高清新聞直播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

曹 政

（蒙城縣廣播電視臺(tái)，安徽 亳州 233500）

0 引 言

隨著視訊技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶的需求也在日益提高，傳統(tǒng)的直播系統(tǒng)在很大程度上已不能滿足部分用戶的需求。高清直播新聞系統(tǒng)是可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)節(jié)目或電視節(jié)目的系統(tǒng)，具有音頻與影像同步傳輸及可自動(dòng)化保存等特點(diǎn)。當(dāng)前，高清新聞直播系統(tǒng)伴隨著數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)等的不斷發(fā)展而逐漸得到廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提升了新聞信息傳播的高效性與時(shí)效性，同時(shí)也有助于提升新聞信息的編排及播放質(zhì)量，適應(yīng)現(xiàn)階段融媒體技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用需要。高清數(shù)字化新聞直播系統(tǒng)通過(guò)配置新型直播集成技術(shù)，有效地滿足了新聞傳播的需求，并結(jié)合現(xiàn)代化視頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、同步系統(tǒng)及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可更加直觀、有效地展示新聞素材，提供多視角的視聽(tīng)體驗(yàn)?；诖耍疚膹奶嵘咔逯辈ハ到y(tǒng)的整體性能出發(fā)，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用案例，對(duì)實(shí)際項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，并對(duì)直播集成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行剖析，結(jié)合各系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案提升系統(tǒng)整體的可靠性，為實(shí)現(xiàn)融媒體的推廣應(yīng)用奠定基石。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

高清直播新聞系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)（攝像機(jī)）、電視信號(hào)（如電視節(jié)目、錄像帶）等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，編碼成標(biāo)準(zhǔn)流式數(shù)據(jù)（FLV、WMV格式）進(jìn)行管理、分類等，傳送到服務(wù)器上以頁(yè)面形式發(fā)布出去，供受眾通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)觀看到現(xiàn)場(chǎng)節(jié)目或電視節(jié)目，主要用于重大會(huì)議、體育賽事、文藝演出等的現(xiàn)場(chǎng)直播和“4K+5G”錄制。該系統(tǒng)在整體設(shè)計(jì)原則上需確保系統(tǒng)的安全可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、功能完備性、操作靈活性、投資經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)美觀性及兼容開(kāi)放性等特點(diǎn)。其中，針對(duì)安全可靠性需求方面，對(duì)于系統(tǒng)各類設(shè)備的選型需保證設(shè)備穩(wěn)定、可靠，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足高魯棒性要求，無(wú)單一崩潰結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，并具備完善的設(shè)計(jì)方案，保證應(yīng)急操作安全便捷。對(duì)于影響系統(tǒng)性能及可靠性的關(guān)鍵設(shè)備，需考慮冗余設(shè)計(jì)，供電回路設(shè)計(jì)中負(fù)荷設(shè)計(jì)合理，并充分考慮地線在整個(gè)供電系統(tǒng)和設(shè)備安全運(yùn)行中的作用[1]。系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)要滿足可追溯性要求，便于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用于故障檢測(cè)及預(yù)警等。在技術(shù)先進(jìn)性方面，直播系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要著眼于未來(lái)電視直播事業(yè)的發(fā)展，設(shè)備選型和配置需充分剖析其未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向，優(yōu)選性能高、技術(shù)先進(jìn)的設(shè)備和系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面需保證與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)同步。設(shè)備選型應(yīng)采用穩(wěn)定成熟的前沿技術(shù)，整體布局采用先進(jìn)的制作工藝，在主、客觀兩個(gè)層面確保系統(tǒng)的質(zhì)量。在功能完備性方面，系統(tǒng)需預(yù)留功能升級(jí)和擴(kuò)展空間[2]，整體框架、系統(tǒng)接口及相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)備均留有充足的可擴(kuò)展余地，徹底解決高清標(biāo)清兼容的問(wèn)題，整個(gè)直播系統(tǒng)的空間布局及設(shè)計(jì)充分兼顧未來(lái)的擴(kuò)展升級(jí)需求。在操作靈活性方面，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)需要在滿足各功能部件可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提升系統(tǒng)操作的靈活性，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活的系統(tǒng)信號(hào)調(diào)配和便捷的維護(hù)管理。投資經(jīng)濟(jì)性主要考慮對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的統(tǒng)籌規(guī)劃，需要在兼顧系統(tǒng)功能需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的成本控制。系統(tǒng)美觀性方面，需要滿足對(duì)電視墻、操作臺(tái)等外觀設(shè)計(jì)的美觀性需求，整體功能區(qū)布局合理，同時(shí)兼具現(xiàn)場(chǎng)的觀賞性和電視鏡頭的美觀大氣特點(diǎn)。在系統(tǒng)開(kāi)放性方面，考慮輸入、輸出信號(hào)的復(fù)雜性、直播環(huán)境的復(fù)雜性。系統(tǒng)需基于模塊化設(shè)計(jì)展開(kāi)，保證良好的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)信號(hào)端口需滿足復(fù)雜的互聯(lián)互通需求。

