中小型电视台高性价比高标清同播系统设计

周慧珠，周 巍

(1. 湖南省广播电视台，湖南 长沙 410003；2. 湖南理工学院，湖南 岳阳 414006)

中小型电视台高性价比高标清同播系统设计

周慧珠1，周 巍2

(1. 湖南省广播电视台，湖南 长沙 410003；2. 湖南理工学院，湖南 岳阳 414006)

中国目前约有3 000多个中小电视台，其中绝大部分是市县级台，高标准播出系统对于中小电视台特别是县级台来说只是奢侈品。系统采取2+4模式高性价比设计，完成2个高标清同播频道，4个辅助标清播出频道的播出，采用专用高性能视频服务器与4K切换台技术，确保系统核心技术指标。系统成本约150万元，实现了低成本投入，高标清全数字化同步播出。此系统已在实际使用中得到检验，是一套具备普及意义的高性价比高标清同步播系统，操作简单，几乎可以无人值守，可靠性高，应急预案完备，在中小电视台具备实际推广意义。

高性价比；高标清同播；视频服务器；4K切换台；触摸控制；IP控制；快捷跳线

随着数字高清电视的普及，全国从中央台到省台的高标清同播均已改造完成，部分地方台也完成了高清播出改造。我国市县级自办节目播出机构约3 000多个，特别是县级台，大多采用简易的单机播出形式，很难保证安全播出。和中央台与省台比，经济较为薄弱的恰恰是地方城市台与县级台，对于高标清同播，资金投入较大，尤其是要实现多个频道的高标清同播改造到位更加困难，加之专业技术人才缺乏，复杂的大系统很难推广。因此，结合中小型电视台安全播出的实际，设计一套高性价比的高标清同播系统具有较强的现实意义。

这里提供一套基于进口XOR Media Severs服务器的高标清播出系统，包含两个高标清播出频道，四个标清辅助播出系统(可无缝升级到高清播出)一揽子计划总投资约150万元，包括上载、编单、总控、播出、网络直播新媒体功能等，经济实惠，性价比高。此系统设计已运用于实践，系统运行良好，操作简单，应急预案到位。

1 系统设计要求

目前，从专业设备到民用电子，标清设备越来越少且趋于淘汰，高清化是科技进步的必然。因此，播出要求按照我国高清播出格式1 920×1 080i/50 Hz，部分设备若能兼容4K最好，为未来发展提供基础。

1.1 高标清同播

对于新闻综合、经济综合等主要频道采取高标清同播。对于辅助频道，由于国家新闻出版广电总局还在进行非法频道清理，会淘汰一部分频道，因此，辅助频道暂采用标清设计，但可以直接更改服务器编解码器的形式无缝升级，其他播出设备不作更改。

1.2 新媒体编码

现在已是全媒体时代，由于网络媒体已成为主流媒体，深受广大网民喜爱。因此，向新闻视频网站提供原始编码码流，再传至网络推流分发，起到集成播控的目的。减少网站后期编码设备以及人力的投入，同时，播出源码质量高，防此网站再次采集，重复编码。

1.3 无单点故障

整个播出链路应无单点故障，服务器采用RAID6保护，可同时允许2块硬盘损坏，有可插拔的冗余电源和风扇。对于各种核心通道设备，均要有跳线，如果损坏可以马上跳走，不影响播出。这里特别要强调的是频道跳线器要上控制台，标记重点跳线口，方便值班员就近跳接，以节省反应时间。

1.4 兼容多种格式

随着编解码技术的提升，软硬编解码集成技术越来越成熟，也更加方便。系统需支持多种主流格式，如：MPEG-2、DV、MXF、Quicktime、AMWA ASO2、DN×HD、AVC-Intra等，提高系统的兼容性与开放性，防反复转码降低信号质量。支持多种格式的背靠背插放，支持FTP。

1.5 配置灵活性

在存储空间上，可以自带16TB HDD存储，可以使用外部存储，也可以与同构存储服务器无缝对接。播出服务器对于频道配置可以很方便地通过菜单进行修改，可以只配备SD通道，可通过license升级到HD,也可以进行SD/HD随时切换，支持上下变换和字幕关闭。

2 系统设计原理

2.1 系统设计原理

系统采用两台XOR服务器[1]，提供两个高标清同播频道播出，提供四个标清频道播出。从现实情况来看，能保证绝大多数地市级或县级电视台安全播出的需要，由于四个标清频道可以通过更改license授权的形式平滑升级到高清播出。因此，对于投资有限的地方台来说，这是一种比较理想的高清播出解决方案，为未来发展留有余地。

