高清新闻直播系统的设计与应用

2023-03-07曹政

电视技术 2023年1期

曹政

（蒙城县广播电视台，安徽亳州 233500）

0 引言

随着视讯技术的不断发展，用户的需求也在日益提高，传统的直播系统在很大程度上已不能满足部分用户的需求。高清直播新闻系统是可通过网络实时传输现场节目或电视节目的系统，具有音频与影像同步传输及可自动化保存等特点。当前，高清新闻直播系统伴随着数字化技术、网络技术、信息技术等的不断发展而逐渐得到广泛应用。该系统的应用，极大地提升了新闻信息传播的高效性与时效性，同时也有助于提升新闻信息的编排及播放质量，适应现阶段融媒体技术的发展与应用需要。高清数字化新闻直播系统通过配置新型直播集成技术，有效地满足了新闻传播的需求，并结合现代化视频系统、音频系统、同步系统及其他业务系统，可更加直观、有效地展示新闻素材，提供多视角的视听体验。基于此，本文从提升高清直播系统的整体性能出发，结合实际项目应用案例，对实际项目系统设计进行介绍，并对直播集成系统的各子系统的设计要点进行剖析，结合各系统设计方案提升系统整体的可靠性，为实现融媒体的推广应用奠定基石。

1 系统整体设计

高清直播新闻系统对现场的信号（摄像机）、电视信号（如电视节目、录像带）等进行实时采集，编码成标准流式数据（FLV、WMV格式）进行管理、分类等，传送到服务器上以页面形式发布出去，供受众通过网络实时观看到现场节目或电视节目，主要用于重大会议、体育赛事、文艺演出等的现场直播和“4K+5G”录制。该系统在整体设计原则上需确保系统的安全可靠性、技术先进性、功能完备性、操作灵活性、投资经济性、系统美观性及兼容开放性等特点。其中，针对安全可靠性需求方面，对于系统各类设备的选型需保证设备稳定、可靠，系统设计要满足高鲁棒性要求，无单一崩溃结构节点，并具备完善的设计方案，保证应急操作安全便捷。对于影响系统性能及可靠性的关键设备，需考虑冗余设计，供电回路设计中负荷设计合理，并充分考虑地线在整个供电系统和设备安全运行中的作用[1]。系统运行数据要满足可追溯性要求，便于对系统运行数据进行分析，用于故障检测及预警等。在技术先进性方面，直播系统设计需要着眼于未来电视直播事业的发展，设备选型和配置需充分剖析其未来技术发展方向，优选性能高、技术先进的设备和系统，系统设计方面需保证与国际先进技术同步。设备选型应采用稳定成熟的前沿技术，整体布局采用先进的制作工艺，在主、客观两个层面确保系统的质量。在功能完备性方面，系统需预留功能升级和扩展空间[2]，整体框架、系统接口及相应的系统设备均留有充足的可扩展余地，彻底解决高清标清兼容的问题，整个直播系统的空间布局及设计充分兼顾未来的扩展升级需求。在操作灵活性方面，系统整体设计需要在满足各功能部件可靠运行的基础上，提升系统操作的灵活性，简化系统结构，实现灵活的系统信号调配和便捷的维护管理。投资经济性主要考虑对整个系统进行科学合理的统筹规划，需要在兼顾系统功能需求的基础上，实现最优的成本控制。系统美观性方面，需要满足对电视墙、操作台等外观设计的美观性需求，整体功能区布局合理，同时兼具现场的观赏性和电视镜头的美观大气特点。在系统开放性方面，考虑输入、输出信号的复杂性、直播环境的复杂性。系统需基于模块化设计展开，保证良好的可扩展性，系统信号端口需满足复杂的互联互通需求。

在上述系统整体设计原则要求的基础上，开展高清新闻直播系统的设计。该系统集成多种数字化接口，搭配主备用核心进行高效的信号采集及处理，以满足新媒体对高质量音视频的需求。

2 高清直播系统技术架构设计

随着网络的普及，高清直播系统信息化建设势在必行。文章分别针对各子系统，如视频系统、音频系统、同步系统以及其他业务系统的设计要点进行介绍，以推进高清新闻直播系统的优化和发展。

2.1 视频系统

实际项目应用中，直播集成系统配置了基于高清数字切换、多通道、多种类数字输入输出端口的矩阵型设计的视频终端系统，采用4台高清摄像机用于视频信号的采集，实现高质量的信号采集及处理，配置高性能集成电路以及AD（模数）转换回路，可完成对各种视频信号的非线性处理。数字化设计极大地提升了视频系统信号质量、性能及可靠性。其中，相机配置了数字化集成电路，具有主杂散光、补充、轮廓补偿等功能[3]。

结合本项目配置，视频系统设计包括信号显示、信号调度处理、输入输出设计等模块。其中，在信号调度处理方面，该系统配置了切换台、矩阵及机箱等设备。切换台配置了先进的包含处理器、存储器和片上逻辑的集成电路（System On Chip，SOC）技术，实现了多功能扩展，满足对系统兼容性及可扩展性的需求。SONY切换台标配多通道2.5D特技，并采用了主备切换台设计，满足系统的可靠性设计需求。输出、输入信号经矩阵调度处理系统处理后，矩阵调度系统可对输入信号进行分配，基于矩阵调度实现复杂操作，并提升系统的容错率。视频系统设计如图1所示。

