0 引言

隨著時代的發展，電視觀眾對于頒獎典禮等轉播類節目的時效性要求越來越高。在這個信息技術日新月異的時代，高速發展的網絡化、特別是移動互聯技術的普及，對傳統媒體所帶來的沖擊，已經切實地擺在我們面前。這就要求電視轉播類節目，其信號的延時量盡可能短，以滿足觀眾第一時間享受視聽、獲取信息的需求。多年來，電影頻道一直對國內外舉辦的各大電影節進行轉播。但由于多方面條件的限制，往往采用錄播的方式。通過小型延時直播系統的設計與實現，使電影頻道對于大型頒獎典禮類節目的轉播，可以實現錄播、直播、錄播＋直播三種模式。本文就針對小型延時直播系統部分的技術問題，進行論述。

1 系統整體路由

在業務上，對于直播，除電視信號質量的有無、優劣需要進行實時監測外，還需要對節目的內容進行審查、廣告進行插播。因此，本小型延時直播系統采用前、后端雙延時的設計，在信號路由的上、下游階段，針對不同的業務需求實現對應的技術操作。
信號接收端，接收到外來信號后（衛星或光纜），經總控系統，將信號送入固態延時器。其中，一部分信號經過矩陣后傳輸，另一部分信號則不經過矩陣，從而避免矩陣的技術故障，影響全部的轉播信號向下游的輸送。固態延時器分主、備、應急，共三臺。其中，主、備兩路的輸入信號來源，經過不同的路由，避免信號傳輸鏈路中的單點問題，對直播造成影響。
另外，主、備延時器為同品牌、同型號，而應急延時器在技術上實現異構，采用不同品牌、型號，避免設備單點技術故障影響直播。延時直播信號整體路由見圖 1。
2 前端延時部分

在前端延時部分，實現對直播信號質量和內容的審查，并對問題信號，采用墊播的方式進行應急處理。這部分實現延時功能的核心設備是固態延時器，其技術特點和工作機制如圖 2 所示。1. 固態延時器采用雙主線輸出 ：PGM（program）和PVW（preview），兩條輸出主線具有相同的延時時間。
2. 支持 60s~300s 的延時，并且支持斷電直通和 BYPASS。但實際工作中，其旁通的實現機制與直播的需求，有一定差異。故信號采用雙路由。
3. PGM 為實際輸出線路，切換墊片后，內容則不再是延時器的輸入信號的延時輸出。
4. PVW 為預監信號線路，延時時間與 PGM 相同。當畫面出現問題時，此線路信號保持延時器的輸入信號的延時輸出，作為應急切換和信號切回的依據。
5. 支持內部固態墊片。因為參與直播的頻道，有高標清信號格式的區別。為了達到一次采集，多格式使用，就需要在信號的鏈路中，實現高標清信號格式的自動上、下變換。由于下游的播出系統，采用讀取 AFD（Active FormatDescription，即活動圖像格式描述符）值信息，進行信號格式、幅型比變換的方式。所以，本延時直播系統在設計上也采用了這樣的方式。
對于轉播信號而言，無論是衛星信號還是光纜信號，在封裝文件的包頭或信號的輔助數據區里，均沒有攜帶 AFD信息。因此，就需要在延時直播系統的信號路由中引入加嵌器，將下游播出系統進行信號變換，所需要的 AFD 信息，通過人工設定的方式，嵌入到 HD-SDI（High De nition-SerialDigital Input）信號中。信號傳輸到播出系統后，根據讀取到的 AFD 值，進行相應的信號變換。再將 HD-SDI/SDI 信號，按照需求，通過不同的路由，提供給相應的播出系統。利用加嵌器實現 AFD 信息的嵌入效果，見圖 3。根據系統需求，將 AFD 信息嵌入到外來信號的第九行。具體內容在本文其他部分會有詳細解讀，此處不再贅述。在電影頻道所參與的轉播工作中，通常只有高清外來信號作為信號源。但系統同樣支持標清外來信號的輸入，故涉及的 AFD 值有 1001 和 1010 兩種。

