周慧珠，周 巍

(1. 湖南省廣播電視臺，湖南 長沙 410003；2. 湖南理工學院，湖南 岳陽 414006)

中小型電視臺高性價比高標清同播系統(tǒng)設計

周慧珠1，周 巍2

(1. 湖南省廣播電視臺，湖南 長沙 410003；2. 湖南理工學院，湖南 岳陽 414006)

中國目前約有3 000多個中小電視臺，其中絕大部分是市縣級臺，高標準播出系統(tǒng)對于中小電視臺特別是縣級臺來說只是奢侈品。系統(tǒng)采取2+4模式高性價比設計，完成2個高標清同播頻道，4個輔助標清播出頻道的播出，采用專用高性能視頻服務器與4K切換臺技術，確保系統(tǒng)核心技術指標。系統(tǒng)成本約150萬元，實現(xiàn)了低成本投入，高標清全數(shù)字化同步播出。此系統(tǒng)已在實際使用中得到檢驗，是一套具備普及意義的高性價比高標清同步播系統(tǒng)，操作簡單，幾乎可以無人值守，可靠性高，應急預案完備，在中小電視臺具備實際推廣意義。

高性價比；高標清同播；視頻服務器；4K切換臺；觸摸控制；IP控制；快捷跳線

隨著數(shù)字高清電視的普及，全國從中央臺到省臺的高標清同播均已改造完成，部分地方臺也完成了高清播出改造。我國市縣級自辦節(jié)目播出機構約3 000多個，特別是縣級臺，大多采用簡易的單機播出形式，很難保證安全播出。和中央臺與省臺比，經(jīng)濟較為薄弱的恰恰是地方城市臺與縣級臺，對于高標清同播，資金投入較大，尤其是要實現(xiàn)多個頻道的高標清同播改造到位更加困難，加之專業(yè)技術人才缺乏，復雜的大系統(tǒng)很難推廣。因此，結合中小型電視臺安全播出的實際，設計一套高性價比的高標清同播系統(tǒng)具有較強的現(xiàn)實意義。

這里提供一套基于進口XOR Media Severs服務器的高標清播出系統(tǒng)，包含兩個高標清播出頻道，四個標清輔助播出系統(tǒng)(可無縫升級到高清播出)一攬子計劃總投資約150萬元，包括上載、編單、總控、播出、網(wǎng)絡直播新媒體功能等，經(jīng)濟實惠，性價比高。此系統(tǒng)設計已運用于實踐，系統(tǒng)運行良好，操作簡單，應急預案到位。

1 系統(tǒng)設計要求

目前，從專業(yè)設備到民用電子，標清設備越來越少且趨于淘汰，高清化是科技進步的必然。因此，播出要求按照我國高清播出格式1 920×1 080i/50 Hz，部分設備若能兼容4K最好，為未來發(fā)展提供基礎。

1.1 高標清同播

對于新聞綜合、經(jīng)濟綜合等主要頻道采取高標清同播。對于輔助頻道，由于國家新聞出版廣電總局還在進行非法頻道清理，會淘汰一部分頻道，因此，輔助頻道暫采用標清設計，但可以直接更改服務器編解碼器的形式無縫升級，其他播出設備不作更改。

1.2 新媒體編碼

現(xiàn)在已是全媒體時代，由于網(wǎng)絡媒體已成為主流媒體，深受廣大網(wǎng)民喜愛。因此，向新聞視頻網(wǎng)站提供原始編碼碼流，再傳至網(wǎng)絡推流分發(fā)，起到集成播控的目的。減少網(wǎng)站后期編碼設備以及人力的投入，同時，播出源碼質(zhì)量高，防此網(wǎng)站再次采集，重復編碼。

1.3 無單點故障

整個播出鏈路應無單點故障，服務器采用RAID6保護，可同時允許2塊硬盤損壞，有可插拔的冗余電源和風扇。對于各種核心通道設備，均要有跳線，如果損壞可以馬上跳走，不影響播出。這里特別要強調(diào)的是頻道跳線器要上控制臺，標記重點跳線口，方便值班員就近跳接，以節(jié)省反應時間。

1.4 兼容多種格式

隨著編解碼技術的提升，軟硬編解碼集成技術越來越成熟，也更加方便。系統(tǒng)需支持多種主流格式，如：MPEG-2、DV、MXF、Quicktime、AMWA ASO2、DN×HD、AVC-Intra等，提高系統(tǒng)的兼容性與開放性，防反復轉碼降低信號質(zhì)量。支持多種格式的背靠背插放，支持FTP。

