数字高清视频切选机房设计探讨

李 伟，刘 超

（91550部队，辽宁 大连 116023）

高清数字视频节目的采集、传输、存储、制作和选切在我国还处于起步阶段，目前的高清数字视频节目仍以标清节目为主，高清和标清在未来相当长的时间内将并存。因而数字高清视频切选机房的设计与建设，将兼顾高清和标清节目的制作，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的制作要求，为用户提供高质量的高标清视频节目。

1 数字高清视频切选机房相关概念介绍

1.1 高清数字视频信号定义

高清数字视频信号也就是我们通常所说的HDTV，英文翻译为 High Definition Television，即“高清晰度电视”。那么，数字高清视频切选机房的设计原理，是将模拟信号和标清信号转换为高清数字信号，实现对高清数字信号的数字化采集、传输、存储、编辑、选切和播放功能，最终使用户终端接收显示编辑制作后的高清视频图象。

1.2 高清数字视频信号规格

高清视频信号目前有1280×720逐行扫描、1920×1080隔行扫描，1920×1080逐行扫描三种信号模式，称之为1080i、1080p和720p。其中1080i显示模式，电子枪先扫描540行奇数场后，再扫描另一个540行偶数场，两者叠加构成1080行的画面。720p采用的是逐行扫描，也就是说在同一时间需要达到720线的垂直清晰度，不是像1080i那样一次扫描540行经过两次叠加，因此将涉及到更高的行频输出，对显示产品的要求较高。

1.3 数字化通信

视频信号的数字化通信，是指高清数字视频信号从采集、传输、存储、选切到播放都是通过由二进制数字所构成的数字流来实现的。数字信号的传输速度快，带宽较宽，能够满足数字化传输的要求，并且数字化通信在传输过程中可实现无损耗中继通信，而模拟信号在每一次中继转接过程中将会出现20%—25%的信号衰减，所以数字信号传输比模拟信号传输具有较强优势，能够保障数字信号的图像质量，且性价比较高。

1.4 数字信号与模拟信号对比

1.4.1 模拟通信的优缺点。模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点：保密性差和抗干扰能力弱。

1.4.2 数字通信的优缺点。数字通信的优点：加强了通信的保密性，提高了抗干扰能力，并可构建综合数字通信网；数字化通信的缺点：占用频带较宽，技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很高，进行模/数转换时会带来量化误差。

2 数字高清视频切选机房主要技术参数指标

2.1 数字高清视频切选机房主要技术性能

2.1.1 先进性：高清数字切选机房在设计功能上和性能上较以往模拟视频机房具有先进性和超前性。视频信号分辨率高，存储、编辑、制作简单方便，且容易传递和保存；

2.1.2 稳定性：高清数字信号存储、编辑、切选设备技术成熟，设备运行稳定性高，系统工作安全性高；

2.1.3 可扩展性：高清数字切选机房在设计过程中为以后的系统改造留有空间，可支持多路不同信号的输入和输出；

2.1.4 兼容性：高清数字切选机房可同时输入多路模拟视频信号、标清视频信号和高清视频信号，经存储、编辑处理后，可同时输出多路模拟视频信号、标清视频信号和高清视频信号。

2.2 数字高清视频切选机房主要参数指标

2.2.1 高清数字视频信号主要格式：

720p格式，标准数字电视显示模式，分辨率为1280×720，逐行/60Hz，行频为 45KHz，像素为921，600Pixels。

1080i格式，标准数字电视显示模式，分辨率为1920×1080，隔行/60Hz，行频为33.75KHz，像素为2073，600Pixels.

