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    小型演播厅高/标清视频系统的架构

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    一.概要

      演播厅是电视节目制作的重要场所,体现了电视台的技术水准和综合实力。随着高清电视技术在广电行业的不断应用和成熟,国内的许多电视台对于实现高清电视的梦想已不是遥远。为了适应县一级电视技术发展和节目制作上一个新台阶,南安电视台着手对演播厅进行了高/标清系统的设计和建设工作,经过一段时间的实践和运用,确保了综合节目、文艺节目和各项节目录制的顺利开展。

          高清/标清演播厅专业视频系统是一个复杂系统,为了使视频系统达到最佳效果,南安电视台结合省、市等上级台演播厅的设计思路和本台的现场实际,在设计思路上本着可用性、先进性、时代性和兼容性等原则全面满足电视访谈及综艺类节目要求,为县一级小型演播厅在基层电视台的运用起到了积极的作用。

     

    二.演播厅系统的架构 

      在我国,大部分的电视制作仍以标清节目为主,高清和标清将在未来相当长的时间内并存。因此,构建一个可以兼顾高清和标清节目制作的演播室系统,一方面能够实现对投资的最大保护,延长设备的有效使用周期;另一方面也能够满足现阶段节目播出的要求,为用户提供高质量的标清电视节目信号。基于以上考虑,我们确立了高清/标清兼容的系统设计思路,决定演播厅建设高、标清兼容系统。

      演播厅信号系统选择为高标清兼容,首先就应该确定实现高、标清兼容的方式。在全国各电视台还没有一个现成的系统可供我们参考的情况下,选择如何兼容将直接影响系统的架构和成本的高底。兼容方式主要有以下几种方式。


    1.双主机切换系统。它采用的是由一个控制面板同时控制二个主机的方式,一个为高清信号通道主机,另一个为标清信号通道主机。该系统的优点是高、标清信号可同步切换,可同时获得高、标清信号。但由于采用双主机切换台而成本上升。除信号源之外,等于形成了高、标清二套分离系统。因此,成本无疑会更高,系统相应也会比较复杂。


    2.采用高、标清兼容切换台构成兼容系统。在系统中的切换台是高标清兼容的设备。在需要录制高清节目时,用软件可以开通高清通道制作,需要标清制作时,通过设置重新启动后可以制作标清节目。其优点是高、标清信号能同时接入系统,设备能自动识别高、标清信号。但其缺点是不能同时录制高、标清信号。如需要同时录制高、标清信号时,在系统中仍需要加入下变换。另外,由于高、标清信号同时接入系统,因此系统输入端和布线量无疑也都将成倍增加,增加了系统的复杂性,无疑这也会增加资金的投入。


    3.纯高清加下变换系统。该系统从信号源输出,经切换台处理,只有一个高清信号通道,在通道最终输出端加入下变换,因此,该系统既可录制高清信号也可录制标清信号。该系统的另一个优点是系统相对简单,和标清演播室系统基本相似。由于在输出端加入了下变换,因此在系统中就必需考虑由下变换所引起的信号延迟、变换模式等问题。


          经对对技术发展的认真分析、研讨,并考虑到今后电视事业发展的需要和系统架构的性能价格比。我台决定采用第三种兼容方式,即纯高清加下变换方式。

     

    三.末级下变换方式的实现

      我台演播厅在实现信号传输的基础上积极采用经济、实惠,适应于信号传输模式的高/标清兼容系统进行建设。

      视频源部分包括如下设备:5台高标清兼容摄像机,2台高标清兼容录像机(一台为硬盘录像机,另一台为磁带录像机),高清字幕机,视频接口板线路高清信号若干(业务扩展冗余使用,可以接入现场高清信号,其他高清线路信号)。

      基于本台此次项目经费以及将来直播业务情况考虑,整套视频系统只设计一台高清切换台,为了保证该切换台在直播情况下的安全性,矩阵在此次项目设计上具有一定的独创性:一般而言,矩阵与切换台在逻辑位置上处于上下游关系,矩阵处于上游,切换台处于矩阵下游。而本台此次设计中,不仅将将切换台与矩阵设计成上下游关系,而且在常用视频源部分设计成同级关系,即常用的视频源直接分两路,一路给高清切换台输入,一路给高清矩阵输入,而非常用视频源(视频接口板上视频源,末级PGM信号,预留输入信号等)只进矩阵,矩阵提供5路信号给切换台,这样就能非常方便灵活地使用系统内所有的信号,从而实现了切换台与矩阵即是同级关系又是上下级关系。这种独创性的设计给整套视频系统带来了非常的体验:首先,切换台能够调用系统内所有视频源,并完成切换,这个是设计基础,也是每个演播室中切换台的基本功能;其次,如果切换台由于某种原因不能正常使用,矩阵能够很好的应急代替切换台使用,为了配合这一功能的人性化实现,我们将矩阵控制面板(X-Y纯物理按键遥控面板)部署到了非常临近切换台的控制桌的斜面上,这样既能保证切换台与矩阵传统功能上使用的需求,又能将矩阵当做应急切换台使用,为低成本高清演播室提供了一个可行的技术方案。

