中国CCTV的数字化进程
CCTV的新家园是一座令人印象深刻、造型独特的大楼,与外形相比,它内部的技术力量更是惊人的强大。Richard Lawn从CCTV新址发来报道。
随着模拟信号到数字信号的转换,广播电视系统在传输和接收地面电视信号时所进行的编码或格式化,都需要在单一的传输系统中,统一NTSC、PAL和SECAM等多种传输格式。播出信号要有统一的一组技术参数,一套进行视频编码的编码器系统,还需一个用于多通道电视节目声音编码的系统(MTS)。这样,一个复杂的系统网络才能得以构建。虽然这对系统集成商和工程师们来说,完成这种转换,是一个严峻的技术挑战。世界各地的数字电视的情况还是相对简单的。
目前,大多数数字电视系统是基于MPEG传输流为标准,并使用H.262/MPEG-2 Part 2视频编码标准。它们有着显著的区别,不过,却详细描述了在编码之前,视频格式和音频格式的播出信号是如何转换成传输信号流的。这并不阻碍国际标准的建立,其中就包括了这两个主要系统,虽然它们彼此在任何一个方面都并不相兼容。
数字广播系统主要分为两种。其中,ATSC标准是由Advanced Television Systems Committee(先进电视系统委员会)开发并运用在北美的数字电视公开标准。与此同时,另一种Digital Video Broadcast Terrestrial地面数字视频广播(DVB-T)也已在世界范围内的其他地区被大面积使用。这一系统通过采用编码正交分解复用(OFDM)调制,可将数字音频、数字视频和其他数据压缩传输在一路MPEG传输流中。OFDM将数字数据流分割成大量的较缓的数据流,它们中的每一个都被数字调制成一组间隔紧密且彼此相邻的载波频率,而不是将数据加载在某一单独的无线电频率载波上。
DVB-T标准专为欧洲现存的直接广播卫星服务而设计,尽管如此,日本仍旧使用了与之紧密相关的第三种系统ISDB-T。中华人民共和国现今也已研发出第四种系统,命名为DMB-T/H。这一系统是融合的系统,在本质上是一种折衷的解决方案,以缓解由中国不同的大学所提议的不同方案所带来的竞争,结合了DVB-T、ADTB-T和TiMi 3等几种不同元素。在一定地理区域范围内,该格式允许单频组网(SFN)操作,两个或更多发射机可在相同的频率上携带相同的数据。在这种情况下,来自各发射机SFN中的信号需要将时间节点准确无误的对齐,可通过同步信号流中的信息与每个发射机参考GPS对时。
作为国家级电视台的中国中央电视台(CCTV),新的总部仍旧设在北京,当时恰巧面临模拟时代向数字传输时代的转换。新建电视台无疑是在空白的画布上设计一个新的传输系统。
CCTV创建于1958年,具有22个频道,其中包括纪录片、电视剧、娱乐和戏剧等频道,拥有超过十亿的观众群。2008年9月2日,CCTV新址总部正式建成,标志着CCTV成立50周年。新址大楼是一座标志性的摩天大楼建筑物。2008年正值北京奥运会之际,大楼的建成,也在一定程度上改变了中国首都的城市形象。两座234米的L 型高塔倾斜高耸,在顶部和底部以一定的角度连接在一起,行成一个环路的窗口,因此,通常被成为“智窗”。顶部的连接层处,设有直径4米的玻璃地板,让游客亲身体验162米的高度感觉。新址一旦完全投入使用,将有10,000人在这座 CCTV大楼里工作。
CCTV与中国的世纪睿科公司签订合约,负责设计和安装新址内的数字传输与播出系统。整个播出系统被分为五个操作控制室,各自管理10个频道的数字电视播出系统。
每10个频道的设备机房里,机架内都设有温度监控空调系统。从机架外抽取冷空气,不间断的送入持续升温的机架内,以达到冷热空气的平衡,保持设备的恒温效果。温度传感器贴在每一个立式机柜上,温度测量结果都会通过远程传输至CCTV的监控电脑上。在紧急情况下,温度超标窗口会自动弹出。同样,在这一智能的系统中,还能够检测出机柜内设备的输入电源,电压和电流的实时变化。
