广电制播系统高清视频数据处理技术研究

广电制播系统高清视频数据处理技术研究

裴晓峰

延寿县广播电视台 黑龙江省 哈尔滨 150700

摘要：随着高清电视机的普及，用户对于高清节目的需求迅速增长，高清互动点播系统的推出为用户提供了多样化的需求，也提升了广电网络的竞争力，近期济宁分公司的高清互动点播平台已经搭建完成，只要用户家中是双向线路，即可通过高清机顶盒点播视频节目及时移回看。高清互动点播系统包括一个核心节点和多个边缘节点，其中核心节点位于省公司，主要完成视频内容的存储、管理。

关键词：广电制播系统；高清视频数据处理技术；

网络并进一步向全光网升级，完全具备承载海量视频数据传输的能力。基于广电网络的视频大数据平台主体建设在广电视频专网，平台通过大数据、云计算等先进技术深度挖掘。

一、特点

广电中心的制播系统设计突出以下5个特点:(1)突出可靠性与灵活性的结合,局部采用纯IT网络。(2)突出无磁带无机械理念。(3)具有高可靠性和稳定性,关键设备互为备份。(4)功能齐全,从实际出发,新老设备要物尽其用。(5)科技为先,以人为本。

二、广电制播系统高清视频数据处理技术

1.硬盘播出系统。播出系统重点是充分保证播出和素材存储安全、网络顺畅、便于扩展。视频服务器采用了北京格非公司的MagiStream3000,为完全模块化设计。服务器系统各部件均有冗余备份,主要硬件均可以热插拔。采用嵌入式实时操作系统,支持标准的M P E G - 2 压缩格式, 图像实际清晰度极高,能够实现零帧精确播出。数据库服务器在系统中的地位至关重要,涉及总编室节目单的编辑、素材信息的存储、权限管理等海量信息内容,在本系统中配置了互为主备的双数据库服务器,可进行实时的数据信息互为备份和镜像。网络结构采用多交换机、多网段工作的机制，根据网络数据的种类不同,将系统的网络结构构架为多交换机、多网段工作的机制,素材交换和传输拥有独立的、冗余的千兆交换机和独立的网段,整个系统在线播出设备的控制和设备的远程监测监控分别拥有独立的网段,从而保证了网络带宽和播出安全。二级存储中心和素材迁移工作站作为上载与播出服务器之间的存储缓冲池,将上载与播出相对隔离,素材打点编辑在二级存储中进行,因此播出服务器任务单一,提高了可靠性,此外给带库提供存储节目源。考虑到特殊情况,三个频道分别配备两台应急播出放像机,作为应急播出源,实现可以和硬盘系统组合进行“盘带”混合自动播出或纯手工全磁带播出。系统中配备了完善实用的设备(信号)检测报警设备,故障点判断部分可以具体到服务器、键混等设备中的某一个单元。视频信号检测每个频道从服务器、播出末级、有线返回分别取样,发现故障特征时及时报警。硬盘播出系统中上载素材的高质量确保了播出的流畅和安全。上载方式可选择直接上载至播出服务器和先上载至二级存储阵列后自动迁移至播出服务器。广告日常编排只要重新编排每则广告标题就能快速完成,不以传统广告段位方式上载,使得广告串编人员从耗时、重复劳动中得到了彻底解脱。三个频道配置四个播出控制站,其中一个做冷备份。播出控制软件能实现顺序、插播、定时、视频服务器、直播节目混合播出以及定时上键等功能。每个频道具备主备切换功能,采用GVG-Acappella 16×2切换器做主备切。配置了两路键控器用于叠加台标和字幕,配置了数字音频处理器。数字信号通道中关键周边部分采用了GVG和S&W的产品,以确保播出的安全。

2.电视总控系统。总控系统设在电视播出机房,对参与播出和交换的各种视音频信号如台外上下传、各演播室、播控PGM及CLEAN等信号进行监测、调校和调度,同时承担着系统中信号的同步GPS时钟系统、信号的技监和收录等等。我们采用了一个以32×32(可扩展为64×64)数字矩阵和一个32×32的模拟矩阵为核心的总控调度系统。两个矩阵分别配置了一个XY信号远程调度面板和一个供技监设备使用的面板。总控系统信号源部分,我们以SDI数字信号为主,部分模拟信号作为备份或监测的辅助信号。总控系统既参与播出信号源的调度,也包括各县、省台上下传信号的调度,信号的传送在各频道制作室里可以直接进行。值得一提的是,由于我台严格实施工艺接地,台内数字和模拟信号传输至今未发生过任何干扰现象。对于播出系统,各播出信号到达播控切换台时所有信号的同步时基、相位均须保持一致。我们采用了2台同步信号发生器经切换输出的BB同步信号,向所有需要同步锁相的设备提供 BB 信号,包括各演播室的主同步信号。