1.5 配置靈活性

在存儲空間上，可以自帶16TB HDD存儲，可以使用外部存儲，也可以與同構存儲服務器無縫對接。播出服務器對于頻道配置可以很方便地通過菜單進行修改，可以只配備SD通道，可通過license升級到HD,也可以進行SD/HD隨時切換，支持上下變換和字幕關閉。

2 系統(tǒng)設計原理

2.1 系統(tǒng)設計原理

系統(tǒng)采用兩臺XOR服務器[1]，提供兩個高標清同播頻道播出，提供四個標清頻道播出。從現(xiàn)實情況來看，能保證絕大多數(shù)地市級或縣級電視臺安全播出的需要，由于四個標清頻道可以通過更改license授權的形式平滑升級到高清播出。因此，對于投資有限的地方臺來說，這是一種比較理想的高清播出解決方案，為未來發(fā)展留有余地。

見圖1，主備服務器采用對稱鏡像形式播出，確保播出的核心安全。解決目前大多縣市級臺的單機或單機主備播出模式。因為專業(yè)視頻服務器的播出安全無疑是最高的，也是國家新聞出版廣電總局對安全播出的基本要求。

圖1 系統(tǒng)視頻圖(截圖)

對于第一高清主頻道，其播出通道采取安全對稱設計，就像兩架馬車同時運行。主備服務器信號，中央臺主備信號，墊片信號，演播室等外來信號一律進主備切換器進行切換，并在這里完成臺標、字幕疊加，然后分別進入對稱的二選一切換開關，再經(jīng)過響度控制器進入播出傳送發(fā)射網(wǎng)。同時，另一路高清輸出進入下變換器，變換成標清后播出，實現(xiàn)高標清同播。

信號源部分，中央臺主備信號分別來自衛(wèi)星與有線機頂盒解調(diào)信號，路由不同確保信號源備份方便有效，同時，央視一套備用信號源下變換成一路SD信號源給另外四個標清頻道播出。兩路墊片信號來自于硬盤錄像機，分別作為HD、SD應急信號進入切換開關。系統(tǒng)同時可以接入三路以上外來信號，其中有一臺下變換器，可以給外來信號共用，當需要變換某一路信號進入標清頻道時，可以跳線變換，默認接入EXT1。

第二高清頻道與四個標清頻道采用非對稱播出。主要是基于成本的考慮，對于中小電視臺來說也是無奈之舉，但為了確保安全播出，采用跳線器直接上控制臺的方式而不是集成到機柜中(見圖2)。這樣由于確保了硬盤播出信號的主備以及各種轉播信號等外來信號的主備，一旦播出切換臺出現(xiàn)問題，可以迅速跳線解決。

圖2 各頻道跳線器直接上控制臺，以節(jié)省故障處理時間

對于現(xiàn)場直播的延時播出，由于系統(tǒng)采用一體化設計，可以在非編網(wǎng)的非編上加入流媒體采集卡，實行實時采集延時播出的方式，再流入到播出線進行播出。由于視頻固態(tài)延時器非常昂貴，一般延時只有38 s，而地方臺特別是縣級臺的直播本來就極少，采取這種橋接方式簡單實用，延時可任意調(diào)整。對于特別重大的延時直播，可以采取使用兩套非編各加流媒體卡形成主備延時的方式，確保直播萬無一失。由于流媒體卡較為便宜，而非編屬于已有設備，提升了設備的復合使用率，節(jié)省開支，提升系統(tǒng)性價比。

2.2 多功能切換臺

和傳統(tǒng)硬盤播出系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)采用的ATEM切換臺功能強大[2]，經(jīng)過實際運行測試，性能穩(wěn)定，開放性強，容易受控并網(wǎng)，而價格卻不到2萬元，等同于傳統(tǒng)的半條播出鏈路功能。對于中小電視臺來說，花極少的錢也能做到大型切換臺具備的功能，無疑是一種務實的跨越，這正是本系統(tǒng)設計的另外一個亮點。