      在切换台PGM输出与矩阵应急PGM输出后,我们使用2X1板卡(带遥控面板),这块2X1板卡不仅带传统视频选择功能,还带下变换功能,即该板卡既带高清输出,又带标清输出,而且还带复合模拟输出,多格式的输出方式后都引入了相应格式的视频分配放大器,其中,标清分配放大器后级使用延时器进行直播安全延时,以防止演播室安全突发事件后能够有30秒的处理时间,视频延时后,经过电光转换发生器后,使用光纤传输到播出机房的光电转换接收器,进行直播使用。

          在直播与录播节目中节目录制部分使用了一台高清硬盘录像机,一台高清sony磁带录像机和一台高清非编机。这几台设备在使用上,都充当着同时扮演视频源与视频目的的角色,即录像机与非编机既当高清视频源输出(例如,传统的访谈类节目中使用的VTR信号就是从录像机输出),又当着高清视频录制设备使用。录制码率大约为220Mb/s,完全满足高清要求。

     

    四.系统设备的选型 

    1.658切换台

      本次项目视频系统特效切换台使用日本松下公司生产的型号是AV-HS450MC。该设备是一个含一级M/E的16X4多功能数字特效其切换台,可提供高图像质量下的复杂特技功能。该系统由主处理器(2U标准19寸机柜型主机)及控制面板(全功能带嵌入沿遥控面板)两大功能模块组成,能够使用多种可选的功能模块(本次项目使用AV-HS04M1MC作为高标清兼容的SDI输入与输出接口扩展模块,AV-HS04M8MC作为DVI输入接口扩展模块),得益于这两块可选功能模块的使用,切换台的输入由此前的16路高标清兼容SDI接口扩展到18路高标清兼容SDI接口外加其中有2路DVI标清输入,输出由此前的4路高标清兼容SDI接口扩展到6路高标清兼容SDI接口。


    2.摄像机 

      摄像机决定选用索尼PMW-EX350L高清演播室摄像机,它是索尼首款采用2/3英寸成像器的肩扛式存储卡摄录一体机,不仅可以作为ENG单机应用,也可以通过演播室附件作为全功能演播室摄像机应用。


    3.高标清硬盘录像机

      可在2.5英寸高速固态硬盘上记录高质量无压缩视频Prores、DNxHD格式压缩视频.可同时插入2块SSD硬盘,支持不间断录制——当一块硬盘数据写满后,录像机会自动往另一块硬盘上继续写入。录制完毕后,将SSD硬盘装载到任何计算机上就可直接读取媒体文件,不需要再用另一台录机进行上下载配备3Gb/s SDI和HDMI接口、带有搜索轮和RS-422遥控接口的传统VTR风格控制面板、LCD预览屏幕,以及用于不间断录制的双SSD插槽。


    4.HDV高清数字录像机

      记录和重放HDV1080i,DVCAM,DV(SP),DVCPRO 25(重放)格式,支持NTSC/PAL制记录和重放,支持高清下变换输出,内置信号发生器,兼容大小磁带,长时间记录能力。


    5.blackmagic Compact Videohub 40X40切换矩阵

      Videohub系列是广播级矩阵,2U能够安装在标准17寸机柜中,厚度不到1英寸。输入格式较为灵活,能够自动在SD、HD和3Gb/s SDI之间切换,而且所有输入信号都经过了时钟恢复,在切换过程都非常平稳,不会产生抖动和爆音。此次项目购置了3块与之配套使用的全物理按键的带宏功能的遥控面板,能够非常灵活调用每一路信号。


    6.同步发生器

      两台Sync Generator同步发生器,提供黑场和HD tri-sync同步信号,每台提供6个晶体稳定视频同步输出可使制作室所有的视频设备按照高清Tri-Sync或标清黑场电视标准实现同步。


    7.双高清输入倒换器

          高/标清信号输入(自动选择),双输入备份功能,自动检测输入信号。手动直接控制(ACP)GPI,高/标清通道各自具有独立帧同步器,高/标清通道各自具有16 道加嵌器,关闭加嵌功能时高清16通道(4组)信号不做处理,关闭加嵌功能时标清8通道(2组)信号不做处理(帧同步之后),双高清输入,双标清输出,双复合监视输出,高/标清域内色彩校正,提供1080i或720p 50至625/50格式变换,提供1080i或720p 59.9至或525/59.94格式变换,提供1080p或720p 25至625/50 格式变换,提供1080p或720p 29.97至525/59.94格式变换,提供1080p或720p 23.98至525/59.94格式变换,为4:3摇移格式、14:9和16:9信箱格式和变形格式输出的内置ARC,4:3标清安全框标记,标清域中经过下变换处理图像的行/场锐化控制,标清挖芯调整,标清域中WSS,WSS-ext和VI信息嵌入,两个输出通道的I/O延时测算,被选输入端口报告,两个输入端口的CRC状态信息。


    8.高标清分配放大器

          一分七高/标清SDI时钟再生分配放大器,兼容:143 Mbit/s,177 Mbit/s,270 Mbit/s,360 Mbit/s,540 Mbit/s,1485 Mbit/s,正向和反向输出,具有旁通功能的再锁定器(针对非标准频率)

     

    五.总结

          高清电视是数字电视的高端发展方向,作为县级电视台,既要积极适应技术发展的潮流,也应意识到高清演播室的建设是一项复杂的系统工程,它涉及设备投入、营运成本、技术培训、人员素质、市场需求等多方面的问题。各电视台应根据自身的实际情况,寻找迈进高清领域的最佳切入点。

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