播出的节目信号都被上载至Harris Nexio 和Omneon的播出域服务器,再根据节目时间安排进行播出。每个频道都会同时传输两通路的HD视频信号,再根据需要下转换为SD视频信号。之后将信号传输至Harris 6800转换器进行处理,每个频道都有三台专供使用。从Harris Panacea切换台输出的信号还可通过Miranda Kaleido-X多通道画面分割器呈现在控制室的大屏上。两台画面分割器最多可提供96通路的输入信号和8个多画面分割输出(7RU)。
Dell服务器可生成彩条信号,信号被送入Tektronix Eco 422D倒换器,完成SD到HD信号的管理和同步。该设备可支持复合串行数字视频信号、AES/EBU数字音频信号、三电平同步信号和模拟的黑场信号。所生成的信号,都会经由Canare 跳线盘送至Miranda nVsion NV5100多通道主控切换台和后级的Blend Orad Master Videographic 数字图形系统,混合之后上载至服务器,随后便能同步至内部系统网络,并出现在控制室的大屏上了。
两台TC Electronic DB8 MKII在每个主备频道中都有使用,为每个频道提供多声道的电视伴音(MTS)。响度一致性问题是电视播出系统中至关重要的环节,DB4 曾在CCTV旧址中被成功使用,如今,TC新一代产品DB8 MKII 数字传输处理器在新址中被采用似乎就顺理成章了。它能够提供实时的响度控制处理和音频格式立体声至5.1 环绕声的转换。由于CCTV 的播出信号同时使用了立体声和5.1环绕声信号进行播出,因此DB8 MKII中四个独立的处理器,便应用在不同的信号处理功能上。
DB8 MKII 硬件配备有两个独立的电源模块,用来接收不同的电源供给,从而保证电源的冗余备份。设备还能处理多达16通道的音频输入和16通道的音频输出,后背板设有两个槽位,可以任意选择SDI卡、AES/EBU 非平衡卡或是AES/EBU平衡卡,并将它们任意组合。两种不同的MPEG-TS信号可同时被传输,采用一种名叫Hierarchical Transmission分层传输的技术,他可以发送标准的SDTV信号和高清晰度的HDTV信号在同一载波上(SDTV信号比HDTV信号更为鲁棒)。在接收机处,STB可依据信号的接收质量,对HDTV数据进行解码,或者,如果信号强度不理想,它可直接切换至SDTV替换之。DB8 MKII 的接口可直接通过标准的应用控制软件进行调整,还可通过使用串口控制、GPI或以太网来进行调整。整个播出系统中,总共100台响度控制器,都可通过SNMP系统获取设备监控信息。
北京世纪睿科公司的工程师宋轩和CCTV的技术工程师宋寅,还有陶麟,他们都花费了多年的心血和精力,来完成播出系统的设计、安装和调试工作。
“安装视频服务器和切换台是一件非常具有挑战性的事情,”宋先生坦白说,“任何一路信号都离不开切换台,没有它,你什么都无法实现。电源也是我们的一个难题。所有视频通道的节目内容都分别存储在不同的视频服务器里,他们分布在不同的系统中,每个系统都采用不同的控制方式和技术结构,因此非常复杂。所以,必须保证服务器的安全,倘若一台服务器出现故障,那么必须有一个备份能够马上运行。”
这个项目早在2009年就已经开始筹备了,陶麟表示,可能三年前所指定的设备,时至今日已经过时了。“技术在不断发展,服务器也在不断变化。我们曾经设计的一些设备,还有一些是基于老CCTV 系统的设备,在今天看来,是需要升级的。但这也是这个行业令人兴奋并且吸引人的地方,这就是它的高动态性。”
播出机房在这个令人惊叹的建筑物中,也许并不那么醒目,但他们确是这座大楼中必不可少的重要环节。而控制室内,工程师有条不紊的工作,设备的有序布局,都表明了该系统的思想和设计的细致,都无疑印证了大楼外形的主体思想。