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浅析高清电视播出系统设计

－－记上海文广新闻传媒集团高清新视觉频道的改建

[作者：上海文广新闻传媒集团 彭成 余颖 陈春晖 顾洁]

    近年来，对高清电视播出的需求不断增加。2006年1月1日起，中央台和上海文广新闻传媒集团SMG相继开播了高清频道，开始高清电视的商业运作。随着2008年奥运会和2010年世博会的临近，高清播出和传输的需求越来越迫切，高清电视的应用越来越广泛，将逐渐成为推动传媒事业进一步发展的新兴力量。
    本文详细介绍了SMG高清新视觉频道的硬盘播出方案设计思路以及如何将原有较简单的纯高清录像机播控系统与相对非常成熟的标清系统相结合的改建过程，并分析解决了所遇到的一系列问题。
    一 系统设计方案
    目前SMG互动公司开通的高清新视觉频道，每天播出15小时，通过有线网络和卫星向全国观众发布。系统播出时间长，重要性也越来越高。但SMG所采用的是较为保守的高清录像机播出方式，并且系统采用的是单播控矩阵和单播控机，没有高清切换台，安全性不高。
    上海本地自办标清频道的节目播出都是由硬盘播出系统完成的，播出数年，系统运行稳定良好。SMG的传送播出部对相关系统的建设、维护有了相当的经验，而市场上也已推出了各类高清设备，选择余地比较大，技术上也趋于成熟。对于高清视频服务器，前期我们已经做了大量的测试工作，掌握了第一手数据，为后期设备选型提供了技术上的支撑。
    在这一背景下，我们建设一个高清硬盘播出系统，希望能够满足上海文广新闻传媒集团对高清电视播出和传输的技术要求。
    原有的高清新视觉频道采用高清录像机播出方式，用PESA高清矩阵作为核心设备，并配备1台播控机。自2006年1月开播以来，系统运行稳定可靠，目前每天播出15小时。而SMG的标清系统是采用GROUP的硬盘播出方式，每个GROUP分管4个标清频道的播出。其中GROUP E目前只负责1个频道的播出。
    因此新的高清硬盘播出系统准备采用GROUP的方式，从原有的标清系统上升级完成。这样做的好处是可以最大限度地利用原有的线路，只需将相应的标清设备换成高清的即可。SMG在组建标清硬盘播出系统时没有采用嵌入音频，主要是考虑到安全播出，所以高清系统仍是视音频分离的系统，而音频部分将延用原来的标清线路，大局上无需任何改变。
    目前先考虑一个高清频道的组建，将GROUP E的第4个频道升级成高清频道。根据以前GROUP的经验，日后可以方便地升级到多频道播出。
    视频采用1080i@50Hz的HD-SDI格式；音频采用AES格式。高清硬盘播出系统建成后，将有力地保障节目播放的安全性。
    系统设计上包括信源分配、二级硬盘灌录系统、一级硬盘视音频播出系统、网管控制系统和监看监听系统。
    1. 信源分配
    信号主要包括：
    * 主、备硬盘视频服务器信号；
    * 高清录像机信号；
    * 公共信号（高清彩条）；
    * 高清演播室信号；
    * MCR总控调度信号（与高清传输矩阵输出端相连）。
    SMG同时组建了1套以GVG concerto32×32高清矩阵为核心的高清信号传输系统，与播出系统配套运作。在播出系统的公共信号中设计了1路上变换信号，通过上变换器和标清传输系统级联；而MCR总控调度信号则与高清信号传输系统联接。
    2. 二级硬盘灌录系统
    目前为单频道系统，所以上载部分由一台高清灌录服务器和两台高清录像机组成。视音频素材由高清录像机上载到高清视频服务器，再由光纤接入千兆、百兆交换网络来实现素材从二级硬盘向一级硬盘的迁移。
    控制链路方面由编单控制机和上载控制机通过千兆、百兆交换网络，经NPORT多串口服务器和232转422设备向高清录像机和高清视频服务器发指令。

    3. 一级硬盘视音频播出系统
    高清播出系统的核心是高清信号播出切换台和高清矩阵，分别见图2和图3。为了与原先的标清分组组系统相统一，采用的仍然是Quartz的高清设备,分别是Xenon系列的32×32高清矩阵（主路）、16×2高清开关（备路）和QMC-2高清型号切换台，高清视频分配器用的是Leitch的HFS和HSE板卡，其中HFS是带同步的。播出系统示意图如图4。