见图1，主备服务器采用对称镜像形式播出，确保播出的核心安全。解决目前大多县市级台的单机或单机主备播出模式。因为专业视频服务器的播出安全无疑是最高的，也是国家新闻出版广电总局对安全播出的基本要求。

图1 系统视频图(截图)

对于第一高清主频道，其播出通道采取安全对称设计，就像两架马车同时运行。主备服务器信号，中央台主备信号，垫片信号，演播室等外来信号一律进主备切换器进行切换，并在这里完成台标、字幕叠加，然后分别进入对称的二选一切换开关，再经过响度控制器进入播出传送发射网。同时，另一路高清输出进入下变换器，变换成标清后播出，实现高标清同播。

信号源部分，中央台主备信号分别来自卫星与有线机顶盒解调信号，路由不同确保信号源备份方便有效，同时，央视一套备用信号源下变换成一路SD信号源给另外四个标清频道播出。两路垫片信号来自于硬盘录像机，分别作为HD、SD应急信号进入切换开关。系统同时可以接入三路以上外来信号，其中有一台下变换器，可以给外来信号共用，当需要变换某一路信号进入标清频道时，可以跳线变换，默认接入EXT1。

第二高清频道与四个标清频道采用非对称播出。主要是基于成本的考虑，对于中小电视台来说也是无奈之举，但为了确保安全播出，采用跳线器直接上控制台的方式而不是集成到机柜中(见图2)。这样由于确保了硬盘播出信号的主备以及各种转播信号等外来信号的主备，一旦播出切换台出现问题，可以迅速跳线解决。

图2 各频道跳线器直接上控制台，以节省故障处理时间

对于现场直播的延时播出，由于系统采用一体化设计，可以在非编网的非编上加入流媒体采集卡，实行实时采集延时播出的方式，再流入到播出线进行播出。由于视频固态延时器非常昂贵，一般延时只有38 s，而地方台特别是县级台的直播本来就极少，采取这种桥接方式简单实用，延时可任意调整。对于特别重大的延时直播，可以采取使用两套非编各加流媒体卡形成主备延时的方式，确保直播万无一失。由于流媒体卡较为便宜，而非编属于已有设备，提升了设备的复合使用率，节省开支，提升系统性价比。

2.2 多功能切换台

和传统硬盘播出系统相比，本系统采用的ATEM切换台功能强大[2]，经过实际运行测试，性能稳定，开放性强，容易受控并网，而价格却不到2万元，等同于传统的半条播出链路功能。对于中小电视台来说，花极少的钱也能做到大型切换台具备的功能，无疑是一种务实的跨越，这正是本系统设计的另外一个亮点。

ATEM 1 M/E Production Studio 4K可在SD、HD及Ultra HD视频格式之间切换，可连接10路视频源。配备10路输出，可完成色键抠像以及播出字幕叠加，完成各类转场播出切换，内建4个上游键控、下游键控、调音台、多画面分割、全动态DVE、Stinger转场特技等，含有全动态视频以及大容量媒体池和3路辅助输出。

综合切换台SDI视频输入在10-bit SD/HD/Ultra HD 4K可切换，双通道嵌入式音频。其中包含1路HDMI A类输入接口, 无需额外的转换器即可接驳应用广泛的HDMI信号。切换台带2路XLR模拟音频输出，可用于单独监听。所有SDI输出都具备2通道嵌入式音频输出，系统另外可输入2路XLR，2路RCA音频，无需外置音频加嵌器，对现场直播与新旧系统兼容实现无缝过渡，大大降低系统成本。内嵌的12路输入的双通道混合器调音台，可选开/关/音频跟随视频功能，母版增益控制，可以很方便地调整来自现场或硬盘播的声音，对于辅助频道，可以不需配备音量控制器。

切换系统实现三电平同步或黑场同步输入，所有信号输入均带内部帧同步器，非常方便的实现系统同步，省去高昂的帧同步机，对于外来无法锁相的信号实现平滑切换。节目输出实现2路SDI同时输出，1路HDMI A类接口输出，实现1路10 bit HD (Ultra HD 4K到HD)SDI节目输出下变换。系统提供1路SDI预监输出，10 bit SD/HD/Ultra HD 4K可切换。3路SDI Aux辅助输出，10 bit SD/HD/Ultra HD 4K可切换，广泛兼容，为未来提供零成本升级。

系统提供2路多画面分割输出接口，1路SDI和1路HDMI。多画面分割监看窗口数量10个，可指定源的窗口8个，Tally红色指示灯代表节目，绿色指示灯代表预监，窗口源标签可随时修改。

控制方面，以太网支持10/100/1 000 BaseT控制面板接口，可将面板和主机直接连接或通过网络连接。自带ATEM Software Control Panel软件控制面板，SDK开发包可以方便受主流播出控制机控制。

