隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是近年來編解碼技術(shù)、多媒體通信技術(shù)以及嵌入式技術(shù)的日趨成熟，一大批有著嶄新技術(shù)特點(diǎn)的新設(shè)備出現(xiàn)在了電視節(jié)目的制播系統(tǒng)中，本文所介紹的多通道數(shù)字硬盤錄像機(jī)就是其中的一個(gè)典型代表。

一、數(shù)字硬盤錄像機(jī)簡(jiǎn)述
    數(shù)字硬盤錄像機(jī)（DVR：DigitalVideoRecorder）最初應(yīng)用于金融、交通等安防監(jiān)控領(lǐng)域，攝像頭等影像采集設(shè)備將所需監(jiān)控內(nèi)容以特定格式保存在硬盤中，從而可以在任意時(shí)間選擇任意內(nèi)容進(jìn)行回放。由于存儲(chǔ)介質(zhì)基于硬盤而非傳統(tǒng)的磁帶，我們簡(jiǎn)單地稱之為“硬盤錄像機(jī)”。通過配置，數(shù)字硬盤錄像機(jī)可以輕松地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、加密存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程控制、碼率控制及多通道同時(shí)錄制及回放，這些基于近年來電子及通信行業(yè)新技術(shù)的特性使它在監(jiān)控領(lǐng)域完全取代了基于傳統(tǒng)磁帶介質(zhì)的傳統(tǒng)錄像手段。這些新特性，尤其是其高可靠性和重用性，對(duì)于電視制播行業(yè)而言同樣非常誘人。

    但是，和電子監(jiān)控領(lǐng)域不同，電視行業(yè)對(duì)于錄像機(jī)的要求不僅僅是要“有”錄放功能，而是要求達(dá)到“高質(zhì)量”的錄放功能。換句話說，要求錄像機(jī)的圖像質(zhì)量必須達(dá)到或接近廣播級(jí)，即達(dá)到CCIR601（ITU601）文件所規(guī)定的演播室數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)，諸如取樣率為13.5MHz、量化比特至少為8比特、取樣比4:2:2、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)碼流27MB/s等等。同時(shí)，由于應(yīng)用范疇的不同，電視行業(yè)對(duì)于錄像機(jī)的運(yùn)用要求更高的可靠性、更長(zhǎng)的平均無(wú)故障時(shí)間，更好的可維護(hù)性。因此，電視節(jié)目制播行業(yè)所用的硬盤錄像機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很多不同于普通硬盤錄像機(jī)的特點(diǎn)，各公司又出于不同的考慮做出各自不同的設(shè)計(jì)。下面，先就廣播級(jí)多通道硬盤錄像機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成做個(gè)整體性解析。

二、多通道數(shù)字硬盤錄像機(jī)結(jié)構(gòu)解析
    以系統(tǒng)構(gòu)成方式來分，硬盤錄像機(jī)通?？煞譃镻C式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)。

1.PC式系統(tǒng)
    PC式系統(tǒng)以傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)。圖1為PC式系統(tǒng)的典型框圖。

圖1

    圖中基本PC系統(tǒng)就是以主板、CPU、內(nèi)存、顯卡等構(gòu)成的普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，PC系統(tǒng)式硬盤錄像機(jī)是在此硬件平臺(tái)上的改造和拓展。視音頻編/解碼器用于將不同制式和格式的視、音頻信號(hào)統(tǒng)一為符合廣播級(jí)視、音頻錄制播放的信號(hào)。視頻壓縮/解壓縮卡用于將編碼后的信號(hào)進(jìn)行高比壓縮以利于傳輸和存儲(chǔ)，這兩個(gè)模塊通常是PCI接口的板卡。硬盤系統(tǒng)是硬盤錄像機(jī)最為核心和重要的部分，一般以多塊SCSI接口硬盤組成冗余磁盤陣列（RAID：RedundantArraysofIndependentDisks），并可視不同使用情況組成高速海量的RAID0、保障數(shù)據(jù)安全的RAID1或是兩者兼顧的RAID3、RAID5。外圍I/O接口中，高速網(wǎng)卡用于進(jìn)行數(shù)據(jù)快速傳輸、而串口用于控制信號(hào)的傳輸?？紤]到節(jié)目制作的安全，硬盤錄像機(jī)一般加裝冗余電源和自動(dòng)倒換開關(guān)或是大容量UPS以備不時(shí)之需。[nextpage]

    軟件上，PC系統(tǒng)式硬盤錄像機(jī)多以MicrosoftWindow2000或linux這類簡(jiǎn)潔穩(wěn)定的操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái)。上層安裝必要的通信協(xié)議和人機(jī)交互軟件。

