一键控制的电视节目多模式审片系统的实现

胡键巧

（浙江广播电视集团，浙江 杭州 310005）

责任编辑:任健男

节目评审系统作为保障广播电视安全播出的重要窗口，承担着台里各类电视节目的技术质量评判和内容审片工作。浙江广电集团在征求各业务部门的需求后，提出建设一套广泛适用而操作便捷的多格式移动视听审片系统，汇聚高标清录像机、DVD、机顶盒、计算机等各类专业及民用播放设备的接口，通过一键控制实现信号与显示屏、音箱之间的对应切换；功能上同时满足日常内容评审和技术评审的需要。经过充分沟通、精心设计，自主研发了一键控制的电视节目多模式审片方法，该系统高度集成化、操作简便化、界面友好化，可用于电视台日常节目评审，是一个实现节目客观及主观评审的综合应用平台。

1 需求分析

1.1 技术质量评审

电视台的节目制作、播出后要经过卫星、微波、有线等多个传输环节才能到达观众家里，同一个节目在信号制、播、传各个节点的技术指标会发生变化，直接影响到观众的收看效果[1-2]。为了确保优质播出，台内经常需要对节目的技术质量进行评估，并通过评审分析影响技术指标的原因。传统的技术质量评审采用的是分散的单机设备，即录像机视频信号接显示屏、音频信号送监听音箱，以获取主观的画面、声音质量判断；接着重新播放视频信号送示波器，获取测试参数；再结合主观评价与客观指标进行综合分析。在这种方式下，完成单一节目信号源主、客观评审的过程就非常繁琐，尤其每次更换格式都要来回插拔信号源到监看、监听及测试设备的连接线，更无法实现信号源在各个节点的对比评审。

1.2 内容审片

随着集团事业的蓬勃发展，各类节目观摩、评审的需求日益增多，而且片源混杂，高标清、光盘、流媒体等各种格式并存，使得每次审片都要临时搭建系统，费时费力还不能达到效果。所以需要建一套方便易用的审片系统，针对不同审片需求，通过简单的一键式触控操作，实时监看监听各类信号且能随意切换，同时可对节目进行专业的视音频波形分析，以提高工作效率，真正实现主客观对比评审。

2 方案设计

审片系统的信号源播放设备主要有高标清放像机、演播室高标清接口、笔记本或台式计算机、蓝光播放机、机顶盒等，对应的视频信号格式主要是HD/SD-SDI，HDMI，VGA，DVI等；音源部分主要有HD/SD-SDI的嵌入音频、AES音频、数字同轴音频、模拟音频等。

专业录像机等播放设备可以通过切换矩阵来对不同信号源进行调度；若考虑加入民用设备，如高清蓝光播放机、计算机播放的节目，或者PPT文档演示等，在操作上对不同信号的调度、音视频的跟随等都比较麻烦。所以在方案设计中既要兼顾视音频信号的多元性，也要考虑使用人员的操作方便灵活性。因此，设计以集成审片控制器为整个审片系统的核心，将外围设备不同类型的控制接口全部连接到审片控制器，在审片控制器上安装自主研发的控制软件，通过直观明了的触摸屏操作，对周边设备进行统一调度，实现最终的显示和监听效果。设计框架如图1所示。

屏幕显示效果要求可灵活排列组合，图2是常用的单路节目审看模式。

该方案可以实现三路节目的同时对比评审，或者两路视频的同屏显示，或者两屏画面一屏视频波形，如图3所示。

初步方案确定后，重点考虑相应的控制软件。

分解每一步控制所涉及到视音频矩阵、画面分割、显示屏、视频测试仪、音频分析仪等相关设备的切换动作如表1所示，其矩阵的指派、画面分割的状态和最终以何种方式在等离子大屏上显示都定义在表格中。

表1 相关设备的切换动作

整个审片系统中不仅涉及到视频的切换动作，相关视频对应波形的显示、音频指标分析显示和监听都要做好前期设计，下面以示波器的切换动作进行简要说明，如表2所示。

表2列出了视频切换时示波器相应的操作动作，如当采用VTR1进行审片时，采用示波器的预设置状态1，即显示单路视频波形；而采用VTR1+2两路放像机进行对比审片时，采用示波器的预设置状态2，即显示双路视频波形。

