廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)

牟近辰

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，廣播電視作為人們的精神需求，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越對(duì)于物質(zhì)需求的滿足。媒體融合的進(jìn)一步推進(jìn)，我國廣電傳媒行業(yè)技術(shù)發(fā)展不斷創(chuàng)新，4K廣播電視節(jié)目陸續(xù)落地，廣電媒體節(jié)目畫面質(zhì)量更為清晰，圖像更為真實(shí)。在這種形勢下，我國政府廣電監(jiān)管部門的傳統(tǒng)廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)已無法滿足對(duì)超高清廣電節(jié)目監(jiān)測的需求，以4K節(jié)目作為接入信源的超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)正日益成為主流。

【關(guān)鍵詞】廣播電視監(jiān)測;4K超高清;大屏幕監(jiān)測;拼接顯示

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.12..012

廣電總局監(jiān)管中心作為全國廣播電視安全播出、指揮調(diào)度的核心樞紐，承擔(dān)著總局安全播出指揮部的重要職能。2013年底監(jiān)管中心建設(shè)完成監(jiān)管大廳，其中搭配的大屏幕顯示系統(tǒng)成為了當(dāng)時(shí)的廣電業(yè)界標(biāo)桿。系統(tǒng)可以將全國匯聚的衛(wèi)星、有線、無線、海外、新媒體等各路傳輸網(wǎng)絡(luò)里的上千路實(shí)時(shí)節(jié)目進(jìn)行集中顯示，為總局安全播出指揮調(diào)度提供有力技術(shù)支持。隨著超高清顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系的變革，我國乃至世界廣播電視行業(yè)迎來了顯示技術(shù)革命，4K超高清電視節(jié)目的出現(xiàn)，對(duì)廣播電視行業(yè)產(chǎn)生了嚴(yán)重的沖擊。對(duì)傳統(tǒng)廣播電視標(biāo)清節(jié)目的監(jiān)測技術(shù)，已無法滿足對(duì)于高清、超高清廣播電視節(jié)目的監(jiān)管要求。廣電總局監(jiān)管中心現(xiàn)有的大屏幕顯示系統(tǒng)引擎尚無法支持4K超高清節(jié)目顯示，需要改造升級(jí)以適應(yīng)未來行業(yè)發(fā)展的需要。

1. 大屏幕拼接顯示系統(tǒng)分類

大屏幕拼接顯示系統(tǒng)，主要分為大屏幕顯示系統(tǒng)和拼接控制系統(tǒng)。通過拼接控制系統(tǒng)采集外部接入信號(hào)源，進(jìn)行轉(zhuǎn)碼、處理、編碼，將多路視頻信號(hào)以統(tǒng)一的碼率和格式匯入大屏幕顯示系統(tǒng)中，通過中央處理主機(jī)進(jìn)行編排，以預(yù)案的方式在大屏幕上進(jìn)行集中展示。目前市場中，對(duì)于大屏幕顯示系統(tǒng)的顯示硬件主要分為三大類：一是DLP背投拼接顯示屏;二是LCD液晶拼接屏;三是PDP等離子拼接屏。其中DLP的拼接縫隙最小，亮度色度最為柔和，發(fā)熱率與同類別相比最低，24小時(shí)運(yùn)行率最為穩(wěn)定，較LCD與PDP而言更為適合應(yīng)用于指揮中心、控制中心等室內(nèi)監(jiān)控環(huán)境。

