一 前言
随着图形、图象数字化技术向深层发展，电子采集、后期编辑、节目播出设备将以网络方式互联，实行节目数据的交互式作业方式。作为体现新技术特征的基于硬盘的播出系统，由于它良好的非线性编辑性能、多通道的编解码器、长时间的节目存储量、周详的安全考虑和灵活的网络功能，在电视播出领域的应用已成为电视技术人员关注的焦点，可以肯定预测基于硬盘的播出方式会逐步替换传统的磁带播出概念。
视频技术领域所使用的硬盘不同于普通的计算机硬盘。由于视频信号数据量大、传输速率高，因此对硬盘的速度要求较高，一般应在5~10GB/S之间甚至更高，这种硬盘一般被称为高速视频硬盘，或图像数据盘、SCSI（Small Computer System Interface）硬盘。常用的硬盘类型有：Micropolis AV系列、Sesgata Barracuda 系列、FWBHammer、Quanrum等。根据硬盘压缩比的不同所获得的视频图像指标和存储时间也不同。如采用2:1压缩比的D5格式和数字Betacam，每1GB存储时间为97秒；而采用20:1压缩比的专业S-VHS，每1GB存储时间可达960秒，并且这种硬盘可以多盘挂接从而形成硬盘阵列。目前单盘基本容量达9~18GB甚至更大，最新的Uitra 2 Wide SCSI已达到80MB/S，下一个目标是160MB/S或更高，这样将有利于提高视频信号的存储时间以及存储质量。
这种大容量的通过宽带的视频服务器实现对视音频信号进行存储和非线性编辑的硬盘设备相对于传统的磁带录像机设备通常被称为硬盘录像机。目前采用数字压缩技术的专业级的硬盘录像机已经具备：
- 大容量视音频素材存储，广播级视音频质量；
- 多通道实时记录/重放、资源共享，通道的数量与功能可灵活配置；
- 具有模拟复合、模拟分量和串行数字分量等多种视频信号接口及 控制接口；
- 采用M-JPEG（n）视频数据压缩方式，其压缩比可调；
- 采用了备份电源、冗余硬盘阵列（RAID）等技术。
已趋于成熟的硬件和软件环境使硬盘录像机在可靠性和记录时间上都达到了实用化程度。
二 利用硬盘实现自动播出的优越性
利用硬盘实现视频播出是建立在上述数字硬盘录像机的高可靠性以及它的广播级技术指标和质量要求之上的。随着一些关键技术如压缩编码、RAID技术、宽带光纤网等的日益成熟，硬盘播出进入视频领域的自动播出系统已成为可能，并有取代传统设备的发展前景。硬盘自动播出从根本上改变了电视台传统的播出方式，与后者相比具有毫无疑问的明显优势，其特点如下：
- 它采用了数字的处理和存储方式，信道传输特性甚优，多次重播的图像质量一致性好；
- 由于采用了硬盘作为存储媒体，磨损极低，数据可以长期保存和播放而基本不影响质量；
- 图像和声音作为数码信号存储于硬盘，由于硬盘的存取手段适应于多进程实时访问，多个输入、输出通道可以同时存取同一或不同数据，实现了资源共享，利用率大大提高；
- 克服了磁带录像机机械结构维护困难、费用高、可靠性差等长期困扰电视技术工作人员的常见问题，其可靠性主要决定于硬盘系统和周边设备的硬件水平以及相应的应用软件水平，而这类技术正呈现强劲发展趋势；
- 节目录入、播出节目单设置完成后，一般无需人为干预，自动化程度高，节省人力，减轻了劳动强度，并且播出的精度大大提高；
- 硬盘播出的实现平台为服务器，其通用性较好，可以在开放底层接口的条件下灵活地实现各种应用；
- 系统的内部扩展能力以及外部扩展能力较好，能够很好地与未来的全数字、网络化、资源共享的节目编播体系相衔接。
三 硬盘录像机在电视播出中的独特应用
