《基于省级电视台高标清多频道硬盘播出系统技术性、安全性的标准和要求》建议书

1、基于省级电视台高标清多频道硬盘播出 系统技术性、安全性的标准和要求贵州电视台基于省级电视台高标清多频道硬盘播出系统技术性、安全性 的标准和要求建议书编写小组2010年 5月目录目录 . . I1 概述 . . 12 高标清多频道硬盘播出系统的同播形态分析 . . 33 上下变换的标准和要求 . . 114 图形字幕策略 . . 364.1 图像字幕系统的包装环节 . 36 4.2 高标同播图形字幕策略 . . 366高标清多频道硬盘播出系统的同步策略 . . 47 6.1 同步信号的分类及简述: . 47 6.2 高标清同播系统的同步策略: . 487高标清多频道硬盘播出系统的信号分配 /切换

2、系统 . 519网络迁移及转码策略 . . 641 概述本建议书主要包括高标清多频道硬盘播出系统的同播形态分 析、上下变换的标准和要求、图形字幕策略、音频处理策略、同步 策略、信号调度及切换方案、存储方案、网络迁移及转码策略、高 标清多频道播出频道资源分配、信号传输安全性、数据库系统方案 等 11个部分。高标清多频道硬盘播出系统的同播形态分析 通过调研, 对目前实现 高标清同播的各家电视台播出系统的同播形态、同播方式、设备选 型、改造方案进行汇总。对目前高标清同播的播出系统改造现状和 以后的发展方向进行了介绍。上下变换策略 对高标清系统的上下变换方式、上下变换的设备选 型、上下变换的应用方案进

3、行分析和建议。图形字幕策略 对高标清系统同播的图形字幕包装策略和方案进行 分析和建议。音频处理策略 对高清电视中的立体声传输策略, 立体声编解码, 声 音控制策略,多语种声道划分等方面进行分析和建议。同步系统方案 对高标清多频道硬盘播出系统的系统同步策略的安 全性和实施性进行分析。信号调度及切换方案 对矩阵、 切换台的设备选型、 设备质量控制的 分析。存储方案 根据高标清多频道播出的需求,对于播出系统的二级存 储,高标清存储区域的划分,高标清系统存储的互联分析,高标清 多频道播出系统的全台网存储接口等进行分析。网络迁移及转码策略 根据广电总局高清电视推广发展规划, 考虑到 全台网的推动实施性,

4、以安全性为原则,对网络架构,网络传输带 宽,高标清系统素材迁移、转码,高标清播出系统的全台网网络接 口等进行分析。高标清多频道播出频道资源分配 对高标清多频道播出系统建设中, 播出频道的资源分配方案进行讨论和分析。信号传输安全性 高标清电视信号安全传输的分析和标准建议。 数据库系统方案 对高标清多频道硬盘播出系统的数据库平台选型 以及高标清系统数据互访策略的分析。2 高标清多频道硬盘播出系统的同播形态分析2.1 标清电视到高清电视的过渡按照国家广电总局的要求,发展高清电视,主要采取现有频道 高、标清同播过渡的方式。高、标清同播,是指同一频道内容,同 时采取高清和标清方式播出。目前省级电视台的播

5、出系统大多数都 是标清系统,只有部分台建立了高清系统或高清频道。高清电视的推广,最大的问题在于高清电视信号与标清电视信 号的不兼容。高清电视在宽高比、画面清晰度、伴音等方面与标清 电视都有很大不同。用户想要收到高清电视,必须要安装高清机顶 盒,标清机顶盒无法兼容高清电视格式。我国高清电视的推广和发 展时间还较短,高清片源,高清设备比较缺乏。高清电视的推广, 必然伴随着高清与标清电视在较长一段时间内的共存。随着高清电 视技术的发展,高清设备,高清节目源的逐渐增多,高清电视会慢 慢的取代标清电视。2.2 播出系统的高标清过渡策略播出系统作为电视台的核心系统,在高清电视的推广过程中, 是极其重要的一

6、环。如何在保证标清的安全播出的前提下,实现平 缓的,高效的高清播出系统过渡,是播出系统高清电视推广的重要 课题。国家广电总局提出的高标清同播的过渡方式,是符合我国的 电视技术的发展特点,适合于中国高清电视技术推广的有效过渡策 略。2.3高标清多频道硬盘播出系统实施方案在目前已经实现高标清同播的几家电视台中,有的台在建设高 标清同播系统时, 通过建设全高清播出系统达到高标清同播的目的。 更多的电视台,都采取了在原有标清系统的基础上,独立建设一套 高清播出系统供高清频道播出的方案。各家电视台在上下变换、音 频处理等方式上都各有不同。综合各家电视台的高清系统改造方案,可以将高标清多频道硬 盘播出系统

