交互电视试验系统影音层的设计与实践

交互电视可分为点播式和广播式两种。点播式可以实现真正意义上的交互，但其占用频率资源大、服务成本高。广播式占用频率资源小、服务成本相对较低，可以利用现有的单向有线电视网络进行传输，因而为CCTV交互电视试验播出系统所采用。广播式交互电视由影音层和图文层两部分组成。在系统设计上，遵循以电视节目影音内容为主、图文信息为辅的原则。影音层制作播出系统是整个交互试验系统的核心，它决定交互电视最终的表现形式。 此次CCTV交互电视试验以体育节目为试点。根据总体考虑，影音层由四个视音频通道组成，其中一个为导航页通道，其它三个可以是故事板的不同组合形式。将影音层与图文层复用组合，形成传送码流，供用户通过机顶盒进行选择。通过视音频通道之间、视音频通道与图文信息之间，以及图文信息之间的内容链接，实现用多个线索/通道描述多个主题，或从多个线索/角度描述一个主题，在节目形态上表现为多通道和多角度两种播出形式。 多通道播出指各视音频通道独立使用，分别播出在同一时间发生的不同比赛，在内容上不具有相关性。 多角度播出是交互电视最典型的应用，它通过在比赛场馆设置不同的摄像机位来构成不同的视角。除了常规机位外，还包括某些特殊角度的固定机位或跟踪某一运动员的专用机位。观众可以通过机顶盒选择自己满意的视角或关注自己喜爱的运动员。为了便于观众全方位地掌握比赛的整体进程，保证转播的完整性，通常将其中一个角度定义为导播视角，也就是平时所看到的经过导演切换的转播信号。 视音频通道内容的界定与链接关系被定义为故事板。它由导航页通道、若干赛事/角度通道和精彩回放通道组成。根据节目内容和节目编排，故事板可以包括以上所有要素或是其中几种要素的组合。 导航页是交互电视最典型的外观特征。交互电视通常由若干视音频通道组成，导航页将每个通道正在播放的内容与相互间链接关系清晰地展示出来，引导观众快速进入所希望观看的内容，避免在通道间漫无边际的切换。 精彩回放通道既可以播放参赛选手或参赛队的背景介绍、双方交手的历史情况，还可以随着比赛的进程，随时插播在线编辑的精彩比赛镜头和相关运动员的资料。 根据节目形态，故事板有几种可能的组合形式，见附表。 系统构成 如图所示，影音层制播系统的主要任务是完成多通道视音频节目的制作与播出。它具有内部/外部信号的调度分配、直播和录播、实时在线制作等功能。作为直播系统，还应具有应急切换功能。 影音层制播系统由信号分配、导航页制作、实时在线制作、播出与存储及播出控制等模块组成。系统内部视频信号为SDI格式，音频信号为AES/EBU格式。 信号分配模块 它主要根据节目形态、故事板的组合，完成全部内、外部信号的分配与调度。传统的播出系统通常采用播出切换台完成播出信号的切换。交互电视的特点是多通道捆绑播出，而传统的播出切换台不具有多路输出切换能力，目前只能采用数字视音频矩阵来实现多通道的播出切换。我们采用汤姆逊的Venus 32×32数字视音频矩阵作为信号分配设备。 就交互电视而言，每个通道节目的切换可能同时，也可能异时，因此矩阵应具有多交叉点同时切换的能力——群切功能。矩阵必须在自动播出系统的控制下，根据节目编排完成全部播出通道的自动切换。Venus采用先进的CM-4000作为矩阵的控制接口，可以在一帧之内完成多通道视音频信号的同时切换，满足交互电视播出的需要。作为直播系统，还应考虑由于节目内容、技术故障等原因而需人工干预的情况，为此我们给每个播出通道设置了单母线切换控制面板，可满足应急切换的要求，保证播出的安全可靠。 系统内其它功能模块输入/输出信号的调度与分配也是通过矩阵来实现的。为了降低系统的复杂性，减轻操作人员的负担，在系统设计上尽量保持矩阵大部分交叉点的相对固定。例如：我们通过矩阵将来自主控系统的直播信号和上载录像机的输出信号相对固定地指定给主备播出服务器的相应输入端口；上载时根据信号来源，选择主备播出服务器所对应的端口即可，只在特殊情况下才需改变矩阵交叉点的设置。这样既使得系统灵活，又确保系统稳定可靠。 导航页制作模块 它主要根据节目形态和故事板的形式完成导航页的制作，同时满足其它通道版式的制作需要。我们选用品尼高的DekoCast多功能制作合成系统和DVEXCEL四通道特技制作系统。 