数字电视技术及数字播出解决方案

数字电视技术及数字播出解决方案文：徐新学时间：2008-7-1715:54:22宿州电视台目前，我国广播影视已进入科技发展的新阶段，特别是数字技术的快速发展给广播影视带来了自诞生以来最大的一次技术变革，推动着广播影视的升级换代和技术转型。根据我国广播电视数字化发展“三步走”的战略规划，2008年在全国推广地面数字电视，2010年将全面实现地面数字电视播出，到2015年将停止模拟电视播出,目前已进入广播电视数字化发展时代。学习数字电视技术，参与数字化的基本实践，实现广播影视系统由模拟向数字化的平稳过渡，是全国广电系统肩负的历史任。因而掌握数字电视信号的监视和指标测量就成为工程技术人员新时期必须要具备的业务技能。一、数字演播室编码标准早在上世纪七十年代，英国广播公司和索尼公司就分别展示了其各自开发的彩色数字录像机，成为最早的数字电视产品，由此促成了电视信号模数转换规范的产生。常规模拟电视首先变为数字高清电视HDTV。为了在PAL、NTSC、SECAM三大制式之间确定共同的数字化参数，国际无线电咨询委员会（CCIR）于1980提出了电视信号模数转换标准，即称为数字演播室标准的CCIR601，成为模拟电视向数字电视转变过程中的第一个标准规范，该标准与525/60和625/50扫描标准都兼容，并且是所有后来的分量数字开发的基础。后来CCIR成为国际电信联盟的无线电委员会，称为ITU-R，相应的CCIR-601也改称为ITU-R601。在该标准中，对采样频率、采样格式、色彩空间转换等都作了严格的规定，主要参数有：（1）采样频率根据奈奎斯特定理，对具有6MHz带宽的亮度信号来说，抽样频率必须不小于其频率的2倍，另外，为了保证信号的同步，采样频率也必须是行频的整数倍，所以标准规定：fs=13.5MHz（2）采样格式标准建议以4:2:2的采样格式,即亮度信号13.5MHz频率采样,两个色差信号则用6.75MHz频率采样。即在每一行中Cb和Cr样本与奇数Y样本共位。数字场中有效行的分配以能够避免数字处理半行的方式排列，625/50信号两个数字场中有效行的数目都是288，一帧的有效行是576而不是模拟信号的575行，场1数字消隐占24行，场2数字消隐占25行。每行数字分量信号的取样点数为:（625/50制式）每行亮度取样点=13.5MHz/15625Hz=864每行每个色差取样点=6.75MHz/15625Hz=432（525/60制式）每行亮度取样点=13.5MHz/15734.266Hz=858每行每个色差取样点=6.75MHz/15734.266Hz=429CCIR建议两种制式有效行的取样点亮度信号取720个，两个色差信号各取360个，即每个有效行包括720个亮度数据和720个色度数据（两个色度各360个），这样就统一了数字分量编码标准，使三种制式便于转换和统一。所以有效行亮度信号与两个色差信号的取样点之比也为4:2:2（720:360:360）。这就是数字分量编码的4:2:2标准,也称为4:2:2格式。（3）分辨率分辨率即是每帧图像有效行内的有效样本数，CCIR601规定对所有的制式，其每一行的有效样本点数为720个。由于不同的制式其有效行数不同，其分辨率也不同，分别为：PAL制和SECAM制为：720×576NTSC制为：720×480（4）数据量如果按4:2:2的格式采样，10Bit量化时，数字视频的数据量为：13.5×10+6.75×10+6.75×10=270Mbps如果按4:2:2的格式采样，8Bit量化时，数字视频的数据量为：13.5×8+6.75×8+6.75×8=216Mbps（5）数据时分复用经量化、编码后的视频数据字有3个样本值，CCIR601规定进行多路复用后按27Mwords/s来传递,其中字按以下顺序传递:Cb、Y、Cr、Y、Cb、Y、Cr、Y、Cb、Y、Cr、Y…,其中前3个字涉及共位的亮度和色度样本，以下字Y涉及仅亮度（单独）样本。每个有效行的第一个视频数据字是Cb。（6）SDI（数字分量串行接口）技术SDI就是把数据字的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序进行传送的接口。由于串行数字信号的数据率很高（270Mbps），在传送前必须经过处理，电影电视工程师协会建议用扰码的不归零倒相调制NRZI编码技术（遇1时翻转，遇0时保持不变）来代替早期的分组编码，确保在接收端可靠地恢复数据，其标准称为SMPTE—259M。该标准包括含数字音频在内的数字复合和数字分量信号。