7、的改造分为三种方式。 (1高标清双链路独立播出方案, 播出信号以标清为主,兼顾高清。高清系统、标清系统信号链路完 全独立。在信号末端可以通过上下变换互为主备。 (2高标清双链 路共享播出方案, 高清系统和标清系统依然保持两条独立信号链路, 但是高、标清系统具有信号和网络的共享链路。 (3高清主干兼容 标清播出方案,播出信号以高清为主,兼顾标清。系统链路只保留一条高清链路,向下兼容标清,播出系统内部格式为全高清信号格 式。高标清双链路独立播出方案。是指新建设一个高清系统,与标 清系统相对独立,使用独立的高清视频服务器、播出矩阵、切换台、 视分、帧同步、延时器、监看等设备。在硬盘播出时,以标清为主

8、, 标清频道的播出沿用以前的老系统。高清系统的同步播出标清素材 时,在上载入库时上变换,或者在播出末端上变换,或者在视频服 务器进行上变换。方案将系统分为标清系统和高清系统,对硬盘素 材分别上载和播出,外来信号在播出系统前端进行处理,分别进入高清系统和标清系统,两个系统通过同一节目单进行同播实现。 图 2-1 高标清双链路独立播出优点:(1系统实施简单,无须高清节目源的积累即可简单实现。(2新建高清系统与标清系统完全独立,能够最大限度的保证原有 标清系统的安全性。(3上下变换环节少,信号输出的质量较好。(4信号末端高清系统与标清系统输出的互为主备,有效的提高了 系统安全性。缺点:(1无法共享标

9、清网络和存储设备,造成资源的浪费。(2高清系统、标清系统许多素材需要重复上载,工作效率较低。(3对于高清系统的过渡性支持不够平滑。随着高清频道的增多, 独立的高清标清系统结构在系统扩展性上较差。适用范围:高清系统的推广建设初期。高清素材较少,以标清播出为主。 高清频道作为新建设频道,处于高清设备安全性评估和测试期的电 视台。高标清双链路共享播出方案。是指在高清系统、标清系统双链 路相对独立的前提下,增加高清系统与标清系统之间的网络和信号 调度的接口。高清系统和标清系统之间可以进行素材迁移,高清频 道和标清频道素材可以访问共享的盘塔。高清总控矩阵和标清总控 矩阵高清矩阵具有互连的接口,可以进行高

10、清标清视频信号间的调度。 图 2-2 高标清双链路共享播出优点:(1系统相对独立,可以保证原有标清信号的播出安全。(2高清系统和标清系统具有共享存储,可以提高工作效率。素材 可以通过网络迁移灵活进入高清标清系统。(3高清系统和标清系统信号可以互相调度,提高了系统在备份和 直播的灵活性。(4对于高清电视过渡的支持性较好,高清系统的设备可以平缓的 增加。缺点:(1 系统相对比较复杂, 高标清系统的互连互访带来的播出风险加 大。(2 高清系统与标清系统都具有独立的存储, 矩阵等设备,造成资 源浪费。(3 对于总控调度人员,设备维护人员的能力要求更高。(4 节目制作、磁带交接、素材迁移制度需要更加规范

11、严谨。 使用范围:高清系统的推广建设中期,高清素材逐渐增多,高清标清频道 之间的互连需求增多。高清链路设备、上下变换设备测试评估较为 稳定,高标清系统在素材交互的环节上安全性较高的电视台。高清主干兼容标清播出方案。建设一个高清硬盘播出系统,系 统内的视频流,素材流均为标准统一的高清信号。不同格式的视频 流进入系统需要在系统前端进行变化调整为系统标准高清格式。在 系统的播出末端根据标清的输出需求,兼顾标清信号,对高清信号进行下变换后输出。 图 2-3 高清主干兼容标清播出优点:(1同播率可以达到 100%。(2系统架构简单,信号链路清晰。(3更加适合于高清电视技术,全台网建设的推广(4系统工作流

12、程简单,工作效率较高缺点:(1标清系统直接到高清系统的过渡,具有较大的切割风险。(2信号上下变换环节增多,对信号输出质量会有影响。(3 对于视频流、 文件流的格式转换设备的稳定性安全性要求很高, 转码带来的播出安全问题有可能增多,转码可能会对图像质量带来 一定程度影响。适用范围:高清系统的推广后期。适用于高清素材、高清制作设备丰富, 资金比较充裕的电视台。3 上下变换的标准和要求3.1 上下变换的概念电视新技术的发展,是一个循序渐进的过程。就技术的推广, 需要缓慢的,步进式的进行。这就要求在新技术的发展过程中,需 要考虑新技术的发展与旧技术的兼容。然而,高清电视技术的推广, 最为困难的一点就是

13、,高清电视接口与标清电视接口在格式上有很 多本质的不同。高清电视的清晰度,分辨率,画面比例等都与标清 电视有较大差别。因此在高清电视的过渡时期,高清标清信号格式 必须要能够互相变换,分别传输。高清电视接口标准参照 GY/T 157-2000 演播室高清晰度电视 数字视频信号接口定义的 1125i 格式。有效图像大小为 1920×1080,画面比例为 16:9。标清电视接口标准参考 GB/T 17953-2000 4:2:2数字分量图像信号的接口定义的 576i 格式,有效图像大小 为 720×576,画面比例为 4:3。由标清电视信号格式转换到高清电 视信号格式,称为上变换

