高標(biāo)清同播時(shí)代下的高清播出系統(tǒng)分析

楊榮飛

（大慶電視臺(tái) 網(wǎng)絡(luò)部，黑龍江 大慶 163311）

責(zé)任編輯:任健男

1 引言

2009年9月28日，9個(gè)衛(wèi)視頻道將正式進(jìn)行高、標(biāo)清節(jié)目同步播出，中國(guó)高清電視發(fā)展將步入新階段。高清節(jié)目可以提供更高、更好的畫面質(zhì)量及視聽感受，使得廣大觀眾坐在家里就能夠欣賞到可以媲美影院及現(xiàn)場(chǎng)的高質(zhì)量節(jié)目。對(duì)于廣電產(chǎn)業(yè)，高標(biāo)清同播的啟動(dòng)，將有助于培養(yǎng)高清電視市場(chǎng)，促進(jìn)國(guó)內(nèi)電視機(jī)、機(jī)頂盒的研發(fā)生產(chǎn)。此外，高清電視的播出將有效提高有線電視對(duì)于用戶的吸引力，對(duì)于目前正在著力推進(jìn)有線電視數(shù)字化、應(yīng)對(duì)三網(wǎng)融合發(fā)展的廣電業(yè)來(lái)說(shuō)，意義重大。

2 高標(biāo)清同播現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)各地區(qū)電視臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)、用戶的實(shí)際情況考慮，高標(biāo)清同播是國(guó)內(nèi)廣電發(fā)展過(guò)程的重大戰(zhàn)略之舉，可謂明智之舉，卻不是一蹴而就的旦夕之舉。

在如今高標(biāo)清同播的形式下，國(guó)內(nèi)廣電領(lǐng)域在確保標(biāo)清播出的同時(shí)，在原有標(biāo)清技術(shù)的基礎(chǔ)之上逐步發(fā)展高清播出的軟硬件技術(shù)，并且隨著高清播出的展開逐步對(duì)設(shè)備、技術(shù)、使用等方面進(jìn)行提升，逐步完善各電視臺(tái)對(duì)高清節(jié)目采集、制作、播出、存儲(chǔ)的硬件基礎(chǔ)及操作、管理能力，逐步完善各地廣電網(wǎng)絡(luò)對(duì)于高清節(jié)目播出的支持。高清播出頻道的開啟將帶動(dòng)用戶端的高清機(jī)頂盒及高清電視機(jī)的發(fā)展，應(yīng)對(duì)高標(biāo)清同播時(shí)代將逐步出現(xiàn)同時(shí)支持高清及標(biāo)清的機(jī)頂盒及電視機(jī)。綜上所述，高標(biāo)清同播對(duì)于電視臺(tái)、廣電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、機(jī)頂盒、電視機(jī)以及一些新媒體的技術(shù)發(fā)展都起到了促進(jìn)作用，為將來(lái)的全高清播出時(shí)代做好準(zhǔn)備。

對(duì)于電視臺(tái)內(nèi)播出系統(tǒng)，由標(biāo)清播出發(fā)展為高清播出的劃時(shí)代變革，需要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)渡階段。要達(dá)到國(guó)家廣電總局規(guī)定的高清信號(hào)播出，并非簡(jiǎn)單地將標(biāo)清信號(hào)上變換后進(jìn)行播出，所以高標(biāo)清同播也需要重新建立高清頻道，與原有標(biāo)清頻道相互獨(dú)立，素材、人員、設(shè)備等資源都不能共享。

當(dāng)然，高標(biāo)清同播并非單獨(dú)指現(xiàn)今標(biāo)清播出居多的情況，隨著電視臺(tái)對(duì)于高清播出的支持不斷增加，日后必然呈現(xiàn)高清播出頻道占主導(dǎo)的形式。根據(jù)中國(guó)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡的特殊情況，可以采用將高清信號(hào)下變換為標(biāo)清信號(hào)的方式，同步為只能夠收看標(biāo)清信號(hào)的用戶提供服務(wù)，各地區(qū)都能收看到同樣精彩的節(jié)目?jī)?nèi)容，區(qū)別僅在于高清、標(biāo)清提供不同的信號(hào)質(zhì)量。

3 高清、標(biāo)清播出系統(tǒng)的比較

高清播出系統(tǒng)和標(biāo)清播出系統(tǒng)，除簡(jiǎn)單的播出碼率變更外，具備許多相同點(diǎn)及不同點(diǎn)，在此進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

3.1 高清、標(biāo)清播出系統(tǒng)的相同點(diǎn)