3 后端延時部分

在轉播過程中，業務上有插播廣告的需求，這部分工作由后端延時部分來實現。后端延時部分基于視頻服務器為物理載體，第三方軟件為操作媒介來實現。因為并未采購專用的具有延時功能的視頻服務器，而是使用日常運行中的播出服務器進行信號采集，就要考慮存儲空間和通道分離等問題是否可行。
目前，可用于后端延時部分的服務器組，由主播出服務器、備播出服務器、應急播出服務器、上載服務器等組成。
1. 主播出服務器，是實際在播信號源的物理載體。出于安全性考慮，故不選擇對此在線設備做非常規性的操作。
2. 備播出服務器，與主播出服務器的軟硬件配置完全一致，是第一備份信號的設備。存儲容量為 3.6T，日常使用量為 40% 左右。其運行穩定，且支持信號延時播出。因此，考慮作為后端延時部分的信號源之一。
3. 應急播出服務器，是播出系統信號路由中的第三視頻源。故出于成本考慮，采購的設備，其性能、功能均略遜于主、備播出服務器。從穩定性的角度出發，不選擇其從事延時播出的工作。
4. 上載服務器，為服務器組中，唯一非 7×24 小時均有通道被使用的視頻服務器，且其有兩個上載通道，兩個審片通道，可以使信號的預監、輸出實現通道分離，故選擇上載服務器做后端延時部分的主路信號源設備。
上載服務器的性能如下 ：
1\\) 上載服務器采用硬件編、解碼方式，且編、解碼模塊支持熱插拔，性能更加穩定、可靠。
2\\) 上載服務器采用雙電源、雙風扇、雙 RAID 控制器，所有配件冗余設計支持熱插拔，更換無須關機，雙 CPU 分別處理 IP 和 IO，最大限度，保證直播期間，設備可容錯使用。
3\\) 上載服務器的內置存儲，采用熱插拔硬盤驅動器，達到 6TB 存儲容量，日常使用量為 20% 左右。其采用雙奇偶校驗 RAID6，6+2 方式配置，最多同時可以壞 2 塊硬盤，保證核心部件的個別損壞，不影響直播信號的采集與播放.
4\\) 編碼通道支持上下變換功能，支持根據 AFD 信息上下變換，支持嵌入 AFD 信息功能。
5\\) 每個播出通道具有 2 個輸出端口，2 個通道均可支持高標清輸出。
對于存儲空間的要求，必須滿足第三方軟件支持的延時量閾值，以避免數據溢出影響直播。本系統內使用的軟件支持延時量最大為 400 分鐘。對于音頻碼率為 4.4Mbps，視頻碼率為 50Mbps 的信號而言，400 分鐘的素材大小為，編碼格式× 小時 ×3600s/8bit/1024M，即 ：\\(50+4.4\\)Mbps×6 ×3600s/8bit/1024M=19.5×6+13=159.375GB此文件的大小，遠低于上載服務器、備視頻服務器的日常剩余容量。另外，廣告插播點具體位置的選擇，需要在轉播過程中，根據頒獎典禮的具體進程情況臨時決定。