在视频播出领域如何保证电视节目高质量播出并使停播率趋为零，一直是摆在电视播出技术人员面前的一个重要课题。硬盘系统在播出领域的应用除了上述的优点以外，其独特的应用方式产生了传统方式所不具备的特殊作用。为了更直观的说明问题,我们在此仅以Profile PDR100为例介绍一下硬盘录像机在电视播出中的独特应用。（本文作者声明：此例不说明该设备为作者认为的最佳工作选择。）
- 硬盘录像机作为备播信号源
电视播出是一个系统工程，牵扯部门多，且中心系统设备复杂环节多，难免会出现某些意外事件和各种设备不可预测的突发故障，采用录像机播出就有可能出现绞带、卡带、糊磁头的现象；自动播控中心也可能出现工作死机、播控程序失控等现象，这些都会造成播出中出现黑场、彩条、杂波、劣播等现象。若采用双录像机工作或备份中心机房，由于需投入大量人力物力，还要多次转录节目磁带，因此很难保证节目播出质量和真正实现播出节目的连续性。针对这一情况，可以利用硬盘录像机profile PDR100独立的双向通道同时录入和输出的特点，将待播出节目提前写入硬盘中，然后按节目播出单将写入硬盘里的节目编辑好播出顺序，备妥作为备播节目，一旦接收到播出中心的播出信号，硬盘录像机与主播出节目通道同时启动，输出的备播信号与主播出信号同步、画面分毫不差，送给播出切换台作备播用,一旦播出中心信号有问题，可以立即切出硬盘录像机输出的节目，外界看来这一切换几乎是天衣无缝，从而大大降低了停播和劣播事故。同时还可用硬盘录像机的另一通道选看或编辑硬盘中的内容，可以在硬盘录像机播放的同时继续节目的录入及查看硬盘中的已有节目，二者之间在工作界面上彼此相互独立，可大大提高使用效率，此工作系统硬件结构如图一所示。此外利用硬盘的非线性编辑特性，可以不受时间顺序和节目段长度的约束，迅速准确地定位以及搜索精确到帧，在备播画面因特殊情况与中心播出不同步时，可以方便地前后寻找硬盘输出的画面，使其完全一致。备播中间也可随时终止，提前备播下一个节目。
备播应用软件安装在外挂计算机中，它是这个系统的控制核心，它不仅通过RS-232串口对Profile PDR100实行全方位控制，且通过RS-422串口遥控录像机的面板，提高录入精度和减轻操作负担。其实际应用操作界面及硬盘中素材管理信息都呈现在计算机的屏幕上。
（二）硬盘录像机提供即时插播信号
在日常播出中不但存在上述各种影响安全播出的因素，尚有磁带制作问题、节目串联单的误差、台外微波、光纤线路中断等等意外事件。出现这些情况时，为了避免劣播、停播需要应急插播合适的画面以保证播出的不间断。采用传统上字幕机打出静止画面效果不好，若准备一盘插播录像带随时启动录像机切出活动画面，启动、挂带、走稳需要至少3秒钟时间，这对于分秒必争的电视播出影响极大。而采用硬盘录像机输出的数字信号反复播放仍能保持同样的质量，避免了磁带播出由于磁头磨损和多代复制所造成的信号衰减和劣化，因此用Profile PDR100硬盘录像机提供的多路循环播放视音频信号可以作为多个频道的应急插播信号源，如图二所示。硬盘录像机的四个独立的通道输出分别送给四个频道，事先将插播节目内容从某一通道写入硬盘，平时让四个输出通道持续送出一循环播放的插播节目，分别传给各个播出机房作为播出中心应急插播信号源使用。若播出中心出现故障，这一路信号即用即切，暂时接替正常节目，使工作人员有时间排除故障而不中断播出。
另外，此设备也可用于常见的正常插播情况，当有些节目要求准点播出，如新闻、晚会，还有体育直播的中场休息等，需要临时插播“请您欣赏”或宣传片内容，因所需的插播时间很短，若使用录像机，由于短时间内的启动、停止无法稳定、易出事故。Profile PDR100提供的RS-422外部串行控制接口可以同时或分别接收各个播出机房人工或自动播控系统发出的控制信号，从而平稳地开始任何短时间的指定插播节目。
值得说明的一点是即时插播软件可直接安装在Profile PDR100主机的WINDOWS NT界面下，不用外接控制计算机，可利用Profile提供的API直接与之通讯。
