扬州电视台全频道高清播出系统架构分析

叶 茂

（扬州广播电视传媒集团，江苏 扬州 225009）

0 引言

当今数字时代，电视媒体在传递信息、娱乐和文化方面扮演着至关重要的角色[1]。为了满足观众对高品质内容的日益增长的需求，扬州电视台迈进全频道高清播出系统的技术研究领域[2]。本文分析了扬州电视台全频道高清播出系统架构。

1 高清播出系统概况

电视频道全高清化是一套利用高清视频技术的综合性的电视节目制作和播放技术体系[1]。高清播出系统的核心技术包括高清视频信号的编码、压缩、传输和解码。这些技术能够保证高清视频信号在各个环节的质量和稳定性，同时能够有效地节省带宽和存储空间[2]。高清播出系统的关键设备包括视频服务器、切换台及高清编解码器等。这些设备能够支持高清视频信号的处理、发送和接收。高清播出系统的综合性设计，旨在整合各个环节的先进技术，以满足当代观众对高质量电视娱乐的日益增长的需求。

2 高清播出系统架构设计

2.1 高清总控架构设计

扬州电视台全频道高清播出系统以网际互连协议（Internet Protocol，IP）+串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）为架构，设计了5个频道高标清同播系统。高清总控系统采用48×48路SDI高清总控矩阵和24×24路HD-SDI/IP高清总控矩阵为核心，配合HD-SDI和HD-SDI/IP的周边设备，负责调度高清演播室、转播车及分控等全台高清信号。该高清播出系统能够实现高清节目的轮播、直播、插播以及紧急切换等关键功能[3]。系统的设计涵盖以下几个关键方面。

2.1.1 视频服务器

视频服务器是高清播出系统的主要设备，承担着存储和播放高清节目素材的关键任务。其功能要求包括高清兼容标清、支持多种视频编码格式（如MPEG-2、H.264、H.265）、高速数据传输能力，并支持多种接口，如光纤和网线[4]。重要的是，视频服务器需具备高可靠性和安全性，通过冗余备份、热插拔以及故障自动切换等功能，确保系统在任何情况下都能持续稳定运行。

2.1.2 节目上载系统

节目上载系统的任务是将高清节目素材从制作系统或外部信号源传输到视频服务器[5]。该系统应具备高效率和高质量的传输能力，支持多种传输协议，包括文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、服务器信息块（Server Message Block，SMB）及超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）等。节目上载系统必须支持高清节目的转码、封装、加密及校验等功能，以确保传输的节目素材具备统一的格式和高水平的安全性。

2.1.3 二级存储系统

二级存储系统在高清播出系统中扮演着关键角色，负责对高清节目素材进行管理和备份。其设计要求包括大容量和高速度的能力以及高度稳定性。该系统应当具备高清节目的分类、检索、预览以及导出等功能，以便方便地调用和使用节目素材。

2.1.4 播出控制软件

播出控制软件包括素材上载子系统、主控播出控制子系统、系统管理子系统及播前审看子系统。播出控制软件是自动播控系统的另一重要组成部分，专注于保障高清节目的正常播出和应急处理。该系统的功能涵盖节目素材的上载、技审、软审和播前审看，以及时发现和处理播出异常。高清播出系统必须具备备份、切换和恢复等功能，确保播出的连续性和稳定性。

2.2 总调度系统设计

扬州电视台全频道高清播出系统的架构设计中，总调度系统被赋予协调和调度各种信号的重要任务。系统以IP+SDI架构为基础，为整个总调度系统提供了可靠的信号传输基础。这一设计考虑到未来的信号扩展，为系统提供了可持续性和升级性。总调度系统的核心矩阵的规模为48×48路，为各类信号的调度提供了广泛的可能性，使其能够适应不同的播出需求和场景。Imagine48×48/SDI高标清兼容切换矩阵作为总控矩阵，不仅满足高清播出的要求，而且通过48个输入和48个输出的配置，为信号的快速切换提供了高度灵活性。系统配置主备冗余电源，使用单电源，矩阵即可正常工作。矩阵具有交叉点断电状态数据保存功能，双电源的配置进一步增强了系统的稳定性和可靠性，确保总调度系统能够在不间断的工作环境中保持高效运行。

