数字播控系统的设计

1、数字播控系统的设计 数字播控系统的设计 马颖波 郭继忠 本文作者马颖波先生 珠海电视台技术部主任 工程师 郭继忠先生 副台长高级工程师 播控系统播控系统组成、主要设备、备份配置、应急处理机制该系统由总控 播出控制和信号传输三大部分组成主要设备摄像机、录像机、编辑机、同步机、视音频放大器、视音频处理器、特技切换台、调音台、播出切换台、自动或手动播出控制设备、服务器、工作站、存储媒介、网络和网络管理设备、字幕、动画、台标、时钟信号发生器、监视器、帧同步器、视音频矩阵、接线柜、跳线版、通讯联络设备等。一 前言 在电视系统向数字化过渡中 对于播控系统(包括总控和播出控制)的数字化一直存有争议 一般认为

2、播控系统的数字化可以迟于其它系统 理由是目前发射机与接收机都是模拟的 作为电视台信号流程的最后一环 播控系统数字化目前来看意义不大 至少不很紧迫 这对于那些仍在运行且性能优良的模拟播控系统来说 更是如此 然而 对于那些还没有一个比较完善的播控系统 或者正准备新建一套播控系统的电视台来说 情况就不同了 录像机格式的选择 各种数字信号如何放在一起传送 不同格式数字压缩信号之间如何交换 如何实现网络化等问题已为人们所关注 当中最重要的是不同格式数字信号的传输 及其相互间的信息交换 从这一点看 作为电视台信号调度 传输控制中心的播控系统 其数字化显得尤为重要 鉴于数字设备的价格已逐渐下降 珠海电视台又

3、需新建一套播控系统 所以 我们决定采用数字方案建立新的播控系统 设计中 我们对数字播控系统提出以下要求 1. 系统对各种格式的数字信号必须是透明的 即传输带宽应足够 为此采用SDI接口 可传送 4:2:2 270Mb/s 串行数字信号 2. 能与目前我台其它设备系统共存 保证由模拟向数字的平稳过渡 3. 具有立体声播控功能 以满足目前我台电视伴音 丽音 (NICAM)播出的要求 4. 性能指标高 安全可靠 二 系统组成 如图 1 所示 该系统由总控 播出控制和信号传输三大部分组成 简述如下 1. 总控系统 一般的做法是将总控与播出控制分成两个独立的系统 分别设立控制机房进行管理控制 这对于省级

4、以上电视台矩阵规模比较大的系统比较适合 但对于市级电视台 由于进出信号不是很多 矩阵规模一般比较小 因此我们将总控与播出控制合在一个机房中 由播出值班员统一操作 这样做既便于管理 又可减少投资 还有利于节目的灵活播出 例如 在必要时可使总控矩阵兼作播出切换开关 进行播出 考虑到目前的外来信号都是模拟的 台内绝大多数设备系统仍是模拟的 因此总控仍旧采用模拟系统 由于我台目前仅有一套节目 输入/输出信号并不是很多 又考虑到立体声伴音的要求 我们选用了泰克公司的 SMS-6000 系列矩阵开关 规模为 16 16 它标准配备双声道音频矩阵 系统中 所有外来及台内各模拟演播室来的信号直接进入输入矩阵

5、而由播出及台内数字演播室来的信号通过D/A 变换进入矩阵 其中数字演播室的音频由于仍采用模拟方式 可直接进入矩阵 帧同步器和制式转换器在矩阵的输入/输出端自行环通 以便共用 2. 播出系统 此为以泰克公司GVP-M2100 数字播控切换台为中心的数字化播出系统 M-2100 切换台采用 4:2:2 串行分量数字视频处理 可输入 16 路 270Mb/s 串行数字信号 具有标准 SDI接口 音频输入/输出既可以是独立的AES 数字信号也可以是嵌入 AES/EBU数字音频信号 可输入 4 路键信号 具有简易的 DVE功能 它可在面板上直接控制泰克公司的 Profile 增加选购件 也可在面板上对放

6、像机进行控制 放像机采用的是 Sony 公司 Betacam SX 数字放像机 DNW-A30 我台采用Betacam SX的一个重要原因是 它可与 Betacam SP机器兼容 SP 的磁带可直接在 SX 机器上播放 从其 SDI接口输出具有嵌入音频的串行数字信号 直接进入 M-2100 切换台 我台现有模拟录像机全部为 Betacam SP 格式 采用DNW-A30 作为放机 使得以 SP 格式录制的节目都可以在此播出 从而实现向数字系统平稳过渡 另外 DNW-A30 具有强大的误码校正功能 可提高播出的可靠性 由于目前还没有选定全数字播出系统用中文自动播出系统 现阶段仍用手动控制播出 为

7、此增购了 M-2100的一个选购件 用在 M-2100 控制面板上可直接控制 DNW-A30 以便播出值班员操作 手动控制也可作为今后自动控制的备份 另配置一台Profile PDR-200硬盘录像机用于广告播出及重播珠海新闻 它也可直接在 M-2100 面板上控制 便于操作 今后我们将根据资金情况 逐步增加硬盘的容量 以实现对 DNW-A30放像机的备份 进一步提高播出的安全性 对来自我台 170m2数字演播室的信号 经图 2 所示处理后进入 M-2100 切换台 图中 M-9401B SMS-8121-FS 和 M-9105 分别为泰克公司音频A/D转换器数字帧同步器和数字视频复用器 对来

