基于TS流的電視臺(tái)數(shù)字化播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱穗鷹

（丹徒廣播電視臺(tái) 技術(shù)中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

基于TS流的電視臺(tái)數(shù)字化播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱穗鷹

（丹徒廣播電視臺(tái) 技術(shù)中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

電視臺(tái)播出從模擬向數(shù)字過(guò)渡的過(guò)程中，考慮到兼容性，系統(tǒng)常常是盤、帶播出相結(jié)合，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)共存。而數(shù)字有線電視前端處理的是基于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮的TS流數(shù)據(jù)。不同信號(hào)之間的多次轉(zhuǎn)換會(huì)造成信號(hào)損失。提出一種設(shè)計(jì)方案，直接以TS流的方式進(jìn)行電視播控，避免信號(hào)過(guò)度轉(zhuǎn)換。依據(jù)該方案對(duì)丹徒電視臺(tái)的播控進(jìn)行了改造，取得了很好的效果。

音頻嵌入式SDI；TS流；數(shù)字幀同步；鍵控；網(wǎng)絡(luò)冗余

【本文獻(xiàn)信息】朱穗鷹.基于TS流的電視臺(tái)數(shù)字化播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2013，37（24）.

電視臺(tái)的播出和有線電視的傳輸共同影響著電視的收視效果。隨著數(shù)字電視時(shí)代的到來(lái)，數(shù)字有線電視網(wǎng)絡(luò)傳送的是基于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮的TS流數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)播出方式中電視節(jié)目由電視臺(tái)播控中心到有線電視網(wǎng)絡(luò)中心，其間節(jié)目信號(hào)在模擬和數(shù)字間多次轉(zhuǎn)換，會(huì)造成圖像質(zhì)量的下降。如果在電視播控中直接以TS流的方式進(jìn)行播出，能有效解決上述問題，提高電視節(jié)目的播出效果。

1 系統(tǒng)信號(hào)流程分析

圖1是改造前的電視播出信號(hào)流程圖。節(jié)目源是MPEG格式的數(shù)字文件。播出機(jī)還是早期產(chǎn)品，配置的是模擬播出卡。節(jié)目經(jīng)解壓輸出AV模擬信號(hào)，然后信號(hào)進(jìn)入播控環(huán)節(jié)完成臺(tái)標(biāo)、字幕的疊加并傳輸至光發(fā)射機(jī)。在光發(fā)射機(jī)中對(duì)模擬視音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)調(diào)制后通過(guò)光纖傳輸至數(shù)字有線電視機(jī)房的光接收機(jī)。在光接收機(jī)中信號(hào)再經(jīng)解調(diào)和數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出AV信號(hào)。最后由TS流編碼器將AV信號(hào)轉(zhuǎn)成TS流傳輸。

圖1 改造前的電視播出信號(hào)流程圖

對(duì)圖1中信號(hào)流程的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)測(cè)試比較后發(fā)現(xiàn)，信號(hào)指標(biāo)在逐步下降，累積到最后就發(fā)現(xiàn)播出圖像層次感差、清晰度不夠，明顯影響了播出效果。綜合對(duì)系統(tǒng)中單一設(shè)備的指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備都符合廣播級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)連接線及接頭均為進(jìn)口專業(yè)產(chǎn)品，本臺(tái)節(jié)目指標(biāo)下降的真正原因是系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)不合理。在這樣的系統(tǒng)中，節(jié)目從電視播控到有線數(shù)字前端經(jīng)歷了數(shù)字和模擬之間的多次轉(zhuǎn)換，造成節(jié)目信號(hào)指標(biāo)下降。選擇一個(gè)廣播級(jí)的數(shù)字接口，讓電視節(jié)目的播出、控制、傳輸全流程數(shù)字化，減少信號(hào)的轉(zhuǎn)換才能真正解決節(jié)目信號(hào)指標(biāo)下降的問題，從而提高畫面質(zhì)量。

圖2是改造后的電視播出信號(hào)流程圖。播控的前半部分以SDI的方式工作，后半部分以TS流的方式工作。前半部分將所有信號(hào)源統(tǒng)一以嵌入式數(shù)字音頻的SDI信號(hào)接入，播控中的矩陣切換、臺(tái)標(biāo)字幕的鍵混全由支持SDI信號(hào)的設(shè)備完成。后半部分信號(hào)經(jīng)過(guò)MPEG-2壓縮編碼后轉(zhuǎn)換成TS流信號(hào)，并經(jīng)過(guò)主、備播出通道及應(yīng)急通道切換后發(fā)送到數(shù)字有線電視機(jī)房。這樣全程數(shù)字化，各環(huán)節(jié)對(duì)節(jié)目信號(hào)的損失降至最低。數(shù)字有線電視前端將電視播控機(jī)房送來(lái)的TS流信號(hào)直接接入，無(wú)需轉(zhuǎn)換，播出效果明顯改善[1-2]。

