高清新聞直播系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

曹 政

（蒙城縣廣播電視臺，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)是可通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸現(xiàn)場節(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化保存等特點。當前，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效性，同時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，提供多視角的視聽體驗?；诖?，本文從提升高清直播系統(tǒng)的整體性能出發(fā)，結(jié)合實際項目應(yīng)用案例，對實際項目系統(tǒng)設(shè)計進行介紹，并對直播集成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的設(shè)計要點進行剖析，結(jié)合各系統(tǒng)設(shè)計方案提升系統(tǒng)整體的可靠性，為實現(xiàn)融媒體的推廣應(yīng)用奠定基石。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

高清直播新聞系統(tǒng)對現(xiàn)場的信號（攝像機）、電視信號（如電視節(jié)目、錄像帶）等進行實時采集，編碼成標準流式數(shù)據(jù)（FLV、WMV格式）進行管理、分類等，傳送到服務(wù)器上以頁面形式發(fā)布出去，供受眾通過網(wǎng)絡(luò)實時觀看到現(xiàn)場節(jié)目或電視節(jié)目，主要用于重大會議、體育賽事、文藝演出等的現(xiàn)場直播和“4K+5G”錄制。該系統(tǒng)在整體設(shè)計原則上需確保系統(tǒng)的安全可靠性、技術(shù)先進性、功能完備性、操作靈活性、投資經(jīng)濟性、系統(tǒng)美觀性及兼容開放性等特點。其中，針對安全可靠性需求方面，對于系統(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)計要滿足高魯棒性要求，無單一崩潰結(jié)構(gòu)節(jié)點，并具備完善的設(shè)計方案，保證應(yīng)急操作安全便捷。對于影響系統(tǒng)性能及可靠性的關(guān)鍵設(shè)備，需考慮冗余設(shè)計，供電回路設(shè)計中負荷設(shè)計合理，并充分考慮地線在整個供電系統(tǒng)和設(shè)備安全運行中的作用[1]。系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)要滿足可追溯性要求，便于對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行分析，用于故障檢測及預(yù)警等。在技術(shù)先進性方面，直播系統(tǒng)設(shè)計需要著眼于未來電視直播事業(yè)的發(fā)展，設(shè)備選型和配置需充分剖析其未來技術(shù)發(fā)展方向，優(yōu)選性能高、技術(shù)先進的設(shè)備和系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計方面需保證與國際先進技術(shù)同步。設(shè)備選型應(yīng)采用穩(wěn)定成熟的前沿技術(shù)，整體布局采用先進的制作工藝，在主、客觀兩個層面確保系統(tǒng)的質(zhì)量。在功能完備性方面，系統(tǒng)需預(yù)留功能升級和擴展空間[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展余地，徹底解決高清標清兼容的問題，整個直播系統(tǒng)的空間布局及設(shè)計充分兼顧未來的擴展升級需求。在操作靈活性方面，系統(tǒng)整體設(shè)計需要在滿足各功能部件可靠運行的基礎(chǔ)上，提升系統(tǒng)操作的靈活性，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)靈活的系統(tǒng)信號調(diào)配和便捷的維護管理。投資經(jīng)濟性主要考慮對整個系統(tǒng)進行科學(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，實現(xiàn)最優(yōu)的成本控制。系統(tǒng)美觀性方面，需要滿足對電視墻、操作臺等外觀設(shè)計的美觀性需求，整體功能區(qū)布局合理，同時兼具現(xiàn)場的觀賞性和電視鏡頭的美觀大氣特點。在系統(tǒng)開放性方面，考慮輸入、輸出信號的復(fù)雜性、直播環(huán)境的復(fù)雜性。系統(tǒng)需基于模塊化設(shè)計展開，保證良好的可擴展性，系統(tǒng)信號端口需滿足復(fù)雜的互聯(lián)互通需求。

在上述系統(tǒng)整體設(shè)計原則要求的基礎(chǔ)上，開展高清新聞直播系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)集成多種數(shù)字化接口，搭配主備用核心進行高效的信號采集及處理，以滿足新媒體對高質(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

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，高清直播系統(tǒng)信息化建設(shè)勢在必行。文章分別針對各子系統(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)計要點進行介紹，以推進高清新聞直播系統(tǒng)的優(yōu)化和發(fā)展。

2.1 視頻系統(tǒng)

實際項目應(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)計的視頻終端系統(tǒng)，采用4臺高清攝像機用于視頻信號的采集，實現(xiàn)高質(zhì)量的信號采集及處理，配置高性能集成電路以及AD（模數(shù)）轉(zhuǎn)換回路，可完成對各種視頻信號的非線性處理。數(shù)字化設(shè)計極大地提升了視頻系統(tǒng)信號質(zhì)量、性能及可靠性。其中，相機配置了數(shù)字化集成電路，具有主雜散光、補充、輪廓補償?shù)裙δ躘3]。

結(jié)合本項目配置，視頻系統(tǒng)設(shè)計包括信號顯示、信號調(diào)度處理、輸入輸出設(shè)計等模塊。其中，在信號調(diào)度處理方面，該系統(tǒng)配置了切換臺、矩陣及機箱等設(shè)備。切換臺配置了先進的包含處理器、存儲器和片上邏輯的集成電路（System On Chip，SOC）技術(shù)，實現(xiàn)了多功能擴展，滿足對系統(tǒng)兼容性及可擴展性的需求。SONY切換臺標配多通道2.5D特技，并采用了主備切換臺設(shè)計，滿足系統(tǒng)的可靠性設(shè)計需求。輸出、輸入信號經(jīng)矩陣調(diào)度處理系統(tǒng)處理后，矩陣調(diào)度系統(tǒng)可對輸入信號進行分配，基于矩陣調(diào)度實現(xiàn)復(fù)雜操作，并提升系統(tǒng)的容錯率。視頻系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