14、。由高清电视信号格式转换到标清电视信 号格式,称为下变换。3.2 上下变换算法上下变换的算法直接决定了需要经过上下变换环节的节目的输 出质量好坏。 上下变换的算法主要由两部分构成,插值 /抽点运算和 幅形变换。上变换是由低分辨率向高分辨率转换的运算过程,需要在水平 方向和垂直方向都通过插值运算补点。插值运算的值只能作为帧内 预测值,在实际图像显示时,会出现较明显的水平和垂直方向的边 缘锯齿。为了减缓锯齿现象,可以通过全画面的反锯齿均衡滤波, 将插值得到的点和周围的点进行均衡,控制插值点的值较平稳的融 入周围的点内。全画面的均衡滤波可以减缓锯齿现象,但是,均衡 的处理会修改原来非插值点的值,造成

15、画面的模糊化,会在一定程 度上影响到画面的清晰度。下变换是由高分辨率向低分辨率转换的运算过程,需要在水平 和垂直方向通过,抽点采样抽取高分辨率画面的采样点组成低分辨 率画面。抽点采样一般采取规则的抽样方式,可能在一些较规则的 画面上出现明显的边缘锯齿,其他画面的锯齿现象较少。下变换在 抽点运算后,也可以进行均衡滤波,得到最终的低分辨率图像。上下变换算法也可以采取帧间运算的算法。通过运动补偿进行 插值样点或抽点方式的预测估计。帧内预测结合帧间运动补偿的运 算方式,可以使上下变换的图像还原性更好,清晰度更高。但此算 法对于硬件运算能力的要求也较高。上变换的画面模糊化处理与下变换的丢点处理会使画面质

16、量降 低,并且是不可逆的过程。因此上下变换的次数越多,画面质量的 损失越大。在播出系统设计时,应该尽可能的减少信号上下变换次 数。经过主观测试,信号的一次上变换和一次下变换带来的画面质 量降低已经较明显。两次及两次以上的上下变换的画面质量降低会 十分严重,不能达到电视广播的主观要求。在电视信号的采集到播 出和传送流程中,应该尽量将上下变换环节简化,控制到一次上变 换和一次下变化以内。如果不可避免多次变换,建议使用上下变换 图像还原性较好的设备。高清信号的画面比例为 1920:1080=16:9,标清信号的画面比例 虽然为 4:3,但是实际比例为 720:576=4:3.2。画面比例不一致的上

17、下变换时,无法维持原图像的画面比例。对于不同的画面比例,可 以采取下面的处理方式:拉伸模式。在标清信号进行插值运算时,强制按照高清信号的 画面比例进行插值。画面主观呈现物体变“宽”的感觉。在插值运 算计算边缘时,按照运算公式,可能会出现插值点不足的情况。在 处理时,建议按照画面少量超出比例范围来计算,插值运算完成后, 再对边缘进行截取。或者对边缘采取独立的插值算法,避免因为插值不足造成的边缘黑线。 图 3-1拉伸方式上变换上下切边模式。按照标清信号的横向大小进行插值,维持原图 像的比例 4:3.2。横向大小 1920对应的纵向大小为 1920×3.2/4=1536。最后将超出高清信号

18、 16:9纵向范围的图像切除,即 1536-1080=456, 分别截取纵向图像上下各 1920×228的数据。对于 具有上下遮幅的标清图像,在进行上下切边模式的插值和均衡处理 时,可能会对原图像的遮幅边缘部分图像产生模糊。为了避免这种 现象, 建议上下切边算法先进行按 16:9的比例截除上下遮幅,截取 720×405的图像,再进行插值和均衡得到 1920×1080的图像。 图 3-2上下切边方式上变换左右遮幅模式。按照高清信号的纵向大小进行插值,维持原图 像的画面比例。纵向大小 1080对应的横向大小为 1080×4/3.2=1350。 横向范围相差的

19、大小为 1920-1350=570。 在有效图像两 边各增加 285×1080的黑色遮幅。添加的黑色遮幅的亮度色差采样 值应该按照标准 75%YCbCr彩条的黑色值 Y=16 Cb=128 Cr=128 。 图 3-3左右遮幅方式上变换压缩模式。在对高清信号进行抽点运算时,强制按照标清信号 的画面比例进行抽点运算。画面主观呈现物体变“长”的感觉。在 抽点运算处理边缘时,按照运算公式,可能会出现抽点采样不足的 情况。在处理时,建议按照画面少量超出比例范围来计算,抽点运 算完成后,再对边缘进行截取。或者对边缘采取独立的抽点算法, 避免因为抽点采样不足造成的边缘黑线。 图 3-4压缩方式下

