《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.docx
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《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
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I
1概述1
2高标清多频道硬盘播出系统的同播形态分析3
2.1标清电视到高清电视的过渡3
2.2播出系统的高标清过渡策略4
2.3高标清多频道硬盘播出系统实施方案4
2.3.1高标清双链路独立播出方案特点5
2.3.2高标清双链路共享播出方案特点7
2.3.3高清主干兼容标清播出方案特点9
3上下变换的标准和要求11
3.1上下变换的概念11
3.2上下变换算法12
3.2.1上下变换的插值/抽点运算12
3.2.2上下变换的幅形变换算法14
3.3上下变换的幅形变换要求18
3.3.1录播节目播出的上下变换方案19
3.3.2外来信号播出的上下变换方案21
3.4上下变换的设备选型23
3.5上下变换的画面的描述与控制31
4图形字幕策略38
4.1图像字幕系统的包装环节38
4.2高标同播图形字幕策略38
5音频处理策略41
5.1高清嵌入音频与标清嵌入音频41
5.2高清电视环绕立体声音频的编码44
5.2.1环绕立体声的概念44
5.2.2环绕立体声音频编码方案44
5.3高标清多频道硬盘播出系统的音频传输和分配46
5.3.1高标清多频道播出系统的音频传输46
5.3.2音频声道的分配48
6高标清多频道硬盘播出系统的同步策略49
6.1同步信号的分类及简述：
49
6.2高标清同播系统的同步策略：
50
6.3高标清同播系统的同步方案：
51
6.3.1同步方案一：
51
6.3.2同步方案二52
7高标清多频道硬盘播出系统的信号分配/切换系统53
7.1矩阵系统：
53
7.1.1矩阵简述：
53
7.1.2高标清矩阵系统方案：
54
7.2播出切换系统：
56
7.2.1播出切换台简述：
56
7.2.1播出切换系统的方案：
58
8存储方案60
8.1高清素材的存储要求60
8.2高清系统的存储架构61
8.3高清系统与标清系统的存储互联63
8.3.1高清系统与标清系统的存储互联的适用范围和安全性分析63
8.3.2高清系统与标清系统的存储互联方案64
9网络迁移及转码策略66
9.1高清电视信号的编码和高清素材迁移66
9.1.1高清电视信号的编码66
9.1.2高清素材文件的迁移策略67
9.2高标清同播的迁移和转码策略68
9.2.1几种高标清同播系统方案的迁移转码策略分析68
9.2.2迁移转码的质量控制与安全性分析69
10高标清多频道播出系统的频道分配71
10.1频道分配要求71
10.2存储分配71
10.3视频服务器72
10.4迁移网络74
11高标清多频道硬盘播出系统的信号传输安全性75
11.1光缆：
75
11.2电缆：
75
11.2.1视频电缆参数：
75
11.2.2电缆“崩溃点”长度的寻找：
76
11.2.3电缆的安全长度：
76
11.2.3电缆布线：
77
12数据库系统方案78
12.1数据库平台的选型78
12.2高标清多频道硬盘播出系统的数据库方案79
1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，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。
2.3.1高标清双链路独立播出方案特点
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，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。
2.3.2高标清双链路共享播出方案特点
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。
2.3.3高清主干兼容标清播出方案特点
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，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/T157-2000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/T17953-20004:
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。
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。
3.2.1上下变换的插值/抽点运算
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。
3.2.2上下变换的幅形变换算法
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：
3.2.2.1上变换幅形变换处理算法
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=16Cb=128Cr=128。
图3-3左右遮幅方式上变换
3.2.2.1下变换幅形变换处理算法
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=16Cb=128Cr=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。
3.3.1录播节目播出的上下变换方案
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。
3.3.1.1录播节目下变换方案
根据广电总局关于电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。
3.3.1.2录播节目上变换方案
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。
3.3.1.3录播节目上下变换的流程控制
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。
3.3.2外来信号播出的上下变换方案
3.3.2.1高清演播室、重要直播信号播出的上下变换方案
高清演播室制作的节目需要下变换到标清频道播出时，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，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。
3.3.2.2高清其他直播信号播出的上下变换方案
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。
3.3.2.3标清直播信号播出的上下变换方案
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。
3.3.2.4重要转播播出的上下变换方案
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
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