图1 视频系统设计示意图

视频信号的显示主要通过画面分割器和电视墙等实现。该视频系统配置了多画面处理和输出板卡，支持动态UMD显示、HDMI/HDSDI输出，有效提升了系统的兼容性，降低了故障率。集成输入、输出部分通过机箱、监视器等实现信号的同步，可支持多种信号输入的直播制作，满足融媒体多种类多通道的处理需求。演播室摄像机可提供更佳画质，使得画面丰富自然。图文在线包装系统图形工作站采用Linux系统，通过虚拟系统建立与机器人摄像机的连接。系统采用冗余双电源回路设计，实现了对设备资源的最大化利用，并有效保证设备及系统的运行性能，满足在同一演播室的不同区域完成不同风格节目的录制。对于外来信号，可以支持模拟、标清、高清多种格式。输出部分配置延时器、回采服务器及蓝光录机等，实现了高性能视频系统的设计。

2.2 音频系统

为提升音频处理的准确性及直播的安全高效性，该系统配置了数字化音频系统。音频子系统主体结构配置了双音频处理核心，支持数字化传输及信息处理应用，并配置合理的拓扑结构以提升鲁棒性。其中，双音频处理核心为主备核心设计，两台音频处理核心模块可互为备用模块，避免因一台音频核心故障导致系统无法运行。数字化音频系统结构设计如图2所示。其中，外部输入音源信号经输入跳线盘传输至主调音台或备调音台处理后，经输出跳线盘输出至二选一切换器[4]，可实现多终端传输，如耦合器、P2录机、服务器及监听器等。图3所示为数字化音频系统输入端拓扑结构示意图，主备音频核心互为备用，均可实现音频信号输入、分析处理及输出的功能。该设计有效地简化了系统架构，降低了故障诊断和维护的难度，并预留了后续系统升级的空间。

图2 数字化音频系统结构设计图

图3 数字化音频系统输入端拓扑结构示意图

数字化音频系统输入端拓扑结构的优化设计，有效地提升了系统的鲁棒性和灵活性，依托数字调音台强大的音频处理能力，降低了系统对周边设备的依赖，直观地反映出音频信号的质量，并结合多通道输出特性，有效地提升了系统的运行效率和鲁棒性，降低了内部损耗。

此外，该音频系统可有效兼容多样化的信号输入。系统拓扑结构设计将环形拓扑结构和星型拓扑结构进行了有效的结合，提升了信号实时传输的能力，提升了直播系统的抗风险能力，满足对兼容性和可扩展性的需求。考虑到音频信号采样质量的提升，对拾音处理进行了优化设计，并对接入口进行限幅处理，保证直播中的音频信号质量[5]。

最后，借助专业音频监测设备对音频系统进行多通道性能检测，以验证功能的满足性以及设计需求的符合性。

2.3 同步系统

该同步系统主要采用了YTY的信号同步实现方式，并预留了备份同步方式的功能，结合相应输入、输出端口的配置与预留，采用标准的直播演播室设计形式实现系统的冗余备份和自动倒换功能。同步视分板卡分别放置于不同的机箱，以避免出现单一崩溃点。同步信号全部采用BB信号，音频系统两个调音台使用Word Clock信号。

2.4 其他业务系统

2.4.1 Tally系统

随着电视制作形式的不断创新，全媒体电视、多信号源、虚拟植入等的应用，并行Tally的方式已不能满足实际使用要求。因此，在本项目采用了动态Tally、源名跟随技术，支持众多厂家的协议，与矩阵、切换台、画分配合，适应了电视节目制作多样化的要求。

Tally系统配置核心控制器，输出UMD信号至分割器及CCU，另输出一路GPI触发信号至CCU。基于hlink协议完成信息的交互与处理，接入了开关，实现与视频系统的联动控制。在信息传播方面，由交换机、切换台发出的信息传输至主备Tally系统处理后，可向摄像机或画分MUH传输，实现信息的共享与显示。此外，应急运转时也可通过信息切换实现串行信号的传输。

2.4.2 通话系统

系统配置通话主站、通道通话主站用于内部的通信联络，通过信号源接入端的有效设计，实现了点对点、点对多等通话方式，并配置了有线通话系统，实现单独的点对点通话。

2.4.3 时钟系统

演播室配备GPS高稳主时钟，可实现通过GPS校频定时钟输出时码信号，并能够通过外部IT时间码获取时钟信息，并进行实时的时钟信息更新及校准，或接受强制锁定的时钟信息。时钟显示配置了可进行多组预设的倒计时控制器，实现了不同功能分区的同步显示，并保证严格一致性，可自由设置正计时、倒计时、开播时间等功能显示，并可接收由倒计时控制器输出的倒计时时码。

2.4.4 监看系统

演播室监看系统配置了格非四画面分割显示技术，服从矩阵调度，通过矩阵面板实现全系统关键节点的运行参数监测与管理。此外，高清新闻直播系统还配置了在线字幕系统完成直播字幕的输出，配置4G连线系统实现外采现场直播报道连线，增加新闻媒体的互动性。实际设计方案中，高清数字接口特性和信号格式、模拟音频特性、音频接口特性以及音视频相对延时黑场同步特性均符合国标要求。