3 设备选型

在设计过程中，笔者翻阅了大量的技术资料，并和设备厂商反复讨论，解决了不同设备的控制问题、不同格式信号源的兼容问题、不同视频切换时的音频跟随问题等。

表2 示波器视频测试切换操作动作

3.1 控制方面

审片系统通过接口控制对不同的音视频信号进行调度并显示在不同的屏幕上或选择监听，所以无论专业或民用设备，都要求提供接口协议以接入系统[3-4]。高标清录像机具备RS-422接口，视频测试仪、环绕声分析仪可通过GPI信号控制，矩阵、监视屏、画面分割器等设备提供RS-232或RS-422接口。

3.2 视频方面

针对不同格式的信号源，采用多格式矩阵的方式调度，主要有HD/SD SDI矩阵、DVI矩阵、VGA矩阵等，囊括了各类专业及民品设备的视频信号。

考虑到多路信号源的同屏对比显示，在系统中又加入高清的多画面分割器，通过矩阵环接，可以在任一显示器上观看4路不同的视频信号源。类似地，视频测试仪的DVI输出、音频分析仪的VGA输出也都可以通过矩阵环接方式，在任一显示器上实现测试指标的可视化监看。

3.3 音频方面

经过慎重选择，采用接口丰富、功能强大的RTW31900环绕声分析仪，实现音频的监测监听。该设备具备全套音频信号分析工具，集分析、显示控制与路由等功能于一身，不仅兼容HD/SD-SDI嵌入音频及各类数字、模拟音频，可对多至7.1声道环绕声节目进行快速深度评估；同时带有杜比AC-3和杜比E解码器，可对经过编码的音频进行分析，完全满足今后的发展需要。同时采用有源音箱和低音炮组成5.1环绕声监听，带来震撼的音响效果。为兼顾多路不同信号的输入，将模拟音频转换成数字信号进入AES矩阵调度。

3.4 显示方面

显示器的质量直接关系到待审节目的审看结果。为确保评审的权威和公正，显示设备必须具有卓越的影像功能，完美再现节目的真实效果，并能发现节目制作中的瑕疵。系统采用多台配备HD-SDI接口的65 in等离子监视器，以实现高质量的节目审片。

3.5 电源方面

考虑到使用审片系统的部门较多，为了方便管理和控制各类用电设备，采用电源时序器，这样不仅能够避免人为的失误操作，还可降低用电设备在开关瞬间对供电电网的冲击，也避免感生电流对设备的冲击，确保整个用电系统的稳定。

4 关键技术

4.1 视、音频信号源多层嵌套的审片模式设置

为了让审片系统简单易用，在设计时提出了“审片模式”的概念，把最常用的审片方式以最直观的图标显示，如图4所示，让复杂的系统操作变得一目了然。

同时，兼顾个性化的审片需求，在常规审片模式的基础上更深层次地提出了模式设置的想法，如图5所示，这种功能可以让审片模式变得更加灵活，用户可根据需要任意去定义每种模式的显示效果。

图5 模式设置界面（截图）

以模式一为例，详细说明审片模式在整个系统中的重要性。

在图4的模式一中，很容易理解每种图标所代表的含义，最左边是视频信号的波形显示，第二个代表视频，第三个代表音频的指标显示，同时这三个图标又分别对应3台等离子监视器；最右边的音箱表示监听。用手点触模式一，经过审片控制器对外部相应设备的控制，最终将视频测试仪、待审节目、音频分析仪的画面实时显示在3台受控的等离子监视器上，同时将声音送到音箱进行监听。

接下来通过图5来介绍模式一是如何设置的。左上角有6组预设值的图标，代表6种模式。选择一组图标，在下面的屏幕源设置中有五栏，PDP_1，PDP_2，PDP_3分别代表三台等离子监视器，其右侧代表可选择的信号源，如VTR1-3、视频测试仪、音频分析仪、画面分割、蓝光播放机、高清机顶盒等，在这里可以将列出的信号源随意指派到三台监视器中的任意一台，从而让模式设置变得更加灵活。系统中，将矩阵切换送画面分割之后，其输出再次环入矩阵，目的就是将不同的信号源都能够通过画面分割显示在任一台监视器上，可以在画分左、画分右中随意指派一路信号源作为画面分割的预显示信号。

图5右侧是示波源选择和音源选择，原理与画面分割相同，示波器可选单路输入，也可选双路输入；音源选择主要是为音频分析仪及监听选择信号源，示波_3、音源_2、音源_3为将来技术进步和系统的可扩展性预留。

4.2 多样性接口的集成控制

借用网络分层的概念来解释审片系统的构成，可以将图4作为应用层，图5作为传输层/网络层，而下面的图6则对应为连接层，也是整个控制系统的基础。上一层的协议都是以下一层作为基础。

