牟近辰

【摘要】隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，廣播電視作為人們的精神需求，已遠遠超越對于物質(zhì)需求的滿足。媒體融合的進一步推進，我國廣電傳媒行業(yè)技術(shù)發(fā)展不斷創(chuàng)新，4K廣播電視節(jié)目陸續(xù)落地，廣電媒體節(jié)目畫面質(zhì)量更為清晰，圖像更為真實。在這種形勢下，我國政府廣電監(jiān)管部門的傳統(tǒng)廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)已無法滿足對超高清廣電節(jié)目監(jiān)測的需求，以4K節(jié)目作為接入信源的超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)正日益成為主流。

【關(guān)鍵詞】廣播電視監(jiān)測;4K超高清;大屏幕監(jiān)測;拼接顯示

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.12..012

廣電總局監(jiān)管中心作為全國廣播電視安全播出、指揮調(diào)度的核心樞紐，承擔著總局安全播出指揮部的重要職能。2013年底監(jiān)管中心建設(shè)完成監(jiān)管大廳，其中搭配的大屏幕顯示系統(tǒng)成為了當時的廣電業(yè)界標桿。系統(tǒng)可以將全國匯聚的衛(wèi)星、有線、無線、海外、新媒體等各路傳輸網(wǎng)絡(luò)里的上千路實時節(jié)目進行集中顯示，為總局安全播出指揮調(diào)度提供有力技術(shù)支持。隨著超高清顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系的變革，我國乃至世界廣播電視行業(yè)迎來了顯示技術(shù)革命，4K超高清電視節(jié)目的出現(xiàn)，對廣播電視行業(yè)產(chǎn)生了嚴重的沖擊。對傳統(tǒng)廣播電視標清節(jié)目的監(jiān)測技術(shù)，已無法滿足對于高清、超高清廣播電視節(jié)目的監(jiān)管要求。廣電總局監(jiān)管中心現(xiàn)有的大屏幕顯示系統(tǒng)引擎尚無法支持4K超高清節(jié)目顯示，需要改造升級以適應(yīng)未來行業(yè)發(fā)展的需要。

1. 大屏幕拼接顯示系統(tǒng)分類

大屏幕拼接顯示系統(tǒng)，主要分為大屏幕顯示系統(tǒng)和拼接控制系統(tǒng)。通過拼接控制系統(tǒng)采集外部接入信號源，進行轉(zhuǎn)碼、處理、編碼，將多路視頻信號以統(tǒng)一的碼率和格式匯入大屏幕顯示系統(tǒng)中，通過中央處理主機進行編排，以預案的方式在大屏幕上進行集中展示。目前市場中，對于大屏幕顯示系統(tǒng)的顯示硬件主要分為三大類：一是DLP背投拼接顯示屏;二是LCD液晶拼接屏;三是PDP等離子拼接屏。其中DLP的拼接縫隙最小，亮度色度最為柔和，發(fā)熱率與同類別相比最低，24小時運行率最為穩(wěn)定，較LCD與PDP而言更為適合應(yīng)用于指揮中心、控制中心等室內(nèi)監(jiān)控環(huán)境。

拼接控制系統(tǒng)目前大體來說共經(jīng)歷了四代產(chǎn)品，第一代產(chǎn)品為PCI工控式拼接控制器，通過插卡式工程機，將多路視頻信號匯聚到圖像處理主機中，進行統(tǒng)一運算、統(tǒng)一處理、集中顯示。優(yōu)點是可支持各種應(yīng)用軟件，兼容性較強，缺點是穩(wěn)定性太低、處理數(shù)據(jù)量小、容易死機。第二代產(chǎn)品為FPGA純硬件式拼接控制器，稱為現(xiàn)場可編程邏輯陣列，是在PCI架構(gòu)后發(fā)展的硬件技術(shù)。優(yōu)點是處理速度快，穩(wěn)定性較高，缺點是純硬件支撐，不兼容應(yīng)用軟件，需另行搭配應(yīng)用設(shè)備進行輔助。第三代產(chǎn)品是雙系統(tǒng)拼接控制器，可以支持更清晰的圖像處理能力、具有更多的輸入節(jié)點支撐以及具備多圖像疊加的特效能力。在處理速度與運行穩(wěn)定性上都較前兩代產(chǎn)品有了大幅度提升，在分布式拼接控制器出現(xiàn)前，雙系統(tǒng)拼接控制器成為了市場的主流。第四代產(chǎn)品是分布式拼接控制器，這也是最新一代的拼接控制產(chǎn)品。分布式拼接技術(shù)的實現(xiàn)，將原有的固定式拼接技術(shù)變得更為靈活，信號源不再拘泥于同一個機房、同一個樓層，分布式拼接控制器可以將視頻信號全部轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，通過光纖進行遠距離傳輸，并采用模塊化架構(gòu)，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理量等于所有模塊處理量的總和，模塊之間互不影響，處理速度更為迅速，運行狀態(tài)更為穩(wěn)定，擴展能力得到極大提升。

