3D自动播出系统的设计与实施

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  【摘要】 3D电视频道的开播,标志着视频技术领域一次划时代的飞跃,3D电视的推广,是电视行业内的又一场革命。本文具体论述了3D播出系统从最初的设计方案论证、设备选型到系统搭建运行的模式等等,以及对实际应用中遇到的问题进行了分析。
  【关键词】 3D播出系统 3D编码卡双链路 单链路 播出控制
  随着3D电影逐渐深入人心,3D技术也日趋成熟,中央电视台作为电视行业的领军人,及时把握世界电视发展动向,首次在国内建立了一套3D电视自动播出系统,使3D电视走进了百姓的家庭,不仅能有效促进我国3D电视产业的发展,带动我国民族工业的繁荣,同时能更好地满足人民群众日益增长的文化需要,为实现广播电视行业长远发展的战略目标提供有力的支持和保证。
  3D电视的播出,是电视行业内的又一场革命,是视频技术领域一次划时代的飞跃,3D电视的推广,是中国电视界首次与世界在同一起跑线上竞跑。中央电视台在接到开设3D频道的任务后,即从规划设计、选购设备、播出流程等逐项入手,仅用短短两个月的时间,就搭建完成了全国第一套3D电视自动播出系统。本文针对设计方案、系统搭建和实际应用方面,对3D电视自动播出系统进行说明。
  一.3D电视自动播出系统的建设背景
  开播3D电视试验频道,是广电总局贯彻落实党的十七届六中全会精神、提升广播电视现代传播能力、促进文化发展繁荣的一项举措。开播3D电视试验频道,一是有利于满足人民群众影视文化生活的新需求、新期待。3D电视可以大大提升电视的功能性和审美性,以科技和文化的新融合,为人民群众带来新的视听享受。二是有利于扩大内需。目前我国有5亿台电视机,3D电视可以促进新的文化消费,扩大国内需求,带动电视机的更新换代,为促进实体经济的发展做出贡献。三是有利于加快节目生产制播和设备生产企业的改革创新。由六家电视台联合开办3D电视频道,通过科技创新和内容创新,可以加快形成我国3D节目的制播能力,探索3D电视产业的发展规律,推动开发自主知识产权的3D电视技术和标准,建立3D电视制播体系,从而推动我国电视行业从技术到内容的新飞跃。3D电视试验频道的开播将是我国广播电视发展史上的一个新的里程碑,标志着我国广播电视紧跟世界发展潮流,迈入了新的发展阶段(如图1)。
  二.3D电视自动播出系统的设计需求
  
  中央电视台负责承建3D电视试验频道自动播出系统,同时兼顾日常播出工作,由专人负责编排试验频道的播出节目单。3D电视自动播出系统承担3D节目播出、2D节目转换、3D字幕(台标)、以及外来信号的直播和收录等多项播出任务,是3D制播链的最后环节,3D电视自动播出系统,是指与播出节目信号的产生、处理、传输、监听监看等环节相关的系统及设备,包括视音频及周边、监听监看、字幕等部分,稳定性直接影响播出的安全,简单、有效的系统设计对于今后的安全播出具有十分重要的意义。
  通过项目实施,3D电视自动播出系统提供以下系统功能,以确保各项播出任务高质量有序完成。包括:正确实现播出节目信号源的选切;播出信号视音频进行分别处理或调整,并适配传输系统的需要,提供所需的节目播出信号;监视信号源、播出末级节目信号是否正常及检查信号处理各环节技术质量情况。
  此次建设的3D电视自动播出系统,担负着完成3D电视频道的试验播出任务。系统设计本着高可靠、高可用、高可维护性并兼顾经济性的原则进行总体规划、分步实施,并为今后的发展做出适当的预留。系统结构合理,具有一定冗余和容错能力,应急处理简单有效,设备及技术兼顾先进性与成熟性。
  三.3D播出系统的设计方案与选择
  