高清播出系統(tǒng)和標(biāo)清播出系統(tǒng)的相同點(diǎn)有工作流程、工作時(shí)間、人員管理、軟件控制及工作方式、安全設(shè)計(jì)考慮、播出系統(tǒng)安全保障及應(yīng)急手段等。高清播出系統(tǒng)可以繼承標(biāo)清播出系統(tǒng)的工作方式以及工作時(shí)間分配，在人員管理方面無(wú)須改變。如果采用相同控制協(xié)議的硬件設(shè)備，甚至可以采用相同的自動(dòng)播出控制軟件，無(wú)須重新進(jìn)行人員培訓(xùn)。設(shè)計(jì)方式可以延續(xù)標(biāo)清播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，采用多重備份的安全設(shè)計(jì)方式，高、標(biāo)清系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念方面并無(wú)太大區(qū)別。各臺(tái)對(duì)自動(dòng)化、數(shù)字化的播出系統(tǒng)安全保障及應(yīng)急手段已經(jīng)形成一套完善的方式，適合各臺(tái)的內(nèi)部架構(gòu)，高清情況下僅須著重關(guān)注幾個(gè)敏感點(diǎn)，無(wú)須更改原有方式。

以上相同點(diǎn)分析可見，在建立高清播出系統(tǒng)時(shí)可以避免人員、時(shí)間的內(nèi)耗，并且避免人員使用新的工作方式或工作工具帶來(lái)不可挽回的播出事故。對(duì)于已經(jīng)完成自動(dòng)化、數(shù)字化播出系統(tǒng)改造的電視臺(tái)而言，基于原有標(biāo)清播出系統(tǒng)使用經(jīng)驗(yàn)建立高清播出系統(tǒng)并非難事。

3.2 高清、標(biāo)清播出系統(tǒng)的不同點(diǎn)

高清播出系統(tǒng)和標(biāo)清播出系統(tǒng)的不同點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。

1）硬件設(shè)備

受技術(shù)牽制，高清播出系統(tǒng)與標(biāo)清播出系統(tǒng)的主要區(qū)別在于硬件設(shè)備方面，其中涉及播出系統(tǒng)的各傳統(tǒng)硬件、IT設(shè)備，由各硬件性能影響其他方面。

IT設(shè)備主要包括應(yīng)用服務(wù)器、存儲(chǔ)、傳輸設(shè)備。由于IT技術(shù)的發(fā)展速度快于廣電應(yīng)用，高清相比標(biāo)清需要更大的存儲(chǔ)量、傳輸帶寬、系統(tǒng)負(fù)載，因此需要將滿足要求的IT硬件設(shè)備引入到廣電的應(yīng)用中。

傳統(tǒng)設(shè)備包括核心的視頻服務(wù)器，信號(hào)傳輸部分的矩陣、切換臺(tái)、切換開關(guān)、周邊設(shè)備等。

本文僅對(duì)主流的進(jìn)口視頻服務(wù)器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。參考近5年國(guó)內(nèi)使用的進(jìn)口服務(wù)器以及安全播出的情況，SeaChange，Omneon－Spectrum，Omneon－Media Deck，K2，Leitch等視頻服務(wù)器的性能得到了廣泛認(rèn)可，并且在國(guó)內(nèi)外具有高清播出的案例，具備高標(biāo)清兼容的能力。

SeaChange和Omneon－Spectrum采用大型模塊化設(shè)計(jì)方式，為編解碼模塊、管理模塊、存儲(chǔ)模塊分離的架構(gòu)，具備編解碼通道數(shù)靈活配置、擴(kuò)容方便、故障擴(kuò)展面小、存儲(chǔ)容量大及帶寬高的優(yōu)勢(shì)，適用于頻道較多的電視臺(tái)。 Omneon－Media Deck，K2，Leitch 采用一體式服務(wù)器的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高，適用于頻道較少的電視臺(tái)。由于進(jìn)口視頻服務(wù)器都是根據(jù)播出系統(tǒng)的實(shí)際使用進(jìn)行設(shè)計(jì)，其穩(wěn)定性、編解碼能力、編解碼占用帶寬、外部訪問(wèn)帶寬、存儲(chǔ)容量都是按照應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于視頻服務(wù)器的容量及訪問(wèn)帶寬不再作特殊介紹。僅需在設(shè)計(jì)之初按照實(shí)際的使用情況選擇適合的視頻服務(wù)器，以保證整個(gè)高清播出系統(tǒng)的性能。

矩陣、切換臺(tái)、切換開關(guān)、周邊設(shè)備作為播出系統(tǒng)中的信號(hào)切換設(shè)備使用，其安全性、穩(wěn)定性關(guān)乎整個(gè)播出系統(tǒng)的信號(hào)傳輸。在多重備份設(shè)計(jì)的前提下仍然需要配置高安全性、高可用性的設(shè)備。國(guó)外廠商Miranda，Nvision，Harris，Thomson，Snell&Wilcox，Evertz，AXON，Network的產(chǎn)品在高清設(shè)備方面都具備不俗的表現(xiàn)，可以根據(jù)各臺(tái)的實(shí)際情況挑選適合的設(shè)備。

