貴州廣播電視臺衛(wèi)視高清頻道設計與實施

謝家誼，楊 楠

（貴州廣播電視臺，貴州 貴陽 550002）

1 總體框架

貴州廣播電視臺高清頻道播出主系統(tǒng)由高清上載縮編網(wǎng)、本地上載審看、節(jié)目播出單編輯、播出控制、播出二級存儲、自動技審及人工審看、切換及周邊、系統(tǒng)監(jiān)控、病毒防范等部分構成?；跀?shù)字化、文件化、網(wǎng)絡化的架構，是一個集播出、制作、存儲、包裝、監(jiān)控五大功能為一體的新型全網(wǎng)絡化高清播出系統(tǒng)。高清上載縮編網(wǎng)作為播出系統(tǒng)文件化節(jié)目上載的源頭，采用播出上載分離的架構，實現(xiàn)電視劇上載、縮編、遷移、媒資存儲等功能。全網(wǎng)采用主流的高清制作設備，能夠編輯處理多層高清節(jié)目，制作完成后要以文件化的方式傳送到播出系統(tǒng)進行節(jié)目播出。高清縮編網(wǎng)通過簡單有效的集中管理方式（ESB+EMB或素材手動/自動關聯(lián)等其他方式）按播出計劃手動/自動遷移提交素材到播出系統(tǒng)。播出系統(tǒng)另配置本地有卡上載服務器作為自辦節(jié)目和廣告等不需要縮編處理的本地節(jié)目上載使用，采用CPU+GPU+I/O的方式，有8個以上半雙工通道，每個通道可根據(jù)需要調整為上載或審片用，為保證安全性和冗余性，8個通道需要分布配置在2個以上的服務器中。播出系統(tǒng)配備二級存儲，采用集群式存儲架構。常規(guī)流程中，由高清上載縮編網(wǎng)和本地上載來的素材文件，先遷移到二級存儲，經自動技審和人工復檢無誤，再遷移至各個視頻服務器。系統(tǒng)通過播出內容管理軟件能對縮編網(wǎng)制作好的文件素材進行有效管理和自動/手動遷移。具備應急流程管理功能，提供通過人工任務指定遷移目標服務器和遷移路徑的功能。配置2臺播出系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)庫文件鏡像的實時性和可靠性，數(shù)據(jù)庫備份機制可采用高可用數(shù)據(jù)集群軟件包等高安全工作/備份恢復方式。頻道主通道采用切換臺，備路采用16×2高清凈/靜切換器的方式；主備切換處理的信號源完全相同，且采用分別獨立的視音頻傳輸鏈路設計。

2 高清縮編系統(tǒng)

高清縮編系統(tǒng)的基本功能如下：

1）非線性編輯系統(tǒng)的包裝功能：能夠實現(xiàn)節(jié)目縮編的實時非線性編輯、特技編輯、字幕編輯、節(jié)目合成等，具備字幕，實時二維、三維特技編輯縮編能力。編輯軟件具有獨立的3層字幕軌以保證合成縮編完整節(jié)目文件的能力。編輯軟件能實時（無丟幀）編輯、播放3層DV50，5層DV25的能力。

2）文稿編輯功能：文字和視音頻可以同屏混合編輯，可與編輯軟件無縫連接，實現(xiàn)素材和編輯結果的共享；可以用作純文字處理，當不需要視音頻編輯功能時，可屏蔽視音頻，方便組建新聞文字辦公網(wǎng)絡；新聞稿件審核可依據(jù)需要設定審核級數(shù)與定稿級數(shù)；新聞稿件要具有版本跟蹤和文字修改的痕跡跟蹤功能。

3）審片功能：一旦責任編輯完成節(jié)目后，即可提交審片主任審片，在審片終端可以審看所有節(jié)目內容，能實現(xiàn)非線性審片，可以按任意順序審看任意的節(jié)目而無需等待和準備。

