广播电视监测显示系统技术

牟近辰

【摘要】随着我国经济的飞速发展，广播电视作为人们的精神需求，已远远超越对于物质需求的满足。媒体融合的进一步推进，我国广电传媒行业技术发展不断创新，4K广播电视节目陆续落地，广电媒体节目画面质量更为清晰，图像更为真实。在这种形势下，我国政府广电监管部门的传统广播电视监测显示系统已无法满足对超高清广电节目监测的需求，以4K节目作为接入信源的超高清拼接监测显示系统技术正日益成为主流。

【关键词】广播电视监测;4K超高清;大屏幕监测;拼接显示

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.12..012

广电总局监管中心作为全国广播电视安全播出、指挥调度的核心枢纽，承担着总局安全播出指挥部的重要职能。2013年底监管中心建设完成监管大厅，其中搭配的大屏幕显示系统成为了当时的广电业界标杆。系统可以将全国汇聚的卫星、有线、无线、海外、新媒体等各路传输网络里的上千路实时节目进行集中显示，为总局安全播出指挥调度提供有力技术支持。随着超高清显示技术的不断发展，生产力与生产关系的变革，我国乃至世界广播电视行业迎来了显示技术革命，4K超高清电视节目的出现，对广播电视行业产生了严重的冲击。对传统广播电视标清节目的监测技术，已无法满足对于高清、超高清广播电视节目的监管要求。广电总局监管中心现有的大屏幕显示系统引擎尚无法支持4K超高清节目显示，需要改造升级以适应未来行业发展的需要。

1. 大屏幕拼接显示系统分类

大屏幕拼接显示系统，主要分为大屏幕显示系统和拼接控制系统。通过拼接控制系统采集外部接入信号源，进行转码、处理、编码，将多路视频信号以统一的码率和格式汇入大屏幕显示系统中，通过中央处理主机进行编排，以预案的方式在大屏幕上进行集中展示。目前市场中，对于大屏幕显示系统的显示硬件主要分为三大类：一是DLP背投拼接显示屏;二是LCD液晶拼接屏;三是PDP等离子拼接屏。其中DLP的拼接缝隙最小，亮度色度最为柔和，发热率与同类别相比最低，24小时运行率最为稳定，较LCD与PDP而言更为适合应用于指挥中心、控制中心等室内监控环境。

拼接控制系统目前大体来说共经历了四代产品，第一代产品为PCI工控式拼接控制器，通过插卡式工程机，将多路视频信号汇聚到图像处理主机中，进行统一运算、统一处理、集中显示。优点是可支持各种应用软件，兼容性较强，缺点是稳定性太低、处理数据量小、容易死机。第二代产品为FPGA纯硬件式拼接控制器，称为现场可编程逻辑阵列，是在PCI架构后发展的硬件技术。优点是处理速度快，稳定性较高，缺点是纯硬件支撑，不兼容应用软件，需另行搭配应用设备进行辅助。第三代产品是双系统拼接控制器，可以支持更清晰的图像处理能力、具有更多的输入节点支撑以及具备多图像叠加的特效能力。在处理速度与运行稳定性上都较前两代产品有了大幅度提升，在分布式拼接控制器出现前，双系统拼接控制器成为了市场的主流。第四代产品是分布式拼接控制器，这也是最新一代的拼接控制产品。分布式拼接技术的实现，将原有的固定式拼接技术变得更为灵活，信号源不再拘泥于同一个机房、同一个楼层，分布式拼接控制器可以将视频信号全部转为数字信号，通过光纤进行远距离传输，并采用模块化架构，系统对数据的处理量等于所有模块处理量的总和，模块之间互不影响，处理速度更为迅速，运行状态更为稳定，扩展能力得到极大提升。

2. 广电总局监管中心大屏幕显示系统现状及问题

2.1 系统现状

广电总局监管中心监管大厅现有大屏幕显示系统主要由152块67寸DLP投影单元和1套PixelNet分布式显示控制系统组成（见图1）。大屏幕显示墙为4行38列。

PixelNet显示控制系统的输入节点接收信源输出的HDMI或DVI信号，最高支持1920*1080分辨率，通过网络传输提供给输出节点进行解码，最终通过DLP投影单元进行显示。PixelNet显示控制系统实现多画面显示分割和跨屏漫游功能。PixelNet显示控制终端实现对显示控制系统的显示模式切换，大屏控制终端实现对DLP投影单元的开关机控制。

2.2. 存在问题

监管大厅大屏幕显示系统不支持对于4K超高清信源的接入处理能力。随着媒体融合的推进，为做好广播电视重保期及日常的安全播出指挥调度工作，积极应对并及时处置越来越复杂的安全播出事故事件，总局安全播出指挥部需要在监管大厅综合调看各类高清、超高清节目信号，开展分析研判、会商协调、全国指挥等多种形式的会议。在这些会议中若无法使用4K超高清图像显示，将大大降低会议的整体质量。

同时，监管大厅作为总局安全播出工作的指挥调度枢纽，是综合展示广播电视技术发展、内容监管、网络安全及监测监管事业情况的重要平台。随着超高清节目逐渐开播，需要将4K节目逐步纳入监管大厅显示系统，更好地完成指挥调度、对外展示工作，并能充分显示广电行业事业发展成果。而监管大厅现有大屏幕系统尚不具备对4K信源的视频处理能力无法在大厅还原出4K超高清电视节目各项技术要素，所以监管大厅4K超高清拼接监测显示系统改造迫在眉睫。