系统提供多格式兼容，SD、HD、Ultra HD 4K格式涵盖几乎所有主流格式。

广播级高质量播出合成，切换系统视频采样4:2:2，色彩精度10 bit，色彩空间实现硬件实时转换，延迟处理<2扫描线。画面叠加总层数8层，其中上游键4层，下游键2层，线性/亮度键7个，色键4个，测试图案发生器7个，彩底发生器2个，转换键控(Stinger/DVE)各1个，带有3D边框和阴影的DVE 1个。内建LCD监视器用于视频监看，27个LED按键用于Aux辅助切换，非常方便，特别是在紧急切换情况下，能迅速掌握信号源的视音频情况。

2个媒体播放器，每个媒体播放器配有填充和键通道。媒体池静态图像容量为32个带填充和键。媒体池视频片段容量为2个带填充和键。Ultra HD 4K视频最长容量达180帧，1 080视频最长容量达720帧，720p视频最长容量达 1 600 帧。NTSC/PAL视频最长容量为3 600帧，媒体池静态图像格式兼容PNG、TGA、BMP、GIF、JPEG和TIFF。

2.3 集成周边

如图3所示，原来非常多的周边设备合并成一个功能播出设备群，由于都使用HD或4K，如果按传统方式独立购买单一功能设备，造价非常高，至少也要20多万元。不适合于市县一级电视台高清化播出的推广，采用ATEM 1M/E经济型切换台，可以完成传统播出设备群的所有功能，且造价很低，只需2万元，只有传统的10%。特别值得一提的是，系统还兼容4K，可以保证未来许多年不过时，操作也非常方便，同时提供专业画面分割器，无需另外购置。由于4K切换台等同于传统的半条播出链路功能，六个频道下来，光这一项就要节省费用160余万元，对于经济较困难的中小电视台来说，具有很现实的推广意义。

图3 高性价比4K切换台只需2万元可等同于传统的播出设备群

2.4 应急切换措施

由于地方台技术力量有限，值班人员很多是看守型的。对于系统技术故障，许多值班人员束手无策，专业维护人员也极少。一旦出现播出传输故障，根本来不及维修。所以，最好的办法是将跳成器放置于操作台上，而不是像传统集成方式一样集成在服务器房的机柜中，这样可以很方便播控员随时跳走有故障的设备。对于中小电视台，要设立紧急故障盲跳口(如图4)，并用红色原点标记。即特别从视频服务器的输出口直接跳往播出末端的总输出口。以便在最紧急情况下将播出周边通道全部甩开，减少故障判断时间。这在没有维修人员在场的情况下非常管用，普通值班员只需连接这两个红色跳线口即可。通过练习预演可以做到3 s以下。

图4 普通值班员遇到不明故障时，采取总输入与总输出直接跳线，节省处理时间

另外，跳线一定要放置于跳线器空槽中，或平常将切换台的第一路即硬盘主的输入口的两个跳线孔直连。紧急情况下，只需将跳线的下端口改到播出总输出口的跳线口即可，这样的话，由于只需动一个口子，再次可缩短约一秒的反应时间，而这一秒对安全播出来说意义重大。当然，也可以将硬盘主输出口直接以半插入的方式悬浮跳到总输出口，即跳线器两端入孔，但不完全插入，紧急情况下将跳线两端直接推进到位即可，时间可以控制在一秒左右，不影响安全播出。

3 注意事项

3.1 软件切换

除使用播控机对切换台进行控制切换外，还可以使用淘汰的电脑加装切换台自带的专用切换软件ATEM Software Control Panel完成对播出切换台的所有操作，成本很低。另外，ATEM提供的SDK开发包可为播控软件厂家提供控制开发接口，目前国内励图等专业播控软件已完成软件集成[3]，可完美控制ATEM.可使用键盘上的数字键切换输入信号，类似于传统切换开关面板切换。这在处理播控机故障时起到不可替代作用，当然，如果使用经济型触摸一体机，更方便，更经济实惠，价格只需要3 000元以下。而且，多年后的维修维护成本比切换控制面板更换也要低。由于ATEM控制软件可以按IP地址分别控制所有切换台，所以2个高标清同步频道各配一台就足够了，4个辅助标清频道播出紧急情况下可以由这两台触摸一体机支援使用，只需更换切换台IP地址即可。由于ATEM控制软件可以同时打开多个窗口，多任务同时进行，因此可以使用多台显示器扩展控制多个频道，不需反复切换IP地址。也可以使用廉价的电脑终端机或云终端电脑，扩展到每个频道单独控制。