2）素材文件存儲(chǔ)量及訪問(wèn)帶寬

播出系統(tǒng)的存儲(chǔ)主要指播出二級(jí)存儲(chǔ)或播出緩存，存儲(chǔ)容量方面，原有標(biāo)清播出碼率通常為8～25 Mbit/s，按照8 Mbit/s計(jì)算，每小時(shí)節(jié)目需要占用3.6 Gbyte的存儲(chǔ)空間。而高清播出碼率通常為50～100 Mbit/s，按照50 Mbit/s計(jì)算，每小時(shí)節(jié)目需要占用22.5 Gbyte的存儲(chǔ)空間（空間對(duì)比皆為忽略音頻）。可見高清素材需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)清素材的存儲(chǔ)空間，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就需要按照碼率及節(jié)目存儲(chǔ)時(shí)間對(duì)存儲(chǔ)容量進(jìn)行計(jì)算，并且隨著單一文件的增大，對(duì)于訪問(wèn)帶寬的需求也相應(yīng)提升，盤陣的內(nèi)外部訪問(wèn)帶寬都將影響整個(gè)高清播出系統(tǒng)的性能，過(guò)去在制作、媒資系統(tǒng)使用的大容量、高帶寬存儲(chǔ)將隨著高清播出系統(tǒng)的建立引入到播出系統(tǒng)當(dāng)中，這點(diǎn)與標(biāo)清播出系統(tǒng)的小盤陣有明顯的區(qū)別，也很可能引起播出系統(tǒng)技術(shù)的一次變革，甚至根據(jù)訪問(wèn)需求可能將IP－SAN、FCSAN、專業(yè)NAS這些技術(shù)引入到播出系統(tǒng)當(dāng)中。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬

過(guò)去標(biāo)清播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)中千兆網(wǎng)絡(luò)足夠滿足播出二級(jí)緩存與視頻服務(wù)器間的網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，大多情況下甚至可以同時(shí)負(fù)擔(dān)從其他系統(tǒng)向播出系統(tǒng)遷移素材文件所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬。千兆網(wǎng)絡(luò)的使用帶寬僅為30 Mbit/s，而50 Mbit/s的視頻文件需要占用6.25 Mbit/s的傳輸帶寬，在多頻道、大訪問(wèn)量的情況下，千兆網(wǎng)絡(luò)明顯不足。在建立高清播出系統(tǒng)時(shí)需要考慮頻道數(shù)、各頻道播出時(shí)間、播出系統(tǒng)遷移量、外部系統(tǒng)遷移量等條件計(jì)算網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果千兆網(wǎng)絡(luò)不能負(fù)擔(dān)，需要根據(jù)實(shí)際情況及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)考慮采用萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)或者光纖的傳輸方式。

4）系統(tǒng)負(fù)載

由于高清播出系統(tǒng)在處理視頻的編解碼、視頻傳輸時(shí)，文件存儲(chǔ)量及傳輸量大大增加，對(duì)單一設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載性都需要提升。除采用高性能設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)外，需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮多重主備及冗余的策略，確保系統(tǒng)可以滿足滿載使用要求。同時(shí)可以通過(guò)在系統(tǒng)中增加安全監(jiān)控以及多重監(jiān)視的方式增加對(duì)系統(tǒng)的管理。

5）信號(hào)傳輸距離

隨著信號(hào)質(zhì)量的提升，受傳輸帶寬的影響，高清信號(hào)相比標(biāo)清信號(hào)對(duì)于傳輸介質(zhì)的要求更高。在高清播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要按照實(shí)際使用距離考慮采用不同的傳輸線纜。目前市場(chǎng)主流的Canare，Belden，Kings的視頻傳輸線纜都具備不錯(cuò)的性能。Canare各型號(hào)傳輸線纜在傳輸復(fù)合、分量、SDI、HD－SDI等不同信號(hào)時(shí)的性能對(duì)比見表1。

4 小結(jié)

隨著高清播出的發(fā)展，安全、可靠、穩(wěn)定以及高效率的設(shè)計(jì)理念將一直貫穿在高清播出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中。筆者分析了高清播出系統(tǒng)與標(biāo)清播出系統(tǒng)的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)，簡(jiǎn)單介紹了高清系統(tǒng)的建設(shè)，希望對(duì)業(yè)內(nèi)人士構(gòu)建高清播出系統(tǒng)有所借鑒。

表1 Canare各型號(hào)傳輸線纜在傳輸復(fù)合、分量、SDI、HD-SDI等不同信號(hào)時(shí)的性能（傳輸距離）對(duì)比 m