0 引言
随着时代的发展，电视观众对于颁奖典礼等转播类节目的时效性要求越来越高。在这个信息技术日新月异的时代，高速发展的网络化、特别是移动互联技术的普及，对传统媒体所带来的冲击，已经切实地摆在我们面前。这就要求电视转播类节目，其信号的延时量尽可能短，以满足观众第一时间享受视听、获取信息的需求。多年来，电影频道一直对国内外举办的各大电影节进行转播。但由于多方面条件的限制，往往采用录播的方式。通过小型延时直播系统的设计与实现，使电影频道对于大型颁奖典礼类节目的转播，可以实现录播、直播、录播＋直播三种模式。本文就针对小型延时直播系统部分的技术问题，进行论述。
1 系统整体路由
在业务上，对于直播，除电视信号质量的有无、优劣需要进行实时监测外，还需要对节目的内容进行审查、广告进行插播。因此，本小型延时直播系统采用前、后端双延时的设计，在信号路由的上、下游阶段，针对不同的业务需求实现对应的技术操作。
信号接收端，接收到外来信号后（卫星或光缆），经总控系统，将信号送入固态延时器。其中，一部分信号经过矩阵后传输，另一部分信号则不经过矩阵，从而避免矩阵的技术故障，影响全部的转播信号向下游的输送。固态延时器分主、备、应急，共三台。其中，主、备两路的输入信号来源，经过不同的路由，避免信号传输链路中的单点问题，对直播造成影响。
另外，主、备延时器为同品牌、同型号，而应急延时器在技术上实现异构，采用不同品牌、型号，避免设备单点技术故障影响直播。延时直播信号整体路由见图 1。
2 前端延时部分
在前端延时部分，实现对直播信号质量和内容的审查，并对问题信号，采用垫播的方式进行应急处理。这部分实现延时功能的核心设备是固态延时器，其技术特点和工作机制如图 2 所示。
1. 固态延时器采用双主线输出 ：PGM（program）和PVW（preview），两条输出主线具有相同的延时时间。
2. 支持 60s~300s 的延时，并且支持断电直通和 BYPASS。但实际工作中，其旁通的实现机制与直播的需求，有一定差异。故信号采用双路由。
3. PGM 为实际输出线路，切换垫片后，内容则不再是延时器的输入信号的延时输出。
4. PVW 为预监信号线路，延时时间与 PGM 相同。当画面出现问题时，此线路信号保持延时器的输入信号的延时输出，作为应急切换和信号切回的依据。
5. 支持内部固态垫片。因为参与直播的频道，有高标清信号格式的区别。为了达到一次采集，多格式使用，就需要在信号的链路中，实现高标清信号格式的自动上、下变换。由于下游的播出系统，采用读取 AFD（Active FormatDescription，即活动图像格式描述符）值信息，进行信号格式、幅型比变换的方式。所以，本延时直播系统在设计上也采用了这样的方式。
对于转播信号而言，无论是卫星信号还是光缆信号，在封装文件的包头或信号的辅助数据区里，均没有携带 AFD信息。因此，就需要在延时直播系统的信号路由中引入加嵌器，将下游播出系统进行信号变换，所需要的 AFD 信息，通过人工设定的方式，嵌入到 HD-SDI（High De nition-SerialDigital Input）信号中。信号传输到播出系统后，根据读取到的 AFD 值，进行相应的信号变换。再将 HD-SDI/SDI 信号，按照需求，通过不同的路由，提供给相应的播出系统。利用加嵌器实现 AFD 信息的嵌入效果，见图 3。
根据系统需求，将 AFD 信息嵌入到外来信号的第九行。具体内容在本文其他部分会有详细解读，此处不再赘述。在电影频道所参与的转播工作中，通常只有高清外来信号作为信号源。但系统同样支持标清外来信号的输入，故涉及的 AFD 值有 1001 和 1010 两种。
3 后端延时部分
在转播过程中，业务上有插播广告的需求，这部分工作由后端延时部分来实现。后端延时部分基于视频服务器为物理载体，第三方软件为操作媒介来实现。因为并未采购专用的具有延时功能的视频服务器，而是使用日常运行中的播出服务器进行信号采集，就要考虑存储空间和通道分离等问题是否可行。
目前，可用于后端延时部分的服务器组，由主播出服务器、备播出服务器、应急播出服务器、上载服务器等组成。
1. 主播出服务器，是实际在播信号源的物理载体。出于安全性考虑，故不选择对此在线设备做非常规性的操作。
2. 备播出服务器，与主播出服务器的软硬件配置完全一致，是第一备份信号的设备。存储容量为 3.6T，日常使用量为 40% 左右。其运行稳定，且支持信号延时播出。因此，考虑作为后端延时部分的信号源之一。
3. 应急播出服务器，是播出系统信号路由中的第三视频源。故出于成本考虑，采购的设备，其性能、功能均略逊于主、备播出服务器。从稳定性的角度出发，不选择其从事延时播出的工作。
4. 上载服务器，为服务器组中，唯一非 7×24 小时均有通道被使用的视频服务器，且其有两个上载通道，两个审片通道，可以使信号的预监、输出实现通道分离，故选择上载服务器做后端延时部分的主路信号源设备。
上载服务器的性能如下 ：
1) 上载服务器采用硬件编、解码方式，且编、解码模块支持热插拔，性能更加稳定、可靠。
2) 上载服务器采用双电源、双风扇、双 RAID 控制器，所有配件冗余设计支持热插拔，更换无须关机，双 CPU 分别处理 IP 和 IO，最大限度，保证直播期间，设备可容错使用。
3) 上载服务器的内置存储，采用热插拔硬盘驱动器，达到 6TB 存储容量，日常使用量为 20% 左右。其采用双奇偶校验 RAID6，6+2 方式配置，最多同时可以坏 2 块硬盘，保证核心部件的个别损坏，不影响直播信号的采集与播放.