4）網(wǎng)絡管理功能：具備完善的設備管理（包括設備調度、設備監(jiān)控、設備控制等）和完善的網(wǎng)絡管理（包括人員管理、素材管理、日志管理、存儲空間管理、統(tǒng)計計費管理、工作流程管理等）、完善的網(wǎng)絡監(jiān)控（硬件層、軟件層、網(wǎng)絡層）功能。

3 高清播出系統(tǒng)

3.1 視頻服務器總體設計

視頻服務器需要完成1個頻道的播出。播出視頻服務器全部采用單機異構設備、本地存儲模式設計。主頻道在每個頻道內部，視頻服務器的備份采用1+1備份方式。視頻服務器通道設計為視頻服務器承擔著1個頻道的高標清節(jié)目文件。

視頻服務器總體設計如圖1所示，每臺視頻服務器配置了4個高清通道，即1個應急上載通道，1個審片通道，2個播出通道。對于視頻服務器上載和審片通道的控制使用系統(tǒng)內配置的1臺應急上載/審片控制工作站。

圖1 視頻服務器總體設計

3.2 播出二級存儲設計

高清素材碼率50 Mbit/s，每天素材遷移總量為1個高清頻道，需要滿足每天固定節(jié)目量在2 h內完成的讀寫帶寬傳輸需求。

存儲帶寬計算，根據(jù)對于整體系統(tǒng)建設考慮后，現(xiàn)對系統(tǒng)中產生帶寬訪問讀寫需求的位置進行總結，涉及到共用存儲體（備播緩存+接口緩存）的遷移業(yè)務包含下面4種：

1）高清縮編系統(tǒng)遷移至共用存儲體，按照每天2 h完成1個高清頻道文件的遷移：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

2）技審讀共用存儲體，自動技審2 h審完所有節(jié)目進行計算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

3）人工復檢讀共用存儲體，人工復檢2 h審完所有節(jié)目進行計算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

4）視頻服務器讀共用存儲體，按照1個高清頻道2 h傳完進行計算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

從以上可以看出，對于共用存儲體的讀帶寬要求為225 Mbyte/s，寫帶寬要求為75 Mbyte/s?；旌献x寫總帶寬為：（225+75）Mbyte/s=300 Mbyte/s。此次存儲體極限寫為356.179 Mbyte/s，極限讀為548.626 Mbyte/s，極限混合讀寫為536.432 Mbyte/s，完全滿足實際需求。

3.3 高清播出網(wǎng)絡控制系統(tǒng)

播出系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖如圖2所示：播出系統(tǒng)配置了2臺GMP服務器和2臺對外接口服務器，負責將縮編系統(tǒng)的節(jié)目文件遷移到播出二級存儲，然后配置了2臺同步遷移服務器將備播文件遷移到播出視頻服務器中。同時，系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)庫服務器2臺，自動技審服務器2臺。系統(tǒng)配置了主備的基礎網(wǎng)絡交換機，以保證基礎網(wǎng)絡的安全性，并且為交換機設備配置了冗余電源系統(tǒng)，防止交換機單電源出現(xiàn)供電故障，影響整個備份播出系統(tǒng)的工作。

圖2 播出系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

播出控制系統(tǒng)配置了2臺播控工作站，采用主備的方式進行工作。主、備工作站通過2個8路的422倒換器來控制分控系統(tǒng)的切換臺、切換器、高清鍵控器、標清鍵控器、2個應急VTR以及多功能面板。同時，接收備播系統(tǒng)發(fā)來的節(jié)目單，并自動校驗與節(jié)目數(shù)據(jù)的匹配，通過后，控制視頻服務器和其他相關設備進行節(jié)目的播出。播出控制工作站采用傳統(tǒng)的專業(yè)軟硬件設備，實現(xiàn)播出控制的功能。此硬件設備采用全模塊化，全冗余備份的設計思路，以保證播出控制的安全性。

