高标清同播的关键技术及应对策略

    摘 要：从系统架构上看，高标清同播系统建设主要分为输出分离和源分离两种技术方案。在高标清同播系统建设过程中，可能会涉及到16∶9与4∶3幅型变换、音频监听、字幕处理等技术问题，解决这些问题的思路因系统采用的架构不同，具体实现方式也不尽相同。本文在分析对比高标清同播技术方案基础上，结合CCTV新址播控系统建设经验、浙江卫视/广东卫视等高标清同播改造项目的实践经验，针对上述关键问题给出设计思路和应对策略建议。

　　引言

　　2009年8月6日，国家广播电影电视总局发布了《广电总局关于促进高清电视发展的通知》([2009]58号)，CCTV-1、北京卫视、上海东方卫视、江苏卫视、湖南卫视、广东卫视、浙江卫视、黑龙江卫视、深圳卫视等9个卫视频道于2009年9月28日开始高/标清同播。根据《“十二五”广播影视事业发展规划提纲(草案)》的指导思想，到2015年，中央电视台、我国经济比较发达的东中部省级电视台和计划单列市电视台卫视频道实现高清播出，我国西南、西北部省级电视台卫视频道实现高/标清同播。这标志着我国大规模发展高清电视已进入了实质阶段，我们由此也可以看出，从目前到2015年将是大多数省级卫视频道高清系统建设期，也是由标清向高清过渡的重要阶段。

　　本文结合CCTV新址播控系统建设经验、浙江卫视/广东卫视等高标清同播系统改造经验，针对系统建设中涉及的诸如高标清同播方式、幅型变换、音频监听等关键技术，给出设计思路和应对策略建议，为各台今后深入开展高清播出系统建设提供参考意见。

　　高标清同播方式

　　依照总局要求，所谓高、标清同播，是指同一套节目，同时以标清和高清两种格式播出。目前已经开播的九家电视台实现高标清同播的系统架构、技术方案不尽相同，概括起来主要包括两种模式：

　　第一种采用输出分离方式，系统定位为面向高清系统建设，标清部分是通过输出端下变换方式得到。系统拓扑图如图1所示。采用该同播系统架构的单位包括央视新址和湖南卫视播出系统。

　　第二种采用源分离方式，其系统定位是立足标清、面向高清，高清/标清系统独立建设、并行播出，系统拓扑图如下图2所示。采用该方式的电视台包括江苏台、北京台、浙江台、广东台、黑龙江等电视台。

　　由于篇幅限制，我们不过多探讨上述两种系统架构的优缺点，而是重点从具体实现层面讨论相关技术关键点，包括幅型实现方式、控制精度、播出应急处理等方面。

　　对于第一种技术方案(输出分离方式)，基于AFD技术实现自动幅型变换是其典型应用模式。在这一应用模式下，控制精度和幅型变换多样性问题相对容易解决，上下变换设备通过识别嵌入SD/HD SDI信号辅助数据中的AFD信息，不同节目间可实现帧精度的幅型变换，同时，该方式对于播出控制来说相对透明，无需增加额外控制逻辑;应急处理方式方面，由于采用输出端分离方式，相应的应急处理方式可参考原播出系统的应急处理流程。总之，采用该技术方案，可以减少幅型变换不当造成播出事故的可能性，同时也简化了运行维护难度，确保节目多次变换的正确衔接和精确切换。

     

图1：高标清同播实现方式1——输出分离方式    图2：高标清同播实现方式2——源分离方式

　　在高标清过渡阶段，特别是关于AFD相关规范尚未完备的初期，播控系统还可以针对不同节目实现逐条上下变换方式的自动控制，如控制上下变换器或者矩阵方式(不同变换方式的上下变换器通过调度矩阵环通)实现幅型变换。

　　该方式需要注意的是控制精度问题，设备控制方式在实际应用过程中非常容易出现夹帧现象，即不同节目在幅型变换时提前或者滞后若干帧，如图3所示。

　　为最大限度地避免夹帧现象，解决节目衔接和切换精度问题，要求高标清同播系统中的控制系统必须配置必要的同步装置，播控设备与受控设备、信号源等同步源保持一致，基于正确的时序控制，从而实现幅型变换的帧精度控制，该方式同样适用于矩阵控制方式。

　　对于第二种技术方案(源分离方式)而言，由于高清系统相对独立于标清系统，即高清和标清节目源是分离的，如何确保高标清系统播出节目同步，包括正常播出，Take、Hold等应急处理情况，是采用该方式的设计关键;大洋数字播控平台提供的克隆(clone)播出技术，能够很好的满足上述需求，其实现原理如图4所示。利用该克隆播出技术，可实现高清播出系统与标清播出在以下3个层面方面的同步，确保高标清播出系统节目播出的准确同步：