  在2012年1月1日3D电视频道开播之前,我们根据《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》,为开播做好了各项准备工作。经初步调研后,分别与3D生产设备的厂家进行方案设计讨论,同时针对各家设备如2D转3D设备、监视器、录像机、字幕机效果进行了实地考察。再经过反复方案设计的讨论后,提出两套设计方案,即双链路播出方案和单链路播出方案的设想,下面是两方案介绍、系统图及方案比较:
  1.双链路播出系统设计方案
  该方案,采用双路独立的HD-SDI信号分别传输左右眼信号进入切换台(DualLink方式);
  3D录像机,垫片服务器,字幕机等信源设备采用双链路(左右)方式输入播出切换台及净切换开关和技监矩阵设备;
  播出切换台及净切换开关和技监开关也采用双链路方式;
  播出切换台及净切换开关分别送出双链路信号至3D编码板卡后,采用单链路(1.5G Side By Side)方式主、备路送至总控;
  PDP1和PDP2监看左右眼2D信号使用,PDP3用于显示3D合成后的信号监看;
  总控送播出信号采用单链路方式送播出后,在播出系统中使用3D解码板卡拆分为双链路方式送入系统;
  总控送播出信号采用单链路方式送播出后,在播出系统中使用3D解码板卡拆分为双链路方式送入系统;
  双链路播出系统图:(如图2)。
  该方案要求除直播信号采用单路左右拼接HD-SDI信号直接送入播出系统以外,其他节目通过录像机或者硬盘服务器同时播放左右眼两路HD-SDI信号送入3D电视信号处理设备,由该设备完成左右拼接信号处理。该播出方案需在现有高清播出系统基础上增加3D播放设备和3D信号处理设备及显示设备,且播放设备须做到完全同步播放。
  2.单链路播出系统设计方案
  该方案,采用空间压缩的方法将左右眼的两个图像压缩在一路HD-SDI信号进入切换台(1.5G Side By Side)
  3D录像机,服务器,字幕机等信源设备经过3D编码卡将双链路(左右)信号进行合并后送播出切换台及净切换开关和技监矩阵设备;
  播出切换台及净切换开关和技监开关也采用单链路方式;
  播出切换台及净切换开关分别送出单链路信号送至总控;
  P D P1和P D P2监看左右眼信号使用,PDP3用于显示3D合成后的信号监看;
  总控送播出信号采用单链路方式送播出后,在播出系统中经过视分卡直接送入播出系统;
  单链路播出系统图:(如图3)。
  
  该方案要求所有信号均采用左右拼接信号送入播出系统进行播出,可兼容现有高清播出系统。
  3.单链路和双链路播出系统设计方案比较
  由于两种方案各有优缺点,为此,我们对单链路和双链路播出系统进行了深入的比较和论证,比较后的结果如表1:
  鉴于第二种方案系统结构简单,与目前的播出系统架构相同,信号处理单一,同时系统故障点少,容易排查故障,系统的安全性、稳定性和灵活性比较高,经过反复推敲并向台领导汇报后,最终决定3D播出系统方案采用输入左右拼接信号的播出方案。设计方案一旦选定,我们立即着手对播出方案进行细化,迅速完成了该3D播出系统的主要设备选型和论证,同时提出了本方案的整体系统构成。
  四.3D电视自动播出系统的组成
  
  
  3D电视自动播出系统采用空间压缩的方法将左右眼的两个图像压缩在一路HDSDI信号进入切换台(Side-By-Side),3D录像机、服务器、字幕机等信源设备经过3D编码卡将双链路(左右眼)信号进行合并后送播出切换台及净切换开关和技监矩阵设备,总控送播出信号采用单链路方式送播出,在播出系统中经过视分卡直接送入播出系统,播出切换台及净切换开关和技监开关也采用单链路方式,播出切换台及净切换开关分别送出单链路信号送至总控,PDP1和PDP2分别监看信号源和各级处理信号的2D(Side-By-Side)信号,PDP3用于显示3D合成后的信号监看,包括播出节目信号的产生、处理、传输、监听监看等环节相关的系统及设备。具体包括以下子系统:
  1.视音频及周边子系统
  接收自动播出控制系统的控制信号,实现正确播出节目信号源的选切,可对播出信号视音频进行处理或调整,并适配传输系统的需要,提供所需的节目播出信号。主要设备包括切换台系统(含输入矩阵、视音频处理器、下游键等)、应急切换矩阵、3D编解码器、视频分配放大器、2D及3D转换、键混器等(如图4)。
  主路通道使用切换台采用Miranda 公司生产的高清播出切换台NV5100,切换台包括:主处理器(播出卡)、切换台控制面板、Tally 接口NV9575-VF、系统管理PC、NV9000 控制系统都通过以太线接入以太交换机。切换台系统具备16路输入,输入信号支持1.5Gbps Side-By-Side信号传输模式;同时切换台处理器提供 1路PST、2路PGM、1路CLEAN FEED、1路AUX的1.5Gbps SideBy-Side信号输出;切换台控制面板提供24路直切键;支持锁定、AUTO ON/OFF功能、可进行AUX母线的信号选切;通过拷贝将台标直接烧制切换台的内置存储中,使用切换台内键 Side-By-Side下游键方式上台标,外键通过3D编解码卡合成Side-By-Side信号进行字幕叠加。
  备路通道使用应急矩阵采用Harris公司生产的高清16X2净切换开关,切换开关具有双路掉电直通功能,支持面板控制手动BYPASS功能,应急矩阵由于不具备键的处理功能,当切换至备路时则不带台标播出。为解决这个问题,我们在应急矩阵后面接入键控器,可以完成切换台处理器一样的上键,叠加字幕和台标功能。
  2.播出控制系统
  考虑到3D播出频道为独立系统,控制系统采用基于工作流技术,实现灵活的流程控制,以实现基于磁带和硬盘结合的播出方式,控制系统包括切换台、应急切换矩阵、录像机、硬盘服务器、视音频处理器、主备控制机、3D编解码器等,为系统提供最优的安全配置,控制切换设备实现正确播出节目信号源的选切。
  从控制的角度考虑,为安全起见,3D自动播出系统配备主、备两台控制机方式,主、备控制机分别对通路设备进行控制,这样其中一台控制机出现故障的话,不会影响另一路的播出,但两路信号都得到恢复则需进行跳线处理,这可能需要较长的时间;如若主机控制主信号,出现故障需要倒入备控制机,一旦启用备控制机,两路信号都能及时得到恢复。
  3.监看监听子系统
  3D电视自动播出系统采用集中简单的监控方式,用于监视信号源、播出末级节目信号是否正常及检查信号处理各环节技术质量情况,包括Kaleido X-16多画面合成器、大屏幕显示器、广播级彩色监视器、质量测试分析等设备。
  监听设备采用Wohler的AMP2-E8MDA支持2路高清输入接口、DolbyE/AC3解码、支持8通道音频及显示、支持嵌入音频(包括:高清输入卡和D/E解码卡)。
  
