数字电视高标清同播系统的优化设计

■ 甘肃省张掖市广播电视台：刘晓峰

随着数字电视技术与网络融媒体技术的快速发展，高清直播已成为数字电视直播的发展趋势和要求。2018年国家广电总局印发了《关于加快推进高清电视发展的通知》，对数字电视的高清化改造提出了明确的时间规划，并提出“省级和发达地级台基本实现高清化、地级及以上台主要频道实现高标清同播”的指导意见。因此地方电视台按照总局提出的“不间断、高质量、既经济、又安全”的总体方针，进行高标清同播系统改造具有积极的意义。

1.数字电视高标清同播的要求

为实现数字电视地方台的高标清同播改造升级的标准化，需要建立高标清同播的规范化标准，并明确规范要求。要依照广电总局提出的规划要求，电视高标清同播率要实现100%，并按照频道收视率划分的时段，在18:30至23:00时间段必须实现高清化直播，且在频道右上角标注“高清”标志。对于高标清节目图像制作的技术方面，必须坚持三个原则，即同一节目内高清节目画面幅型比应保持统一，同播的标清节目不能上下遮幅且图形字幕位于画面内，高标清节目素材转换时不应产生图像变形。对于不同类型的电视节目，在制作时需要明确技术标准和要求，包括构图方式、4:3保护、字幕、音频等几个方面，比如新闻类节目采用高清16:9的构图方式，采取4:3保护，字幕置于4:3保护框内，采用立体音或双声道音频。

对于高标清同播播出技术要求方面，不同类型的播出方式具有不同的要求。一是高清节目源的高清播出，构图拍摄制作采用16:9标准，或者4:3保护框构图拍摄与制作的节目源，高清节目播出时以16:9的正常画面播出；二是高清节目源的标清播出，这时需要采用上下加黑边下变换播出的方式，要确保画面信息不缺失、丢失、遮挡等问题；三是标清节目源的高清播出，节目源采取4:3构图拍摄制作，上下加黑边遮幅构图，播出时采取左右加黑边上变换播出的方式，要确保画面信息不缺失、丢失和遮挡。采用上下切边上变换播出方式时，要确保画面充满屏幕，画面信息基本不丢失；四是标清节目源的标清播出，采用4:3正常画面播出方式即可。

在高标清同播技术审查和质量管控要求方面，数字电视节目的拍摄、录制与制作中，上下变换等设备的选型、编码格式、码率选用等技术管控环节都需要确保规划设计的统一性，而且在上下变换操作中，次数不超过两次，减少不同格式间的多次转换。节目录制完成后需标注高标清类型、声道、幅型比等信息。节目播出时，如果采用了AFD标识自动变换，则需进行严格的AFD信息检查，确保其与节目单幅型比信息一致，以及变换效果的一致性。

2.高标清同播的模式

地方电视台的数字电视高标清同播系统改造与优化的实现，一方面需要贯彻落实广电总局关于“数字电视高标清同播”的指导思想和要求，另一方面也需要结合电视台的实际情况，在技术条件、资源条件等满足的情况下，进行科学合理的数字电视高标清同播模式选择与优化。

一是独立高标清频道同播，即在同一电视频道，建立两套相互独立的高清播出和标清播出系统，且各自独立完成节目编排、备播、传输等任务，且两套播出系统互不干预，各自具有独立的团队，在节目单的计划下实现同播的目的。这种方式虽然较为独立，且效率和质量较高，但节目播出成本也较高，而且节目编排和调整难度大，对于地方电视台而言并不具备如此资源规模，而且综合效益不佳。

二是共享同播模式，即高清播出与表情播出共用一个播出系统，二者共享素材文件，简化文件传播流程。这种模式下，高标清节目信号源采用二级存储的方式，在两套保存切换系统上实现高清切换台或标清切换台，从而得到高清编码或标清编码，实现高标清同播。

三是“高清信号切换+高标清字幕同播”的模式，这种播出模式在同一信号源下采用一个切换系统、一个节目播出单，以切换台的方式，高清信号为“主控”播出信号源，以高清键控器或切换台叠加高清台标和字幕以及“高清”标识形成高清播出信号。而标清播出节目则需进行下变换，根据AFD值变换形成标清信号，在键控器与标清字幕机的编排下形成标清编码，输出标清信号，从而实现标清播出。这种模式大大降低了节目成本，但节目图文包装复杂，工作量大且同步调整难度大。

四是“高清信号切换+高清字幕固定模式下变换同播”模式，这种高标清同播模式相对于“高清信号切换+高标清字幕同播”模式则更加简便快捷，其仅采用一套节目播出单和一套字幕播出单即可实现高标清信号的切换。一路信号高清叠加并标识“高清”字样形成高清信号，另一路信号采用固定模式下变换形成标清信号，从而实现高标清同播。这种数字电视高标清同播模式对播出系统的要求降低，也降低了节目成本，但高标清信号转换时只能采用固定的下变换方式，且16:9挤压效果最好。

