数字硬盘录像机在播出系统的应用

1 前言

　　随着计算机技术的飞速发展，特别是数字传输和数字压缩技术的发展，使得数字 硬盘录像机的可靠性与技术指标已达到了广播电视质量要求。因而数字硬盘录像机已进入了广播电视播出系统，并有逐渐取代原有的磁带播出方式的趋势。数字 硬盘播出系统与普通的磁带录像机系统相比，具备以下优点：
　　1． 采用非线性编辑方式，极大的方便了电视节目的编辑与播出，从而使编辑和制作过程减为最小。
　　2．由于采用数字处理和存储方式，信号还原度高，多次编辑和播出的图像一致性好， 数据可以长期保存和播放且不影响质量。
　　3．克服了磁带机机械部分和磁 带的故障率较高的缺陷。

2 数字硬盘录像机在播出系统的发展

　　硬盘录像机在播出系统的发展可分为独立型和网络型两个阶段。
　　
　　2.1 独立型硬盘录像机

　　独立型硬盘机自动播出系统一般用于非线形广告串编系统；系统由奔腾处理器，进口视频压缩回放卡组成。采用CCIR601标准对视频信号进行10bit处理，带宽超过5.5MHz，信噪比60dB，音频采用44.1kHz采样频率，64位单频输出，信噪比达90dB的CD音质。在该系统中，将广告带以数字方式存储在计算机硬盘内，由微机的播出清单进行播出控制，并且整个软件的操作界面具备录像机的控制面板的功能，包括与传统的录像机一样的视音频组合和编辑功能，并能对节目进行分类组合、档案管理、统计播出次数等功能。这种硬盘录像机主要应用于广告串编，将大量的、重复使用的广告节目以 非线形的方式存储在硬盘中，并通过遥控接口由自动播出主控计算机进行自动控制。作为早期的硬盘录像机，该系统简单、经济实惠，并具备了传统录像机的操 作方式，因而在自动播出系统的广告串编中得到广泛应用。但该非线形串编系统普遍缺乏数字接口，为以后向网络和全数字化的更新与发展留下了不便。

　　2.2 网络型硬盘录像机

　　网络型数字硬盘自动播出系统采用多通道硬盘录像机――视频服务器为核心。
　　由广告部或其它部门将素材通过光端机和光纤局 域数字视频网fibre channel录入视频服务器的素材库。 而各分控系统的播出节目清单通过网络由总编传送到服务器（网络采用TCP/IP协议）。并通过各分控的 自动播出计算机系统进行控制。从而实现了各部门（广告、新闻等）节目的数字化、网络化。实现多口输入输出信息资源共享。这种广泛应用于广告与新闻播出 的多频道网络数字硬盘系统具有十分明显优势；将制作工序减为最小；功能和灵活性大大提高；只需一次将素材录入视频服务器的素材库，以后各频道编播十分 方便。可在微机上对素材进行各种操作，且播出顺序的修改简单易行。作为最新的播出系统，网络数字硬盘录像机和数字视频局域网成为将来发展全数字化的关键产品。以下将重点讨论该系统。