4) 编码通道支持上下变换功能，支持根据 AFD 信息上下变换，支持嵌入 AFD 信息功能。
5) 每个播出通道具有 2 个输出端口，2 个通道均可支持高标清输出。
对于存储空间的要求，必须满足第三方软件支持的延时量阈值，以避免数据溢出影响直播。本系统内使用的软件支持延时量最大为 400 分钟。对于音频码率为 4.4Mbps，视频码率为 50Mbps 的信号而言，400 分钟的素材大小为，编码格式× 小时 ×3600s/8bit/1024M，即 ：(50+4.4)Mbps×6 ×3600s/8bit/1024M=19.5×6+13=159.375GB此文件的大小，远低于上载服务器、备视频服务器的日常剩余容量。另外，广告插播点具体位置的选择，需要在转播过程中，根据颁奖典礼的具体进程情况临时决定。
4 其他关键点
1. 在 HD-SDI中嵌入AFD
转播中，所采用的基带信号多为 HD-SDI（HighDefinition-Serial Digital Input）。HD-SDI 是 根 据 SMPTE292M，在 1.485Gbps 或 1.485/1.001Gbps 的信号速率条件下传输的接口规格。而 在 SMPTE 2016-3-2007 标 准 中， 并 没 有 明 确 限 定AFD（Active Format Description）信息必须插入到信号的哪一行。因此，当 HD-SDI 信号作为载体信号时，从理论上讲，每帧扫描的 1125 行中，除 1080 有效行外，其余行均可嵌入AFD 信息。又参考行业内使用经验，有些行已经被占用，嵌入其他数据。再加上需要同播出系统的日常使用习惯保持一致。故选择将 AFD 信息嵌入到每一场的第 9 行，即奇数场的第 9 行，偶数场的第 572 行。
对数字亮度数据 Y 而言，每一行共有 2640 个采样点，其中数字有效行样值数 1920 个，数字行消隐样值数 720 个。数字行消隐，又包含 EAV（End of Active Video，即有效视频的结束）、辅助数据区、SAV（Start of Active Video，即有效视频的开始）、校验码（YCR0、YCR1）、行序号（LN0、LN1）。
AFD 写入 HD-SDI 的具体位置见图 4。
1) 数字有效样值数 ：0-1919。
2) EAV ：1920-1927，固定格式为 ：3FF 000 000 XYZ 。
3) 辅助数据区 ：1928-2635，共 708 个点。
4) SAV ：2636-2639，固定格式为 ：3FF 000 000 XYZ。
5) YCR0、YCR1 ：校验码。
6) LN0、LN1 ：HD-SDI 相比较 SDI 新增的两个字。其紧跟 EAV，表示行编号。
其中，辅助数据区又包括 ADF（Ancillary Data Flag，即辅助数据标志字）、DID（Data Identi er，即数据标识字）、DBN/SDID（Data Block Number/Second Data Identi er ，即数据块序号字 / 补充数据标识字）、DC（Data Count，即数据数目字）、UDW（User Data Word，即可变的用户数据字）和 CS（Checksum word and Word，即校验和字）。而 AFD 信息，就被写入到 UDW 中。
2. 同步信号
AFD 信息的嵌入，涉及在 HD-SDI 信号中不同信号源的信息叠加。故需要引入同步信号，保证延时直播信号的收、发两端，在同一时刻，扫描全电视信号在几何位置上，相对应的像素点也一致。同步信号的实时监测结果见图 4。
同步要求 ：
1) 收、发两端，每一秒时间间隔内，扫描的行数和场数应该一致。即每个行扫描周期和场扫描周期内，其像素点的数量应该相同。
2) 收、发两端，电子束扫描的位置要一一对应。即发送端在哪个点拾取的信号，接收端也要在哪一点，将其显示出来。也就是说，只有行、场扫描同频且同相，两点均满足时，收发才能实现同步。在实际电视系统中，收、发两端，其相对应的像素点，并不是在同一时刻进行扫描，而是总有些延时。只要所有像素点扫描的延时时间相等，就可以实现信号同步.
5 小结
此小型延时直播系统，是在没有独立直播系统时搭建的临时性系统。在保证日常节目播出安全的前提下，最大限度的利用现有资源，以最小的投入，达到尽量好的效果。并成功完成第三届北京国际电影节开幕式、闭幕式，第二十届北京大学生电影节颁奖典礼等活动的直播工作。同时，也为电影频道在日后进行具有专业化技术指标的直播系统建设积累了宝贵的经验。
参考文献
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