20、变换左右切边模式。按照标清信号的纵向大小进行抽点,维持原图 像的比例 4:3.2。 纵向大小 576对应的横向大小为 576×16/9=1024。 最后将超出标清信号 4:3.2横向范围的图像切除, 即 1024-720=304, 分别截取横向图像左右各 152×576的数据。 对于具有左右遮幅的高 清图像,在进行左右切边模式的抽点均衡处理时,可能会对原图像 的遮幅边缘部分图像产生模糊。为了避免这种现象,建议左右切边 算法先进行按 4:3.2的比例截除左右遮幅, 截取 1350×1080的图像, 再进行抽点和均衡得到 720×576的图像。 图 3-5左

21、右切边方式下变换上下遮幅模式。按照标清信号的横向大小进行抽点,维持原图 像的画面比例。 横向大小 720对应的纵向大小为 720×9/16=405。 纵 向范围相差的大小为 576-405=171。 在有效图像上下各增加 720×85、 720×86的黑色遮幅。 添加的黑色遮幅的亮度色差采样值应该按照标 准 75%YCbCr彩条的黑色值 Y=16 Cb=128 Cr=128。 图 3-6上下加边方式下变换3.3 上下变换的幅形变换要求幅形变换讨论是由于高清标清电视信号的比例不一致带来的, 可以通过切除,加边,拉伸 /压缩等几种方案上达到画面比例统一。 拉伸 /压缩

22、的方式会破坏原有的画面比例,造成画面变形, 建议不要 使用。切除的方式可能会切除掉有效的画面内容。加边的方式能够 保持原有的画面比例和画面内容,但是会压缩图像,降低图像的分 辨率,加入的黑边对于整个的图像空间的利用性较低。综合考虑高 标清同播的需求和现有的节目类型。使用加边结合切除的方式是目 前较好的高标清幅形变换方法。从安全性和画面完整性角度考虑出发,在高清信号向标清信号 下变换时,采用上下遮幅的方式,可以保证画面完整和图像比例正 常。在标清信号上变换时,采用左右遮幅的方式,可以保证画面的 完整性,图像比例正常。但是,上下遮幅的方式会对画面进行比例 缩小,降低了画面清晰度。根据广电总局关于电

23、视台高标清同播节目制作、播出技术要求 的若干意见。建议根据录播节目的不同类型,按照以下格式进行制 作和下变换。新闻类节目 演播室信号采用 16:9构图,兼顾 4:3保护框。外采信 号,如果有高清采集设备,采用 16:9构图,兼顾 4:3保护框。如果 外采素材为标清,则采用左右遮幅上变换到高清信号。在播控上载 时,高清系统直接上载播出。标清系统使用左右切边的方式播出。 重大事件的录制播出 采用 16:9构图。在播控上载时,高清系统直 接上载播出。标清系统使用上下加黑边的方式播出。专题类栏目 采用 16:9构图,兼顾 4:3保护框。在播控上载时,高 清系统直接上载播出。标清系统使用左右切边的方式播

24、出。综艺、电视剧类节目 采用 16:9构图。在播控上载时,高清系统直 接上载播出。标清系统使用上下加黑边的方式播出。广告类节目 采用 16:9构图。在播控上载时,高清系统直接上载播 出。标清系统使用上下加黑边的方式播出。体育类节目 采用 16:9构图,兼顾 4:3保护框。在播控上载时,高 清系统直接上载播出。标清系统使用左右切边的方式播出。由于目前许多台高清资源比较少,高清频道的同步播出需要一 些标清素材上变换播出。根据各台的实际情况,建议按照下面方式 进行上变换。4:3构图拍摄的标清信号 上载时标清系统直接上载播出,高清系统 使用左右加黑边的方式播出。上下加黑边遮幅的构图方式 上载时标清系统

25、直接上载播出, 高清系 统使用上下切边的方式播出。上下加黑边遮幅并且黑边有图文字幕信息的构图方式 上载时标清 系统直接上载播出,高清系统使用左右加黑边的方式播出。对于磁带录制的节目,在制作阶段的内容审核时,要根据素材 的内容,选择正确的上下变换方式,标注在磁带卡片上。在播出系 统上载时,根据磁带标注的上下变换方式,上载素材。对于通过网络迁移的节目,在制作阶段的内容审核时,要根据 素材内容,选择正确的上下变换方式,将素材的上下变换方式记录 到 mxf 文件或者数据库中。在播出系统进行迁移转码时,根据 mxf 文件或者数据库的上下变换方式,对素材进行迁移转码。高清演播室制作的节目需要下变换到标清频

26、道播出时,为了保 证节目的完整性,建议采用左右截边的方式。将需要表现的主体部 分以 4:3构图的方式放到 4:3的安全区内。 从节目采集环节控制 4:3的安全区域构图,兼顾 16:9的画面构图,对于摄像的要求很高。 在 直播节目中, 如果出现 4:3构图的需要和 16:9构图的画面会出现问 题的矛盾时,摄像很难把握。如果 16:9的构图画面出现严重问题, 后果难以控制。综合考虑这些情况,在对外来信号进行直播时,建 议将两边切边后的标清信号再通过左右遮幅上变换作为高清直播的备路信号。对于高清系统和标清系统没有信号通路的系统,建议在 播出末级将标清信号做左右遮幅上变换备份播出。随着高清电视的发展,