在上述系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)原則要求的基礎(chǔ)上，開(kāi)展高清新聞直播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)集成多種數(shù)字化接口，搭配主備用核心進(jìn)行高效的信號(hào)采集及處理，以滿足新媒體對(duì)高質(zhì)量音視頻的需求。

2 高清直播系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，高清直播系統(tǒng)信息化建設(shè)勢(shì)在必行。文章分別針對(duì)各子系統(tǒng)，如視頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、同步系統(tǒng)以及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行介紹，以推進(jìn)高清新聞直播系統(tǒng)的優(yōu)化和發(fā)展。

2.1 視頻系統(tǒng)

實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，直播集成系統(tǒng)配置了基于高清數(shù)字切換、多通道、多種類數(shù)字輸入輸出端口的矩陣型設(shè)計(jì)的視頻終端系統(tǒng)，采用4臺(tái)高清攝像機(jī)用于視頻信號(hào)的采集，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的信號(hào)采集及處理，配置高性能集成電路以及AD（模數(shù)）轉(zhuǎn)換回路，可完成對(duì)各種視頻信號(hào)的非線性處理。數(shù)字化設(shè)計(jì)極大地提升了視頻系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量、性能及可靠性。其中，相機(jī)配置了數(shù)字化集成電路，具有主雜散光、補(bǔ)充、輪廓補(bǔ)償?shù)裙δ躘3]。

結(jié)合本項(xiàng)目配置，視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括信號(hào)顯示、信號(hào)調(diào)度處理、輸入輸出設(shè)計(jì)等模塊。其中，在信號(hào)調(diào)度處理方面，該系統(tǒng)配置了切換臺(tái)、矩陣及機(jī)箱等設(shè)備。切換臺(tái)配置了先進(jìn)的包含處理器、存儲(chǔ)器和片上邏輯的集成電路（System On Chip，SOC）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多功能擴(kuò)展，滿足對(duì)系統(tǒng)兼容性及可擴(kuò)展性的需求。SONY切換臺(tái)標(biāo)配多通道2.5D特技，并采用了主備切換臺(tái)設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)需求。輸出、輸入信號(hào)經(jīng)矩陣調(diào)度處理系統(tǒng)處理后，矩陣調(diào)度系統(tǒng)可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分配，基于矩陣調(diào)度實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作，并提升系統(tǒng)的容錯(cuò)率。視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

視頻信號(hào)的顯示主要通過(guò)畫面分割器和電視墻等實(shí)現(xiàn)。該視頻系統(tǒng)配置了多畫面處理和輸出板卡，支持動(dòng)態(tài)UMD顯示、HDMI/HDSDI輸出，有效提升了系統(tǒng)的兼容性，降低了故障率。集成輸入、輸出部分通過(guò)機(jī)箱、監(jiān)視器等實(shí)現(xiàn)信號(hào)的同步，可支持多種信號(hào)輸入的直播制作，滿足融媒體多種類多通道的處理需求。演播室攝像機(jī)可提供更佳畫質(zhì)，使得畫面豐富自然。圖文在線包裝系統(tǒng)圖形工作站采用Linux系統(tǒng)，通過(guò)虛擬系統(tǒng)建立與機(jī)器人攝像機(jī)的連接。系統(tǒng)采用冗余雙電源回路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備資源的最大化利用，并有效保證設(shè)備及系統(tǒng)的運(yùn)行性能，滿足在同一演播室的不同區(qū)域完成不同風(fēng)格節(jié)目的錄制。對(duì)于外來(lái)信號(hào)，可以支持模擬、標(biāo)清、高清多種格式。輸出部分配置延時(shí)器、回采服務(wù)器及藍(lán)光錄機(jī)等，實(shí)現(xiàn)了高性能視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.2 音頻系統(tǒng)

為提升音頻處理的準(zhǔn)確性及直播的安全高效性，該系統(tǒng)配置了數(shù)字化音頻系統(tǒng)。音頻子系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)配置了雙音頻處理核心，支持?jǐn)?shù)字化傳輸及信息處理應(yīng)用，并配置合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以提升魯棒性。其中，雙音頻處理核心為主備核心設(shè)計(jì)，兩臺(tái)音頻處理核心模塊可互為備用模塊，避免因一臺(tái)音頻核心故障導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。數(shù)字化音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。其中，外部輸入音源信號(hào)經(jīng)輸入跳線盤傳輸至主調(diào)音臺(tái)或備調(diào)音臺(tái)處理后，經(jīng)輸出跳線盤輸出至二選一切換器[4]，可實(shí)現(xiàn)多終端傳輸，如耦合器、P2錄機(jī)、服務(wù)器及監(jiān)聽(tīng)器等。圖3所示為數(shù)字化音頻系統(tǒng)輸入端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，主備音頻核心互為備用，均可實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)輸入、分析處理及輸出的功能。該設(shè)計(jì)有效地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)架構(gòu)，降低了故障診斷和維護(hù)的難度，并預(yù)留了后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)的空間。