2. 廣電總局監(jiān)管中心大屏幕顯示系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題

2.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

廣電總局監(jiān)管中心監(jiān)管大廳現(xiàn)有大屏幕顯示系統(tǒng)主要由152塊67寸DLP投影單元和1套PixelNet分布式顯示控制系統(tǒng)組成（見圖1）。大屏幕顯示墻為4行38列。

PixelNet顯示控制系統(tǒng)的輸入節(jié)點接收信源輸出的HDMI或DVI信號，最高支持1920*1080分辨率，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸提供給輸出節(jié)點進行解碼，最終通過DLP投影單元進行顯示。PixelNet顯示控制系統(tǒng)實現(xiàn)多畫面顯示分割和跨屏漫游功能。PixelNet顯示控制終端實現(xiàn)對顯示控制系統(tǒng)的顯示模式切換，大屏控制終端實現(xiàn)對DLP投影單元的開關(guān)機控制。

2.2. 存在問題

監(jiān)管大廳大屏幕顯示系統(tǒng)不支持對于4K超高清信源的接入處理能力。隨著媒體融合的推進，為做好廣播電視重保期及日常的安全播出指揮調(diào)度工作，積極應(yīng)對并及時處置越來越復雜的安全播出事故事件，總局安全播出指揮部需要在監(jiān)管大廳綜合調(diào)看各類高清、超高清節(jié)目信號，開展分析研判、會商協(xié)調(diào)、全國指揮等多種形式的會議。在這些會議中若無法使用4K超高清圖像顯示，將大大降低會議的整體質(zhì)量。

同時，監(jiān)管大廳作為總局安全播出工作的指揮調(diào)度樞紐，是綜合展示廣播電視技術(shù)發(fā)展、內(nèi)容監(jiān)管、網(wǎng)絡(luò)安全及監(jiān)測監(jiān)管事業(yè)情況的重要平臺。隨著超高清節(jié)目逐漸開播，需要將4K節(jié)目逐步納入監(jiān)管大廳顯示系統(tǒng)，更好地完成指揮調(diào)度、對外展示工作，并能充分顯示廣電行業(yè)事業(yè)發(fā)展成果。而監(jiān)管大廳現(xiàn)有大屏幕系統(tǒng)尚不具備對4K信源的視頻處理能力無法在大廳還原出4K超高清電視節(jié)目各項技術(shù)要素，所以監(jiān)管大廳4K超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)改造迫在眉睫。

3. 4K超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)設(shè)計方案

3.1 建設(shè)內(nèi)容

對監(jiān)管大廳大屏幕顯示系統(tǒng)進行改造，項目建設(shè)具體內(nèi)容包括：一是建設(shè)4K拼接顯示系統(tǒng)，增加符合4K信源參數(shù)標準的輸入接口，將4K信源接入大屏幕顯示系統(tǒng)中，利用現(xiàn)有大屏幕顯示單元，將多塊高清單體屏拼接顯示出符合標準的4K圖像。二是建設(shè)一套顯示控制調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)對監(jiān)管大廳DLP投影單元信號輸入切換、原有PixelNet顯示控制系統(tǒng)、新建的4K拼接顯示系統(tǒng)的集成管理和統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)兩套顯示控制系統(tǒng)的同時運行，互為備份。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)保持現(xiàn)有PixelNet顯示控制系統(tǒng)不變，在現(xiàn)有的DLP顯示單元基礎(chǔ)上增加第二路輸入模塊，PixelNet系統(tǒng)使用輸入接口1，新增的4K顯示控制系統(tǒng)使用輸入接口2。新增的4K顯示控制系統(tǒng)由4K輸入節(jié)點、4K輸出節(jié)點、控制節(jié)點、視頻特效處理器和10Gb以太網(wǎng)交換機組成。4K信源輸出信號接入輸入節(jié)點的HDMI2.0接口，由輸入節(jié)點對信號進行無損傳輸，輸出節(jié)點與顯示單元連接顯示輸出。PixelNet系統(tǒng)控制主機和4K顯示控制節(jié)點通過網(wǎng)口與大屏幕顯示系統(tǒng)控制網(wǎng)連接（見圖2）。

3.2.1 顯示單元輸入接口

監(jiān)管大廳共有152塊DLP顯示單元，其中中間區(qū)域24塊顯示單元已經(jīng)具備雙路信號輸入模塊，因此還需增加128塊信號輸入接口卡。增加后每個DLP顯示單元具備雙路輸入接口，一路用于與PixelNet顯示控制系統(tǒng)相連，一路用于與4K拼接顯示系統(tǒng)相連。

3.2.2 4K信號輸入節(jié)點

共配置50臺4K信號輸入節(jié)點，每個節(jié)點支持將1路最高分辨率為4096*2160分辨率的視頻信號編碼。信號輸入接口為HDMI2.0或DP1.2，支持最高4K@60Hz，支持8-bit 4：4：4， 10-bit 4：2：2， 10-bit and12-bit4：2：0。具備HDR、Deep Color等高亮度寬域色彩顯示支持及對4K信號的無損傳輸。編碼輸出采用10G以太網(wǎng)SFP+接口。