另外系统中使用了较多的帧同步机对外来信号进行处理。对于现场直播、卫星接收、演播室直播信号都必须经过帧同步机处理,消除时基误差后才能送到播出切换台。在总控系统中配置了GPS卫星时钟接收机,通过网络和场逆程钟向所有需要校时的设备提供校时信号,使播出服务器和分散于台内的子钟与主钟走时精确一致,实现电视节目播出、挂角字幕播出时间的准确,另外作为各演播室的时间基准。为随时监测系统内信号的技术指标,确保播出节目信号的质量,在系统中配备了TEK WVR6100多功能视频测试仪等技监设备,可对任意1路信号进行技术指标的测量,包括SDI眼图、抖动率、色域等技术指标的测量。

3.基于文件的非编制作系统。从技术人员的角度看,电视前后期技术应该是以IT技术结合半导体存储技术为发展方向,因此我们确定了摄像机以松下P2技术为主,并在建设非编制作网络时,在新闻和广告两个新非编网络上实现了全程基于文件(DV50或DV25格式)制作的无磁带运行网络。P2设备不仅拍摄方便,更在记者后期制作的时候大显身手:上下载的速度以DV25格式计经实测是3∶1,即3分钟的素材1分钟便导入导出完毕。我们事先给新闻栏目的字幕格式都做了统一,记者可在这个网络里实现文稿的起草和审查,实现网上前后配音、审查,因此在新闻串编人员调取工程文件并合成的时候,工作量大大降低,效率极高。以三频道30分钟时长的日播新闻为例,每天节目基本能提早一个小时完成。我们特别配置了两台移动编辑系统,为记者跨市跨省等外出采访提供条件。非编网络方案建立在计算机技术与网络技术上,为各频道提供一个集节目制作、包装合成、节目管理于一体的智能化技术平台,实现节目制作流程无带化、无纸化,并充分考虑系统今后的扩展。主要技术如下:(1)存储管理平台：非编网络系统针对视音频数据及数据库文件分别存储。各个子系统的视音频数据采用共享存储的方式。数据库文件使用SQL SERVER关系型数据库来完成,与视音频数据共用存储体,但位于不同的分区,以保障性能。( 2 ) 服务器和存储系统：P C 服务器为X 8 6 架构+Windows操作系统,具有较高性价比和低维护成本。存储阵列系统采用RAID3/5 HotSpare技术,具备冗余通道,冗余控制器,无单一崩溃点。新闻网存储容量为5.12TB,广告网为2.56TB,满足日常需求。(3)网络平台：系统中的网络平台采用纯以千兆以太网络架构。通过iSCSI类型的存储设备,在千兆以太网络建立SAN网络结构,即IP-SAN网络。

4.演播室及其他制作系统。演播室和播出机房、演播室之间通过总控系统实现互通。播出系统如果直接接收制作系统上传的文件,不论是工程文件还是打包的文件,总是难以避免病毒的感染,造成整个网络的瘫痪。因此我们充分利用SDI数字信号可进行远距离传输的能力,实现了台内信号的传输,台内最大传输距离不超过150m,我们采用百通和佳耐美专用数字线,经实际测试和应用完全没有问题。新闻演播室均为直播化设计:包括大型控制桌、设备布置、全台通话系统、演播室Tally指示系统、全台GPS时钟等。2008年经济信息频道演播室承担了每周五档的竞技直播节目,通过演播室直播系统获得了成功。此外直播信号可在播出系统作任意延时处理,降低直播风险。演播室做好的节目如录播新闻,虽未采用文件方式直传播出系统(功能完全可实现),但是可以经过总控系统直接调度并上载,避免先下载到磁带再重复采集所造成的弊端。总控系统和县台、省台都可以互相传送节目,做到了全台内外的互联互通。

通过以上系统的实施,我台全台电视专业设备基本实现了数字化和网络化,形成了一个数字化网络化电视制播整体系统。

参考文献：

［1］宫世杰，王薇，郭乔进，等． 视频监控系统发展现状与趋势［J］． 科学技术创新，2018，( 29) : 81－ 82．