    各信号源经分配后，一路用于监看，另两路分别进高清矩阵和手切开关。高清矩阵的PGM和PST输出进QMC高清切换台。QMC的PGM输出经分配后，作为基带部分末级主路输出。高清矩阵的PGM输出经分配后，一路接入手切开关（正常播出中开关切这路PGM信号），16×1手切开关输出经分配即为基带部分末级备路输出，另有两路信号接入QMC高清切换台的EMG和BYPASS端，作为主路应急。高清台标机和字幕机用KEY/FILL方式接入QMC。

    基带信号最后进入Divicom高清编码复用系统（见图5），视频码率24Mbps，音频320Kbps。
    4. 网管控制系统
    如图6，控制链路由上传控制机、审看控制机和主备播控机通过千兆、百兆交换网络，经NPORT多串口服务器和232转422设备向高清录像机和高清视频服务器发命令，通过QMC向高清矩阵发切换指令。
    所有的视音频链路和控制链路与标清系统的完全一样，应急方案也一致，为使用和日常维护工作提供最大的通用性。系统的组建也只需将高清的核心设备换上，将标清的视频分配器换成高清的就行了，非常方便。

    5. 监看监听系统
    为保证安全播出，对各级信号均有全面的监看监听手段，方便值班人员对故障点进行快速判断。
    各信号源和基带部分的各级高清播出信号由Evertz MVP多画面高清显示系统和高清示波器进行监测,编码复用部分由专用的网管系统保证其安全。
    由于机顶盒输出没有HD－SDI信号，不能进MVP，而MVP可以输入模拟视频信号，但不能同时输入数字音频和模拟音频信号。故回收信号无法进MVP监看。所以回收信号接入K2多画面显示系统，不使用MVP显示。

    二 系统改建
    SMG的高清视频服务器测试选型工作历时一年多，通过性价比较，作出了最终选择。在测试中，各类服务器都能在我们的高清硬盘播出方案下安全稳定地工作。由于高清新视觉频道全程直播NBA新赛季的比赛，我们决定在NBA新赛季开始前完成改建工作，预留视频服务器的接口。改建后暂时延用高清录像机的播出方式过渡，待高清视频服务器到货后接入启用。
    高清硬盘播出系统于10月13日开始组建，由于前期作了充分的准备，所以改建工作较快完成，10月18日正式开始试播，于11月2日正式启用新系统。
    在整个改建过程中，我们还是遇到了不少问题，现将解决主要难题的经验与大家分享，希望对各台在组建高清频道时有所帮助和借鉴。
    改建初期发现高清信号源经过QMC-2高清切换台后同步失落，不能正常播出。起初以为是QMC-2需要的是模拟三电平同步信号，但结果无论是三电平同步信号还是BB信号均不能起作用。这也是改建过程中困扰我们的最大的问题。随后怀疑是QMC-2本身存在问题，但软件升级后问题依旧存在。经过反复仔细地分析，找出了问题所在，并不是QMC-2本身有问题。由于测试阶段原有的高清系统仍然在播，测试的信号源用的都取自Sony高清录像机，而Sony录像机有一个外同步选项设在HD，改成SD后就解决了问题（原有的高清系统可以设在HD）。
    另外发现QMC-2音量不能调整。Audio Default键正常，上调音量和下调音量键有问题，会导致输出无声。Quartz称可能是版本的问题，后查出是QMC-2遥控面板版本过低，经软件升级后解决。
    原Evertz高清台标机是工作在PGM模式，是串接模式，而新的系统需要的是外键方式。经测试，设成外键方式后不能正常工作。最后发现即便是外键方式也需要对台标机输入1路高清信号源，才能让其正常工作。
    受带宽的影响，相对于标清信号，高清系统对线缆的要求要更高。我们所有的楼层间的长线用的都是较粗的BELDEN 1694A，机柜之间的则大部分使用BELDEN 1505A。以下列举了一些常用电缆种类以及它们在数据传输率为270Mbps（SD）和1.5Gbps（HD）时的推荐传输距离,常用电缆种类和推荐的电缆长度如表1所示。

    SMG的高清新视觉频道新版播控系统自11月2日正式启用以来，每天用于15小时播出，运行状况稳定良好，并已成功地直播了两场高清NBA赛事。
    高清电视是我们电视技术工作者的一门新的课题，也是电视传送和播出的新的方向。上述的一些我们实际工作中碰到的经验教训，希望能对广大的电视技术工作者在组建高清电视播控系统时有所帮助。
    摘自《现代电视技术》