DekoCast集字幕、动画图标合成、视音频段播放和简单特技于一体，具有很强的制作能力。它可以接收DV格式的视频文件、WAV和AVI格式的音频文件及Tag串动画文件，将它们叠加、组合后循环播出，提供导航页背景所需要的图像、音乐、三维动画图标和字幕，它们构成了背景制作的全部要素。 DVEXCEL四通道数字特技系统可同时提供12个画面(8个活动画面，4个静帧画面)的DVE效果。4个通道既可以结合成一个输出，提供更多画面的组合；也可以分别使用；还可以通过内部矩阵进行任意组合。在满足导航页制作的同时，还兼顾其它通道版式制作的需要。 根据节目形式，将事先制作完成的背景和导航页存储起来，通过DVEXCEL和DekoCast的控制端口，在自动播出系统的控制下，调用不同的效果，完成节目形式的平稳过渡。 实时在线制作模块 它主要完成精彩回放节目的制作。精彩回放通道要求事先将比赛所涉及的运动员和参赛队的背景资料、双方交手的历史画面存储在制作模块中循环播出，随着比赛的进程即时插播比赛的精彩镜头和相关选手的资料。因此，实时在线制作模块应具有存储、在线制作、播放和即时插播功能。我们选择了品尼高四通道制作服务器Thunder作为在线制作模块的核心设备，它可以完成素材存储、在线采集制作、循环播出、视音频段的增删和播出次序的调整等操作，并可以实现段落间叠画、划像和DVE转换。 在进行多通道转播时，我们将其中一个通道定义为播出通道，其余三个分别完成不同赛事精彩镜头的采集和制作。一个操作人员同时兼顾三场比赛的精彩制作，有时会觉得应接不暇。为此，我们订购了浏览器选件，增加一个工位，以降低操作人员的工作强度。 系统中还采用了Orad Forum四通道慢动作处理器进行多通道/多角度的慢动作制作，并利用它的快速制作和排序功能，辅助制作服务器完成精彩回放通道节目的制作与播出。 播出与存储模块 它主要完成录播节目的上载和播出，并在直播的同时完成重播节目的录制。 交互电视播出量大，对控制要求高，传统以录像机为主的播出系统难以满足要求。为此，我们选择了具有大容量存储、多通道输入/输出、支持自动播出控制等功能的播出服务器。 系统中采用2台品尼高MSS-1600作为主备播出服务器，在自动播出软件的控制下完成多通道的同步播出，不同通道间可实现帧精度的播出控制。自动播出软件随时检测硬盘服务器的工作状态，发现故障时，控制矩阵切换到备份服务器相应的输出通道上，以确保播出安全。在播出的同时，服务器还可以完成直播信号和录像机信号的上载任务。 播出控制模块 采用大洋博士威公司开发的符合交互电视特点的多通道播出控制系统，包括播出控制、上载和素材管理等工作站。 播出控制工作站 为确保播出的安全可靠，系统中采用主备自动播出控制工作站，和由备份播出工作站控制的RS-422控制倒换器。主备播出工作站在播出过程中始终保持节目单的同步运行，备份工作站通过串行通信端口不断地检测对方的工作状态，一旦主工作站不能正常工作，备份工作站便通过对RS-422的切换接管工作，保证播出不中断。 考虑到此交互电视系统为小型试验系统，为了降低设备成本，不设立单独的节目单编辑工作站，而是将节目单编辑软件安装在播出控制工作站上。 上载工作站 上载可分为信号直接上载和播出中上载两种方式。上载软件提供手动上载、定时上载和录像机自动上载三种模式。为适应交互电视播出需要，上载软件可以在一帧之内实现多个上载通道的启动。为了降低成本，录像机在系统中承担上载和播出双重任务。但为了保证播出的安全，自动播出控制软件不允许一台录像机同时用于上载和播出，需要通过RS-422跳线完成录像机控制权的转移。 素材管理工作站 除负责对播出服务器中所有素材信息的管理之外，素材管理工作站还装有素材审核软件，通过本机通信端口控制播出服务器的监看通道，对已上载素材进行审核。 通过几个月的试运行，我们初步积累了交互电视的制作与播出经验，成功地完成了第九届全国运动会、澳大利亚网球公开赛、东京网球公开赛和盐湖城冬季奥运会等大型体育赛事的转播。其中，在九运会的转播中，我们对开、闭幕式和游泳比赛尝试了多角度转播，对田径、体操等项目进行了多通道转播。随着电视技术的进步，交互电视必将获得更大的发展空间。