3.2 跳线是物理保障

在所有的紧急信号系统中，小小的跳线意义非凡，往往是信号保障的最后救命稻草。特别是由于中小型电视台专业技术人员有限，设备有限，设备一旦有故障，其判断速度和处理能力较差。为了确保主信号的畅通，跳线是最好的方法了，这在大台的大型系统也是一样。由于跳线是机械设备，几乎无故障，另外跳线操作简单，很容易学会。特别是对故障无把握判断时，可以直接从信号源跳到播出尾端，为故障设备处理赢得时间。为了方便跳线，节省反应时间，再次强调跳线器必须直接安装在播出控制台上，而不是放置于服务器房的机架中，这一点特别重要。

3.3 字幕、台标一体化

由于ATEM具有4个上游键和2个下游键，因此理论上可以制作6层字幕，可以完成台标、挂角、字等功能。系统另配备二台网络图文字幕机，互为主备。每一台字幕机均可向6个频道的切换台发送不同的静态图片字幕或动态字幕，使用ATEM的不同IP地址进行发送，并存储在特技台存储器中。

对于要求在所有频道同时紧急播出的字幕，可通过字幕机的输出卡输出键信号和填充信号，再经分配器后到所有切换台，通过键控方式播出。如果切换台路数够，可采取跳线方式从EXT1信号总输入口接入，迅速流向高标清频道的各切换台，而无需另外增加设备。如果原来有淘汰的单机播设备，可以直接当作辅助标清频道的字幕机。

网络字幕的集中规范很重要，一是便于统一集中紧急播出，二是对于挂角、台标进行差异化操作，二者结合除完成所有图文字幕播出形式外，同时完成高标清紧急字幕播出。注意外接输入EXT1具有高标清变换功能。制作字幕时，要注意高清频道与标清频道的兼容，实际操作时，可以在字幕机桌面建6个文件夹，分别代表6个频道，每个文件夹中对应的挂角图片文件名尽量保持统一命名，今后更换某一角标时，只需将角标图片直接拖入到ATEM软件面板中的存储器即可，角标可以自动更新，操作非常方便。

[1] MediaServer C[M/OL].[2015-08-05].http://www.xor-media.tv/images/brochures/QuickSpec/MSV%20C%20Series_QS_cn.pdf.

[2] Blackmagic ATEM Switchers Update 6.3 for Windows[M/OL].[2015-02-12]. http://sw.blackmagicdesign.com/ATEM/v6.3/Blackmagic_ATEM_Switchers_Windows_6.3.zip.

[3] Ela.NET网络自动播出系统[M/OL].[2015-08-05]. http://www.ltech.cc/product.asp?third_id=12.

更 正

《电视技术》2015年第39卷第17期139页中，由周浩理，李太君，肖沙所著文章《基于微正则退火算法对K-means聚类算法的优化》的【本文献信息】有误，应为“周浩理，李太君，肖沙.基于微正则退火算法对K-means聚类算法的优化[J].电视技术，2015,39(17).”

《电视技术》编辑部

2015-10-08

Design of High Performance-price Ratio HD & SD Simulcast System for Small & Medium-sized TV Station

ZHOU Huizhu1, ZHOU Wei2

(1. Hunan Radio and Television Station, Changsha 410003, China; 2. Hunan Institute of Science and Technology，Hunan Yueyang 414006, China)

China has more than 3000 small and medium-sized TV stations. Most of which are city or county level stations. The high standard broadcast system is a luxury for small and medium-sized TV stations, especially for the county level stations. This system adopts 2+4 mode to complete 2 HD & SD simulcast channels, 4 auxiliary SD channels. To use of high performance video server and 4K switch platform technology, can ensure that the core technology indicators. All cost about 1500 thousands yuan RMB, and the investment cost is low, all digital HD & SD simulcast. This system has been in actual use test, is a have the universal significance of the high price of HD & SD simulcast system, simple operation, almost unattended, high reliability, contingency plans to complete, in small and medium-sized television have practical significance for popularization.

high performance price ratio; HD & SD simulcast; video server; 4K switch; touch control; IP control; fast jumper

TN948.1

B

10.16280/j.videoe.2015.20.020

周慧珠(1987— )，女，硕士研究生，湖南省广播电视台工程师，研究方向为电视中心系统、卫星传输系统;

2015-08-14

【本文献信息】周慧珠，周巍.中小型电视台高性价比高标清同播系统设计[J].电视技术,2015，39(20).

周 巍(1970— )，学士，研究员级高级工程师，湖南省广播电视科技委员会专家，湖南理工学院兼职教授，岳阳市广播电视台总工程师。

责任编辑：哈宏疆