4 其他關鍵點

1. 在 HD-SDI中嵌入AFD

轉播中，所采用的基帶信號多為 HD-SDI（HighDefinition-Serial Digital Input）。HD-SDI 是 根 據 SMPTE292M，在 1.485Gbps 或 1.485/1.001Gbps 的信號速率條件下傳輸的接口規格。而 在 SMPTE 2016-3-2007 標 準 中， 并 沒 有 明 確 限 定AFD（Active Format Description）信息必須插入到信號的哪一行。因此，當 HD-SDI 信號作為載體信號時，從理論上講，每幀掃描的 1125 行中，除 1080 有效行外，其余行均可嵌入AFD 信息。又參考行業內使用經驗，有些行已經被占用，嵌入其他數據。再加上需要同播出系統的日常使用習慣保持一致。故選擇將 AFD 信息嵌入到每一場的第 9 行，即奇數場的第 9 行，偶數場的第 572 行。
對數字亮度數據 Y 而言，每一行共有 2640 個采樣點，其中數字有效行樣值數 1920 個，數字行消隱樣值數 720 個。數字行消隱，又包含 EAV（End of Active Video，即有效視頻的結束）、輔助數據區、SAV（Start of Active Video，即有效視頻的開始）、校驗碼（YCR0、YCR1）、行序號（LN0、LN1）。
AFD 寫入 HD-SDI 的具體位置見圖 4。
1\\) 數字有效樣值數 ：0-1919。
2\\) EAV ：1920-1927，固定格式為 ：3FF 000 000 XYZ 。
3\\) 輔助數據區 ：1928-2635，共 708 個點。
4\\) SAV ：2636-2639，固定格式為 ：3FF 000 000 XYZ。
5\\) YCR0、YCR1 ：校驗碼。
6\\) LN0、LN1 ：HD-SDI 相比較 SDI 新增的兩個字。其緊跟 EAV，表示行編號。
其中，輔助數據區又包括 ADF（Ancillary Data Flag，即輔助數據標志字）、DID（Data Identi er，即數據標識字）、DBN/SDID（Data Block Number/Second Data Identi er ，即數據塊序號字 / 補充數據標識字）、DC（Data Count，即數據數目字）、UDW（User Data Word，即可變的用戶數據字）和 CS（Checksum word and Word，即校驗和字）。而 AFD 信息，就被寫入到 UDW 中。

2. 同步信號

AFD 信息的嵌入，涉及在 HD-SDI 信號中不同信號源的信息疊加。故需要引入同步信號，保證延時直播信號的收、發兩端，在同一時刻，掃描全電視信號在幾何位置上，相對應的像素點也一致。同步信號的實時監測結果見圖 4。同步要求 ：
1\\) 收、發兩端，每一秒時間間隔內，掃描的行數和場數應該一致。即每個行掃描周期和場掃描周期內，其像素點的數量應該相同。
2\\) 收、發兩端，電子束掃描的位置要一一對應。即發送端在哪個點拾取的信號，接收端也要在哪一點，將其顯示出來。也就是說，只有行、場掃描同頻且同相，兩點均滿足時，收發才能實現同步。在實際電視系統中，收、發兩端，其相對應的像素點，并不是在同一時刻進行掃描，而是總有些延時。只要所有像素點掃描的延時時間相等，就可以實現信號同步.

5 小結

此小型延時直播系統，是在沒有獨立直播系統時搭建的臨時性系統。在保證日常節目播出安全的前提下，最大限度的利用現有資源，以最小的投入，達到盡量好的效果。并成功完成第三屆北京國際電影節開幕式、閉幕式，第二十屆北京大學生電影節頒獎典禮等活動的直播工作。同時，也為電影頻道在日后進行具有專業化技術指標的直播系統建設積累了寶貴的經驗。

參考文獻
[1] 聶金華 , 黃敏嘉 . 廣東新聞頻道新聞數字化視頻直播系統的搭建 [J].現代電視技術，2012\\(11\\)，P73-75.
[2] 嚴紅 . 地方臺小型直播室設計思路探討 [J]. 現代電視技術，2013\\(1\\)，P94-96.
[3] 向東 . 淺談異構互補技術在貴州廣播電視臺播出系統設計和設計中的應用 [J]. 現代電視技術，2013\\(5\\)，P80-83.
[4] 凌華生，陳欽珩 . 數據庫群集服務器共享磁盤陣列在播出線上的應用 [C]. 中國電影電視技術學會影視技術文集 \\(2009\\)，北京 ：中國電影電視技術學會，2009，P295-300.