高标清同播环境下的播出系统技术方案探析

刘香凤

（山东省招远市广播电视台，招远　265400）

高标清同播环境下的播出系统技术方案探析

刘香凤

（山东省招远市广播电视台，招远265400）

本文首先介绍了高清播出系统与标清播出系统建设中的相同点与不同点，然后对高标清同播二种播出的技术方案结构、技术原理、各自优点和存在问题进行了详细分析，并提出了相应的解决方法。

高清播出系统；标清播出系统；高标清同播；幅型变换

1　引言

高清电视是广播影视的一场革命，它以高分辨率的图像、16∶9的画面、环绕声的音响，极大地满足了观众对电视节目不断增长的欣赏需求。2009年9月28日，包括央视一套、北京卫视、江苏卫视、湖南卫视等9家电视台同时开通高标清同播，加上原有的央视、电影、北京、上海4个高清频道，共13个高清频道，初步实现了高清电视的规模化、集约化发展，标志着我国高清电视时代的到来。高标清同播模式，即把现有的频道节目以标清和高清同播的方式同时播出，通过不断增加高清播出量，实现标清向高清的逐步过渡，最终实现全面高清。这种模式有效解决了电视台高清节目制作能力及源动力不足的问题，是我国发展高清电视成本较低、效率较高的有效途径，具有十分重要的现实意义。

2　高清、标清播出系统的比较

高清播出系统和标清播出系统，除简单的播出码率变更外，具备许多相同点及不同点，在此进行简单的分析。

2.1相同点

两者的相同点有工作流程、工作时间、人员管理、软件控制及工作方式、安全设计考虑、播出系统安全保障及应急手段等。高清播出系统可以继承标清播出系统的工作方式及工作时间分配，在人员管理方面无须改变。如果采用相同控制协议的硬件设备，甚至可以采用相同的自动播出控制软件，无须重新进行人员培训。设计方式可以延续标清播出系统设计的经验，采用多重备份的安全设计方式，高、标清系统设计理念方面并无太大区别。各台对自动化、数字化的播出系统安全保障及应急手段已经形成一套完善的方式，适合各台的内部架构，高清情况下仅须着重关注几个敏感点，无须更改原有方式。

2.2不同点

（1）硬件设备

受技术牵制，高清播出系统与标清播出系统的主要区别在于硬件设备方面，其中涉及播出系统的各传统硬件、IT设备，由各硬件性能影响其他方面。

IT设备主要包括应用服务器、存储、传输设备。由于IT技术的发展速度快于广电应用，高清相比标清需要更大的存储量、传输带宽、系统负载，因此，需要将满足要求的IT硬件设备引入到广电的应用中。

传统设备包括核心的视频服务器，信号传输部分的矩阵、切换台、切换开关、周边设备等。

由于进口视频服务器都是根据播出系统的实际使用进行设计，其稳定性、编解码能力、编解码占用带宽、外部访问带宽、存储容量都是按照应用进行设计，应该在设计之初按照实际的使用情况选择适合的视频服务器，以保证整个高清播出系统的性能。

矩阵、切换台、切换开关、周边设备作为播出系统中的信号切换设备使用，其安全性、稳定性关乎整个播出系统的信号传输。在多重备份设计的前提下仍然需要配置高安全性、高可用性的设备。国外厂商的产品在高清设备方面都具备不俗的表现，可以根据实际情况挑选适合的设备。

（2）素材文件存储量及访问带宽

播出系统的存储主要指播出二级存储或播出缓存，存储容量方面，原有标清播出码率通常为8～25Mb/s，按照8Mb/s计算，每小时节目需要占用3.6Gb的存储空间。而高清播出码率通常为50～100Mb/s，按照50Mb/s计算，每小时节目需要占用22.5Gbyte的存储空间。可见高清素材需要远远大于标清素材的存储空间，在系统设计之初，就需要按照码率及节目存储时间对存储容量进行计算，并且随着单一文件的增大，对于访问带宽的需求也相应提升，盘阵的内外部访问带宽都将影响整个高清播出系统的性能，过去在制作、媒资系统使用的大容量、高带宽存储将随着高清播出系统的建立引入到播出系统当中，这点与标清播出系统的小盘阵有明显的区别，也很可能引起播出系统技术的一次变革，甚至根据访问需求可能将IP-SAN，FCSAN，专业NAS这些技术引入到播出系统当中。

