广东广播电视台4K超高清播出系统关键技术点的应用探讨

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2024年7月12日发(作者：)

视音频技术

广东广播电视台

4K

超咼清播出系统

关键枝术点的应启探讨

文/广东广播电视台

杜薇

和关键技术点进行介绍与探讨

。

摘要

：

本文通过对广东广播

视频信号变换成符合我台

4K

制播标准

的信号

，

再送至各个制播单元供使用

。

电视台

4K

超高清播出系统的介绍,

以总体架构

、

视音频链路为基础,

2

4K

超高清播出系统

总体框架

2.3

总体框架

4K

超高清播出系统架构由播出控

制系统

、

总控系统

、

整备系统

、

编单

对基于

50p

的时码控制技术

、

4K

净切换

、

4K

画面一致性比对等关

2.1

建设理念

广东广播电视台

4K

超高清播出

系统

、

传输系统

、

辅助系统和监管系

键技术点进行深入探讨和分享

。

系统设计建设遵循国家相关技术标准,

统等七大部分组成

。

播出控制系统与

结合超高清的新技术

、

新工艺

，

以简洁

、

各子系统间进行业务交互

，

总控子系

可行

、

高效为原则

，

构建播控

、

管理

、

统向播控系统传输符合标准的视音频

关键词

：

超高清一致性比对

净切换

监控三位一体的播出平台

，

采用硬盘

自动播出结构

，

播控软件完成节目串

信号；

整备子系统支持不同格式素材

安全进入播出链路

，

素材文件

、

外来

联单自动播出

、

图文控制以及来自总

控的直播信号播出

（

包括台内演播室

文件经上载环节以文件形式进入近线

存储

，

根据播出节目单自动发起迁移

刖言

工信部

、

国家广播电视总局

、

中

央广播电视总台联合发布的

《

超高清

及外来信号

）

。

任务

，

提前迁移到主备和异构二备播

2.2

制定播出文件编码规范及主

出服务器备播

；

编单系统支持对节目

要参数

动态范围

、

色域空间

、

数字量化

、

三

单的编辑

、

审核发送等功能

，

编单系

视频产业发展行动计划

（

2019-2022

年

）

》

，

提出了未来三年加快超高清

4K

超高清电视节目

，

在分辨率

、

统将节目单以单据形式推送至播出控

制系统，播出控制系统根据最终播出

电视产业发展的目标任务和行动举措

。

维音频等方面的质量都有极大提高

，对

随着政策和标准的相继出台

，

各地纷

采编播也提出了极高的要求

，

为避免

节目单完成图文和台标的叠加及外来

信号的自动切换

；

与传输系统是信号

纷加快推进

4K

电视网络应用和相关

采编播环节中因多次编解码导致信息

交互

，

播控系统将信号传送到传输系

产业

，

广东广播电视台早在

2017

年开

始设计和筹建

4K

超高清频道播出系

丢失

，而导致图像、

声音出现质量问题,

统

；

与辅助系统主要是日志交互

，

提

进一步规范播出文件编码

、制定台内

统一节目文件参数极为必要

。

台内播

供故障

、

日志信息；

与监管系统是软

件运行信息的交互

，

将播出状态

、

软

统

，

2017

年

12

月启动试播

，

2018

年

10

月

16

B,

广东综艺

4K

超高清频道

正式开播

，

系统运行稳定，

播出效果

令人满意

。

本文结合

4K

超高清播出系

出文件

、

制作域文件均须遵守统一视

音频基本参数要求

，

如表

1

所示

，

如

果外来信号不符合台内执行的

4K

制播

件运行状态

、

故障信息发送给监管系

统

，

如图

1

所示

。

2.4

视音频链路

视音频架构方面

，

4K

超高清播

统总体架构

，

重点就该项目的创新点

30

广摘帧信崗

•

标准

，

要进行变换

。

总控系统负责将

摄录采编播

Video

Editing&Broadcast

2019

年

7

月月刊总第

327

期

表

1

视音频基本技术参数表

出系统采用

4

路

3G-SDI

基带系统架

技术要求

项目名称

幅型比

分辨率

（

有效像素数

）

取样结构

构

，

播出控制系统根据播出串联单控

16:9

3840

x

2160

正交

制

All

in

One

视频服务器和末端

4

x

1

倒换器

，

自动实现规定顺序的硬盘播

出

、

线路直播

、

图文混合叠加和应急

切换等功能

，

如图

2

所示

。

像素宽高比

1:1

（

方形

）

从左到右从上到下

同构的主备播出视频服务器采用

像素排列顺序

视频服务器集群方式构建

，

异构二备通

道采用单机视频服务器

，

素材文件主要

以

3840

x

2160

50p

XAVC

Class300

帧频

(

Hz

)