3 网络型硬盘录像机的系统组成

　　作为网络型硬盘录像机系统的核心，硬盘机必须 具备以下几点：
　　采用开放式的结构，实施工业标准协议，以及提供直接控制协议，使开发者很容易在底层软件的基础上，开发出各种用途；如插播、延时播出、循环播出等各种复杂的播出情况，从而实现了比传统录像机在节目延迟、存储、转播、回放高很多的性价比。若不是采用开放式的结构，则为以后的扩展与更新留下了不便。
　　采用合理的视频压缩标准从而使视频信号质量达到广播电视的标准，并充分考虑到为今后高清晰度电视HDTV的变换提供方便，现较为通用的是MPEG－2 4∶2∶2编码格式和M－JPEG的可变压缩比格式。在视频信号质量的基础上，则需解决图像的帧定位功能，从而提高了播出的精确度。视、音频最好能同时支持模拟、数字和串行三种格式，并具备多种音频特技处理功能和多路视、音频输入、输出通道，即一台硬盘机能同时满足几套电视节目的编辑和播出。网络型硬盘录像机模式又分为主备机热备份方式和硬盘机与磁带机结合方式两种。
　　
　　（1）主备机热备份方式该方式采用两台数字硬盘机为主备机热备份，两台机可同时录入不同的信号内容，并通过光纤网相互传送，以达到素材相互备份的目的，主备机编辑、播出同步操作、硬盘内容完全镜像。系统框图2。在该系统中，输出的A/V信号定义为录制通道（可通过光纤网录入和调度矩阵） ，而两台硬盘机各取1个录制通道。素材的复制则通过光纤 网互传，从而达到了主备机素材的完全相同。光纤数字视频信号则需经M－JPEG 和MPEG解码器转换成模拟或数字视频信号后才能播出。主机功能的定义：录入、播出。为保证播出的可靠性，主硬盘机只进行录入和播出的操作。备机功能的定义： 录入、播出、编辑；使用必须有1个输出通道用于编辑、其余通道用于播出备份；完成编辑后全部通道用于播出备份。其中编辑监视通道需占用1个输出解 码器，通过监视器确定图像的编辑入和出点。控制系统采用一台播出计算机单独控制一个频道的播出控制方式，播出计算机可从网络直接接收播出节目单也可通 过计算机直接编辑节目单。并配有编辑计算机用于对硬盘机的管理和控制，包括素材录入、节目单编辑、网络管理等不同的任务。同时可由系统软件设定每个计 算机的用户级别，通常情况是播出计算机的级别小于系统管理计算机，大于编辑计算机。该种控制方式利用RS422控制方式作为播出控制 （最大受控距离可达 1200m）和WINDOWS NT网络或以太网作为编辑接口，采用每个分控播出计算机独立控制各自频道，从而避免了交叉控制，作到系统风险分散，提高可靠性；且播出计算机可实时提示播出状态，提高了播出人员对播出情况的了解，提高了播出人员处理复杂情况的应变能力；特别是出现了节目单紧急变动情况，播出人员可在很短的时间内， 通过直接修改播出节目单，保证播出的可靠性；利用RS422控 制方式可以很精确地计算出指令从播出计算机发出到硬盘机播出信号的时间（避免了网络传输时间的不确定性）。只是该方式投资较大。另一种控制方式在前一 种控制方式的基础上只采用编辑计算机（包括播出节目单编辑计算机和录入编辑计算机），节目单由以太网传送到硬盘机；这时的硬盘录像机从被动受控转为主 动播出状态（硬盘录像机变换为视频服务器，硬盘机根据播出节目单主动调度、管理节目单，从而完成顺序播出、插播、延时播出等各种情况；由于省去了播出 计算机，这种控制方式比较简单，投资也较前一种少。但这种控制方式存在着交 叉控制，即当同时有两到三个频道需同时进行触发播出时，给系统处理带来了相 当的复杂性。如硬盘机同时有三个频道转播现场直播的节目，节目的结束时间都在22时左右，这种不能准确确定结束时间的节目则需通过外部触发才能解决，而 对于无分控播出计算机的系统，则需通过编辑站分三次触发才能解决，由于网络传输存在着传输指令的不确定性，因而并不能保证触发的精确性；并且由于不能 在第一时间得到播出的情况，该方式给播出人员处理突发情况带来了一定的难度，因而存在着一定的不安全性。

（2）硬盘机与磁带机结合方式
　　该方式采用硬盘机和磁带录像机结合的播出方式， 系统框图如图3所示。在该系统中，用户可设定成所有的播出节目由硬盘录像机完成或部分节目由硬盘机完成或硬盘机完全不用， 即硬盘机的利用率由从0％到100％；当部分节目采用硬盘机播出时，其功能相当与数台播出录像机；而此时的硬盘机只是被动参与播出，即虽然节目单已编辑好 （由编辑计算机通过以太网传送），但何时启动则由播出计算机来控制；并且可利用硬盘机的循环播出功能将硬盘机作为系统的备份信号（即当硬盘机完成播出 节目单时启动循环播出菜单），循环播出公益广告和片头。由于采用了盘带结合的方式，从而提高了用户现有设备的利用率，特别对与节目量大、节目来源多的用户，可先从广告和新闻节目入手，然后逐步减少播出录像机，直到完全不用录像机。该方式同时考虑到向上发展（全硬盘播出）和向下兼容（磁带机播出），且可根据用户的不同实际情况进行投资，因而具备较广的应用范围，成为现在电视台关注的焦点。

4 硬盘录像机播出系统安全性

　　安全性始终是播出系统的第一要素，即便有再多的功能，如存在着不安全的因素，该播出系统也是不能考虑，因而在硬盘机播出系统中，安全性必须从软件、硬件和网络来综合考虑。以下分几点来考虑的安全方案。

4.1 数据备份

　　数据备份是硬盘机可靠播出的基础，没有可靠的数据备份和数据传输，就无从谈起播出的可靠性。在硬盘机播出方式下，数据备份可由两方面来完成；

★ 对于单硬盘机的用户可采用主从硬盘机的方式，两者之间用光纤网高速传输数据，从而使两者的数据内容完全镜像，保证主备机播出节目的一致，当一台硬盘机的数据丢失时，可通过光纤网快速复制到另一台硬盘机，从而大大得提高了播出的可靠性。而对于多硬盘机的用户，则可采用较 成熟的网络节点技术，即一台硬盘机相当于网络中的一个节点而与网络中的其它硬盘机的节点相连，从而构成双向拓扑结构，这种完全连接网形成无阻塞结构， 其优势在于即使有一条线路出现故障仍能保证网络的畅通，这种网络在分配、存储数据是采用奇偶校验的方式，因而当一个节点出现故障时，可通过这种技术实 时地进行修复。