- 硬盘录像机实现延时播出
在播出中现场直播形式不仅可以体现电视节目的快速、准确、实时性，而且减少了播出画面质量的损失，提高收视效果。但有时会出现意想不到的情况，甚至可能带来不良的社会影响，这一点在转播境外节目时表现尤其明显。如何从技术角度控制事先不可预料的事故播放出去，有效的方法是对现场直播节目进行适当的延时播出，使导播有足够的时间判断处理而又不影响节目的播出时效性（延时间隔不易大，以观众的心理承受程度为依据）。使用传统的播出手段无法实现这种短延时的随录随播，利用硬盘录像机即录即放的功能，可以对现场直播信号实现延时播出。延时播出软件也是运行在外挂计算机上，通过RS-232与Profile PDR100通讯并控制其动作。利用WINDOWS的多任务多边合作进程及Profile的多通道特点，在转播重要的现场直播时将实况内容先录入硬盘，按需要延迟适当一段时间后播放。在硬盘录像机对实况转播信号随录随放的同时，导播密切关注现场情况，一旦出现不正常情况立即在短暂的延时间隔内对播出线上已录入硬盘还未输出的不宜转播的视音频信号进行剪切、编辑并替换为硬盘中其它合适的素材，或以人眼不易觉察的速率（正常速度的0.8倍~1.2倍）稍快或稍慢播放，以保持相应的延时量。
延时播出时，如图三所示，Profile的第一通道录入实况信号或录像机输出信号。选取录入的精彩片段，从第二通道送入监视器，进行慢动作处理制作生成特殊效果的素材段存储到特定区域。硬盘中原有的素材从第四通道输出到监视器浏览、编辑。第三通道作为延时后的输出信号，直接送入播出中心切出。
- 三种应用方式共用
在实际的应用中，我们配备一套Profile PDR100就可以适用以上三种彼此独立的应用的形式，从而充分利用资源，提高了单机使用效率。为了省去操作上每换一种应用程序就要倒换设备外部的视音频连线及控制线所带来的麻烦，可以利用一台视音频矩阵来连通输入输出的各路信号，用一个功能控制管理软件来确定不同软硬件环境下矩阵交叉点的状态。
如图四所示，我们将本系统所用的全部输入输出视音频信号线均接到矩阵的输入输出接口，运用计算机中的应用软件并通过RS-422串口信号遥控矩阵交叉点的通断，将三个软件所需切换的交叉点状态分别存储起来并命名，使用时根据名称选中相应的交叉点状态即可连通相关的设备，从而避免了因倒换设备视音频连线及控制线所带来的不安全因素和麻烦。
四 当前硬盘播出系统的现状
以上所述仅是以一种型号的硬盘录像机为例说明硬盘播出在电视播出中的独特应用，而如今在电视节目的领域，硬盘的应用已经进入方方面面的环节，已可以完全替代磁带播出，并且配备有自己的应用以及管理软件、自己的运作协议、以及各方面的配套技术，已逐步发展成应用于播出任务的、功能强大的硬盘工作系统。目前应用于播出的最有名的硬盘系统有HP MediaSteam和Tektronix Profile PDR系列，二者都有MPEG-2压缩、RAID保护等特别适合于播出的特点,但是由于目前国内尚未开发HP产品的播出控制软件，且Profile硬盘播出系统在广电系统应用较为广泛，所以以下主要介绍Tektronix Profile PDR系列。
Tektronix公司的Profile系列产品是一个从独立的数字硬盘录像机到为大型视频文件网络服务器提供广泛应用的家族。它通过采用开放式的结构，实现工业标准协议，以及提供Profile直接控制协议，使开发者很容易在Profile的SDK基础上，开发出各种用途，如插播、延时播出、循环播出等各种复杂的播出情况。另外Profile的多工能力使其能够应付相当于多台磁带录像机的工作，这使得Profile在一般应用下，例如节目延迟、存储、转播、准视频节目点播以及多通道回放的操作等，具有更优秀的特性。