扫描模式

50

逐行

量化

色域

lObit

BT.2020

HLG

标准

500Mbps

MXF

文件格式存储

，

此;

外

，

系统还配置垫片播放器

，

提供一

路

24

小时不间断的带台标紧急垫播信

高动态范围

号

，

作为应急播出信号源

。

视频编码码率

取样

音频编码格式

500Mbps

多画面分割器和视音频在线检测

4:2:2

PCM

24bit

设备对视音频链路进行安全监控

，

4K

大屏对总控传输信号

、

主备二备视频

服务器输出信号

、

4

x

1

倒换器输出信

音频采样频率

尸道

48kHz

立体声

、

环绕声或三维声

号和应急垫片信号进行实时监看报警,

支持

12

路

4K

信号

。

视音频在线检测

播出文件封装格式

视频编码格式

（

文件封装

）

MXF

OP-la

XAVC-Intra

Class

300

设备对系统各节点的视音频信号质量

逬行技术检测分析

，

并对异常情况进

行报警

。

播出控制

系统丄

3

关键技术点

3.1

基于

50p

的时码控制技术

广东广播电视台的

4K

系统依据

JL

播岀

视频服务器

1DQ

X

切换

All

in

One

图文

o

s-

IS

酣臺片

鞠

錨

tw

if

黜黜

GY/T

307-2017

标准

，

釆用

50Hz

逐

行扫描帧频

，

传统高

/

标清播控系统

中基于

25p

的播控逻辑和相关技术不

能适用

，

因此必须对

50p

的

4K

超高

<

C-Q

密噩

◎

❾

清播出控制的核心技术进行改造创新

。

对播出控制逻辑进行

50p

适配改

造

，

使播控软件能够正确识别播出单

中关于

50p

文件的相关入出点

，

以及

对

50p

素材的

Cue

与

Play

等帧精度

级别的播控操作生成正确指令

，

通过

ra

i

4K

超髙沛插出系统架构

VDCP

协议发送给服务器

。

广播电视信

S!

•

31

视音频技术

服务器接受播控指令后

，

对播控

指令中的帧位置作映射转换

，

将帧位

置表达为

LTC+VITC

格式

，

结合文件

3.2

4K

净切换

视音频链路中播出信号包括主备播

式传输

，

在实际设计中

，

链路末级配置

的是

4

台双路二选一倒换器

，

共计

16

出视频服务器

、

异构二备播出视频服务

个

3G-SDI

输入端口

，

8

个

3G-SDI

输

时码轨中的

LTC

码和

VITC

码

，

对播

器

、

垫片播放器共计输出

4

路

4K

信号,

出端口

，

数量上可满足

4

路

4K

信号的

通过

4

路

3G-SDI

信号以

Qua-link

方

控指令中要求的帧进行帧精度定位

。

四选一需求

，

每台双路二选一倒换器

自带帧同步

，

支持净切换

，

控制面板

4K

显示屏监听监看

4K

信号一致性比对

•JL

■

"UM

J

通过

GPI

实现

4

路

3G-SDI

信号帧精

度净切换

。

4

台设备在接收到

GPI

切

换指令时

，

都在视频切换行处进行切

信号实时分析监测

换

，

此时切换发生后所有信号的切换

均基于同步的帧精度

，

即实现了基于

Qua-Link

连接的

4K

基带信号的净切

HDDB

倒

换

主编码传输

换

，

如图

3

所示

。

另外

，

由于切换面板与

4

台双路

4x3G

MB

—

—

M

[

视

HDD

2B

备播出视频服务器

I

4X3G

频

信

二选一倒换器的

GPI

连接方式为并联,

所以如果任一台二选一设备出现短路

HDD

M

,

命

HDD

B

.

倒|

备编码传浪

〉

■■■'