图6左侧是系统中需要控制的设备，右侧是对每类设备控制参数的设置。整个系统中用到的控制接口主要有RS-232，RS-422，GPIO，先在物理层上将相应设备的控制线接入集成审片控制器，然后在这个界面添加该设备并设置相关的参数。

控制软件可分开控制每台录像机（包括索尼和松下磁带及新介质录像机），也可对多台录像机进行精确级联控制，同时触发多台录像机进行同步播放、停止、快进、快退、搜索或按时间码定位。

多格式矩阵的调度更为复杂，图7的矩阵列表中已列出系统中所采用的矩阵设备。

针对每一路进入矩阵的信号，设置通道列表，其中两个参数非常重要——类型和环出标志。矩阵有输入输出，将所有进入矩阵的信号全部加入通道列表并将通道类型设为输入，而所有从矩阵输出的信号也全部加入通道列表并将通道类型设为输出。

前面提到过画面分割和视频测试仪、音频分析仪，它们在系统中位于矩阵的输出和输入之间，也就是将矩阵输出的信号送到画分或测试仪后再次环入矩阵，并设置相应的环出标志。做到这一步，软件就完全控制矩阵，并能够随意调度信号源输出到任一台监视器。

4.3 源名跟随

源名跟随主要解决模式切换中信号源名称的自动传递问题，即在模式中切换信号源时，其源名能够自动显示在相对应图标的下方，而且监听部分（模式中的音箱图标）也能够自动跟随相应视频信号的切换，并控制相应设备将节目的环绕声输出至音箱实现审片监听。

二阶矩方法为标准矩张量带来了额外的信息：用震源椭球表示的震源区几何形状估计、震源过程的持续时间、时空矩心和破裂扩展的平均速度矢量。使用这一方法，我们研究了具有明显非双力偶分量的5个事件并对所有事件获得了二阶矩估计值。通过对不同水平的合成噪声模拟，在1999年伊兹米特地震的设置中，30%的噪声水平（与记录中的峰值振幅相关）已阻碍了二阶矩检索。在我们的练习中，使用伪随机数计算机发生器模拟噪声并做了相应的滤波。真实噪声肯定是不同的，但我们认为，它的特定特征比污染的振幅影响小。

视频信号的源名跟随可以通过软件来实现，但音频如何做到与视频的同步跟随是个难题。经过反复实践与探讨，最终选择通过GPIO控制来实现跟随，如表3所示。

表3 RTW针脚定义

将已知信号源进行分类统计，并深入分析RTW音频分析仪的各项功能，考虑到RTW开机后默认状态不是在输入信号的选择上，所以在系统启动过程中直接低电平触发RTW输入功能，待系统启动成功后，用户在对视频信号源切换的同时，控制系统对RTW的音频分析仪进行同步切换。例如切换到蓝光播放机时，RTW音频分析仪对应切换至KEY1，而KEY1则是预设并保存在RTW中的5.1环绕声分析，视音频及其源名的跟随最终实现“所见即所得”的节目评审方式。

5 创新点

1）通过屏幕源、示波源和音源的配置选择，实现审片模式的自定义。

在审片系统中，首创性提出了“审片模式”的概念，即针对台里日常不同的审片要求列举出不同的审片模式，映射到不同设备的操作集合，通过集成控制指令加以实现。不同的审片模式还可以通过软件设置界面进行相关参数设置、修改、保存。在审片模式定义中，视频信号源、音频信号源、屏幕信号源可自由组合，进而形成一个独立的审片模式并保存；在每一个审片模式内，若该模式包含多个视频测试信号源、音频测试（监听）信号源或画面分割信号源等，则视频测试信号源、音频测试（监听）信号源或画面分割信号源还可进行自由选择。灵活的模式自定义使丰富的节目评审功能得以实现。

2）通过对各类审片设备接口协议的集成控制，实现一键触发的节目评审要求。

汇集不同厂家的设备接口控制协议，在众多协议的基础上，按照审片需求及实现的功能，自主研发了一套审片控制软件，实现对多种专业及民用格式的节目源进行视音频主观和客观指标评审，并实现多台录像机的独立与联动控制。

每个视频信号源或音频信号源均设置有信号源名称，该名称唯一标示该路信号源，且当信号源经过多格式接口设备、视频矩阵设备、音频矩阵设备、视频测试设备、音频测试设备、审片控制器、视音频监看监听设备时，信号源名称都将自动被跟踪，且同时带入到下一级审片设备中，直到显示在应用界面上，实现最终的信号源名称跟踪。