8、自总控的模拟信号 则经 A/D 变换进入 M-2100 A/D 变换由三部分组成 如图 3 所示 图中 ASD-221i 是加拿大 Miranda公司的视频 A/D变换 它具有内带 TBC 校正的帧同步功能 可输入 3 种模拟制式的复合及 Y/C 信号 由于带 TBC 功能可直接与各种模拟放像机相连 输出为 4:2:2 串行数字信号 ASD-221i 可谓模拟与数字系统之间的理想桥梁 通过调整内置的TBC 还可改变图像的延时 达 到声画同步的目的 对于数字台标发生器和字幕机 信号可直接通过SDI接口输出 送入M-2100 3. 信号传输 在 M-2100的输出端(PGM)为具有嵌入AES/EB

9、U音频的串行分量数字信号该信号通过光缆直接送到发射台 在进入发射机输入端前进行 D/A 变换 如图 4所示 由于数字信号已可送达发射机的输入端 今后只要更换发射机 就可以实现全数字电视广播 同时 由于信号是以全数字无压缩方式传输到发射台 保证了图像质量 另外 我们还配置了一台泰克8116 D/A变换器在 PGM 端 一方面将播出节目送入总控系统调度 另一方面将播出信号送入现有微波设备以传输到发射台 作为上述数字光纤传输的备份 以提高信号传输的安全性 三 同步 监测系统 1. 同步系统 数字系统的同步比起模拟系统更加简单 现有模拟系统中的同步设备都可用于数字系统 其组成与模拟系统中的一样 这里从

10、略 需要指出 数字系统在给定一个参考信号后 可以自动调整使之与其同步 不存在调整 H 和 SC 相位的问题 2. 监视器监视 a. 视频监视 除 M-2100 的输出端(PGM PVM) 主/预监/技监采用数字监视器外 其余采用模拟监视器 这样既可以有效地监视图像 又可以节省大量的资金 b. 音频监听 由于 M-2100还可以输出独立的AES 数字音频信号 所以在主 预监处配置数字音频电平表 以监看音频质量 而在 M-2100 的监听口 经 M-9402 D/A变换而得到两路模拟音频(左 右声道)并送至监听扬声器 c. 技术监测 在总控部分 采用模拟系统惯用的测试方法进行监测 数字播出控制系统

11、的技术监测是通过泰克 WFM-601E来完成的 同时配置一台泰克数字信号发生器 用于系统检测 d. 紧急播出切换 由于采用音频嵌入方式 所以紧急播出切换非常简单 只需用一个 10 1 的数字视频切换开关 将 M-2100 输入端的串行数字信号接入 即可构成紧急切换系统 紧急切换系统的可靠性也相应提高 一般应选具有两路输出的数字切换开关 平时可兼作技术监看的选择开关 四 问题探讨 1. 应采用 SDI接口 播控系统实际上是各种信号的集散地 这就要求它必须具有兼容性和高的传输带宽 尽管目前数字信号接口很多 如 SDI SDTI等 但它们分别侧重于某些局部网络及特定产品 互不兼容 而且它们主要是针对

12、压缩的数字信号 带宽有限(IEEE1394 除外) 一般只涉及视频而无音频 SDI 接口已经相当成熟 已成为业内公认的标准 尽管不同的数字格式使得各电视台在设备选型时左右为难 但有一点我们应注意到 各种格式的数字录像机都具有 SDI 接口 并具有机内音频嵌入的功能(一般音频嵌入插板要选购) 这就使得各种 数字设备在播控系统有一个共同的接口 同时 由于采用音频嵌入技术 使得系统的构成大为简化 既节省投资 又提高了可靠性 2. 音频系统的考虑 尽管采用音频嵌入技术具有许多优点 但对于已有较完善的播控系统并准备升级为数字系统这种情况 在系统内音/视频信号也可以分开处理 将现有视频矩阵用于音频切换 以

13、节省开支 不过 这要考虑音/视频同时切换的问题 同时由于音/视频信号分开处理将产生音/视频信号不同步的问题 也就是通常所讲的对不上口形 表现为图像滞后于声音 这主要是因为 在整个系统中视频通路比音频通路复杂 因此延时量将大于音频通路 这在数字演播室系统中尤为明显这就要求对音频信号进行延时处理 设备选型时 一般应选择具有音频延时可调功能的 A/D变换器 数字帧同步器 其最大延时量应大于视频通道在音频嵌入以前的延时量 以保证音/视频信号同步 3. 数字系统的测量 电视系统数字化后 给测量提出了新课题 串行数字信号的波形损伤程度与实际图像损伤程度建立不起直接的联系 特别是在播出系统数字化以后 对数字

14、信号特有的 崩溃点 问题 应予以足够重视 在实际中 要注意控制视频电缆长度 同时也希望我国能早日制定数字系统标准 4. 数字播出信号的传输 电视信号数字化后 一般将其压缩后进行传输 以传送多路数字信号 提高频道利用率 但在信号由播出到发射机房 传送距离一般不很长的情况下 我们认为应该用数字光纤无压缩的方式传输 因为这里可以不涉及频带的占用问题如果是多频道播出 只需增加多芯光纤的线数及相应的收发光端机即可 与数字压缩方式传输相比 采用数字无压缩方式传输不仅投资少(数字压缩设备目前还很昂贵) 而且图像质量高 5. 音频嵌入方式传输音频信号 珠海电视台从 1995 年开始采用 丽音 系统播出电视伴音 电视伴音用 丽音 播出 增大了播出音频系统的复杂性 表现在连线增加 要求左右声道相位准确 隔离度高等 特别是在双语播出时 系统更为复杂 采用嵌入音频 可减少音频连线 减小系统复杂性 使左右声道与数字视频可通过一条光缆送到