27、摄像人员对于 16:9构图会越来越适应, 电视制作由过去的标清为主会慢慢过渡到高清为主,演播室节目制 作时会产生的 4:3构图和 16:9安全性问题的矛盾会越来越少, 但是 在高标清过渡阶段,这是一个十分重要的安全环节。高清其他直播信号节目需要下变换到标清频道播出时。在直播 信号对接时,根据直播节目类型,按照广电总局的规定与直播现场 人员协商下变换方式,同时依然将高清信号做上下遮幅的下变换作 为标清直播信号的备路信号。如果直播现场没有特殊要求,则按照 上下遮幅的下变换方式在标清系统播出。标清直播信号节目需要上变换到高清频道播出时。在直播信号 对接时,根据直播节目类型,按照广电总局的规定与直播现

28、场人员 协商上变换方式,同时依然将高清信号做左右遮幅的上变换作为标 清直播信号的备路信号。如果直播现场没有特殊要求,则按照左右 遮幅的上变换方式在高清系统播出。重要转播播出,如果转播源具有高清和标清两路信号时。高清 系统使用高清的调度信号,标清系统使用标清的调度信号。在播出 末级将高清和标清输出信号上下变换后互为主备。如果转播源只有高清信号,若转播方具有特殊的转播下变化要 求,则按照广电总局的规定和转播方的要求,协商下变换方式,同 时依然将高清信号做上下遮幅的下变换作为标清转播信号的备路信 号。如果转播方没有特殊要求,则按照上下遮幅的下变换方式播出。 如果转播源只有标清信号,标清系统直接使用标

29、清信号播出, 高清系统使用左右遮幅的上变换方式播出。3.4上下变换的设备选型在建设高标清多频道硬盘播出系统时,根据各台建设方案的不 同, 上下变换设备的类型和上下变换设备在系统中的位置也不相同。(1使用具有上下变换模块的高清视频服务器进行上下变换。 高清频道需要播出标清素材时, 将标清素材迁移到高清服务器盘塔, 高清视频服务器在播出时对标清素材文件进行解码,上变换播出。 标清频道需要播出高清素材时, 将标清素材迁移到高清服务器盘塔, 高清视频服务器在播出时对高清素材文件进行解码,下变换播出。 使用高清视频服务器进行上下变换播出,从系统实施上考虑,比较 简单。从画面质量考虑,视频服务器的主要工作

30、是编解码于画面上 下变换的处理相较独立的上下变化设备较差。从安全方面考虑,视 频服务器在播出时解码和上下变换同时进行,对于视频服务器的运 算能力要求很高。综合考虑,带有上下变换模块的高清视频服务器 的上下变换更加适合作为系统中的紧急和备份播出通道。在系统设 计时, 建议将上下变换、视频编解码等运算风险大的环节独立分开。 图 3-7使用高清视频服务器进行上下变换(2 使用具有上下变换功能的高清录像机在上载环节进行上下 变换。大部分高清录像机向下兼容标清信号输出和标清格式磁带输 入。高清频道需要播出标清素材时,使用标清素材的磁带在高清录 像机进行上载,输出高清信号,编码到高清系统播出。标清频道播

31、出高清素材时,使用高清素材的磁带在高清录像机进行上载,输出 标清信号,编码到标清系统播出。使用具有上下变换功能的高清录 像机在上载环节进行上下变换,系统实施方案较为简单,适合于高 标清上下变换需求较少的情况。对于具有高标清同播需求的系统, 使用这种方式的安全性和灵活性较低。录像机的上下变换功能的稳 定性需要严格评估,录像机上载后的素材文件需要进行严格审核。 综合考虑,这种方式更加适用于高标清系统中的紧急和备份播出通 道,不建议将其作为高标清多频道硬盘播出系统的主要变换设备。 图 3-8使用高清录像机进行上下变换(3使用基于文件流的上下变换编码解码设备。基于文件流的 上下变换编码解码设备较适合于

32、应用在以文件流传输为主的系统。 高清频道需要播出标清素材时,根据迁移策略,将标清素材文件进 行文件流的下变换编解码,生成高清素材文件。然后将高清素材文 件迁移到高清服务器盘塔,最后在高清服务器解码播出。标清频道 需要播出高清素材时,根据迁移策略,将高清素材文件进行文件流 的下变换编解码,生成标清素材文件。然后将标清素材文件迁移到 标清服务器盘塔,最后在标清服务器解码播出。文件流的上下变换 策略, 适用于以文件流传输为主, 全台网推广进度较快的系统使用。 使用文件流的上下变换策略,将上下变换环节提前,能够降低播出 末级的风险。但是,将素材文件提前上下变换,在播出前需要一段 时间进行转化编码,较难