3.2.3 4K信號輸出節(jié)點

共配置158臺4K信號輸出節(jié)點，其中152臺用于監(jiān)管大廳DLP顯示單元，其余6臺冗余備份。每個節(jié)點支持1路最高分辨率為4096*2160分辨率的視頻信號輸出。信號輸出接口為HDMI2.0，支持最高4K@60Hz，支持8-bit4：4：4，10-bit 4：2：2，10-bit and 12-bit4：2：0。具備HDR、Deep Color等高亮度寬域色彩顯示支持及對4K信號的無損傳輸。信號輸入采用10G以太網(wǎng)SFP+接口。支持對信號的多畫面拼接、跨屏顯示，支持多屏見信號同步和邊框補償。

3.2.4 視頻數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)

配置1臺4K信號數(shù)據(jù)交換設(shè)備，具備240路10Gb SFP+接口，每路視頻傳輸帶寬為3至9Gbps，傳輸延遲不超過100μs。

3.2.5 控制節(jié)點

共配置2臺控制節(jié)點（一主一備），用于對輸入和輸出節(jié)點的管理，采用WEB配置方式，最多可管理600個輸入/輸出節(jié)點。支持輸入、輸出節(jié)點配置，支持顯示布局配置，支持對輸入、輸出節(jié)點的狀態(tài)監(jiān)控。

3.2.6 視頻特效處理

配置1臺視頻特效處理器，可靈活擴展的基于硬件的多屏視頻處理器，支持80兆像素帶寬。支持自定義任意分辨率的畫布，畫布縱向分辨率不小于6480像素;輸入信號可輸入作為畫布的圖層，輸出信號從畫布中截取用戶需要的分辨率。所有輸入輸出支持時鐘鎖定，避免圖像撕裂;所有輸入輸出可定義分辨率和刷新頻率。支持淡入淡出、水平飛入、垂直飛入等視頻效果。支持創(chuàng)建任何種類的窗口邊框或陰影，且邊框、陰影的顏色、寬度、柔和度、陰影偏移和透明度可以調(diào)節(jié)。

能夠最大可擴容到24路無壓縮4096*2400@60Hz輸入和16路無壓縮4096*2400@60Hz輸出;支持多種分辨率，多種類型設(shè)備的輸入及輸出的任意轉(zhuǎn)換;掃描頻率最大支持到120Hz;顏色位深支持12bit;輸入信號可以在畫布中自由放置和縮放;支持最大4096*2400的靜態(tài)圖像作為背景圖層;支持單一顯示設(shè)備預覽覽視頻處理器最終多屏效果;支持多點通過IP同時連接到視頻處理設(shè)備并進行控制。

4. 發(fā)展趨勢

隨著生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系的變革，我國廣電媒體行業(yè)在不斷進步，廣播電視技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。從世界主流發(fā)展趨勢來看，全球廣播電視節(jié)目已由高清、4K向8K超清晰進行發(fā)展轉(zhuǎn)變，而我國廣播電視技術(shù)與世界發(fā)達國家相比發(fā)展較為緩慢，我國廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)依然不成熟，與發(fā)達國家差距較大，國有品牌無論在技術(shù)水平方面還是在運行穩(wěn)定性方面都有不足。媒體融合深度推進，帶來了廣電媒體業(yè)務(wù)形態(tài)的進一步轉(zhuǎn)變，在這轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，我國政府廣電部門應(yīng)加大資金、技術(shù)投入，運用先進技術(shù)解決廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)難題，縮小與國外發(fā)達國家差距。

未來的超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)更注重于將監(jiān)測內(nèi)容圖像質(zhì)量還原的更為真實清晰。對于超高清拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)的評價指標，即注重拼接控制系統(tǒng)的功能性，也注重大屏幕顯示系統(tǒng)的分辨率，這兩個因素都會對用戶的滿意度形成直接影響。隨著大屏幕拼接顯示系統(tǒng)應(yīng)用中數(shù)據(jù)和視頻內(nèi)容的日益復雜，如何使拼接系統(tǒng)圖像更加完整和完善，將成為未來大屏幕拼接行業(yè)追求目標。

5. 結(jié)束語

本文重點對廣播電視監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)進行研究分析，對市場中大屏幕顯示系統(tǒng)以及拼接控制系統(tǒng)進行了分類闡述，并結(jié)合廣電總局監(jiān)管中心4K超高清拼接顯示系統(tǒng)設(shè)計案例，對我國未來廣播電視拼接監(jiān)測顯示系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展進行了分析，點明未來大屏幕拼接顯示系統(tǒng)更具有多樣性，對監(jiān)測圖像的分辨率、真實性要求更高，我國政府廣電部門應(yīng)抓緊時機，投入更多技術(shù)力量，以求取得突破。

參考文獻：

[1]孫云莉.甘肅省無線電管理指揮中心大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)[J].中國無線電，2020，5：52-53.

[2]劉述高.分布式LED大屏顯示系統(tǒng)簡述[J].中國安全防范技術(shù)與應(yīng)用，2020，06：20-23.

[3]呂熊.基于DisplayPort的大型液晶電視墻系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，11