拼接控制系統(tǒng)目前大體來說共經(jīng)歷了四代產(chǎn)品，第一代產(chǎn)品為PCI工控式拼接控制器，通過插卡式工程機(jī)，將多路視頻信號(hào)匯聚到圖像處理主機(jī)中，進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)算、統(tǒng)一處理、集中顯示。優(yōu)點(diǎn)是可支持各種應(yīng)用軟件，兼容性較強(qiáng)，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性太低、處理數(shù)據(jù)量小、容易死機(jī)。第二代產(chǎn)品為FPGA純硬件式拼接控制器，稱為現(xiàn)場可編程邏輯陣列，是在PCI架構(gòu)后發(fā)展的硬件技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，穩(wěn)定性較高，缺點(diǎn)是純硬件支撐，不兼容應(yīng)用軟件，需另行搭配應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行輔助。第三代產(chǎn)品是雙系統(tǒng)拼接控制器，可以支持更清晰的圖像處理能力、具有更多的輸入節(jié)點(diǎn)支撐以及具備多圖像疊加的特效能力。在處理速度與運(yùn)行穩(wěn)定性上都較前兩代產(chǎn)品有了大幅度提升，在分布式拼接控制器出現(xiàn)前，雙系統(tǒng)拼接控制器成為了市場的主流。第四代產(chǎn)品是分布式拼接控制器，這也是最新一代的拼接控制產(chǎn)品。分布式拼接技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將原有的固定式拼接技術(shù)變得更為靈活，信號(hào)源不再拘泥于同一個(gè)機(jī)房、同一個(gè)樓層，分布式拼接控制器可以將視頻信號(hào)全部轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，通過光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，并采用模塊化架構(gòu)，系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理量等于所有模塊處理量的總和，模塊之間互不影響，處理速度更為迅速，運(yùn)行狀態(tài)更為穩(wěn)定，擴(kuò)展能力得到極大提升。

2. 廣電總局監(jiān)管中心大屏幕顯示系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題

2.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

廣電總局監(jiān)管中心監(jiān)管大廳現(xiàn)有大屏幕顯示系統(tǒng)主要由152塊67寸DLP投影單元和1套PixelNet分布式顯示控制系統(tǒng)組成（見圖1）。大屏幕顯示墻為4行38列。

PixelNet顯示控制系統(tǒng)的輸入節(jié)點(diǎn)接收信源輸出的HDMI或DVI信號(hào)，最高支持1920*1080分辨率，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸提供給輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行解碼，最終通過DLP投影單元進(jìn)行顯示。PixelNet顯示控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多畫面顯示分割和跨屏漫游功能。PixelNet顯示控制終端實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示控制系統(tǒng)的顯示模式切換，大屏控制終端實(shí)現(xiàn)對(duì)DLP投影單元的開關(guān)機(jī)控制。

2.2. 存在問題

監(jiān)管大廳大屏幕顯示系統(tǒng)不支持對(duì)于4K超高清信源的接入處理能力。隨著媒體融合的推進(jìn)，為做好廣播電視重保期及日常的安全播出指揮調(diào)度工作，積極應(yīng)對(duì)并及時(shí)處置越來越復(fù)雜的安全播出事故事件，總局安全播出指揮部需要在監(jiān)管大廳綜合調(diào)看各類高清、超高清節(jié)目信號(hào)，開展分析研判、會(huì)商協(xié)調(diào)、全國指揮等多種形式的會(huì)議。在這些會(huì)議中若無法使用4K超高清圖像顯示，將大大降低會(huì)議的整體質(zhì)量。

同時(shí)，監(jiān)管大廳作為總局安全播出工作的指揮調(diào)度樞紐，是綜合展示廣播電視技術(shù)發(fā)展、內(nèi)容監(jiān)管、網(wǎng)絡(luò)安全及監(jiān)測監(jiān)管事業(yè)情況的重要平臺(tái)。隨著超高清節(jié)目逐漸開播，需要將4K節(jié)目逐步納入監(jiān)管大廳顯示系統(tǒng)，更好地完成指揮調(diào)度、對(duì)外展示工作，并能充分顯示廣電行業(yè)事業(yè)發(fā)展成果。而監(jiān)管大廳現(xiàn)有大屏幕系統(tǒng)尚不具備對(duì)4K信源的視頻處理能力無法在大廳還原出4K超高清電視節(jié)目各項(xiàng)技術(shù)要素，所以監(jiān)管大廳4K超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)改造迫在眉睫。