主要有以下四种：SMPTE259-A：143MbpsNTSC数字复合SMPTE259-B：177MbpsPAL数字复合SMPTE259-C：270Mbps525/625数字分量SMPTE259-D：360Mbps525/62516:9数字分量（7）数字音频嵌入解嵌技术在4:2:2串行数据流中，视频行、场消隐期间除定时基准信号（EAV、SAV）有用外，其他样点都是固定的消隐电平值，在数据处理时是用不上的，这样，数字音频数据就可以按一定格式以辅助数据的形式插入到数字视频分量的行辅助数据区中，从而与数字分量视频信号同时传输，即实现音频嵌入。解嵌是嵌入的逆过程。我国标清数字电视（SDTV）所依据的标准就是ITU-RBT601。其图像格式为720×576/50/2:1，一帧625行，有效行288×2，数字场消隐期24+25=49行，4：2：2取样格式，SDI串行接口，数据率为270Mbps，视频信源编码采用MPEG-2中的MP@ML标准。二、数字SDI播出系统的解决方案在模拟电视向数字电视转变的进程中，数字化播出相当关键。早在几年前，广告和新闻节目的硬盘播出就在许多电视台广泛采用。近几年随着视频压缩技术、大容量存储技术和传输技术的迅速发展，使得以硬盘存储为基础建立数字化硬盘播出系统的方式已被业内所认同，并正在逐步得以推广应用。1、搭建数字SDI播出系统的原则（1）可靠性安全原则电视播出系统的安全可靠是电视播出的生命。系统的可靠性又依赖于系统软、硬件设备的可靠性。对所选用的设备应做系统、全面的可靠性、稳定性运行状态的考察。（2）平稳过渡数模兼容原则数字技术在电视业界的前期制作中应用较早，但用在电视信号的传送播出上，应该说，还处在初级阶段。实现电视播出网络全数字化，播出信号全部采用数字SDI接口，指标当然会很好，但由于各电视台的设备和资金情况不同，如目前数字设备还较少，就可以考虑先上盘带结合的播出方式，遵循平稳过渡循序渐进的原则，待条件成熟后再过渡到数字SDI的播出。当然有条件的电视台，就可以一步到位实现全数字SDI的播出。目前越来越多电视台采用后者方式。（3）系统易扩充升级原则系统设计中，应根据当前国际广播电视的发展趋势和国内广播电视的现状，结合本台今后电视事业发展的需求，充分留有扩充的余地并使设备具有升级的灵活性。所以系统的积木式和设备的模块化结构就显得特别重要。（4）科学先进性原则系统构成应是科学的组合和搭配，成熟的先进技术无疑是首选的目标。在电视技术的发展日新月异的今天，设备构成应保证至少三至五年内不被淘汰。（5）通道指标达标原则保证系统的质量指标又是一项重要原则，这也是实现数字播出的主要目标之一，系统的指标主要取决于系统中关键设备的指标，所以要求系统中的关键设备要通过广电总局的检测。（6）售后保障原则进入硬盘特别是SDI播出后，相应技术越来越先进，检测手段越来越复杂，多数电视台对数字设备的检测仪器和检测手段还不完备，因而厂家的售后保障就显得尤为重要。2、数字化方案服务器为核心的硬盘播出方式是必然选择。播出系统的数字化是电视系统整体数字化的一个重要环节，除了对硬盘播出系统具有安全、可靠这一基本要求以外，多套节目集中播出这一方式对系统的存储容量、节目的输入输出通道数、数据的传输速率以及数据的读写速度等均提出了很高的要求。系统设计应以视频服务器为核心，以播出矩阵为中心，内部信号一律采用SDI信号，少数模拟设备经ADC送播出，外送信号采用SDI与模拟复合共存形式，并要着重考虑以下方面:●硬盘视频服务器要能支持多频道播出的要求，通道数至少可扩充至4-6个频道；●播出要采用MPEG-2(4:2:2)格式传输、存储节目信号，支持6Mb/s—12Mb/s码流编码；●存储容量要能满足多个频道3天以上的滚动播出需求，且存储容量要易扩充并具备RAID冗余功能；●系统内部一律采用SDI数字信号（内嵌AES/EBU标准音频），符合SMPTE259-C：270Mbps625/50数字分量格式；●为确保安全播出，系统内部的关键部件如视频服务器、切换矩阵、SQL数据库、播出控制机、同步机等均应进行热备份，主备同时工作，随时可以倒换；●为提高信号指标，字幕、台标须经键混叠加，键混、数字帧同步、数字音频处理器（DAP）等串接在播出线上的设备要具备掉电直通功能。此外，总控技术近几年的发展尤为迅速，正在逐步实现数字化、网络化和智能化，并已成为整个电视播出系统的核心，担负着对多个频道播出的所有输入、输出信号的接收、分配、调度和传输，以及所有信号的处理、检测和监视等任务。当前，播出对安全的要求在不断提升，特别是在对一些大型户外活动进行直播时，往往要求采用延时播出方式。所以，系统中要有延时视频服务器，在延时的基础上可以对直播信号进行段落删除、广告插播和垫片替换等功能。对于资金条件较好的台，可以适量配备泰克WFM系列仪器，在线实时监视和测量信号指标