ATEM 1 M/E Production Studio 4K可在SD、HD及Ultra HD視頻格式之間切換，可連接10路視頻源。配備10路輸出，可完成色鍵摳像以及播出字幕疊加，完成各類轉場播出切換，內(nèi)建4個上游鍵控、下游鍵控、調(diào)音臺、多畫面分割、全動態(tài)DVE、Stinger轉場特技等，含有全動態(tài)視頻以及大容量媒體池和3路輔助輸出。

綜合切換臺SDI視頻輸入在10-bit SD/HD/Ultra HD 4K可切換，雙通道嵌入式音頻。其中包含1路HDMI A類輸入接口, 無需額外的轉換器即可接駁應用廣泛的HDMI信號。切換臺帶2路XLR模擬音頻輸出，可用于單獨監(jiān)聽。所有SDI輸出都具備2通道嵌入式音頻輸出，系統(tǒng)另外可輸入2路XLR，2路RCA音頻，無需外置音頻加嵌器，對現(xiàn)場直播與新舊系統(tǒng)兼容實現(xiàn)無縫過渡，大大降低系統(tǒng)成本。內(nèi)嵌的12路輸入的雙通道混合器調(diào)音臺，可選開/關/音頻跟隨視頻功能，母版增益控制，可以很方便地調(diào)整來自現(xiàn)場或硬盤播的聲音，對于輔助頻道，可以不需配備音量控制器。

切換系統(tǒng)實現(xiàn)三電平同步或黑場同步輸入，所有信號輸入均帶內(nèi)部幀同步器，非常方便的實現(xiàn)系統(tǒng)同步，省去高昂的幀同步機，對于外來無法鎖相的信號實現(xiàn)平滑切換。節(jié)目輸出實現(xiàn)2路SDI同時輸出，1路HDMI A類接口輸出，實現(xiàn)1路10 bit HD (Ultra HD 4K到HD)SDI節(jié)目輸出下變換。系統(tǒng)提供1路SDI預監(jiān)輸出，10 bit SD/HD/Ultra HD 4K可切換。3路SDI Aux輔助輸出，10 bit SD/HD/Ultra HD 4K可切換，廣泛兼容，為未來提供零成本升級。

系統(tǒng)提供2路多畫面分割輸出接口，1路SDI和1路HDMI。多畫面分割監(jiān)看窗口數(shù)量10個，可指定源的窗口8個，Tally紅色指示燈代表節(jié)目，綠色指示燈代表預監(jiān)，窗口源標簽可隨時修改。

控制方面，以太網(wǎng)支持10/100/1 000 BaseT控制面板接口，可將面板和主機直接連接或通過網(wǎng)絡連接。自帶ATEM Software Control Panel軟件控制面板，SDK開發(fā)包可以方便受主流播出控制機控制。

系統(tǒng)提供多格式兼容，SD、HD、Ultra HD 4K格式涵蓋幾乎所有主流格式。

廣播級高質(zhì)量播出合成，切換系統(tǒng)視頻采樣4:2:2，色彩精度10 bit，色彩空間實現(xiàn)硬件實時轉換，延遲處理<2掃描線。畫面疊加總層數(shù)8層，其中上游鍵4層，下游鍵2層，線性/亮度鍵7個，色鍵4個，測試圖案發(fā)生器7個，彩底發(fā)生器2個，轉換鍵控(Stinger/DVE)各1個，帶有3D邊框和陰影的DVE 1個。內(nèi)建LCD監(jiān)視器用于視頻監(jiān)看，27個LED按鍵用于Aux輔助切換，非常方便，特別是在緊急切換情況下，能迅速掌握信號源的視音頻情況。

2個媒體播放器，每個媒體播放器配有填充和鍵通道。媒體池靜態(tài)圖像容量為32個帶填充和鍵。媒體池視頻片段容量為2個帶填充和鍵。Ultra HD 4K視頻最長容量達180幀，1 080視頻最長容量達720幀，720p視頻最長容量達 1 600 幀。NTSC/PAL視頻最長容量為3 600幀，媒體池靜態(tài)圖像格式兼容PNG、TGA、BMP、GIF、JPEG和TIFF。