3. 4K超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 建設(shè)內(nèi)容

對(duì)監(jiān)管大廳大屏幕顯示系統(tǒng)進(jìn)行改造，項(xiàng)目建設(shè)具體內(nèi)容包括：一是建設(shè)4K拼接顯示系統(tǒng)，增加符合4K信源參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的輸入接口，將4K信源接入大屏幕顯示系統(tǒng)中，利用現(xiàn)有大屏幕顯示單元，將多塊高清單體屏拼接顯示出符合標(biāo)準(zhǔn)的4K圖像。二是建設(shè)一套顯示控制調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)管大廳DLP投影單元信號(hào)輸入切換、原有PixelNet顯示控制系統(tǒng)、新建的4K拼接顯示系統(tǒng)的集成管理和統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)兩套顯示控制系統(tǒng)的同時(shí)運(yùn)行，互為備份。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)保持現(xiàn)有PixelNet顯示控制系統(tǒng)不變，在現(xiàn)有的DLP顯示單元基礎(chǔ)上增加第二路輸入模塊，PixelNet系統(tǒng)使用輸入接口1，新增的4K顯示控制系統(tǒng)使用輸入接口2。新增的4K顯示控制系統(tǒng)由4K輸入節(jié)點(diǎn)、4K輸出節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)、視頻特效處理器和10Gb以太網(wǎng)交換機(jī)組成。4K信源輸出信號(hào)接入輸入節(jié)點(diǎn)的HDMI2.0接口，由輸入節(jié)點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行無損傳輸，輸出節(jié)點(diǎn)與顯示單元連接顯示輸出。PixelNet系統(tǒng)控制主機(jī)和4K顯示控制節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)口與大屏幕顯示系統(tǒng)控制網(wǎng)連接（見圖2）。

3.2.1 顯示單元輸入接口

監(jiān)管大廳共有152塊DLP顯示單元，其中中間區(qū)域24塊顯示單元已經(jīng)具備雙路信號(hào)輸入模塊，因此還需增加128塊信號(hào)輸入接口卡。增加后每個(gè)DLP顯示單元具備雙路輸入接口，一路用于與PixelNet顯示控制系統(tǒng)相連，一路用于與4K拼接顯示系統(tǒng)相連。

3.2.2 4K信號(hào)輸入節(jié)點(diǎn)

共配置50臺(tái)4K信號(hào)輸入節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)支持將1路最高分辨率為4096*2160分辨率的視頻信號(hào)編碼。信號(hào)輸入接口為HDMI2.0或DP1.2，支持最高4K@60Hz，支持8-bit 4：4：4， 10-bit 4：2：2， 10-bit and12-bit4：2：0。具備HDR、Deep Color等高亮度寬域色彩顯示支持及對(duì)4K信號(hào)的無損傳輸。編碼輸出采用10G以太網(wǎng)SFP+接口。

3.2.3 4K信號(hào)輸出節(jié)點(diǎn)

共配置158臺(tái)4K信號(hào)輸出節(jié)點(diǎn)，其中152臺(tái)用于監(jiān)管大廳DLP顯示單元，其余6臺(tái)冗余備份。每個(gè)節(jié)點(diǎn)支持1路最高分辨率為4096*2160分辨率的視頻信號(hào)輸出。信號(hào)輸出接口為HDMI2.0，支持最高4K@60Hz，支持8-bit4：4：4，10-bit 4：2：2，10-bit and 12-bit4：2：0。具備HDR、Deep Color等高亮度寬域色彩顯示支持及對(duì)4K信號(hào)的無損傳輸。信號(hào)輸入采用10G以太網(wǎng)SFP+接口。支持對(duì)信號(hào)的多畫面拼接、跨屏顯示，支持多屏見信號(hào)同步和邊框補(bǔ)償。

3.2.4 視頻數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)

配置1臺(tái)4K信號(hào)數(shù)據(jù)交換設(shè)備，具備240路10Gb SFP+接口，每路視頻傳輸帶寬為3至9Gbps，傳輸延遲不超過100μs。

3.2.5 控制節(jié)點(diǎn)