    這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本容易控制。由于脫胎于PC系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便直觀，也便于升級(jí)維護(hù)。當(dāng)然，同計(jì)算機(jī)一樣，它也會(huì)有感染病毒、系統(tǒng)崩潰、數(shù)據(jù)損毀的潛在危險(xiǎn)，但是一般正常規(guī)范地使用，它完全可以滿足安全直播的要求。熟悉計(jì)算機(jī)維護(hù)的技術(shù)人員能排除大多數(shù)軟故障，而硬件故障也只要更換相應(yīng)部件即可。

2.嵌入式系統(tǒng)
    嵌入式系統(tǒng)是近年來的熱點(diǎn)課題，各行各業(yè)的電子設(shè)備中都越來越多地出現(xiàn)了嵌入式設(shè)計(jì)，數(shù)字切換臺(tái)、特技臺(tái)也有很多嵌入式產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等４個(gè)部分組成，定義為“以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。那么對(duì)于一個(gè)嵌入式的硬盤錄像機(jī)來說，它就是一個(gè)經(jīng)過裁剪的，可完成所有硬盤錄像機(jī)指定功能的最小系統(tǒng)。圖2是一個(gè)典型的嵌入式硬盤錄像機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

 
圖2

    DSP數(shù)字信號(hào)處理器負(fù)責(zé)控制工作流程、類似于CPU，不同的是專用DSP數(shù)字信號(hào)處理器多采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)和程序指令分開，相對(duì)于傳統(tǒng)CPU的馮?諾依曼結(jié)構(gòu)有更高的效率。視頻編/解碼器用于實(shí)現(xiàn)視頻源選擇、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、自動(dòng)增益控制、多制式解碼及亮度、對(duì)比度和飽和度控制，從而將不同制式的模擬或數(shù)字信號(hào)統(tǒng)一成如ITU601所要求的標(biāo)準(zhǔn)格式。視頻壓縮/解壓縮芯片實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的高壓縮比壓縮，當(dāng)前常用的壓縮算法有很多，如DV25、DV50、MPEG2、MJPEG甚至更先進(jìn)的MPEG4、H.264，各個(gè)專業(yè)廠商也生產(chǎn)了各種基于不同算法的壓縮/解壓縮芯片。除了上述核心部件外，嵌入式硬盤錄像機(jī)系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)有SCSI、IDE或SATA的硬盤接口、I/O接口（BNC接口、串口等）、用戶操作面板及顯示設(shè)備接口。CPLD作為各模塊不同通信方式的橋梁，實(shí)現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信。

    這樣一套專業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度大，工藝要求高，由于所有的軟硬件平臺(tái)集成在一起，這樣的系統(tǒng)幾乎無(wú)法升級(jí)，且難以維護(hù)，對(duì)DSP和外圍CPLD的刷新也必須專業(yè)人員才能操作。但相應(yīng)的，由于集成度高，且是一個(gè)“最小化系統(tǒng)”，可靠性高、容錯(cuò)性好、易操作、低故障、數(shù)據(jù)安全都是此類系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

    上面以系統(tǒng)構(gòu)成方式為線介紹了廣播級(jí)多通道硬盤錄像機(jī)的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，還可以有其它的分類方式：從操作方式上分，可分為機(jī)械式和軟件式；從操作系統(tǒng)上分，可分為Window2000和Linux；從壓縮算法上分，可分為DV25、DV50、MPEG2、MJPEG、MPEG4、H.264；從通道運(yùn)用上分，可分為單錄多放、多錄單放、多錄多放。可以說，這些參數(shù)的搭配，使得廣播級(jí)多通道硬盤錄像機(jī)的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出百花齊放的現(xiàn)狀，很大程度上豐富了市場(chǎng)，豐富了用戶了選擇。[nextpage]

三、硬盤錄像機(jī)的特點(diǎn)
    出于應(yīng)用和維護(hù)上的考慮，江蘇電視臺(tái)新聞演播室和體育演播室選用的是ThomsonGrassValleyM322D硬盤錄像機(jī)，它是４通道PC系統(tǒng)式硬盤錄像機(jī)。下面結(jié)合這款機(jī)型，談?wù)勎覀冊(cè)谑褂煤途S護(hù)中體會(huì)到的硬盤錄像機(jī)應(yīng)用上的特點(diǎn)。