4）通过对多台录像机的同步操作控制，结合审片模式选择，实现多个节目片源的主、客观指标对比审片。

信号经过制、播、传各个节点会有延时，但可以把各个节点的信号收录下来，依靠该审片系统，通过录像机同步播放，对同一节目进行横向对比评审，分析影响技术质量劣化的原因。

6 系统调试中的问题和解决办法

设计时考虑的是核心设备的高品质及用户操作的灵活便捷，而在实际调试及试运行过程中遇到的一些问题则更为具体。

1）HDMI信号的5.1嵌入问题

系统配置了5.1监听音箱和环绕声分析仪，但使用蓝光播放机通过HDMI输出，经HDMI/HDSDI转换盒后，环绕声分析仪只显示了2个声道，没有实现蓝光播放机HDMI嵌入5.1声道的分析和监听。转换盒本身可以通过跳线设置，将嵌入HDMI中的6个声道不做处理直接转换到HDSDI信号中，但在实际使用中，却受到了片源HDCP版权保护的限制。因此转而采用数字同轴音频直接进音频分析仪，但这种方法带来了视音频跟随的新问题。为确保“一键触控”的设计初衷，通过GPI触发音频分析仪，结合大量的软件代码修改，最终解决了视音频跟随问题，同时也实现了蓝光DVD播放5.1片源的可视化分析和监听。

2）计算机HDMI显示问题

系统在设计时考虑到计算机信号的接入，采用HDMI/HDSDI转换盒。在调试过程中，将计算机通过HDMI接入系统，最终监视屏上显示的画面有偏移，而将计算机VGA信号接入系统时画面显示正常。最后通过422控制口对转换盒的场行偏移值进行微调后，画面显示正常。

3）软件的安全性问题

由于用户所有的操作都是通过触摸屏来实现的，而审片系统的使用人员很杂，既有技术质量审查，又有内容审片，有些误操作可能会对系统中的设备参数或者模式设置进行修改，容易造成系统参数混乱，无法保障下次审片的顺利进行。如果给用户设置权限，会让使用变得复杂化。因此将软件分成两个界面，一个界面供操作者使用，简单明了；另一个界面就是全功能版本，供管理员进行系统维护，不仅可以对模式进行设置，还可以修改相关的设备参数和预设值。

7 总结

至此，系统实现了所有的设计功能，用户界面直观，能达到“一键触发”式简单操作，灵活解决广播电视及民用设备领域的各种信号格式的监看监听，以及视音频相关参数的可视化监测，并突破性地实现了制、播、传各节点信号的主、客观对比评审。

系统自2012年3月投入使用以来，已承担了浙江广电集团的每季度播出技术质量评审和制作技术质量评审，以及集团总编室和浙江卫视等频道的日常节目审片，因其方便实用，深受大家欢迎，目前每天都有排队预约。该系统在确保技术质量评审的高要求配置下，很好地满足了内容审片的便捷操作，具有广泛适用性，在广电系统很有推广价值。笔者也总结了一些体会：

1）易用性

简单易用的理念始终贯穿整个设计思路，“一键触控”目的就是要让使用者摆脱繁杂的操作程序，所有技术解决方案都通过后台实现，确保良好的用户体验。

2）开放性

简单地引入高清审片功能是远远不够的，审片系统将各种信号格式、各类控制接口都囊括其中，可灵活设置个性化的审片方式，开放设计使得审片系统得到极大的提升。

3）可扩展性

在方案设计初期，就充分考虑到系统的延续性，并预留各类输入输出接口，以方便扩展。

考虑到临时性的异地审片需求，系统采用集成箱体设计，配置滚轮，便于运输、移动；同时增加台外审片模式，以适应没有配备HDSDI大屏的使用环境。

此外，系统采用3D监视器，未来通过Dual Link方式即可实现3D节目源的审片，延伸了系统的可扩展性。

[1]史冠翔.中央电视台综合节目内容审片系统总体设计与实现[J].现代电视技术，2011（7）：84-87.

[2]伍以文.音视频节目技术审片系统的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2011.

[3]尹言，雷鸣，范飞，等.北京电视中心环绕声审听（片）室扩声系统设计[J].电声技术，2012，36（3）：6-10.

[4]胡键巧.基于频道制模式的网络制播规范及流程约定[J].电视技术，2012，36（12）：62-65.