（3）网络传输带宽

过去标清播出系统设计中，千兆网络足够满足播出二级缓存与视频服务器间的网络传输带宽，大多情况下甚至可以同时负担从其他系统向播出系统迁移素材文件所需的网络带宽。千兆网络的使用带宽仅为30Mb/s，而50Mb/s的视频文件需要占用6.25Mb/s的传输带宽，在多频道大访问量的情况下，千兆网络明显不足。在建立高清播出系统时需要考虑频道数、各频道播出时间、播出系统迁移量、外部系统迁移量等条件计算网络带宽。如果千兆网络不能负担，需要根据实际情况及网络架构考虑采用万兆网络或者光纤的传输方式。

（4）系统负载

由于高清播出系统在处理视频的编解码、视频传输时，文件存储量及传输量大大增加，对单一设备及整个系统的负载性都需要提升。除采用高性能设备构成系统外，需要在系统设计中考虑多重主备及冗余的策略，确保系统可以满足满载使用要求。同时可以通过在系统中增加安全监控及多重监视的方式，增加对系统的管理。

（5）信号传输距离

随着信号质量的提升，受传输带宽的影响，高清信号相比标清信号对于传输介质的要求更高。在高清播出系统设计时需要按照实际使用距离考虑采用不同的传输线缆。

3　高标清同播方式

经过几年的讨论和多家电视台的实践，目前开播的高标清同播频道大致有以下两种实现方式：一种是独立同播模式；另一种是一体化同播模式。

3.1独立同播模式

3.1.1基本方案

独立同播模式特指在保持原有标清频道正常播出的前提下，重新建设一套采编播一体的全程高清化的播出系统。这种方式下，高清系统播出高清节目，标清系统仍然存在并播出标清节目，高标清两套播出系统共存，两个系统内部无任何关联耦合，完全隔离。

在这种模式下，一个节目如果同时需要实现高清和标清播出，在节目源进入播出系统之前就根据播出的需要实现节目的上下变换处理；文件数据的上下变换由播出系统前端的备播系统实现，产生高清版本和标清版本，分别传输到高清系统和标清系统准备播出；信号节目的上下变换在总控矩阵环节提前实现，并进行监看保证变换的效果，处理完成后在传输信号到播出系统进行播出，播出系统的职能只负责播出，保证播出系统及节目的安全。

现阶段电视台播出节目仍然以标清节目为主，所以高清播出系统内配置了下变换器，作为标清系统的冗余备份措施，在标清系统出现故障时，高清系统下变换生成标清节目进行播出；随着高清节目源的逐渐增多，渐渐地淘汰掉标清系统，只使用高清播出系统进行播出。

3.1.2幅型变换问题

如果播出的节目只有标清磁带的版本，并且制作时是采用遮幅式进行16∶9构图，在标清播出系统上载后，迁移到高清播出系统中进行播出时，因为播出视频服务器会自动采用上变换进行播出，上变换默认情况下采用两侧自动加边的“边条方式”，因此可能存在四边都是黑边的情况，即“邮票”现象。但是这种情况一般比较少见，对播出不会造成重大影响。

3.2一体化同播模式

3.2.1基本方案

该模式是建立一套全新的全高清播出系统，它包括前期节目上载、演播室系统、播出切换系统及信号传输系统，所有的环节均使用高清设备。采用一个高清播出平台播出高清频道节，然后将高清播出信号下变换为标清播出信号供标清频道播出，高清系统最终同时输出高标清信号的方式实现高标清同步播出。高标清一体化播出模式的方案如图1所示。

图1　高标清一体化播出模式的方案

此方式不管信号源采用什么样的格式，完全由播出系统负担下变换和播出的工作，播出系统内部环节比较多，系统维护的工作复杂繁重。

3.2.2幅型变换问题

对于4∶3构图的标清磁带节目上述方案没有任何问题。但是对于以16∶9构图制作的遮幅式标清节目，因为上载时默认进行两侧加边上变换为高清信号进行上载，在高清播出时将出现四边都是黑边的“邮票”现象。在解决方案上可以考虑在上载时能够灵活指定上变换方式，除了两侧加边方式外对这种节目采用上下切边的方式。在标清播出进行下变换时也不能采用默认的切边方式，而是采用上下加边的方式。