2.3 集成周邊

如圖3所示，原來非常多的周邊設備合并成一個功能播出設備群，由于都使用HD或4K，如果按傳統(tǒng)方式獨立購買單一功能設備，造價非常高，至少也要20多萬元。不適合于市縣一級電視臺高清化播出的推廣，采用ATEM 1M/E經(jīng)濟型切換臺，可以完成傳統(tǒng)播出設備群的所有功能，且造價很低，只需2萬元，只有傳統(tǒng)的10%。特別值得一提的是，系統(tǒng)還兼容4K，可以保證未來許多年不過時，操作也非常方便，同時提供專業(yè)畫面分割器，無需另外購置。由于4K切換臺等同于傳統(tǒng)的半條播出鏈路功能，六個頻道下來，光這一項就要節(jié)省費用160余萬元，對于經(jīng)濟較困難的中小電視臺來說，具有很現(xiàn)實的推廣意義。

圖3 高性價比4K切換臺只需2萬元可等同于傳統(tǒng)的播出設備群

2.4 應急切換措施

由于地方臺技術力量有限，值班人員很多是看守型的。對于系統(tǒng)技術故障，許多值班人員束手無策，專業(yè)維護人員也極少。一旦出現(xiàn)播出傳輸故障，根本來不及維修。所以，最好的辦法是將跳成器放置于操作臺上，而不是像傳統(tǒng)集成方式一樣集成在服務器房的機柜中，這樣可以很方便播控員隨時跳走有故障的設備。對于中小電視臺，要設立緊急故障盲跳口(如圖4)，并用紅色原點標記。即特別從視頻服務器的輸出口直接跳往播出末端的總輸出口。以便在最緊急情況下將播出周邊通道全部甩開，減少故障判斷時間。這在沒有維修人員在場的情況下非常管用，普通值班員只需連接這兩個紅色跳線口即可。通過練習預演可以做到3 s以下。

圖4 普通值班員遇到不明故障時，采取總輸入與總輸出直接跳線，節(jié)省處理時間

另外，跳線一定要放置于跳線器空槽中，或平常將切換臺的第一路即硬盤主的輸入口的兩個跳線孔直連。緊急情況下，只需將跳線的下端口改到播出總輸出口的跳線口即可，這樣的話，由于只需動一個口子，再次可縮短約一秒的反應時間，而這一秒對安全播出來說意義重大。當然，也可以將硬盤主輸出口直接以半插入的方式懸浮跳到總輸出口，即跳線器兩端入孔，但不完全插入，緊急情況下將跳線兩端直接推進到位即可，時間可以控制在一秒左右，不影響安全播出。

3 注意事項

3.1 軟件切換

除使用播控機對切換臺進行控制切換外，還可以使用淘汰的電腦加裝切換臺自帶的專用切換軟件ATEM Software Control Panel完成對播出切換臺的所有操作，成本很低。另外，ATEM提供的SDK開發(fā)包可為播控軟件廠家提供控制開發(fā)接口，目前國內(nèi)勵圖等專業(yè)播控軟件已完成軟件集成[3]，可完美控制ATEM.可使用鍵盤上的數(shù)字鍵切換輸入信號，類似于傳統(tǒng)切換開關面板切換。這在處理播控機故障時起到不可替代作用，當然，如果使用經(jīng)濟型觸摸一體機，更方便，更經(jīng)濟實惠，價格只需要3 000元以下。而且，多年后的維修維護成本比切換控制面板更換也要低。由于ATEM控制軟件可以按IP地址分別控制所有切換臺，所以2個高標清同步頻道各配一臺就足夠了，4個輔助標清頻道播出緊急情況下可以由這兩臺觸摸一體機支援使用，只需更換切換臺IP地址即可。由于ATEM控制軟件可以同時打開多個窗口，多任務同時進行，因此可以使用多臺顯示器擴展控制多個頻道，不需反復切換IP地址。也可以使用廉價的電腦終端機或云終端電腦，擴展到每個頻道單獨控制。

3.2 跳線是物理保障

在所有的緊急信號系統(tǒng)中，小小的跳線意義非凡，往往是信號保障的最后救命稻草。特別是由于中小型電視臺專業(yè)技術人員有限，設備有限，設備一旦有故障，其判斷速度和處理能力較差。為了確保主信號的暢通，跳線是最好的方法了，這在大臺的大型系統(tǒng)也是一樣。由于跳線是機械設備，幾乎無故障，另外跳線操作簡單，很容易學會。特別是對故障無把握判斷時，可以直接從信號源跳到播出尾端，為故障設備處理贏得時間。為了方便跳線，節(jié)省反應時間，再次強調(diào)跳線器必須直接安裝在播出控制臺上，而不是放置于服務器房的機架中，這一點特別重要。

