數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

■ 甘肅省張掖市廣播電視臺：劉曉峰

隨著數(shù)字電視技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)融媒體技術(shù)的快速發(fā)展，高清直播已成為數(shù)字電視直播的發(fā)展趨勢和要求。2018年國家廣電總局印發(fā)了《關(guān)于加快推進高清電視發(fā)展的通知》，對數(shù)字電視的高清化改造提出了明確的時間規(guī)劃，并提出“省級和發(fā)達地級臺基本實現(xiàn)高清化、地級及以上臺主要頻道實現(xiàn)高標清同播”的指導意見。因此地方電視臺按照總局提出的“不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟、又安全”的總體方針，進行高標清同播系統(tǒng)改造具有積極的意義。

1.數(shù)字電視高標清同播的要求

為實現(xiàn)數(shù)字電視地方臺的高標清同播改造升級的標準化，需要建立高標清同播的規(guī)范化標準，并明確規(guī)范要求。要依照廣電總局提出的規(guī)劃要求，電視高標清同播率要實現(xiàn)100%，并按照頻道收視率劃分的時段，在18:30至23:00時間段必須實現(xiàn)高清化直播，且在頻道右上角標注“高清”標志。對于高標清節(jié)目圖像制作的技術(shù)方面，必須堅持三個原則，即同一節(jié)目內(nèi)高清節(jié)目畫面幅型比應(yīng)保持統(tǒng)一，同播的標清節(jié)目不能上下遮幅且圖形字幕位于畫面內(nèi)，高標清節(jié)目素材轉(zhuǎn)換時不應(yīng)產(chǎn)生圖像變形。對于不同類型的電視節(jié)目，在制作時需要明確技術(shù)標準和要求，包括構(gòu)圖方式、4:3保護、字幕、音頻等幾個方面，比如新聞類節(jié)目采用高清16:9的構(gòu)圖方式，采取4:3保護，字幕置于4:3保護框內(nèi)，采用立體音或雙聲道音頻。

對于高標清同播播出技術(shù)要求方面，不同類型的播出方式具有不同的要求。一是高清節(jié)目源的高清播出，構(gòu)圖拍攝制作采用16:9標準，或者4:3保護框構(gòu)圖拍攝與制作的節(jié)目源，高清節(jié)目播出時以16:9的正常畫面播出；二是高清節(jié)目源的標清播出，這時需要采用上下加黑邊下變換播出的方式，要確保畫面信息不缺失、丟失、遮擋等問題；三是標清節(jié)目源的高清播出，節(jié)目源采取4:3構(gòu)圖拍攝制作，上下加黑邊遮幅構(gòu)圖，播出時采取左右加黑邊上變換播出的方式，要確保畫面信息不缺失、丟失和遮擋。采用上下切邊上變換播出方式時，要確保畫面充滿屏幕，畫面信息基本不丟失；四是標清節(jié)目源的標清播出，采用4:3正常畫面播出方式即可。

在高標清同播技術(shù)審查和質(zhì)量管控要求方面，數(shù)字電視節(jié)目的拍攝、錄制與制作中，上下變換等設(shè)備的選型、編碼格式、碼率選用等技術(shù)管控環(huán)節(jié)都需要確保規(guī)劃設(shè)計的統(tǒng)一性，而且在上下變換操作中，次數(shù)不超過兩次，減少不同格式間的多次轉(zhuǎn)換。節(jié)目錄制完成后需標注高標清類型、聲道、幅型比等信息。節(jié)目播出時，如果采用了AFD標識自動變換，則需進行嚴格的AFD信息檢查，確保其與節(jié)目單幅型比信息一致，以及變換效果的一致性。

2.高標清同播的模式

地方電視臺的數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)改造與優(yōu)化的實現(xiàn)，一方面需要貫徹落實廣電總局關(guān)于“數(shù)字電視高標清同播”的指導思想和要求，另一方面也需要結(jié)合電視臺的實際情況，在技術(shù)條件、資源條件等滿足的情況下，進行科學合理的數(shù)字電視高標清同播模式選擇與優(yōu)化。

一是獨立高標清頻道同播，即在同一電視頻道，建立兩套相互獨立的高清播出和標清播出系統(tǒng)，且各自獨立完成節(jié)目編排、備播、傳輸?shù)热蝿?wù)，且兩套播出系統(tǒng)互不干預，各自具有獨立的團隊，在節(jié)目單的計劃下實現(xiàn)同播的目的。這種方式雖然較為獨立，且效率和質(zhì)量較高，但節(jié)目播出成本也較高，而且節(jié)目編排和調(diào)整難度大，對于地方電視臺而言并不具備如此資源規(guī)模，而且綜合效益不佳。