对于16∶9构图的高清节目主要是一些高清电视剧、纪录片等节目，输出高清信号没有问题。但标清播出时，因为统一采用两侧切边方式下变换，部分内容将被切掉，影响观众的收视感受。要解决这个问题，最好的方法是对视频服务器中的节目插入AFD信息，指明采用的下变换方式是上下加边的信箱方式。视频服务器播出时，视频信号中带有AFD信息，下变换器自动进行幅型变换，不用默认的统一切边方式，而是上下加边方式。这种方案是否可行取决于视频服务器和录像机对AFD的支持程度。目前可以通过程序手动控制下变换器将某些节目设置为“信封”模式。还有一种方案是考虑由播控程序控制下变换器实现灵活的幅型变换，但这样做很难保证帧精确，同时也加大了播出程序的工作量。

4　两种同播模式比较

独立播出模式相对而言安全性比较高，一是固为高标清两套插出系统独立运行，彼此不受影响；二是因为幅型变换等操作基本上在进入播出之前完成，播出系统工作量比较小；三是原有的标清播出系统可以继续使用，新建高清系统不影响现有标清系统的安全。此外，由于高标清系统独立建设，高清频道和标清频道允许有一定的节目差异，过渡比较方便。这种模式的缺点也是明显的，同时维护两个系统，同时制作两套节目，对设备资源和人力资源的占用非常大，工作量比较大，建设投入成本高。

而一体化播出模式的系统相对而言比较简洁，便于维护，投资也大量减少，非常适合未来的高清播出。同时，其高标清同播是真正的同播，除画面幅型不同，高清输出和标清输出的节目内容任何时段都完全一样。但是也因为高标清播出捆绑在一起，下变换在播出系统内完成，增加了播出系统的负担。

5　字幕处理

因为高清和标清的画面幅型不同，在同播系统中字幕的位置也需要进行规范，避免出现字幕被切掉的情况。

对于与节目内容相关的字幕，如电视剧对白，一般是在前期制作中加入。在独立播出模式中，因为送往播出的是高清和标清两版节目，无论是磁带方式还是文件方式，宇幕应该都是已经处理好的，不会存在问题。但是在一体化播出模式中，送往播出的只有高清节目，播出时在下变换两侧切边播出，因此要求前期制作时，应该严格要求字幕应该保持在4∶3构图之内，以免在标清频道播出时字幕被切掉。

对于与节目内容无关的字幕，如角标广告，在目前的方案中通常为高清频道和标清频道分别配置字幕机，在播出系统中分别叠加。当然这种做法会导致叠加字幕的操作要在高清和标清字幕机上做两次，增加了操作人员的工作量，建议开发同时支持高清和标着两路输出的字幕机。

6　结束语

高清电视是广播电视技术发展的必然趋势，标清电视转向高清电视是划时代变革，需要经历一个漫长的过渡阶段，值得深入考量的技术管理策略还很多。高清播出系统不是简单的标清升级，安全、可靠、稳定及高效率的设计理念，将一直贯穿在高清播出系统的设计之中。高标清同播是目前促进高清电视普及和推广的有效手段，因此，对高标清同播技术的了解有助于电视节目向全高清化迈进。

HD & SD Broadcasting Technical Scheme of Broadcasting System Environment

Liu Xiangfeng
（Zhao Yuan Television Station，Zhaoyuan，265400）

First introduced the HD broadcasting system with the standard definition broadcast system in the construction of the same points and different points，Then makes a detailed analysis on the high standard definition simulcast of two technical schemes for broadcast of the structure，technical principle，advantages and existing problems，and puts forward the corresponding solving methods

HD broadcasting system； SDTV broadcast system； HD & SD broadcasting； Picture type conversion

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.04.002

TN94

A

1672-7274（2015）04-0006-04

刘香凤，1977年生，助理工程师，主要从事广播电视技术工作。

［1］周永康.高标清兼容系统设计与探析［J］.现代电视技术，2005（3）:28-30

［2］蒋训娴.浙江卫视高标清同播实施方案［J］.电视技术，20lO，34（3）：104-105