分控接入的信號有來自主、備視頻服務器的信號，臺里原有的總控系統(tǒng)的3路信號，2路自應急錄像機的信號，4路演播室信號，1路墊片信號，1路測試圖信號。系統(tǒng)采用主、備異構的方式，主路配置了1臺進口的切換臺，備路配置了1臺切換器。監(jiān)視部分，系統(tǒng)采用的是多畫面+大屏的方式。配置了1臺32×4的多畫面分割器和3塊50 in（1 in=2.54 cm）等離子大屏。同步系統(tǒng)為在原有的同步系統(tǒng)的基礎上，配置了1臺TEK的同步信號器SPG300及1臺同步信號倒換器構成主、備架構。同時，配置了4塊1分8的模擬視分，將同步信號分別送往主/備視頻服務器、播出切換器、臺標機、字幕播出服務器、鍵混器、主/備播出控制工作站等。

4 高標清同播設計

4.1 系統(tǒng)格式及參數(shù)

系統(tǒng)格式及參數(shù)[1]如表1所示。

表1 系統(tǒng)格式及參數(shù)列表

4.2 媒體文件格式[2]

媒體數(shù)據(jù)格式如表2所示。

表2 媒體數(shù)據(jù)格式列表

依據(jù)被主流視頻服務器所支持、質量優(yōu)先、盡可能降低碼率和兼顧編碼效率等4項原則進行了詳細的測試，以下為參考碼率選擇。文件碼率可根據(jù)臺內要求指定，標清視音頻素材的格式碼率為MPEG-2 IBPGOP=4，采樣方式4∶2∶2，碼率為15 Mbit/s；音頻為2軌PCM，48 kHz采樣，16 bit量化。文件格式為MXF OP1A。

高清視頻可采用的格式為MPEG-2 IBP LGOP，GOP=12，Ref=3，采樣方式4 ∶2 ∶2，碼率為50 Mbit/s；音頻格式，采用Dolby-E編碼，使用八聲道的PCM音頻，48 kHz采樣率，量化深度為24 bit。文件格式為MXF OP1A。

4.3 高標清同播模式[1]

依照廣電總局要求，高標清同播是指同一套節(jié)目同時以標清和高清兩種格式播出。而在系統(tǒng)實際建設中，實現(xiàn)同播方式各臺不盡相同，概括起來主要包括兩種模式：輸出分離模式和信號源分離模式。貴州電視臺根據(jù)實際情況，選擇了輸出分離模式。

4.4 輸出分離技術實現(xiàn)

對于輸出分離實現(xiàn)方式而言，通過AFD技術實現(xiàn)自動幅型變換，因此在控制精度和幅型變換多樣性方面相當容易解決，應急處理方式由于采用輸出端分離方式，因此其應急處理方式可參考原播出系統(tǒng)的應急處理流程。輸出分離方式如圖3所示。

5 各子系統(tǒng)互聯(lián)設計

縮編網(wǎng)和播出網(wǎng)之間可以內部互聯(lián)接口直接互聯(lián)互通，形成高安全、高效率的縮編播出一體網(wǎng)[3]。這種內部互聯(lián)接口實現(xiàn)互聯(lián)互通，可以通過特制檢驗技術（例如MD5、自動技審、接口校驗等）來保證安全，而且也避免了因采用其他互聯(lián)互通方式而造成的效率下降和轉碼所帶來的節(jié)目質量下降等的問題。另外，此種互聯(lián)方式具有極強的可擴展與兼容性，方便在將來升級成為基于SOA架構下的ESB＋EMB的互聯(lián)互通的全臺網(wǎng)絡系統(tǒng)。

5.1 高清縮編與高清播出一體網(wǎng)流程

高清縮編網(wǎng)和播出網(wǎng)互聯(lián)互通的業(yè)務流程為：

1）衛(wèi)視頻道負責生成節(jié)目代碼和頻道編單，并且可以通過系統(tǒng)內部互聯(lián)接口提供給高清縮編網(wǎng)和播出網(wǎng)使用；