圖1 視頻系統(tǒng)設(shè)計示意圖

視頻信號的顯示主要通過畫面分割器和電視墻等實現(xiàn)。該視頻系統(tǒng)配置了多畫面處理和輸出板卡，支持動態(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、輸出部分通過機箱、監(jiān)視器等實現(xiàn)信號的同步，可支持多種信號輸入的直播制作，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)，通過虛擬系統(tǒng)建立與機器人攝像機的連接。系統(tǒng)采用冗余雙電源回路設(shè)計，實現(xiàn)了對設(shè)備資源的最大化利用，并有效保證設(shè)備及系統(tǒng)的運行性能，滿足在同一演播室的不同區(qū)域完成不同風格節(jié)目的錄制。對于外來信號，可以支持模擬、標清、高清多種格式。輸出部分配置延時器、回采服務(wù)器及藍光錄機等，實現(xiàn)了高性能視頻系統(tǒng)的設(shè)計。

2.2 音頻系統(tǒng)

為提升音頻處理的準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，支持數(shù)字化傳輸及信息處理應(yīng)用，并配置合理的拓撲結(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，兩臺音頻處理核心模塊可互為備用模塊，避免因一臺音頻核心故障導(dǎo)致系統(tǒng)無法運行。數(shù)字化音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。其中，外部輸入音源信號經(jīng)輸入跳線盤傳輸至主調(diào)音臺或備調(diào)音臺處理后，經(jīng)輸出跳線盤輸出至二選一切換器[4]，可實現(xiàn)多終端傳輸，如耦合器、P2錄機、服務(wù)器及監(jiān)聽器等。圖3所示為數(shù)字化音頻系統(tǒng)輸入端拓撲結(jié)構(gòu)示意圖，主備音頻核心互為備用，均可實現(xiàn)音頻信號輸入、分析處理及輸出的功能。該設(shè)計有效地簡化了系統(tǒng)架構(gòu)，降低了故障診斷和維護的難度，并預(yù)留了后續(xù)系統(tǒng)升級的空間。

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

圖3 數(shù)字化音頻系統(tǒng)輸入端拓撲結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)字化音頻系統(tǒng)輸入端拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，有效地提升了系統(tǒng)的魯棒性和靈活性，依托數(shù)字調(diào)音臺強大的音頻處理能力，降低了系統(tǒng)對周邊設(shè)備的依賴，直觀地反映出音頻信號的質(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輸入。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計將環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)和星型拓撲結(jié)構(gòu)進行了有效的結(jié)合，提升了信號實時傳輸?shù)哪芰?，提升了直播系統(tǒng)的抗風險能力，滿足對兼容性和可擴展性的需求?？紤]到音頻信號采樣質(zhì)量的提升，對拾音處理進行了優(yōu)化設(shè)計，并對接入口進行限幅處理，保證直播中的音頻信號質(zhì)量[5]。

最后，借助專業(yè)音頻監(jiān)測設(shè)備對音頻系統(tǒng)進行多通道性能檢測，以驗證功能的滿足性以及設(shè)計需求的符合性。

2.3 同步系統(tǒng)

該同步系統(tǒng)主要采用了YTY的信號同步實現(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，采用標準的直播演播室設(shè)計形式實現(xiàn)系統(tǒng)的冗余備份和自動倒換功能。同步視分板卡分別放置于不同的機箱，以避免出現(xiàn)單一崩潰點。同步信號全部采用BB信號，音頻系統(tǒng)兩個調(diào)音臺使用Word Clock信號。

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、多信號源、虛擬植入等的應(yīng)用，并行Tally的方式已不能滿足實際使用要求。因此，在本項目采用了動態(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、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信號至分割器及CCU，另輸出一路GPI觸發(fā)信號至CCU?；趆link協(xié)議完成信息的交互與處理，接入了開關(guān)，實現(xiàn)與視頻系統(tǒng)的聯(lián)動控制。在信息傳播方面，由交換機、切換臺發(fā)出的信息傳輸至主備Tally系統(tǒng)處理后，可向攝像機或畫分MUH傳輸，實現(xiàn)信息的共享與顯示。此外，應(yīng)急運轉(zhuǎn)時也可通過信息切換實現(xiàn)串行信號的傳輸。

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)，通過信號源接入端的有效設(shè)計，實現(xiàn)了點對點、點對多等通話方式，并配置了有線通話系統(tǒng)，實現(xiàn)單獨的點對點通話。

2.4.3 時鐘系統(tǒng)

演播室配備GPS高穩(wěn)主時鐘，可實現(xiàn)通過GPS校頻定時鐘輸出時碼信號，并能夠通過外部IT時間碼獲取時鐘信息，并進行實時的時鐘信息更新及校準，或接受強制鎖定的時鐘信息。時鐘顯示配置了可進行多組預(yù)設(shè)的倒計時控制器，實現(xiàn)了不同功能分區(qū)的同步顯示，并保證嚴格一致性，可自由設(shè)置正計時、倒計時、開播時間等功能顯示，并可接收由倒計時控制器輸出的倒計時時碼。

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，通過矩陣面板實現(xiàn)全系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點的運行參數(shù)監(jiān)測與管理。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)實現(xiàn)外采現(xiàn)場直播報道連線，增加新聞媒體的互動性。實際設(shè)計方案中，高清數(shù)字接口特性和信號格式、模擬音頻特性、音頻接口特性以及音視頻相對延時黑場同步特性均符合國標要求。

3 結(jié) 語

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效性，同時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。通過集成式系統(tǒng)設(shè)計方案可以顯著提升系統(tǒng)整體的可靠性，有利于推動融媒體技術(shù)的推廣與應(yīng)用。