圖2 改造后的電視播出信號(hào)流程圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)描述

電視播控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)中每個(gè)頻道設(shè)計(jì)有3個(gè)播出通道，分別為主播出通道、備播出通道以及循環(huán)播放墊播信號(hào)的應(yīng)急通道。所有節(jié)目信號(hào)源統(tǒng)一以音頻嵌入式SDI格式進(jìn)入播出通道。主播出通道首先通過(guò)SDI矩陣對(duì)本臺(tái)信號(hào)和轉(zhuǎn)播信號(hào)進(jìn)行切換，然后通過(guò)SDI方式鍵混臺(tái)標(biāo)和字幕，產(chǎn)生完整的數(shù)字節(jié)目信號(hào)，最后通過(guò)TS流編碼器輸出主播出TS流。備播出通道和主播出通道同步播出，輸出備播出TS流。應(yīng)急通道通過(guò)循環(huán)播放墊播信號(hào)輸出一路應(yīng)急播出TS流。3路TS流信號(hào)輸入ASI三選一應(yīng)急切換模塊。ASI切換器自動(dòng)檢測(cè)主備路信號(hào)是否中斷、黑場(chǎng)、靜幀，自動(dòng)或手動(dòng)切換備路或墊播信號(hào)。意外掉電時(shí)主路信號(hào)保持直通。三選一之后電視播控機(jī)房直接將TS流播出信號(hào)傳輸至數(shù)字有線電視機(jī)房。數(shù)字有線電視前端不需要再進(jìn)行任何的信號(hào)轉(zhuǎn)換，可以直接將電視播控機(jī)房送來(lái)的TS流播出信號(hào)接入。播出效果主要由電視播控機(jī)房控制完成。

保證系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)是數(shù)字化的重要原則。系統(tǒng)的指標(biāo)主要取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和其中關(guān)鍵設(shè)備的指標(biāo)。播出卡選擇高品質(zhì)的視頻編解碼器以達(dá)到廣播級(jí)的圖像質(zhì)量。單路MPEG-2（TS流）編碼器輸入接口支持SDI，輸出支持ASI接口。視頻分辨率為720×576_50i，碼率為0.8～20 Mbit/s，音頻采樣頻率為48 kHz，采樣精度為24 bit，音頻碼率為64～384 kbit/s，滿足標(biāo)清頻道的播出要求。

標(biāo)清SD-SDI對(duì)應(yīng)時(shí)鐘速率為270 Mbit/s，對(duì)線材質(zhì)量及接頭的可靠性提出更高的要求。SDI信號(hào)在傳輸處理過(guò)程中有可能產(chǎn)生抖動(dòng)、噪聲、信號(hào)幅度改變及其他失真。當(dāng)信號(hào)變劣到一定的程度，信號(hào)將無(wú)法再生和解碼。通過(guò)眼圖的測(cè)量可以很好地判斷數(shù)字SDI信號(hào)的好壞。更簡(jiǎn)便的方法是采用系統(tǒng)增強(qiáng)測(cè)試，在系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)上加接線纜，直至出現(xiàn)誤碼無(wú)法輸出，加接的長(zhǎng)度即為系統(tǒng)極限值。

2.2 時(shí)鐘及同步系統(tǒng)

系統(tǒng)時(shí)鐘采用GPS校時(shí)。衛(wèi)星天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的帶標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息的1 575.42 m載波信號(hào)，經(jīng)變換放大后傳給授時(shí)型GPS接收機(jī)。接收機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出高精度的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，一路輸出給時(shí)鐘直接顯示出時(shí)間，另一路通過(guò)RS-232分配分別連接播出主機(jī)、播出備機(jī)、字幕機(jī)等。校時(shí)程序通過(guò)串口接收信號(hào)，并對(duì)本機(jī)校時(shí)，并可為其他計(jì)算機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)校時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)所有播出相關(guān)設(shè)備的播出時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘同步。

同步系統(tǒng)分為3個(gè)部分：臺(tái)內(nèi)信號(hào)之間的同步、外來(lái)信號(hào)和臺(tái)內(nèi)信號(hào)的同步、臺(tái)標(biāo)字幕信號(hào)和主信號(hào)的鍵混疊加時(shí)的同步。

硬盤自動(dòng)化播出和傳統(tǒng)的磁帶播出相比，臺(tái)內(nèi)信號(hào)源的切換大大減少。除直播、轉(zhuǎn)播信號(hào)外，臺(tái)內(nèi)節(jié)目信號(hào)全部來(lái)自播出機(jī)。設(shè)計(jì)中將播出主機(jī)和播出備機(jī)分別組成獨(dú)立的播出通道同步播出，起到安全播出的應(yīng)急切換的作用。

系統(tǒng)中的同步發(fā)生器產(chǎn)生可靠的高精度黑場(chǎng)同步信號(hào)，為全臺(tái)提供統(tǒng)一的同步基準(zhǔn)。播出的關(guān)鍵設(shè)備通過(guò)統(tǒng)一的黑場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行外同步鎖相。