2）高清縮編網(wǎng)上載節(jié)目數(shù)據(jù)；

3）編輯工作站編輯已經上載的節(jié)目數(shù)據(jù)；

4）編輯工作站直接打包生成適合播出使用的節(jié)目數(shù)據(jù)；

5）對打包生成的節(jié)目進行內容審核；

6）審核過后的節(jié)目可以被歸檔和提交到播出；

7）提交時可以通過系統(tǒng)內部互聯(lián)接口把節(jié)目ID號加入到節(jié)目數(shù)據(jù)內；

8）節(jié)目被提交到播出的近線存儲體內，并且把相關元數(shù)據(jù)提交到播出數(shù)據(jù)庫；

9）播出系統(tǒng)對近線存儲體內節(jié)目進行自動技審處理；

10）自動技審通過的節(jié)目數(shù)據(jù)被遷移到播出在線存儲體內；

11）通過頭尾檢測功能對在線存儲體內的節(jié)目數(shù)據(jù)進行檢測；

12）頭尾檢測通過的數(shù)據(jù)準備播出；

13）節(jié)目數(shù)據(jù)與播出串聯(lián)單進行校對，通過后節(jié)目播出。

節(jié)目數(shù)據(jù)在縮編網(wǎng)提交到播出網(wǎng)時不用再進行節(jié)目數(shù)據(jù)之間的轉碼和協(xié)議轉換等處理，保證了節(jié)目的質量和安全性，同時也提高了工作效率，并且可以提供極好的擴展性和升級性。高清縮編播出一體網(wǎng)流程示意圖如圖4所示。

圖3 高標清同播實現(xiàn)方式——輸出分離方式

圖4 高清縮編播出一體網(wǎng)流程示意圖

本項目內的縮編網(wǎng)和播出網(wǎng)就是一體網(wǎng)，是一個密不可分的系統(tǒng)，也只有這種一體網(wǎng)的業(yè)務流程才能夠滿足貴州電視臺的實際業(yè)務需求。

5.2 標清縮編系統(tǒng)與高清縮編系統(tǒng)互聯(lián)流程

標清縮編系統(tǒng)與高清縮編系統(tǒng)互聯(lián)流程為：

1）高、標清縮編系統(tǒng)都經過上載、縮編、審核等流程以后將素材存于本地的二級存儲。

2）內部互聯(lián)部分由ESB服務器和EMB服務器組成[3]。

3）如果高清縮編系統(tǒng)想從標清縮編系統(tǒng)中得到素材，則高清縮編工作站發(fā)送指令（元數(shù)據(jù)）到ESB服務器。然后，ESB服務器發(fā)送指令（元數(shù)據(jù)）分別到標清縮編的接口服務器和EMB服務器。當EMB服務器收到指令（元數(shù)據(jù)）后，根據(jù)ESB服務器發(fā)送的遷移任務，將標清縮編的二級存儲中的素材遷移到高清縮編二級存儲中。這樣就實現(xiàn)了高、標清系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

標清縮編系統(tǒng)與高清縮編系統(tǒng)互聯(lián)流程如圖5所示。

6 軟件支持

圖5 標清縮編系統(tǒng)與高清縮編系統(tǒng)互聯(lián)流程

該項目的支撐軟件有非編及上下載軟件、網(wǎng)絡管理軟件、播出節(jié)目上載/審看模塊、節(jié)目單編輯模塊、轉碼遷移軟件、質量檢測軟件、自動技審軟件、人工審看軟件、素材管理軟件、自動播出模塊、播出統(tǒng)計和查詢模塊等。整套軟件具備強大的編輯、控制、管理等功能。

該高清播出系統(tǒng)運行了近半年，實現(xiàn)了高質量、高安全可靠、易維護升級和易擴展，設計方案達到了安全、創(chuàng)新、先進理念的要求。

[1]國家新聞出版廣電總局.電視臺數(shù)字化網(wǎng)絡化建設白皮書——電視臺高標清同播技術策略研究[EB/OL].[2013-02-20].http://www.doc88.com/p-0701672420788.html.

[2] GY/T 155－2000，高清晰度電視節(jié)目制作及交換用視頻參數(shù)值[S].2000.

[3] 國家新聞出版廣電總局.電視臺數(shù)字化網(wǎng)絡化建設白皮書[EB/OL].[2013-02-20].http://tech.sina.com.cn/it/2007-03-20/1520268217.shtml.