2.3 同步系统设计

电视高清播出系统的架构中，同步系统是确保各设备协同工作、信号同步传输的关键组成部分，其构成如图1所示。为了实现同步系统的有效运作，系统采用的主要设备包括1台Tektronix SPG8000A同步信号发生器以及1台Tektronix ECO8000同步信号倒换器。SPG8000A同步主机包括输入及环路直传输出，采用3个模拟复合黑或HD三电平同步输出， LTC 输入/输出（4 出或1 进3 出）。ECO8000切换模拟黑场色同步、高清（High Definition，HD）三电平同步、AES/DARS、字时钟、LTC以及SD/HD/3G-SDI信号，可以作为当前广播、制作和后期制作设施内所需的全部时基和同步信号。

图1 同步系统结构示意图

在实际工作过程中，广播电视高清播出的主备同步信号通过转换器处理后，被引入模拟视频分配器。随后，这些同步信号分别传输至系统的各个重要设备，包括视频服务器、字幕机及卫星同步设备等。

3 高清播出分控系统的设备配置

3.1 编码器设备配置

该高清播出系统采用2台Harmonic CP6000作为主高清编码器，2台数码视讯EMR作为备高清编码器。其中，CP6000编码器支持4路HD-SDI/SD-SDI输入，支持MPEG-2、H.264视频编码格式，支持ASI/IP输出端口，配置双电源；具有编码／解码一体板卡，可通过简单设置将编码卡变为解码卡或由解码卡变为编码卡，单机最多支持8路高清编码通道。

3.2 高清切换器设备配置

高清切换台采用了Imagine PV-CQ16-FR-1切换器，具备16×16路切换矩阵，配置主备冗余电源。矩阵具有交叉点断电状态数据保存功能；输入/输出板卡高标清信号自适应，支持3G-SDI（SMPTE 424M）/HD-SDI（SMPTE 292M）/SD-SDI（SMPTE 259M）/DVB-ASI；支持4K信号（4路3G-SDI）捆绑调度。高清切换台作为关键设备，保证了平滑转场和无缝切换，支持多路视频信号实时切换，为观众提供流畅的观看体验。

3.3 音频处理设备配置

该高清播出系统中，音频响度控制设备采用Imagine APM6803+RLYT响度控制器。该响度控制器支持SD/HD/3G格式，支持音频加解嵌，支持Dolby-E、AC-3编解码，支持DTS响度控制技术及Upmix、Downmix混音技术含帧同步、唇音同步调整。

3.4 控制和监控设备配置

系统配备了先进的控制台和终端设备，提供直观、用户友好的界面，使操作人员能够轻松掌握系统的各项功能，实时调整播放参数、切换信号源、进行紧急处理，保障系统运行的灵活性和实时性。SDI信号监测系统能够自动检测SDI信号中的黑场、彩条、静帧、马赛克、视频中断及声音中断等故障，通过声音警报、灯光闪烁等多种方式进行提示，通知播控值机人员，及时发现故障信息，有助于迅速定位并解决问题，最大限度地减少故障对系统运行的影响。

4 高清播出系统安全播出策略

为确保全频道高清系统的安全播出，扬州电视台采用了信号源冗余的技术策略，通过在关键的信号源节点设置备份信号源，以应对主信号源可能出现的故障。为保证卫星信号的稳定接收，扬州电视台在两个不同的地点分别设置了两套卫星信号接收系统。每套系统包括4.5 m的卫星天线、高频头（Low Noise Block，LNB）及卫星接收机等设备，可以同时接收多路卫星信号。两套系统通过光纤连接，实现信号的互备和切换。当一套系统出现故障，系统能够快速切换到另一套系统。扬州电视台的高清信号传输主要依赖光纤网络，该网络负责将高清信号从卫星信号接收系统、高清节目制作系统、高清节目存储系统等源头传输到高清信号编码系统、高清信号调制系统、高清信号分发系统等目的地，实现高清信号的全程数字化处理。

5 结语

本文详细介绍了扬州电视台全频道高清播出系统的架构和运行机制，为广播电视行业的技术发展提供了参考。在数字化、高清化的时代潮流中，扬州电视台的经验和技术积累将为兄弟台高清播出系统的建设提供参考。相信随着科技的不断进步，电视播出的高清化领域将迎来更为璀璨的未来。