I

4x3G

〉

异构二备播出视频服务器

号

分

配

故障

，

切换面板将无法判断其他二选

—

设备的

GPI

控制口电位水平

。

对于

这个问题

，

我们的解决办法是在控制

CYC

垫片信号

面板和

4

台二选一倒换器间增加了单

•播出矩阵

向信号限流装置

，

使短路故障的电平

技监

无法影响其他二选一倒换器的

GPI

控

圉

2

视肓频架构

制口电势差

，

避免了切换设备单点故

障对播出造成影响

。

3.3

4K

画面一致性比对

1A

2A

视音频信号链路中的

4K

信号需要

进行质量监控

，

分别对

4

路分量进行

ttti

fitt

1A1B

1C

1D

4A

采集

，

制定相关监控

KPI,

并按照一

定的真值逻辑进行监控判断

，

视频检

测包含视频丢失

、

静帧

、

黑场

、

蓝场

、

2A

2B2C2D

绿场

、

彩场（

其他任意纯色

）

,

音频

检测包含静音

、

音量过高

、

音量过低

、

GPI

音频反相等

。

单纯使用

KPI

进行画面

问题自动判断

，

可能存在

KPI

报警时

间阈值过长导致报警延迟，此情况可

通过画面一致性比对辅助改善

。

4K

超

高清播出系统使用的信号一致性比对

IS

3

4K

浄切换

仪输入端口为

3G-SDI

BNC

接口

，

数

32

广

IS

电视信息

•

摄录采编播

Video

Editing&Broadcast

2019

年

7

月月刊总第

327

期

表

2

—致性比对的逻辑表

画面表现

当前输出信号

建议操作

单路信号内容不一致

，

两路信号相同

与某路备选画面一致

画面

，

无

KPI

报警

单路信号内容不一致

，

两路信号相同

与其他两路画面不一致但无

KPI

报警

画面

，

有

KPI

报警

不切换

不切换

三路画面均不一致

无

KPI

报警

不切换

单路信号内容不一致

，

两路信号相同

为不一致的单路信号

画面

，

无

KPI

报警

根据【

主

>

备

>

二备

】

优先级自动切

换另一路画面

(

也可人工选择

)

单路信号内容不一致但无

KPI

报警,

与某路备选画面一致旦有

KPI

报警

两路信号相同画面

，

有

KPI

报警

切换到无

KPI

报警画面

三路画面均不一致

有

KPI

报警

根据

【

主

>

备

>

二备

】

优先级自动切

换另一路画面

量为

12

个

，

可对信号进行视音频指纹

提取

、

并比对分析一致性

，

满足主备

播出视频服务器

、

异构二备播出视频

哪个设备发生了故障

，

同时经过系统

4

结束语

广东广播电视台

4K

超高清系统

的综合分析后

，输出处理结果，

完成主

、

备

、

异构二备及垫片四路信号的末端

目前实现每天

24

小时无间断播出，

大

服务器三路

Qua-Link

4K

画面的输

应急切换

。

该应急切换系统逻辑清晰,

部分是台内自办及外购的

4K

节目

，

主

入需求(第四路信号为垫片，

内容与

对一线值班员起智能辅助作用

，

进一

要以硬盘播出为主

，

系统运行稳定,

播出效果令人满意

，

此外还圆满完成

其他信号不一致

，

不具有比对可用性)

。

步提高了播出系统的安全性

。一致性

信号连接方式为

：

12

路

3G-SDI

全部

接入信号比对仪

，

逻辑上对同属一路

比对的逻辑判断如表

2

所示

。

CBA

及广州羽毛球总决赛等

4K

直播

。

但也存在过一些待解决的问题

，

比如

直播过程中出现的偏色现象

，

经过多

目前

，

虽然内容一致性比对在髙

清系统中广泛应用

，

并根据比对结果

实现智能应急

，

即末端自动切换

，

但

4K

信号的

4

路

SDI

信号进行标记

。

比

对时

，

将各路信号的相应位置四分之

方检查

，

是传输过程中编解码的设置

问题

，希望能够尽快统一各个传输环

一画幅进行两两比对

，

有任意四分之

4K

超高清播出系统的视频画面数据

量非常大

，

对内容一致性比对的算法

一画面不同

，

则认为两路

4K

信号内容

节的标准

，

提高节目质量

，

进一步提

不同

。同理

，

三组

4K

信号可分别进行

两两比对

，

判定相互一致性

。

除画面

内容的一致性外

，

本比对仪还可对信

和服务器的性能提出更高要求

。

而旦,

升观众观看体验

。

HD

考虑到

4K

超高清电视在我国尚处于起

步阶段

，

没有太多可借鉴的成熟方案,

参考文献

：

号延时

、

插帧

、

倒序输入

、

亮度

、

声

音内容的一致性做出判断

，

辅助操作

人员快速判断画面是否存在问题

。

在系统运行初期

，

稳定和安全才是最

[1]

魏志辉

50p

帧精度播出控制技术在

4K

超

高清电视播出系统中的应用

[J],

广播与电视技

术

,2018(10).

重要的

。

到目前为止我们对播出故障

应急处理的案例还比较少

，

积累的数

通过引入内容一致性比对

、

信号

质量监控

，

实现了对播出信号

、

链路

状态的自动监控

，

能快速精准定位是

据和经验还不够多，

要逐步收集这方

面的数据

，

反复测试

，

综合分析

，

待

[21

杜百川

.

媒体融合竞争策略

(J]

.

视听界

.

2017(4).

[3]

宋肠.信号一致性比对算法及其安全播出

应用研究

[J].

广播与电视技术

,2016(1).

时机成熟了即可实现智能应急切换

。

广

IS

电视宿息

-

33

本文标签： 播出信号系统进行视频