圖2 數(shù)字化音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖3 數(shù)字化音頻系統(tǒng)輸入端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)字化音頻系統(tǒng)輸入端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地提升了系統(tǒng)的魯棒性和靈活性，依托數(shù)字調(diào)音臺(tái)強(qiáng)大的音頻處理能力，降低了系統(tǒng)對(duì)周邊設(shè)備的依賴，直觀地反映出音頻信號(hào)的質(zhì)量，并結(jié)合多通道輸出特性，有效地提升了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和魯棒性，降低了內(nèi)部損耗。

此外，該音頻系統(tǒng)可有效兼容多樣化的信號(hào)輸入。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效的結(jié)合，提升了信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸?shù)哪芰?，提升了直播系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，滿足對(duì)兼容性和可擴(kuò)展性的需求?？紤]到音頻信號(hào)采樣質(zhì)量的提升，對(duì)拾音處理進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)接入口進(jìn)行限幅處理，保證直播中的音頻信號(hào)質(zhì)量[5]。

最后，借助專業(yè)音頻監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)音頻系統(tǒng)進(jìn)行多通道性能檢測(cè)，以驗(yàn)證功能的滿足性以及設(shè)計(jì)需求的符合性。

2.3 同步系統(tǒng)

該同步系統(tǒng)主要采用了YTY的信號(hào)同步實(shí)現(xiàn)方式，并預(yù)留了備份同步方式的功能，結(jié)合相應(yīng)輸入、輸出端口的配置與預(yù)留，采用標(biāo)準(zhǔn)的直播演播室設(shè)計(jì)形式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冗余備份和自動(dòng)倒換功能。同步視分板卡分別放置于不同的機(jī)箱，以避免出現(xiàn)單一崩潰點(diǎn)。同步信號(hào)全部采用BB信號(hào)，音頻系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)音臺(tái)使用Word Clock信號(hào)。

2.4 其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)

2.4.1 Tally系統(tǒng)

隨著電視制作形式的不斷創(chuàng)新，全媒體電視、多信號(hào)源、虛擬植入等的應(yīng)用，并行Tally的方式已不能滿足實(shí)際使用要求。因此，在本項(xiàng)目采用了動(dòng)態(tài)Tally、源名跟隨技術(shù)，支持眾多廠家的協(xié)議，與矩陣、切換臺(tái)、畫分配合，適應(yīng)了電視節(jié)目制作多樣化的要求。

Tally系統(tǒng)配置核心控制器，輸出UMD信號(hào)至分割器及CCU，另輸出一路GPI觸發(fā)信號(hào)至CCU?；趆link協(xié)議完成信息的交互與處理，接入了開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)與視頻系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制。在信息傳播方面，由交換機(jī)、切換臺(tái)發(fā)出的信息傳輸至主備Tally系統(tǒng)處理后，可向攝像機(jī)或畫分MUH傳輸，實(shí)現(xiàn)信息的共享與顯示。此外，應(yīng)急運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也可通過(guò)信息切換實(shí)現(xiàn)串行信號(hào)的傳輸。

2.4.2 通話系統(tǒng)

系統(tǒng)配置通話主站、通道通話主站用于內(nèi)部的通信聯(lián)絡(luò)，通過(guò)信號(hào)源接入端的有效設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多等通話方式，并配置了有線通話系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通話。

2.4.3 時(shí)鐘系統(tǒng)

演播室配備GPS高穩(wěn)主時(shí)鐘，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)GPS校頻定時(shí)鐘輸出時(shí)碼信號(hào)，并能夠通過(guò)外部IT時(shí)間碼獲取時(shí)鐘信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的時(shí)鐘信息更新及校準(zhǔn)，或接受強(qiáng)制鎖定的時(shí)鐘信息。時(shí)鐘顯示配置了可進(jìn)行多組預(yù)設(shè)的倒計(jì)時(shí)控制器，實(shí)現(xiàn)了不同功能分區(qū)的同步顯示，并保證嚴(yán)格一致性，可自由設(shè)置正計(jì)時(shí)、倒計(jì)時(shí)、開(kāi)播時(shí)間等功能顯示，并可接收由倒計(jì)時(shí)控制器輸出的倒計(jì)時(shí)時(shí)碼。

2.4.4 監(jiān)看系統(tǒng)

演播室監(jiān)看系統(tǒng)配置了格非四畫面分割顯示技術(shù)，服從矩陣調(diào)度，通過(guò)矩陣面板實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)與管理。此外，高清新聞直播系統(tǒng)還配置了在線字幕系統(tǒng)完成直播字幕的輸出，配置4G連線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)外采現(xiàn)場(chǎng)直播報(bào)道連線，增加新聞媒體的互動(dòng)性。實(shí)際設(shè)計(jì)方案中，高清數(shù)字接口特性和信號(hào)格式、模擬音頻特性、音頻接口特性以及音視頻相對(duì)延時(shí)黑場(chǎng)同步特性均符合國(guó)標(biāo)要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

高清新聞直播系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提升了新聞信息傳播的高效性與時(shí)效性，同時(shí)也有助于提升新聞信息的編排及播放質(zhì)量，適應(yīng)現(xiàn)階段融媒體技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用需要。通過(guò)集成式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可以顯著提升系統(tǒng)整體的可靠性，有利于推動(dòng)融媒體技術(shù)的推廣與應(yīng)用。