1.ThomsonGrassValleyM322D的主要參數(shù)和特點(diǎn)
ThomsonGrassValleyM322D的4個(gè)通道被配置為2個(gè)錄制通道和2個(gè)播放通道。錄制通道為BNC接口，可由軟件選擇SDI數(shù)字視頻或復(fù)合信號(hào)，播出通道分別為兩路SDI數(shù)字視頻或復(fù)合信號(hào)輸出，每通道兩路BNC輸出。M322D可以軟件選擇設(shè)置525線NTSC制式或625線PAL制式?？蓚鬏?shù)男盘?hào)類型為NTSCSMPTE170M，PALCCIR624，SDI-SMPTE259M，ITU-601和270Mb／s復(fù)合數(shù)字信號(hào)。音頻通道為每視頻通道兩路模擬音頻輸入/輸出，每視頻通道4軌SDI嵌入及2路AES／EBU。

    壓縮格式為DV25SMPTE314、DV25、MPEG-2（4:2:2）、DV50（4:2:2）、MPEG-2（4:2:2），碼率可選25Mb／sI幀或50Mb／sI幀。

    ThomsonGrassValleyM322D提供了觸摸屏方便操作，并支持傳統(tǒng)數(shù)安錄像機(jī)功能，如快進(jìn)、快退、搜索、打點(diǎn)及音頻監(jiān)聽等。

    三塊硬盤組成陣列最大可存儲(chǔ)64小時(shí)25Mb/s的素材，可隨意對(duì)素材進(jìn)行剪輯和格式轉(zhuǎn)換（支持AVI、DV25、SMPTE360M）。提供豐富的接口，如1394、USB2.0等方便與移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的連接。

    ThomsonGrassValleyM322D的操作面板和各種接口如圖3和圖4所示。

圖3

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圖4

2.ThomsonGrassValleyM322D的應(yīng)用特點(diǎn)
    在平日的使用和維護(hù)中，我們認(rèn)為有幾個(gè)特點(diǎn)是多通道硬盤錄像機(jī)與身俱來而傳統(tǒng)數(shù)字錄像機(jī)無(wú)法比擬的。

*由于M322D的4個(gè)通道各自獨(dú)立，互相不沖突，完全可以做到同時(shí)進(jìn)行兩路放像和兩路錄像，這相當(dāng)于多了4臺(tái)傳統(tǒng)數(shù)字錄像機(jī)；
*由于硬盤數(shù)據(jù)訪問存儲(chǔ)的非線性，在某一錄制通道開始錄制后5秒，就可以利用任何一個(gè)空閑的播放通道對(duì)所錄內(nèi)容進(jìn)行剪輯。M322D采用Subclip方式剪輯，對(duì)原始素材的副本進(jìn)行操作操作，因此不會(huì)對(duì)原始素材造成破壞，這樣邊錄邊剪，既高效且優(yōu)質(zhì)；
*同樣由于硬盤文件的非線性，通過行／場(chǎng)的插補(bǔ)算法可以實(shí)現(xiàn)多種速度(慢動(dòng)作)重放，可以很容易地對(duì)一段內(nèi)容順序采集亂序播放，而且可以循環(huán)播放，這樣的功能，是傳統(tǒng)數(shù)字錄像機(jī)難以做到的；
*在標(biāo)配的三塊硬盤組成的陣列下，可以安全地保存長(zhǎng)達(dá)64小時(shí)25Mb/s的素材，通過簡(jiǎn)單的復(fù)制操作，可以把這些素材備份到異地或是網(wǎng)絡(luò)上。通過軟件提供的格式轉(zhuǎn)化功能，這些素材可以轉(zhuǎn)化為AVI、Quicktime、DV25、SMPTE360M等不同格式，方便了與非編等其它設(shè)備的素材交換；
*相較于磁帶，硬盤的播出穩(wěn)定性相當(dāng)高，硬盤錄像機(jī)的故障也比傳統(tǒng)數(shù)字錄像機(jī)少得多，不會(huì)出現(xiàn)由于斷磁或磁頭損傷而影響節(jié)目制作；
*M322D采用了觸摸屏面板，人機(jī)交互介面仿傳統(tǒng)數(shù)字錄像機(jī)，無(wú)需鼠標(biāo)、鍵盤即可完成所有操作。同時(shí)，軟件提供了基于SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，很大程度上方便了我們的日常維護(hù)。

    這些特點(diǎn)，源自硬盤錄像機(jī)的兩個(gè)主要特征，硬盤訪問存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非線性和軟件技術(shù)，這是傳統(tǒng)數(shù)字錄像機(jī)所不具備的。