3.数字电视高标清同播系统设计

考虑到广电总局提出的数字电视高标清同播要求，结合电视台实际情况，在62号令实施细则要求下，对数字电视高标清同播系统进行优化设计。高标清同播系统在优化设计中需具备显著的特征，以满足高标清同播的要求。高标清同播采用两条独立通路且互为备份，高清播出通路末级经下变换生成标清信号，下变换方式为“挤压”方式；电视节目交播介质、视频编码、音频、蓝光盘等需要有特定的标准。高标清同播系统的优化设计中的非核心播出设备可与其他频道同用，以降低优化成本。

3.1 信号源

数字电视高标清同播系统优化设计中的所有播出信号源都经视分分配后送至主备切换台，实现播出信号源在高标清播出时的自动切换。播出信号源的组成应包括播出视频服务器、垫播服务器、蓝光录像机、测试信号发生器、总控线路信号、字幕机、台标机等。从数字电视台节目播出清单的实际情况来看，全天有超过一半时间的节目是依赖于视频服务器的文件，因此视频服务器设计为两台服务器，分为“主控”和“备用”，“主控”视频服务器配有4路编解码通道，分别实现紧急上载、紧急上载浏览、素材浏览、主播出等功能，即紧急上载主通道、紧急上载浏览通道、素材浏览通道、主播出通道。而“备用”视频服务器设计备播出通道与紧急上载备通道2路编解码通道。为保证高标清同播，垫播服务器采用录像机上配两张P2卡的方式替代传统硬盘式垫播服务器，且两张P2卡交替使用，互为备份，以增加播出灵活性。

3.2 切换台

数字电视高标清通报系统中的“主控”与“备用”播出切换台均采用主控切换器配合高清前置矩阵的方式，支持16路高标清信号兼融输入，而且还需要支持3路外键和1路内键。1路内键设置为内置台标作为“备用”台标使用，3路外键分别为两台字幕机和1台标机信号，两个切换台分别由“主控”和“备用”播出工控机控制，且保持相互之间的独立性，而且要实现互为备份功能。

3.3 倒换与末级通道

在高标清同播系统优化设计中，对于两条互为备用的线路倒换设计，其输出信号需要经过两条通道分别转换为高清信号和标清信号，且信号通过4个独立光发机箱传送至下游传输机房，从而实现播出信号的独立性与可靠性，而且二者互为备份、相互独立，保证高标清同播系统中“主控”与“备用”任一出现故障都能够及时自动切换，不影响节目播出。从切换台输出的高清信号通过2×1倒换器与响度控制器后，进入高清与标清两条线路进行倒换，其中一路叠加“高清”标识，并送往末级视分；另一路信号采用挤压模式至下变换器转化为标清播出信号，并经标清2×1倒换器送至末级视分。播出信号经过两路倒换且下变换器采用挤压工作模式的设计，能够简化播出系统架构，也能够保留画面所有元素。

3.4 上载通路

在对高标清同播系统的上载通路进行优化设计时，需要先对上载信号源进行统计与分析，根据上载信号源的特征和要求设计上载通路的具体内容。高标清同播系统的优化设计是建立在“资源最优利用”的基础上要求上的，因此需要先分析电视台的高清上载录像机设计状况，尽可能的充分利用现有的高清上载录像机，以共享的方式缓解录像机紧张状况，提高上载效率。根据电视节目播出的业务需求，上载服务器需要配置两台编解码模块机箱，分别用于普通节目上载与广告上载，还需在“主控”与“备用”服务器上配置1路紧急上载通道，以备应急。对于普通节目上载，通过录像机将蓝光盘中节目解码为HD-SDI信号，经上载通道编码为素材文件。对于广告节目上载，需先将广告段落包导入数据库并生成广告合并任务，多条广告素材合并为单条广告素材，之后进行文件技审并推送人工审核，检查广告素材易错节点，查看是否丢帧、误码，并二次人工审核异常点，最终无误后送至播出服务器播出。为保障广告素材合并流程的顺利进程，上载系统需搭载“主备”两台合并服务器，当“主控”服务器故障时，“备用”服务器自动接管，确保广告素材合并流程不中断。