3. 4K超高清拼接监测显示系统设计方案

3.1 建设内容

對监管大厅大屏幕显示系统进行改造，项目建设具体内容包括：一是建设4K拼接显示系统，增加符合4K信源参数标准的输入接口，将4K信源接入大屏幕显示系统中，利用现有大屏幕显示单元，将多块高清单体屏拼接显示出符合标准的4K图像。二是建设一套显示控制调度系统，实现对监管大厅DLP投影单元信号输入切换、原有PixelNet显示控制系统、新建的4K拼接显示系统的集成管理和统一调度，实现两套显示控制系统的同时运行，互为备份。

3.2 系统架构

系统保持现有PixelNet显示控制系统不变，在现有的DLP显示单元基础上增加第二路输入模块，PixelNet系统使用输入接口1，新增的4K显示控制系统使用输入接口2。新增的4K显示控制系统由4K输入节点、4K输出节点、控制节点、视频特效处理器和10Gb以太网交换机组成。4K信源输出信号接入输入节点的HDMI2.0接口，由输入节点对信号进行无损传输，输出节点与显示单元连接显示输出。PixelNet系统控制主机和4K显示控制节点通过网口与大屏幕显示系统控制网连接（见图2）。

3.2.1 显示单元输入接口

监管大厅共有152块DLP显示单元，其中中间区域24块显示单元已经具备双路信号输入模块，因此还需增加128块信号输入接口卡。增加后每个DLP显示单元具备双路输入接口，一路用于与PixelNet显示控制系统相连，一路用于与4K拼接显示系统相连。

3.2.2 4K信号输入节点

共配置50台4K信号输入节点，每个节点支持将1路最高分辨率为4096*2160分辨率的视频信号编码。信号输入接口为HDMI2.0或DP1.2，支持最高4K@60Hz，支持8-bit 4：4：4， 10-bit 4：2：2， 10-bit and12-bit4：2：0。具备HDR、Deep Color等高亮度宽域色彩显示支持及对4K信号的无损传输。编码输出采用10G以太网SFP+接口。

3.2.3 4K信号输出节点

共配置158台4K信號输出节点，其中152台用于监管大厅DLP显示单元，其余6台冗余备份。每个节点支持1路最高分辨率为4096*2160分辨率的视频信号输出。信号输出接口为HDMI2.0，支持最高4K@60Hz，支持8-bit4：4：4，10-bit 4：2：2，10-bit and 12-bit4：2：0。具备HDR、Deep Color等高亮度宽域色彩显示支持及对4K信号的无损传输。信号输入采用10G以太网SFP+接口。支持对信号的多画面拼接、跨屏显示，支持多屏见信号同步和边框补偿。

3.2.4 视频数据交换网络

配置1台4K信号数据交换设备，具备240路10Gb SFP+接口，每路视频传输带宽为3至9Gbps，传输延迟不超过100μs。

3.2.5 控制节点

共配置2台控制节点（一主一备），用于对输入和输出节点的管理，采用WEB配置方式，最多可管理600个输入/输出节点。支持输入、输出节点配置，支持显示布局配置，支持对输入、输出节点的状态监控。

3.2.6 视频特效处理

配置1台视频特效处理器，可灵活扩展的基于硬件的多屏视频处理器，支持80兆像素带宽。支持自定义任意分辨率的画布，画布纵向分辨率不小于6480像素;输入信号可输入作为画布的图层，输出信号从画布中截取用户需要的分辨率。所有输入输出支持时钟锁定，避免图像撕裂;所有输入输出可定义分辨率和刷新频率。支持淡入淡出、水平飞入、垂直飞入等视频效果。支持创建任何种类的窗口边框或阴影，且边框、阴影的颜色、宽度、柔和度、阴影偏移和透明度可以调节。

能够最大可扩容到24路无压缩4096*2400@60Hz输入和16路无压缩4096*2400@60Hz输出;支持多种分辨率，多种类型设备的输入及输出的任意转换;扫描频率最大支持到120Hz;颜色位深支持12bit;输入信号可以在画布中自由放置和缩放;支持最大4096*2400的静态图像作为背景图层;支持单一显示设备预览览视频处理器最终多屏效果;支持多点通过IP同时连接到视频处理设备并进行控制。

4. 发展趋势

随着生产力与生产关系的变革，我国广电媒体行业在不断进步，广播电视技术也在不断创新。从世界主流发展趋势来看，全球广播电视节目已由高清、4K向8K超清晰进行发展转变，而我国广播电视技术与世界发达国家相比发展较为缓慢，我国广播电视监测显示系统技术依然不成熟，与发达国家差距较大，国有品牌无论在技术水平方面还是在运行稳定性方面都有不足。媒体融合深度推进，带来了广电媒体业务形态的进一步转变，在这转型的关键时期，我国政府广电部门应加大资金、技术投入，运用先进技术解决广播电视监测显示系统难题，缩小与国外发达国家差距。

未来的超高清拼接监测显示系统更注重于将监测内容图像质量还原的更为真实清晰。对于超高清拼接监测显示系统的评价指标，即注重拼接控制系统的功能性，也注重大屏幕显示系统的分辨率，这两个因素都会对用户的满意度形成直接影响。随着大屏幕拼接显示系统应用中数据和视频内容的日益复杂，如何使拼接系统图像更加完整和完善，将成为未来大屏幕拼接行业追求目标。

5. 结束语

本文重点对广播电视监测显示系统技术进行研究分析，对市场中大屏幕显示系统以及拼接控制系统进行了分类阐述，并结合广电总局监管中心4K超高清拼接显示系统设计案例，对我国未来广播电视拼接监测显示系统技术发展进行了分析，点明未来大屏幕拼接显示系统更具有多样性，对监测图像的分辨率、真实性要求更高，我国政府广电部门应抓紧时机，投入更多技术力量，以求取得突破。

参考文献：

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