共配置2臺(tái)控制節(jié)點(diǎn)（一主一備），用于對(duì)輸入和輸出節(jié)點(diǎn)的管理，采用WEB配置方式，最多可管理600個(gè)輸入/輸出節(jié)點(diǎn)。支持輸入、輸出節(jié)點(diǎn)配置，支持顯示布局配置，支持對(duì)輸入、輸出節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)控。

3.2.6 視頻特效處理

配置1臺(tái)視頻特效處理器，可靈活擴(kuò)展的基于硬件的多屏視頻處理器，支持80兆像素帶寬。支持自定義任意分辨率的畫布，畫布縱向分辨率不小于6480像素;輸入信號(hào)可輸入作為畫布的圖層，輸出信號(hào)從畫布中截取用戶需要的分辨率。所有輸入輸出支持時(shí)鐘鎖定，避免圖像撕裂;所有輸入輸出可定義分辨率和刷新頻率。支持淡入淡出、水平飛入、垂直飛入等視頻效果。支持創(chuàng)建任何種類的窗口邊框或陰影，且邊框、陰影的顏色、寬度、柔和度、陰影偏移和透明度可以調(diào)節(jié)。

能夠最大可擴(kuò)容到24路無壓縮4096*2400@60Hz輸入和16路無壓縮4096*2400@60Hz輸出;支持多種分辨率，多種類型設(shè)備的輸入及輸出的任意轉(zhuǎn)換;掃描頻率最大支持到120Hz;顏色位深支持12bit;輸入信號(hào)可以在畫布中自由放置和縮放;支持最大4096*2400的靜態(tài)圖像作為背景圖層;支持單一顯示設(shè)備預(yù)覽覽視頻處理器最終多屏效果;支持多點(diǎn)通過IP同時(shí)連接到視頻處理設(shè)備并進(jìn)行控制。

4. 發(fā)展趨勢

隨著生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系的變革，我國廣電媒體行業(yè)在不斷進(jìn)步，廣播電視技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。從世界主流發(fā)展趨勢來看，全球廣播電視節(jié)目已由高清、4K向8K超清晰進(jìn)行發(fā)展轉(zhuǎn)變，而我國廣播電視技術(shù)與世界發(fā)達(dá)國家相比發(fā)展較為緩慢，我國廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)依然不成熟，與發(fā)達(dá)國家差距較大，國有品牌無論在技術(shù)水平方面還是在運(yùn)行穩(wěn)定性方面都有不足。媒體融合深度推進(jìn)，帶來了廣電媒體業(yè)務(wù)形態(tài)的進(jìn)一步轉(zhuǎn)變，在這轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，我國政府廣電部門應(yīng)加大資金、技術(shù)投入，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)解決廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)難題，縮小與國外發(fā)達(dá)國家差距。

未來的超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)更注重于將監(jiān)測內(nèi)容圖像質(zhì)量還原的更為真實(shí)清晰。對(duì)于超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即注重拼接控制系統(tǒng)的功能性，也注重大屏幕顯示系統(tǒng)的分辨率，這兩個(gè)因素都會(huì)對(duì)用戶的滿意度形成直接影響。隨著大屏幕拼接顯示系統(tǒng)應(yīng)用中數(shù)據(jù)和視頻內(nèi)容的日益復(fù)雜，如何使拼接系統(tǒng)圖像更加完整和完善，將成為未來大屏幕拼接行業(yè)追求目標(biāo)。

5. 結(jié)束語

本文重點(diǎn)對(duì)廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行研究分析，對(duì)市場中大屏幕顯示系統(tǒng)以及拼接控制系統(tǒng)進(jìn)行了分類闡述，并結(jié)合廣電總局監(jiān)管中心4K超高清拼接顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，對(duì)我國未來廣播電視拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了分析，點(diǎn)明未來大屏幕拼接顯示系統(tǒng)更具有多樣性，對(duì)監(jiān)測圖像的分辨率、真實(shí)性要求更高，我國政府廣電部門應(yīng)抓緊時(shí)機(jī)，投入更多技術(shù)力量，以求取得突破。

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