　　第一层：节目单同步。即高清系统和标清系统可以通过一次编单和节目单自动同步机制，实现播出节目单层面的高度共享和一致。

　　第二层：素材同步。即待播节目文件通过大洋数字播控平台提供的全域媒体整备系统(GMP)，以节目单为驱动，基于节目代码或者节目唯一标识，实现高清、标清播出系统待播节目文件的自动整备。

　　第三层：控制信息同步。这也是克隆播出系统中最为关键的一点，源系统和克隆系统通过网络心跳及专门接口，实现控制信息的同步，包括Take、Hold等应急操作，真正实现高标清同播系统“一键式”应急。

　　克隆播出系统的典型应用模式包括两种：

　　第一种：1∶1备份方式，该方式可以实现源系统和克隆系统同步播出、自动应急处理，典型应用场景包括高标清同播、重要频道的1∶1备份播出。

　　第二种：1∶N备份方式，即一套克隆播出系统可以实现N个频道的备份。该应用模式除了应用克隆播出技术外，还利用了大洋数字播控平台特有的多频道控制和设备池技术。

图 3 不同幅型变换方式切换夹帧现象    图 4 大洋数字播控平台——克隆播出技术

　　幅型变换方式

　　在高标清同播系统建设过程中，对于待播节目文件，一种思路是采用两版节目分别整备，即高清一版、标清一版。另外一种是仅提供一版节目源，上下变换则是通过在文件或者信号中嵌入AFD信息，依托视频服务器、下变换器等设备，实现自动幅型变换;目前涉及到AFD的相关标准基本完备，包括SMTPE 2016-1、SMTPE 2016-3、SMTPE 2016-5、SMPTE 377-1-2009等标准，实现基于文件和基于信号嵌入AFD信息的技术和相关设备已经成熟，该实现方式将是未来的主流趋势。

图 5 标清节目上变换为高清的几种典型模式

图 6 高清节目下变换为标清的几种典型模式

图 7 标清节目上变换为高清再下变换为标清时的几种组合模式

　　通过上述标准，可以自动实现标清节目上变换、高清节目下变换、标清上变换后再下变换等多种变换组合方式。具体变换方式如图5〜图7所示。

　　音频监听技术

　　对于高清节目而言，除了视频方面的幅型变换外，另外一个不容忽视的环节就是音频监听。对于高清而言，难点在于如何实现对环绕声节目的监听，特别是基于文件实现对DolbyE的监听，这是建设高标清系统必须要考虑的环节。

　　从目前看，对于高清播出系统而言，环绕声的监听可以通过多种途径实现：

　　第一：通过切换台提供downmix功能，实现监听。

　　第二：配置带Dolby解码的专用音频监听设备，如wholer。

　　第三：在文件后备播阶段，通过自动技审技术和人工复检技术，实现基于文件的Dolby E监听。当然，这需要具备Dolby公司相关产品授权和支持。

　　字幕处理

　　字幕处理问题实际上已不仅仅是高标清同播问题，广电总局61号令颁布后，各地卫视播出系统在实现广告倒计时这个问题上面临的播出系统与字幕系统播出同步问题非常突出。举例来说，当前是一个演播室信号，后续跟随的是广告时段，一旦由于某种特定原因，直播节目延迟，播出系统进行了Hold应急操作，此时如果字幕系统与播出系统没有及时实现信息同步，极易造成提前出现广告倒计时的播出事故。因此，实现广告插播系统与播出系统间必要的信息同步是十分必要的。

图 8 播出系统与字幕系统信息同步

　　图8是大洋数字播控平台与字幕系统(或频道包装、图文包装系统)实现信息同步的业务流程图。在实现了节目单级别以及控制信息级别同步后，可确保播出节目、播出时序与字幕播出的高度一致。从某种意义上，也提高了播出系统的安全性。

　　小结

　　“十二五”期间将是我国广播影视事业发展的关键五年，到2015年，全国各级广播电台、电视台基本实现数字化、网络化，随着技术的发展，各台的高清节目制作能力将得到全面提升。

　　本文就高清系统建设、高标清过渡阶段可能会遇到的关键问题，结合前一阶段电视台高标清系统设计与实践经验，给出了部分设计思路和应对策略;随着高清系统、高/标清同播系统的日益增多，视音频技术的发展以及相关行业规范或者国家级别规范的陆续出台，我们期待会有更多的解决思路和应对策略供业内同行参考，也期待与业界同仁共同迎接全高清时代的早日到来!