  4.同步及时钟子系统
  同步系统为系统设备提供同步基准信号,使信号处理定时准确并使播出控制达到帧精确度。时钟系统为参与控制和管理的系统设备提供校时信号。时钟系统为参与控制和管理的系统设备提供校时信号,通过显示钟报告准确的时间信息。时钟信号主要供给显示钟、播出控制机、授时服务器等。3D电视自动播出系统采用原有的APF播出系统同步、时钟设备,3D系统内只对信号进行分配使用。
  5.节目录制和审看子系统
  提供对合作台3D节目传送的收录服务,包括节目单编排、节目播出、节目收录、上载与审看、数据库软件等;节目录制是实现硬盘播出系统所不能缺少的环节,自动任务生成的节目批录制;实现自动任务生成节目录制的流程如下:
  节目录制时的名称和长度信息从播出节目单中提取,不需要人工二次输入。同时还可以实现边录制边审看,系统在录制指定的时间后(如10秒)实现审看通道的自动播放。
  五.3D电视自动播出系统的实施
  中央电视台3D电视自动播出系统于2012年1月1日投入试运行,通过不到一个月的试播,现在已经正式播出,各种信号传输正常,整个系统运行安全可靠。
  3D电视自动播出系统从方案立项,调研、需求分析到确立设计思想、设备选型、网络架构;再到搭建和最后的调试,施工周期非常短,只用了不到两个月的时间,而且3D播出系统还没有应用的实例,在此紧急情况下为了确保能够按时试播3D电视节目,为不影响到正常的施工进度,我们一方面积极配合相关技术人员完善系统图纸,另一方面从新安排当时的施工内容,尽可能的做到一边修改图纸一边施工,保证施工的正常进行。
  系统调试是遇到问题最多的阶段,这些问题的特点都是技术性比较强,而且有一定的针对性,通过与厂家不断磨合、调试,系统配置日趋完善,提高了运行能力。现在各种设备已经进入到了一个比较稳定的运行期,节目单编辑机、设备服务器、切换台、3D编解码卡、播出控制机、上载服务器和素材服务器可以根据软件的设定完成节目编辑、上载、播出的各项设计功能,同时系统也具备较强的应急功能。
  通过实际运行证明,该系统由于采用了资源和设备的共享,在整个系统架构上较之传统的系统设计更便于管理,同时也降低了设备成本。而且,由于系统具备层次化的数据安全保障,因而在系统安全性、可靠性方面带来了本质的提高,到目前为止,该系统已安装完成,并经过反复调试和试运行,基本上满足了我们在设计之初所提出的系统需求,达到了我们所提出的主要功能要求,现在3D电视自动播出系统进入正常播出使用阶段,目前本系统运行良好。
  随着当今电视技术及电脑多媒体技术日新月异的飞速发展,我们的播出设备在原有的基础上又在不断地扩展和完善,播出工作由原来的相对独立的系统逐渐与全台的媒体资源相融合,而3D电视自动播出系统的投入使用,又将播出技术引入一个新的时代,3D电视产业发展必将起到革命性的推动作用,中国在3D电视领域,也将抢占新的制高点。
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