33、应对紧急的实时性播出需求。另外,将素 材文件提前上下变换,也限制了在播出末级进行上下变换方式更改 的紧急通道。如果出现上下变换方式不合理,将无法再在播出末级 进行更改。使用文件流上下变换后的素材,需要进行审核,避免因 为上下变换编解码问题造成的播出事故。综合考虑,基于文件流的 上下变换策略,适用于对实时性要求不高的素材播出,如广告、电 视剧等。不适用于新闻类,重要节目素材的播出。适用于以文件流 传输为主的系统,较适合于全台网接口的推广。图 3-9使用文件流的转码进行上下变换(4使用独立的 SDI 信号上下变换设备。独立的 SDI 信号上下 变换设备,具有较强的上下变换运算能力。从主观感觉判断,

34、上下 变换的画面质量也较好。独立设备的运算能力和稳定性也较强。高 清频道播出标清素材时,首先标清视频服务器对标清素材文件进行 解码输出标清格式信号,标清信号经过上变换设备,输出高清信号 至高清频道播出矩阵进行播出。标清频道播出高清素材时,高清服 务器对高清素材文件进行解码输出高清格式信号,高清信号经过下 变换设备,输出标清信号至标清频道播出矩阵进行播出。使用独立 的 SDI 信号上下变换设备策略,设备运算能力更强,工作更加稳定, 安全性更强,可以灵活更改信号的上下变换方式。对于具有高标清 总控调度矩阵的高标清多频道硬盘播出系统,建议使用一定数量的 独立上下变换设备,接入总控调度矩阵,应对重要的

35、直播和转播需 求。独立的 SDI 信号上下变换设备作为系统上下变换的主要设备, 可以较好的提高高标清多频道硬盘播出系统的安全性,同时,也提 高了系统备份链路的复杂程度。在使用时,应该以安全性为基本考 虑,控制备份策略的冗余程度。从设备的安全性、稳定性考虑,对 于重要直播和转播,建议使用独立的 SDI 信号上下变换器作为主要 播出和备份设备。 图 3-10使用上下变换设备进行上下变换3.5 上下变换的画面的描述与控制在高标清多频道播出系统中,一条素材从采集到播出,可能会经 过多次上下变换。上下变换算法是一个非可逆的算法。在经过上下 变换后,视频流都会有不同程度的图像质量损失。因此,从系统设 计考

36、虑,要尽可能的减少上下变换的环节。除了上下变换算法造成的视频流质量损失,因为不合理的上下变 换幅形变换方式,还可能会造成视频流源图像的丢失、变形和黑框 的现象。 图 3-11多次上下变换为了应对高标清电视图像上下变换时的多种幅形变换方式,电 影和电视工程师协会在 SMPTE -2016-1 Format for Active Format Description and Bar Data 标准中提出了使用 AFD(Active Format Description 有效格式描述符来对当前图像的有效区域进行描述。 SMPTE-2016-3 Vertical Ancillary Data Mapp

37、ing of Active Format Description and Bar Data标准规定, AFD 作为一个辅助 数据包,可以插入在第 9行(含第 9行到第一场的场辅助区的最 后一行(含最后一行的任何一行。一帧出现一次。考虑到上下变 换 设 备 的 运 算 时 延 , AFD 应 该 尽 早 的 出 现 在 视 频 流 中 。 smpte-2016-3 标 准 推 荐 使 用 11行 存 放 AFD 信 息。 图 3-12 AFD信息在高清 SDI 信号中的位置AFD 信息是对当前帧的画面特征进行描述的描述信息, 而并非是 画面上下变换的处理信息 (图 1-1 。 取到基带视频流的

38、AFD 信息后, 上下变换设备根据 AFD 画面描述信息来对画面进行上下变换处理。 图像变换完毕以后,在设备输出的基带视频流内 AFD 信息应该进行重写,重写格式应该严格按照 SMPTE-2016的规范。图 3-13 AFD信息对高标清图像的描述在系统中使用 AFD 上下变换设备时,需要评估设备读取输入视 频流的 AFD 范围是否符合标准, 其上下变换的遮幅黑点标准采样值; 左右截边,上下截边以及左右黑边遮幅, 上下黑边遮幅的标准范围, 上下变换后的 AFD 信息更新的正确性。 在对含 AFD 信号进行传递时, 应该注意信号传送链路上的设备需要具有 AFD 透传性。高标清多频道硬盘播出系统中,

39、对视频流中的 AFD 的处理方式 是高标清多频道硬盘播出系统上下变换时需要讨论的主要问题之 一。目前在 AFD 处理和传输方案上,可以分为以下两种。 (1 AFD 基带流自动处理方式。 AFD 基带流自动处理,是指系统中 视频流或文件流有严格的 AFD 描述,在播出传输与控制环节根据视 频流或文件流中 AFD 的描述,进行自动的信号上下变换。在视频流 或者文件流进入播出系统前, 需要保证其具有 AFD 的正确描述。 系 统的传输环节,具有 AFD 透传性。最终在视频服务器播出的时候, 根据基带 AFD 信息(视频流或者文件流中的 AFD 信息 ,控制上下 变换设备, 实时的进行上下变换方式的识