★ 利用硬盘存储数据，在硬盘机系统中提供两种存储方式；RAID（带电插拔硬盘方式）和非RAID（普通硬盘方式）。当要求完全镜像操作时，非RAID存储方式可提供性价比最高的办法；而同时选用带电插拔的磁盘阵列是电 视节目安全播出的一个重要因素。由于磁盘用于存储电视节目素材，需要频繁地进行读写操作，长时间使用不可避免出现损坏。磁盘阵列作为硬盘机的存储节目素材部分，除了具备一般大容量磁盘的特点外，还具备以下优点；首先磁盘阵列中的磁盘可以在不关断电源的情况下进行更换操作，即当磁盘出现故障时不必停 机就可进行更换修复；其次磁盘阵列采用冗余备份方式（RAID方式），即通过奇偶校验的方式来修复损失的数据，从而保证磁盘阵列中的任意一块磁盘出现故障时，磁盘录像机不会出现停播；更换坏磁盘后，磁盘阵列会在空闲的时间将数据自动恢复到新磁盘上。从而保证播出的安全性。

4.2 高速光纤网络

　　光纤视频网络是硬盘机播出系统的另一个关键方面，视频素材作为数据在高速光纤网络中共享，从而达到了视频信号的无带传输。光纤通道网络作为视频传输的基础来运行，光纤通道将两台或多台硬盘机连入一个高品质调谐系统。通过使用这种数据传输系统，素材可快速从一个硬盘机移到另一个中，实际是创建了一个视频高速公路。 它不仅具备了高速的数据传输的能力，而且还具备支持与各种物理接口相连的能力，因而它具备网络和I/O通道的特性。并在网络协议的支持下，保证数据的快 速、可靠的传输。而高速视频光纤网需具备多端远程协同工作方式，从而保证播出信号比实时还快的速度可通过标准接口连入WAN网； 这为远距离文件传输和共享提供了保证，并为电视节目将来通过INTERNET传输打下了基础，而相应地建立 视频网关及防火墙以保证网络的安全性是十分必要的。

4.3 硬盘机的手动控制器

　　由于硬盘机的所有操作都是建立在编辑和播出计算机软件基础上，一种系统的可靠性完全取决与软件的可靠性是不可取的，因而存在很大的不可靠性。为解决这问题，一方面我们可以通过增加编辑计算机的数量（达到编辑机的多重备份）和选择可靠性高的工业控制计算机作为播出计算机，另一方面我们可以通过增加硬 盘机的手动控制器来减小播出的不可靠性，手动控制器直接与硬盘机的控制口相连，可手动控制硬盘机所有播出频道的已编辑好的节目单的播出（控制方式只需 启动和停止，其在系统中的级别由系统管理员来设定）。当系统软件出现故障时可通过手动控制器直接操作硬盘机，即硬盘录像机的自动播出进入手动播出状态，当系统软件恢复正常时，手动控制器取消操作从而又进入自动播出状态。手动控制器是为突发事件提供了又一种解决方案， 这样大大地提高了播出的安全性。

4.4 软件的纠错、提示和报警功能软件是硬盘录像机播出方式的指挥中心，一个好的软件不仅要有自动纠错、实时报警还要有信息反馈、在播提示功能。它不仅要提供高可靠性和精确性的基本播出方式；同时要提供复杂多变的播出手段，能够实现定时、顺序、触发播出和定时定长、顺序定长、顺序不定长、触发定长、触发不定长以及延时播出等方式以满足各种复杂的播出情形。纠错功能同样是检验软件智能化水平的重要方面，具备高智能化水平的软件，可实时检测和报警硬盘录像机、录像机和其它具备通讯口的外设，当在播和待播设备出现故障时，不仅要进行声光报警还要实施相应的措施，如对在播故障则要启动备份信号或备份 录像机，待播信号或录像机可通过多种方式进行声光报警，以提示播出人员。在硬盘录像机系统的播出方式下，软件的编辑和管理功能是展示系统性能高低的尺度，其中包括手动和自动方式对素材的录入，完成录入后，将素材及相关的信息登录到素材库，并保证每个素材库只有唯一的标识代码；并利用编辑功能对素材 库进行分类、增加、删除、修改等操作；利用管理功能对各频道的播出节目单进行编辑、存储等管理；因而只有考虑的非常周密和完备，才能最大限度地发挥硬 盘机的内在功能；才能在大量的素材中以最快的速度、最短的时间编辑好待播的素材；精确地定位好素材之间的出入点。

4.5 特殊功能键

　　特殊功能键是在于特殊情形时，即在时间有限，播出人员需改动播出节目单的情形下而设计的。该功能键联入播出计算机，通过功能键的操作而改变播出计算机的在播节目单。其具体功能需具备如下几点：
　　立刻启动下一条节目，以切断当前的节目。
　　延续当前的节目。
　　强制跳过下一条节目。
　　播出备份信号。
　　播出备份录像机的信号。
　　特殊功能键的所有功能等同与播出软件的这些功能，因而特殊功能键是依附于播出计算机，即当播出计算机出故障时特殊功能键是无法使用的；由于是使用简单、快捷和符合播出人员的操作习惯的方式，特殊功能键的使用提高了播出人员处理突发事件的能力，同样提高了系统的可靠性和应变能力。由于硬盘录像机的自动播出系统 是一个大型的复杂的系统工程，因而在考虑自动播出系统时，不仅要考虑到自己的实际情况，而且还要考虑到厂家的各种情况特别是系统的售后服务情况作综合考虑。

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