3.3 字幕、臺標一體化

由于ATEM具有4個上游鍵和2個下游鍵，因此理論上可以制作6層字幕，可以完成臺標、掛角、字等功能。系統(tǒng)另配備二臺網(wǎng)絡圖文字幕機，互為主備。每一臺字幕機均可向6個頻道的切換臺發(fā)送不同的靜態(tài)圖片字幕或動態(tài)字幕，使用ATEM的不同IP地址進行發(fā)送，并存儲在特技臺存儲器中。

對于要求在所有頻道同時緊急播出的字幕，可通過字幕機的輸出卡輸出鍵信號和填充信號，再經(jīng)分配器后到所有切換臺，通過鍵控方式播出。如果切換臺路數(shù)夠，可采取跳線方式從EXT1信號總輸入口接入，迅速流向高標清頻道的各切換臺，而無需另外增加設備。如果原來有淘汰的單機播設備，可以直接當作輔助標清頻道的字幕機。

網(wǎng)絡字幕的集中規(guī)范很重要，一是便于統(tǒng)一集中緊急播出，二是對于掛角、臺標進行差異化操作，二者結合除完成所有圖文字幕播出形式外，同時完成高標清緊急字幕播出。注意外接輸入EXT1具有高標清變換功能。制作字幕時，要注意高清頻道與標清頻道的兼容，實際操作時，可以在字幕機桌面建6個文件夾，分別代表6個頻道，每個文件夾中對應的掛角圖片文件名盡量保持統(tǒng)一命名，今后更換某一角標時，只需將角標圖片直接拖入到ATEM軟件面板中的存儲器即可，角標可以自動更新，操作非常方便。

[1] MediaServer C[M/OL].[2015-08-05].http://www.xor-media.tv/images/brochures/QuickSpec/MSV%20C%20Series_QS_cn.pdf.

[2] Blackmagic ATEM Switchers Update 6.3 for Windows[M/OL].[2015-02-12]. http://sw.blackmagicdesign.com/ATEM/v6.3/Blackmagic_ATEM_Switchers_Windows_6.3.zip.

[3] Ela.NET網(wǎng)絡自動播出系統(tǒng)[M/OL].[2015-08-05]. http://www.ltech.cc/product.asp?third_id=12.

更 正

《電視技術》2015年第39卷第17期139頁中，由周浩理，李太君，肖沙所著文章《基于微正則退火算法對K-means聚類算法的優(yōu)化》的【本文獻信息】有誤，應為“周浩理，李太君，肖沙.基于微正則退火算法對K-means聚類算法的優(yōu)化[J].電視技術，2015,39(17).”

《電視技術》編輯部

2015-10-08

Design of High Performance-price Ratio HD & SD Simulcast System for Small & Medium-sized TV Station

ZHOU Huizhu1, ZHOU Wei2

(1. Hunan Radio and Television Station, Changsha 410003, China; 2. Hunan Institute of Science and Technology，Hunan Yueyang 414006, China)

China has more than 3000 small and medium-sized TV stations. Most of which are city or county level stations. The high standard broadcast system is a luxury for small and medium-sized TV stations, especially for the county level stations. This system adopts 2+4 mode to complete 2 HD & SD simulcast channels, 4 auxiliary SD channels. To use of high performance video server and 4K switch platform technology, can ensure that the core technology indicators. All cost about 1500 thousands yuan RMB, and the investment cost is low, all digital HD & SD simulcast. This system has been in actual use test, is a have the universal significance of the high price of HD & SD simulcast system, simple operation, almost unattended, high reliability, contingency plans to complete, in small and medium-sized television have practical significance for popularization.

high performance price ratio; HD & SD simulcast; video server; 4K switch; touch control; IP control; fast jumper

TN948.1

B

10.16280/j.videoe.2015.20.020

周慧珠(1987— )，女，碩士研究生，湖南省廣播電視臺工程師，研究方向為電視中心系統(tǒng)、衛(wèi)星傳輸系統(tǒng);

2015-08-14

【本文獻信息】周慧珠，周巍.中小型電視臺高性價比高標清同播系統(tǒng)設計[J].電視技術,2015，39(20).

周 巍(1970— )，學士，研究員級高級工程師，湖南省廣播電視科技委員會專家，湖南理工學院兼職教授，岳陽市廣播電視臺總工程師。

責任編輯：哈宏疆