40、别与变更。 AFD 基带流自动 处理的方式,可以提高系统工作效率,实现高标清上下变换的自动 化处理, 更适合于自动播出的流程。 AFD 基带流自动处理的方式, 对 于播出系统设备的 AFD 透传性,以及 AFD 处理的规范性要求很高。 如果 AFD 描述信息在最初插入阶段或者在传输阶段出现错误,会导 致播出时的变换方式的错误。如果使用 AFD 基带自动处理的方式, 需要保证 AFD 描述信息能够正确插入、正确传输,可以对 AFD 信息 进行审核,出现错误可以以修改。同时,系统中的设备对 AFD 描述 信息的读取、写入、传输需要具有统一的标准位置和统一的处理方 式。图 3-14 AFD基带流自动

41、处理 (2 AFD 描述信息控制处理方式。 AFD 控制处理方式,区别于 自动处理方式,在基带流中,并不对 AFD 信息进行插入和传输。在 素材进入播出系统时,使用其他记录方式(如数据库将素材的上 下变换方式与素材进行关联,将上下变换方式作为素材的一项属性 存入数据库。在播出时,根据素材的上下变换方式的属性,更改上 下变换设备的变换方式。 AFD 描述信息控制处理方式, 对于系统设备 的 AFD 透传性, AFD 处理的规范性要求不高。 系统设计方案较为简单, 在播出末级可以给上下变换设备发送消息,对信号的上下变换方式 进行实时修改。但是,这种方式在不同上下变换方式的素材切换时 可能出现上下变

42、换方式更改延时的现象。通过发送控制消息更改上 下变换设备的变换方式,从发送控制信息到设备收到控制信息,进 行算法更改,可能会有一帧到几帧的延时。在切换时,播出的节目 可能会保留上一条节目的上下变换方式播出几帧后,才变为自身的 上下变换方式变换播出。为了避免这个问题的出现,需要保证发送 控制消息更改上下变换设备的上下变换方式的实时性,从消息发送 到方式更改,能够保证帧级别响应。如果上下变换设备无法做到帧 级别更改响应,可以考虑使用几台上下变换设备对信息进行不同类 型的上下变换,输出信号接入频道播出矩阵。通过切换台进行上下 变换方式的切换,以保证更改延时的现象不会出现。使用 AFD 描述 信息控制

43、处理方式,需要保证在素材进入播出系统时的上下变换方 式属性定义的正确性。 图 3-15 AFD描述信息控制处理方式 图 3-16 AFD控制方式切换时对画面的影响4 图形字幕策略4.1 图像字幕系统的包装环节(1节目制作环节的节目包装,一般包括自办栏目的节目 logo 、 主持人提示、下节预告等节目辅助信息。(2直播类节目的节目包装。 新闻类直播, 主要包括栏目的 logo 、 主持人提示、即时新闻飞字、新闻类小标题等。体育类直播,主要 包括计分、运动员姓名等实时数据等。(3播出环节的节目包装。 主要包括频道的包装、 频道节目预告、 电视剧剧名、剧场角标、广告角标等。4.2 高标同播图形字幕策

44、略节目制作环节的节目包装,建议分别制作高清、标清两个版本 的节目,分别进行节目包装。如果只有高清版本,下变换时采取左 右切边,要将图形字幕信息放到 4:3 的安全框内,避免因为高清下 变换左右切边造成的图形字幕信息丢失,如图 4-1所示。如果只有 高清版本,采取上下加黑边的下变换方式,在制作图文字幕时采取 16:9构图。下变换播出会对字幕和图文进行抽点运算,在高清制作 时应该将图文制作清晰,字幕的字号建议不小于 60×60,使用清晰 的字体。如果使用较小或较模糊的字体,在下变换时字幕会更加模 糊,字幕信息可能无法辨认,如图 4-2所示。 图 4-1 左右切边下变换切掉字幕和logo

45、图 4-2下变换后字幕模糊直播类节目的节目包装的节目包装,建议尽量对高清标清信号 分别进行图形字幕包装。如果只能提供一路高清信号,建议将图形 字幕信息放到 4:3 的安全框内,并且采用较为清晰的图文和较大的 字幕字体。播出环节的频道包装,对高清标清两种信号分开进行图形字幕 控制播出。高清系统使用高清字幕机进行包装,标清系统使用标清 字幕机进行包装。在高标清同播的过渡性时期, 如果不能提供独立的高标清信号, 在图文字幕制作时,是无法兼顾标清图像和高清图像的。最好的办 法是推广字幕分离的系统方案。字幕分离的系统,是指字幕图文信 息通过单独的链路传输,与节目名称关联,在高清系统和标清系统 可以分别调