外來(lái)轉(zhuǎn)播信號(hào)來(lái)自衛(wèi)星接收機(jī)輸出的AV信號(hào)，經(jīng)A/D及音頻加嵌轉(zhuǎn)換后輸入數(shù)字幀同步機(jī)。數(shù)字幀同步機(jī)通過(guò)外同步鎖相的方式由統(tǒng)一的系統(tǒng)同步基準(zhǔn)鎖定。這樣外來(lái)信號(hào)經(jīng)過(guò)幀同步處理后就能獲得和臺(tái)內(nèi)信號(hào)的同步。在進(jìn)行本臺(tái)節(jié)目和轉(zhuǎn)播節(jié)目切換的時(shí)候，播出畫面不會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。

2.3 臺(tái)標(biāo)字幕鍵混

系統(tǒng)以鍵控方式進(jìn)行臺(tái)標(biāo)、字幕的疊加。臺(tái)標(biāo)發(fā)生器和字幕機(jī)具有SDI填充信號(hào)輸出和SDI鍵信號(hào)輸出，以外同步方式和全臺(tái)的同步基準(zhǔn)鎖定，行相位、副載波相位、鍵延時(shí)可調(diào)節(jié)，確保設(shè)備與鍵控配合使用時(shí)的主信號(hào)、填充信號(hào)和鍵信號(hào)完全同步。臺(tái)標(biāo)發(fā)生器為全硬件處理方法，保證機(jī)器可以穩(wěn)定、可靠地長(zhǎng)時(shí)間工作，滿足電視臺(tái)的全天侯播出需要。

鍵混支持不同碼率的標(biāo)清SDI串行數(shù)字信號(hào)輸入：主播出信號(hào)SDI輸入輸出、2路SDI鍵信號(hào)輸入、2路SDI填充信號(hào)輸入。臺(tái)標(biāo)和字幕通過(guò)該設(shè)備一次疊加完成，減少了播出的中間環(huán)節(jié)，既可保證播出的視頻指標(biāo)，又可保證播出安全。鍵混支持掉電直通功能，保證在意外掉電情況下，源信號(hào)自動(dòng)保持輸出，避免信號(hào)中斷。鍵混視頻信號(hào)鎖相支持外同步信號(hào)輸入，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)逆程切換，可以保持切換瞬間畫面盡最大可能保持完整。

2.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中選用支持VLAN技術(shù)的交換機(jī)組網(wǎng)。VLAN技術(shù)可隔離廣播風(fēng)暴，有助于控制流量，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。播出機(jī)房按頻道將相關(guān)聯(lián)的播出主備機(jī)、服務(wù)器劃分在一個(gè)VLAN中；非編及媒資劃分一個(gè)VLAN；新聞文稿劃分一個(gè)VLAN；播出和非編之間的通信通過(guò)三層交換SW1實(shí)現(xiàn)。

電視臺(tái)的播出有很高的安全要求，為達(dá)到電視播出不間斷，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的冗余設(shè)計(jì)，消除網(wǎng)絡(luò)中的單點(diǎn)故障，對(duì)安全有主要意義[3]。首先在網(wǎng)絡(luò)中的采用雙交換機(jī)SW2和SW3構(gòu)成冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證了當(dāng)設(shè)備及鏈路故障時(shí)可以提供備份。冗余設(shè)備及鏈路所構(gòu)成的橋接環(huán)路引起的問題在數(shù)據(jù)鏈路層使用生成樹協(xié)議（STP）解決。STP協(xié)議通過(guò)生成樹算法在交換機(jī)上阻斷冗余鏈路來(lái)消除橋接網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路。若當(dāng)前活動(dòng)路徑發(fā)生故障，則激活冗余備份鏈路，自動(dòng)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性。

3 總結(jié)

硬盤播出和數(shù)字播控是電視播出的兩個(gè)重要部分。當(dāng)前主流的硬盤播出卡都能達(dá)到廣播級(jí)的指標(biāo)。筆者認(rèn)為電視播控通道的各環(huán)節(jié)對(duì)電視播出效果及播出安全有重要意義。本文提出的設(shè)計(jì)方案可以達(dá)到滿意的播出效果，并且符合廣電總局62號(hào)令《廣播電視安全播出管理規(guī)定》。電視臺(tái)播控直接傳輸TS流到數(shù)字有線電視前端，簡(jiǎn)化了信號(hào)流程，提高了電視臺(tái)安全優(yōu)質(zhì)播出的能力。

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[1]GY/T 243—2010，標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視數(shù)字視通道技術(shù)要求和測(cè)量方法[S].2010.

[2] 楊震.淺談電視播控中心同步問題的解決[J].電視字幕，2000（7）：41-42.

[3] 趙后清.淺談安全播出的基本要素[J].電視技術(shù)，2013，37（12）：80-81.

TN948

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朱穗鷹（1973—），工程師，主要從事廣播電視工程。

責(zé)任編輯：任健男

2013-08-20