1080p格式，标准数字电视显示模式，分辨率为1920×1080逐行扫描，专业格式。

2.2.2 输入输出端口视频信号格式：AV、HDTV、SDTV

2.2.3 高清数字信号输入输出接口种类：

DVI接口：Digital Video Interface，即数字视频接口。DVI接口分为DVI-I（模拟信号和数字信号兼容的接口）、DVI-A（模拟信号接口）、DVI-D（数字信号接口），目前主要以DVI-D接口应用为主。优点：设备成本相对较低，性价比较高。缺点：设备体型大，接口连接复杂，无损传输距离较近；

HDMI接口：High Definition Multimedia Interface，即高清晰度多媒体接口。是一种全数位化影像声音传输接口，通常用于显示终端接口，缺点：接口无法固定，不适合系统内部高清视频信号的传输连接；

HDSDI接口 ：High Definition-Serial Digital Input，即高清数字串行接口。是一个广播级的高清数字输入与输出端口，接口采用同轴电缆，以BNC接头作为线缆标准。优点：设备连接简易方便，后期维护容易。缺点：设备成本较高。

2.2.4 高清数字视频信号存储格式：高清数字视频信号存储主要以两类文件的方式存在，一类是经过MPEG-2标准压缩，以.pt和.ts为后缀的视频流文件；一类是经过WMV-HD（Windows Media Video High Definition）标准压缩过的.wmv文件。还有少数文件后缀为.avi或.mpg文件，其性质与.wmv文件相同。

3 数字高清视频切选机房组成

数字高清视频切选机房由视频信号前端处理分系统、高清数字信号存储回放分系统和数字高清矩阵切选播放分系统组成。

视频信号前端处理分系统由模数转换器、上变换器、高清字符叠加器、高清信号分配器等组成，主要完成前端输入信号（如模拟信号、标清信号）转换为高清数字信号，并对高清数字信号进行字符叠加，叠加后的高清数字信号进行分配，分别送至高清数字信号存储回放分系统、数字高清矩阵切选播放分系统和数字高清监视器进行同步监视。

高清数字信号存储回放分系统由管理服务器、高清信号采集服务器、高清信号播放服务器、存储盘阵、交换机和KVMP切换器组成，主要完成对高清视频信号的采集、存储、编辑和回放，并将编辑制作后的高清视频信号送至高清切选矩阵进行选切播放。

数字高清矩阵切选播放分系统由中央控制器、帧同步机组成，主要完成对送入数字高清矩阵的多路信号节目分别送至各设备终端进行接收显示。

4 数字高清视频切选机房设计与功能实现

进入数字高清视频切选机房的高清数字视频信号，首先进入高清字符叠加器进行字符叠加，叠加后的高清信号进入高清分配器分配出5路高清信号，其中一路送至高清画面分割器，并将分割处理后的高清信号送至高清监视器进行同步监视；一路送至图像传输机房；两路送至高清存储回放主备服务器进行高清视频存储；一路送至高清切选矩阵进行高清信号选切，并将选切出来的高清信号通过高清光端机送至用户终端进行接收显示。

进入数字高清视频切选机房的标清数字视频信号，首先进行上变换，将4：3的标清数字信号转换为16：9的高清数字信号，之后进入高清字符叠加器进行字符叠加，叠加后的高清信号进入高清分配器分配出5路高清信号，其中一路送至高清画面分割器，并将分割处理后的高清信号送至高清监视器进行同步监视；一路送至图像传输机房；两路送至高清存储回放主备服务器进行高清视频存储；一路送至高清切选矩阵进行高清信号选切，选切出来的高清信号经下变换转换为标清数字信号，送至用标清录放像机进行录制。

进入数字高清视频切选机房的模拟视频信号，首先进行模数转换，将模拟信号转换为标清数字信号，标清数字信号经上变换，将4：3的标清数字信号转换为16：9的高清数字信号，之后进入高清字符叠加器进行字符叠加，叠加后的高清信号进入高清分配器分配出5路高清信号，其中一路送至高清画面分割器，并将分割处理后的高清信号送至高清监视器进行同步监视；一路送至图像传输机房；两路送至高清存储回放主备服务器进行高清视频存储；一路送至高清切选矩阵进行高清信号选切，选切出来的高清信号经下变换转换为标清数字信号，再经数模转换，转换为模拟信号并送至用户终端或监视器进行接收显示。

[1]王沛.高清机房改造案例分析.北京：现代电视技术，2012.5

[2]傅东锋.河南电视台400平米高清演播室视频系统.北京：现代电视技术，2012.5

[3]谢家谊.电视信号同步调整的深入探讨.北京：现代电视技术，2009.10