46、整位置和大小,对高清系统和标清系统同播的节目分别 进行图文字幕的包装, 可以完美的解决高标清同播的图形字幕问题。5音频处理策略5.1 高清嵌入音频与标清嵌入音频在 GY/T 162-2000 高清晰度电视串行接口中作为附属数据信 号的 24比特数字音频格式标准和 GY/T 161-2000 数字电视附属 数据空间内数字音频和辅助数据的传输规范标准中提到,高清的 嵌入音频格式与标清的潜入音频格式是不相同的。差异性:(1音频采样为 24bit 、标清为 16bit/20bit。高清音频数据 字的比特分布与标清音频数据字的比特分布不一致。 图 5-1高清音频数据字分布 图 5-2标清音频数据字分布(

47、2 高清嵌入音频作为辅助数据在行消隐期内存放的格式与标 清嵌入音频作为辅助数据在行消隐期内存放的格式不一样。标清具 有扩展数据包,高清没有辅助数据包;高清具有时钟信息和 ECC 纠 错校 验,标清没 有;高清与 标清的辅 助数据包 ID 不一样。 图 5-3标清嵌入音频数据格式 图 5-4高标清嵌入音频数据格式 图 5-5标清嵌入音频辅助数据包 ID 图 5-6高清嵌入音频辅助数据包 ID(3高清音频样值只分布在 Cb/Cr通道内, 标清音频样值分布 在 Y 、 Cb/Cr通道内。 图 5-7高清嵌入音频和标清嵌入音频样值分布由于高标清嵌入音频数据格式不同,在使用高清嵌入音频时, 应该注意高清

48、与标清的嵌入音频格式是不一致的。高清信号下变换 时,如果带有高清嵌入音频信号,需要对其进行重新打包和嵌入。 标清信号上变换时,如果带有标清嵌入音频信号,需要对其进行重 新打包和嵌入。高清嵌入音频和标清嵌入音频的解嵌方式是不一样 的,高清嵌入音频和标清嵌入音频解嵌后的 AES 数据流格式是一样 的。5.2高清电视环绕立体声音频的编码高清电视对于音频部分提出环绕 5.1声道音频的播出需求。环 绕 5.1声道,采用左(L ,中(C ,右(R ,左后(LS ,右后(RS 5个方向的独立声道输出声音, 此外还有一个超重低音声道, 由于其 频率范围只有标准声道的 1/10,因此称作 0.1声道, 5.1声

49、道故得 此名。目前,按数字化音频编码分类,环绕 5.1声道的音频编码方法 主要有 dolby-E 、 DTS 、 dolby-D(AC3、 MPEG2-AAC 、 DRA 等几种。 DTS 编码 的标准的数据流量为 1536kbps ,是音频还原度最高的。但 是对带宽占用较高。DRA 编码 方式是我国自主研发的音频编码方式,可支持的最大声道 数 64.3,正常声道 64个 , 低频效果声道 (LFE3个。比特率最高可 达 9612kbps 。AAC 是由 Fraunhofer IIS-A 、 杜比和 AT&T共同开发的一种音频格式, 它是 MPEG-2规范的一部分。具有较高的压缩效率。

50、 与 MPEG2视频流 传输的兼容性较好。dolby-D(AC3技术具有很高的编码效率,它能够提供高品质分离式多声道音频而不降低视频品质,是目前世界范围内较为普及的一种 音频传输编码方案。dolby-E 是为杜比数字编解码工艺无法应用的广播传送系统而专门 设计的高品质 8声道音频编解码技术。可以融入现有的以两声道音 频为基础的系统中。杜比 E 可通过一个 AES-3数据对进行传送,或 被录制在数字视频流的两个音频轨上,并创造了一个标准的声音与 画面同步切换制式。适合于高清音频制作包装和处理传输环节。 从目前省级电视台的设备普及性考虑,主要以 Dolby 5.1作为 讨论,高清多声道环绕音频的方

51、案应以广电总局制定的高清环绕音 频相关的标准为基准,以下内容中基于 Dolby 技术在播出系统中的 应用讨论仅作参考。Dolby 的编码方式面向广播电视行业的主要有两种, Dolby-E 编 码,以及 Dolby-D(杜比数字 编码,又叫 AC-3。两种编码方式从应 用角度上较不一样。 Dolby-E 编码技术能够使音频采样帧与视频帧做 到同步,支持嵌入到 HD-SDI 信号中, 同时对于声音的编解码还原性 更好,适合于非编系统以及播出系统的控制调整。 AC-3的视频编解 码,它的四个声道是从编码后的两个声道分解出来的,因此难免有 分离度不佳、信噪比不高,对环绕声缺乏立体感,并且环绕声的频 带窄等缺点。 AC-3的优点在于, 即使传输的是真正的 5.1声道, 其 占用的带宽依然很低,压缩率很高。因此广泛应用于直播卫星音频 传播、有线网络传播、地面传播等方向。5.3高标清多频道硬盘播出系统的音频传输和分配高标清多频道硬盘播出系统