3.5 控制系统

在对数字电视高标清同播系统优化设计时，需要对播出与上载进行控制系统设计，对播出工控机与上载软件进行控制流程优化。播出工控机包括主播出工控机与备播出工控机两个部分的设计，播出工控机通过MOXA卡来连接受控设备，设备控制权的切换则通过422倒换开关实现。为实现高标清同播设备运行的动态监测，可在播控软件借助控制协议对受控设备的运行状态进行监测，以确保故障发生时能够及时发现与处理。上载软件的控制亦采用MOXA卡控制，完成广告素材自动上载等操作。播出工控机的控制系统优化设计应涵盖主播出通道、主切换台、主台标机、倒换器、备播出通道、备切换台、备台标机等所有设备；上载软件的控制系统优化设计应包含节目上载机、紧急上载机、广告上载机三个部分，对上载通道、节目审看通道、倒换器、紧急主通道、紧急备通道、紧急审看通道、广告上载通道、广告审看通道等所有设备环节进行有效控制。

3.6 网络传输系统与监看监播系统

网络传输系统是数字电视高标清同播系统的重要组成部分，对网络传输系统的优化设计是高标清同播改造的基础。网络传输系统同样需要配备主备两台核心交换机，两台核心交换机间需要实现两个链路聚合后的级联，且不配置VLAN，以便故障时的替换，而且传输网络中的所有二级存储、视频服务器、工控机等设备均配备双以太网口，双网口分别与主备核心交换机相连接，实现相互独立与互补。主备数据库以发布订阅方式同步，间隔为3小时，确保主备数据库的数据完整，以及系统正常运行。主备两台文件管理服务器采用完全相同的软件配置，在正常工作状态下，主控文件管理服务器正常运行，备用文件管理服务器处于半冷备状态，一旦出现故障则立即启动备用文件管理服务器，以确保文件管理服务器的正常运行。考虑到高标清同播系统优化设计后设备框架与布局的改变，监看监播系统同样需要进行重新规划，包括信号源节点与高清通路信号节点的监看以及表情通路信号节点的监看。在高标清播出通道末级配置视音频信号报警器，检测播出过程中的各种异常信号，并将故障通过报警器进行报警提醒，并记录报警信息。

4.高标清优化思路与方法总结

通过对数字电视高标清同播系统中所涉及的主要设备、系统和环节等的技术层面优化设计后，再对系统优化的思路与方法进行总结，以获得清晰、完整的高标清同播系统优化设计流程。

首先，对当前电视台的标清播出系统进行分析，树立标清播出系统的实际情况，包括监看、信号源、切换、信号电缆、设备布局、配电与空调容量等内容。对高标清同播系统监看优化设计时需增加监看路数，方法为大屏分割重调布局或增加显示单元等；检查信号源设备是否具备高清播出升级设计的条件，能够兼容高标清，同时也要查看切换台是否支持高标清切换等操作或是否支持升级；信号电缆的优化设计时需检查现有电缆是否支持高清模式，如果支持则保留，而路由变化后的线路布局，则需延续原有电缆编号规则；对于设备增加或更换后的布局，尽量采用原有布局标准，选择体积小、发热低的设备。

其次，高标清同播系统的优化设计时需先对原有标清播出设备进行梳理分析，分为可用、可升级、需替换三类，并根据分类科学合理地设计设备的布局与选用，比如可用设备保持不动，可升级的系统设备则需根据优化设计要求进行升级，并且要保障设备升级优化后的运行性能符合高标清同播系统要求，而对于需替换的设备，则需按照系统优化设计的实际需求进行选型与替换。而高标清同播模式的选择需要结合频道应用进行科学合理的定位，尽量保留原有设备布局和走线路由，减少布线难度，保持原有编号规则，采用科学的方法进行区分，比如颜色区分法等。

再次，当数字电视高标清同播系统优化设计的技术方案与工作流程明确之后，则需要结合电视台的实际情况和播出需求，制定具体的实施方案。先根据系统优化设计的方案，对实施工作进行细化分解，将实施流程进行环节划分或类型划分，比如以施工难度为标准进行换分，或以工作量和衔接性为标准进行换分等。对于高标清同播系统内部的优化设计，可在做好隔离防护措施的前提下进行在线施工，对于系统外部环节，则可采取停机检修的方法。

最后，根据数字电视高标清同播系统优化设计的整体方案与工作量、工作条件等因素，确定在线改造与操作实施的时长，然后深入分系统优化设计方案实施中可能涉及的风险，并制定应急预案，并对应急预案和实施方案进行评估，以获得最优化的实施方案。当所有设计方案确定后，则进入实施操作环节，要根据设计方案进行施工进度控制，做好施工工作记录和汇总，严格执行工期安排，保证施工顺利完成。

在数字电视高标清同播系统优化设计与实施中，需要对实施过程中的安全风险进行科学的控制，特别是在线系统实施的风险控制，一定要做好总体控制与细节控制。与此同时，还需要对优化设计与改造后的设备带来的系统风险变化进行动态化的监测，重新梳理系统风险，并制定科学、严格的风险预案，以确保高标清同播系统优化设计与改造的质量，以及高标清同播的稳定、可靠运行。