四、硬盤錄像機(jī)在江蘇電視臺(tái)新聞演播室和體育演播室系統(tǒng)中的應(yīng)用
    在我們的演播室系統(tǒng)中，硬盤錄像機(jī)的兩個(gè)輸入分別為經(jīng)過加嵌器和２×１應(yīng)急倒換的PGM信號(hào)和切換臺(tái)的一條輔助母線，輸出為每一路的一主一備信號(hào)分別進(jìn)入切換臺(tái)和矩陣。以體育演播室系統(tǒng)為例。

    這樣的配置，兼顧了節(jié)目錄制的安全和靈活，我們可以通過母線、矩陣或跳線多種方式在節(jié)目PGM錄制的同時(shí)進(jìn)行其它必要內(nèi)容的錄制。

    我們的多通道數(shù)字硬盤錄像機(jī)平時(shí)用于新聞演播室和體育演播室大量的直播和錄播節(jié)目中，對(duì)于很多欄目來說已是不可或缺的設(shè)備。主要的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：

*直播節(jié)目的片頭、片花、廣告播放及應(yīng)急備播內(nèi)容播放：包括《南京零距離》在內(nèi)的大多數(shù)直播節(jié)目采用將播出內(nèi)容導(dǎo)入硬盤錄像機(jī)播放的方法，提高效率且保證安全；
*作為摳像的背景和大屏幕的圖像：硬盤錄像機(jī)的循環(huán)播放功能使它很適合作為摳像錄制時(shí)的背景，少兒頻道把大量簡(jiǎn)潔、生動(dòng)、活潑的卡通素材導(dǎo)入硬盤錄像機(jī)，作為《動(dòng)畫天地》、《好朋友》等節(jié)目的背景，很受好評(píng)。新聞節(jié)目的SNG連線通常將硬盤錄像機(jī)播放的循環(huán)影像作為背景，配合開窗等特技，效果很好。另外，《南京零距離》等節(jié)目現(xiàn)場(chǎng)大屏幕也經(jīng)常使用硬盤錄像機(jī)循環(huán)播放特定影像或LOGO；
*體育賽事的直播信號(hào)剪輯：通過切換臺(tái)輔助母線選擇賽事的源信號(hào)而非PGM進(jìn)行錄制，把一路空閑的播放通道更改為播放列表進(jìn)行剪輯，避免了PGM信號(hào)中字幕、演播室主持人等對(duì)原始素材的干擾。由于是對(duì)源素材的副本進(jìn)行操作，因此可以隨時(shí)查閱已經(jīng)錄制的內(nèi)容，不會(huì)漏掉任何有價(jià)值的信息。這樣的剪輯制作方式效率高，待播出隊(duì)列的質(zhì)量也比較好，而且與PGM的制作相互獨(dú)立，互不干擾；
*節(jié)目的銜接過渡：在多個(gè)直播節(jié)目相連時(shí)，錄像機(jī)，尤其是放機(jī)的資源很緊張，這時(shí)硬盤錄像機(jī)的２個(gè)播出通道無(wú)疑是最好的補(bǔ)充，緩解了系統(tǒng)的設(shè)備壓力。

五、總結(jié)和展望
    以上，分析了目前演播室用廣播級(jí)數(shù)字硬盤錄像機(jī)的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合我臺(tái)新聞演播室和體育演播室對(duì)ThomsonGrassValleyM322D的應(yīng)用談了談個(gè)人對(duì)數(shù)字硬盤錄像機(jī)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)的理解。雖然數(shù)字硬盤錄像機(jī)還沒有代替主流的傳統(tǒng)數(shù)字錄像機(jī)，但是在參數(shù)上和播出質(zhì)量上已經(jīng)達(dá)到了節(jié)目制作甚至是直播的要求，憑著某些方面的特性，硬盤錄像機(jī)可以完成許多傳統(tǒng)數(shù)字錄像機(jī)難以做到的特殊應(yīng)用，在演播室系統(tǒng)中已經(jīng)成為了一個(gè)重要的設(shè)備。

    我臺(tái)技術(shù)部已經(jīng)在做高清系統(tǒng)的前期調(diào)研，我們?cè)诳紤]高清演播室系統(tǒng)時(shí)，也已經(jīng)把高清多通道數(shù)字硬盤錄像機(jī)納入考慮范疇。嵌入式技術(shù)也好，遠(yuǎn)程監(jiān)控也好，我們希望更多電子信息科學(xué)的新技術(shù)融入電視行業(yè)的各條產(chǎn)品線中，讓我們的視野更加開闊、知識(shí)不斷更新，讓我們的行業(yè)煥發(fā)出青春的活力。