二是共享同播模式，即高清播出與表情播出共用一個播出系統(tǒng)，二者共享素材文件，簡化文件傳播流程。這種模式下，高標清節(jié)目信號源采用二級存儲的方式，在兩套保存切換系統(tǒng)上實現(xiàn)高清切換臺或標清切換臺，從而得到高清編碼或標清編碼，實現(xiàn)高標清同播。

三是“高清信號切換+高標清字幕同播”的模式，這種播出模式在同一信號源下采用一個切換系統(tǒng)、一個節(jié)目播出單，以切換臺的方式，高清信號為“主控”播出信號源，以高清鍵控器或切換臺疊加高清臺標和字幕以及“高清”標識形成高清播出信號。而標清播出節(jié)目則需進行下變換，根據(jù)AFD值變換形成標清信號，在鍵控器與標清字幕機的編排下形成標清編碼，輸出標清信號，從而實現(xiàn)標清播出。這種模式大大降低了節(jié)目成本，但節(jié)目圖文包裝復雜，工作量大且同步調(diào)整難度大。

四是“高清信號切換+高清字幕固定模式下變換同播”模式，這種高標清同播模式相對于“高清信號切換+高標清字幕同播”模式則更加簡便快捷，其僅采用一套節(jié)目播出單和一套字幕播出單即可實現(xiàn)高標清信號的切換。一路信號高清疊加并標識“高清”字樣形成高清信號，另一路信號采用固定模式下變換形成標清信號，從而實現(xiàn)高標清同播。這種數(shù)字電視高標清同播模式對播出系統(tǒng)的要求降低，也降低了節(jié)目成本，但高標清信號轉(zhuǎn)換時只能采用固定的下變換方式，且16:9擠壓效果最好。

3.數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)設(shè)計

考慮到廣電總局提出的數(shù)字電視高標清同播要求，結(jié)合電視臺實際情況，在62號令實施細則要求下，對數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。高標清同播系統(tǒng)在優(yōu)化設(shè)計中需具備顯著的特征，以滿足高標清同播的要求。高標清同播采用兩條獨立通路且互為備份，高清播出通路末級經(jīng)下變換生成標清信號，下變換方式為“擠壓”方式；電視節(jié)目交播介質(zhì)、視頻編碼、音頻、藍光盤等需要有特定的標準。高標清同播系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計中的非核心播出設(shè)備可與其他頻道同用，以降低優(yōu)化成本。

3.1 信號源

數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中的所有播出信號源都經(jīng)視分分配后送至主備切換臺，實現(xiàn)播出信號源在高標清播出時的自動切換。播出信號源的組成應(yīng)包括播出視頻服務(wù)器、墊播服務(wù)器、藍光錄像機、測試信號發(fā)生器、總控線路信號、字幕機、臺標機等。從數(shù)字電視臺節(jié)目播出清單的實際情況來看，全天有超過一半時間的節(jié)目是依賴于視頻服務(wù)器的文件，因此視頻服務(wù)器設(shè)計為兩臺服務(wù)器，分為“主控”和“備用”，“主控”視頻服務(wù)器配有4路編解碼通道，分別實現(xiàn)緊急上載、緊急上載瀏覽、素材瀏覽、主播出等功能，即緊急上載主通道、緊急上載瀏覽通道、素材瀏覽通道、主播出通道。而“備用”視頻服務(wù)器設(shè)計備播出通道與緊急上載備通道2路編解碼通道。為保證高標清同播，墊播服務(wù)器采用錄像機上配兩張P2卡的方式替代傳統(tǒng)硬盤式墊播服務(wù)器，且兩張P2卡交替使用，互為備份，以增加播出靈活性。

3.2 切換臺

數(shù)字電視高標清通報系統(tǒng)中的“主控”與“備用”播出切換臺均采用主控切換器配合高清前置矩陣的方式，支持16路高標清信號兼融輸入，而且還需要支持3路外鍵和1路內(nèi)鍵。1路內(nèi)鍵設(shè)置為內(nèi)置臺標作為“備用”臺標使用，3路外鍵分別為兩臺字幕機和1臺標機信號，兩個切換臺分別由“主控”和“備用”播出工控機控制，且保持相互之間的獨立性，而且要實現(xiàn)互為備份功能。

