(jié)目制作系統(tǒng)、高清節(jié)目存儲系統(tǒng)等源頭傳輸?shù)礁咔逍盘柧幋a系統(tǒng)、高清信號調(diào)制系統(tǒng)、高清信號分發(fā)系統(tǒng)等目的地，實現(xiàn)高清信號的全程數(shù)字化處理。

5 結(jié)語

本文詳細介紹了揚州電視臺全頻道高清播出系統(tǒng)的架構(gòu)和運行機制，為廣播電視行業(yè)的技術(shù)發(fā)展提供了參考。在數(shù)字化、高清化的時代潮流中，揚州電視臺的經(jīng)驗和技術(shù)積累將為兄弟臺高清播出系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。相信隨著科技的不斷進步，電視播出的高清化領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀鼮殍驳奈磥怼?/p>