3.3 倒換與末級通道

在高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中，對于兩條互為備用的線路倒換設(shè)計，其輸出信號需要經(jīng)過兩條通道分別轉(zhuǎn)換為高清信號和標清信號，且信號通過4個獨立光發(fā)機箱傳送至下游傳輸機房，從而實現(xiàn)播出信號的獨立性與可靠性，而且二者互為備份、相互獨立，保證高標清同播系統(tǒng)中“主控”與“備用”任一出現(xiàn)故障都能夠及時自動切換，不影響節(jié)目播出。從切換臺輸出的高清信號通過2×1倒換器與響度控制器后，進入高清與標清兩條線路進行倒換，其中一路疊加“高清”標識，并送往末級視分；另一路信號采用擠壓模式至下變換器轉(zhuǎn)化為標清播出信號，并經(jīng)標清2×1倒換器送至末級視分。播出信號經(jīng)過兩路倒換且下變換器采用擠壓工作模式的設(shè)計，能夠簡化播出系統(tǒng)架構(gòu)，也能夠保留畫面所有元素。

3.4 上載通路

在對高標清同播系統(tǒng)的上載通路進行優(yōu)化設(shè)計時，需要先對上載信號源進行統(tǒng)計與分析，根據(jù)上載信號源的特征和要求設(shè)計上載通路的具體內(nèi)容。高標清同播系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計是建立在“資源最優(yōu)利用”的基礎(chǔ)上要求上的，因此需要先分析電視臺的高清上載錄像機設(shè)計狀況，盡可能的充分利用現(xiàn)有的高清上載錄像機，以共享的方式緩解錄像機緊張狀況，提高上載效率。根據(jù)電視節(jié)目播出的業(yè)務(wù)需求，上載服務(wù)器需要配置兩臺編解碼模塊機箱，分別用于普通節(jié)目上載與廣告上載，還需在“主控”與“備用”服務(wù)器上配置1路緊急上載通道，以備應(yīng)急。對于普通節(jié)目上載，通過錄像機將藍光盤中節(jié)目解碼為HD-SDI信號，經(jīng)上載通道編碼為素材文件。對于廣告節(jié)目上載，需先將廣告段落包導入數(shù)據(jù)庫并生成廣告合并任務(wù)，多條廣告素材合并為單條廣告素材，之后進行文件技審并推送人工審核，檢查廣告素材易錯節(jié)點，查看是否丟幀、誤碼，并二次人工審核異常點，最終無誤后送至播出服務(wù)器播出。為保障廣告素材合并流程的順利進程，上載系統(tǒng)需搭載“主備”兩臺合并服務(wù)器，當“主控”服務(wù)器故障時，“備用”服務(wù)器自動接管，確保廣告素材合并流程不中斷。

3.5 控制系統(tǒng)

在對數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計時，需要對播出與上載進行控制系統(tǒng)設(shè)計，對播出工控機與上載軟件進行控制流程優(yōu)化。播出工控機包括主播出工控機與備播出工控機兩個部分的設(shè)計，播出工控機通過MOXA卡來連接受控設(shè)備，設(shè)備控制權(quán)的切換則通過422倒換開關(guān)實現(xiàn)。為實現(xiàn)高標清同播設(shè)備運行的動態(tài)監(jiān)測，可在播控軟件借助控制協(xié)議對受控設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，以確保故障發(fā)生時能夠及時發(fā)現(xiàn)與處理。上載軟件的控制亦采用MOXA卡控制，完成廣告素材自動上載等操作。播出工控機的控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)涵蓋主播出通道、主切換臺、主臺標機、倒換器、備播出通道、備切換臺、備臺標機等所有設(shè)備；上載軟件的控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)包含節(jié)目上載機、緊急上載機、廣告上載機三個部分，對上載通道、節(jié)目審看通道、倒換器、緊急主通道、緊急備通道、緊急審看通道、廣告上載通道、廣告審看通道等所有設(shè)備環(huán)節(jié)進行有效控制。

3.6 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)與監(jiān)看監(jiān)播系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)是數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)的重要組成部分，對網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計是高標清同播改造的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)同樣需要配備主備兩臺核心交換機，兩臺核心交換機間需要實現(xiàn)兩個鏈路聚合后的級聯(lián)，且不配置VLAN，以便故障時的替換，而且傳輸網(wǎng)絡(luò)中的所有二級存儲、視頻服務(wù)器、工控機等設(shè)備均配備雙以太網(wǎng)口，雙網(wǎng)口分別與主備核心交換機相連接，實現(xiàn)相互獨立與互補。主備數(shù)據(jù)庫以發(fā)布訂閱方式同步，間隔為3小時，確保主備數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)完整，以及系統(tǒng)正常運行。主備兩臺文件管理服務(wù)器采用完全相同的軟件配置，在正常工作狀態(tài)下，主控文件管理服務(wù)器正常運行，備用文件管理服務(wù)器處于半冷備狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障則立即啟動備用文件管理服務(wù)器，以確保文件管理服務(wù)器的正常運行?？紤]到高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計后設(shè)備框架與布局的改變，監(jiān)看監(jiān)播系統(tǒng)同樣需要進行重新規(guī)劃，包括信號源節(jié)點與高清通路信號節(jié)點的監(jiān)看以及表情通路信號節(jié)點的監(jiān)看。在高標清播出通道末級配置視音頻信號報警器，檢測播出過程中的各種異常信號，并將故障通過報警器進行報警提醒，并記錄報警信息。

4.高標清優(yōu)化思路與方法總結(jié)

通過對數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)中所涉及的主要設(shè)備、系統(tǒng)和環(huán)節(jié)等的技術(shù)層面優(yōu)化設(shè)計后，再對系統(tǒng)優(yōu)化的思路與方法進行總結(jié)，以獲得清晰、完整的高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計流程。

首先，對當前電視臺的標清播出系統(tǒng)進行分析，樹立標清播出系統(tǒng)的實際情況，包括監(jiān)看、信號源、切換、信號電纜、設(shè)備布局、配電與空調(diào)容量等內(nèi)容。對高標清同播系統(tǒng)監(jiān)看優(yōu)化設(shè)計時需增加監(jiān)看路數(shù)，方法為大屏分割重調(diào)布局或增加顯示單元等；檢查信號源設(shè)備是否具備高清播出升級設(shè)計的條件，能夠兼容高標清，同時也要查看切換臺是否支持高標清切換等操作或是否支持升級；信號電纜的優(yōu)化設(shè)計時需檢查現(xiàn)有電纜是否支持高清模式，如果支持則保留，而路由變化后的線路布局，則需延續(xù)原有電纜編號規(guī)則；對于設(shè)備增加或更換后的布局，盡量采用原有布局標準，選擇體積小、發(fā)熱低的設(shè)備。

其次，高標清同播系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計時需先對原有標清播出設(shè)備進行梳理分析，分為可用、可升級、需替換三類，并根據(jù)分類科學合理地設(shè)計設(shè)備的布局與選用，比如可用設(shè)備保持不動，可升級的系統(tǒng)設(shè)備則需根據(jù)優(yōu)化設(shè)計要求進行升級，并且要保障設(shè)備升級優(yōu)化后的運行性能符合高標清同播系統(tǒng)要求，而對于需替換的設(shè)備，則需按照系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的實際需求進行選型與替換。而高標清同播模式的選擇需要結(jié)合頻道應(yīng)用進行科學合理的定位，盡量保留原有設(shè)備布局和走線路由，減少布線難度，保持原有編號規(guī)則，采用科學的方法進行區(qū)分，比如顏色區(qū)分法等。

再次，當數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)方案與工作流程明確之后，則需要結(jié)合電視臺的實際情況和播出需求，制定具體的實施方案。先根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的方案，對實施工作進行細化分解，將實施流程進行環(huán)節(jié)劃分或類型劃分，比如以施工難度為標準進行換分，或以工作量和銜接性為標準進行換分等。對于高標清同播系統(tǒng)內(nèi)部的優(yōu)化設(shè)計，可在做好隔離防護措施的前提下進行在線施工，對于系統(tǒng)外部環(huán)節(jié)，則可采取停機檢修的方法。

最后，根據(jù)數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的整體方案與工作量、工作條件等因素，確定在線改造與操作實施的時長，然后深入分系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案實施中可能涉及的風險，并制定應(yīng)急預案，并對應(yīng)急預案和實施方案進行評估，以獲得最優(yōu)化的實施方案。當所有設(shè)計方案確定后，則進入實施操作環(huán)節(jié)，要根據(jù)設(shè)計方案進行施工進度控制，做好施工工作記錄和匯總，嚴格執(zhí)行工期安排，保證施工順利完成。

在數(shù)字電視高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與實施中，需要對實施過程中的安全風險進行科學的控制，特別是在線系統(tǒng)實施的風險控制，一定要做好總體控制與細節(jié)控制。與此同時，還需要對優(yōu)化設(shè)計與改造后的設(shè)備帶來的系統(tǒng)風險變化進行動態(tài)化的監(jiān)測，重新梳理系統(tǒng)風險，并制定科學、嚴格的風險預案，以確保高標清同播系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與改造的質(zhì)量，以及高標清同播的穩(wěn)定、可靠運行。