廣東電視臺(tái)高清播出系統(tǒng)改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 希

（廣東電視臺(tái) 播出部，廣東 廣州 510066）

隨著數(shù)字化及高清電視技術(shù)的快速發(fā)展，電視臺(tái)目前正在使用的標(biāo)清播出系統(tǒng)不可避免地將會(huì)逐步向高清系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。以廣東電視臺(tái)為例，2009年最早建成試播的高清播出系統(tǒng)僅構(gòu)建了1個(gè)衛(wèi)視高清頻道。經(jīng)過(guò)幾年時(shí)間，運(yùn)行狀況逐步穩(wěn)定，廣大觀(guān)眾在享受到高品質(zhì)畫(huà)面的同時(shí)，也希望可以收看到更多的高清頻道。在這種形勢(shì)下，從2012年開(kāi)始，播出中心開(kāi)始對(duì)原有的高清系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，新搭建的系統(tǒng)可具備3個(gè)高清頻道的播出規(guī)模，支持高標(biāo)清同播，并且具有較強(qiáng)的技術(shù)先進(jìn)性、可擴(kuò)展性和可兼容性，在滿(mǎn)足當(dāng)前需要的同時(shí)，也為日后的技術(shù)發(fā)展做好準(zhǔn)備[1-5]。

圖1 原高清系統(tǒng)播出鏈路圖

1 原高清播出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高清播出系統(tǒng)包含視頻服務(wù)器系統(tǒng)（上載與播出）、自動(dòng)播控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)及周邊、智能監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)（用戶(hù)及權(quán)限、日志）等子系統(tǒng)。廣東電視臺(tái)原高清播出系統(tǒng)在建設(shè)時(shí)只有1個(gè)頻道的播出規(guī)模，系統(tǒng)的整體播出鏈路采用信號(hào)主備和播出通道主備的傳統(tǒng)方式，即各信號(hào)源經(jīng)分配后同時(shí)送往主備通道的切換臺(tái)，再經(jīng)響度控制等設(shè)備輸出到下游的傳輸系統(tǒng)，如圖1所示。此種結(jié)構(gòu)的播出鏈路較為簡(jiǎn)單穩(wěn)定，可以輸出2路高清主備信號(hào)，以及1路高清變換成的標(biāo)清信號(hào)作為標(biāo)清頻道的備份。

2 新高清播出系統(tǒng)架構(gòu)

改造原有高清頻道的播出系統(tǒng)，不僅需要增加兩個(gè)新頻道的視頻通道及周邊設(shè)備，還要考慮對(duì)原有頻道的鏈路進(jìn)行部分改造。對(duì)于上載和播出的視頻服務(wù)器系統(tǒng)，需要擴(kuò)展存儲(chǔ)容量，以適應(yīng)3個(gè)頻道的使用需求。此外，播控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的使用，也有一些需要改進(jìn)的地方以適應(yīng)新增的頻道。下面就從這些方面分別介紹新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)情況。

2.1 視音頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

視音頻系統(tǒng)及周邊結(jié)構(gòu)是高清播出系統(tǒng)改造項(xiàng)目中最重要的內(nèi)容之一，主要設(shè)計(jì)思想是系統(tǒng)整體仍采用主備雙鏈路結(jié)構(gòu)，播出的高清信號(hào)根據(jù)素材AFD信息同時(shí)下變換標(biāo)清信號(hào)同步播出。共享錄像機(jī)通過(guò)矩陣調(diào)度后與主備視頻服務(wù)器信號(hào)、演播室信號(hào)、外來(lái)直播信號(hào)等主要信號(hào)源（要求支持不小于16個(gè)信號(hào)源的播出），通過(guò)輸入信號(hào)分配后送到主切換臺(tái)與備切換矩陣，經(jīng)過(guò)響度控制、主備倒換，將主備路高清信號(hào)分別輸出給總控。主切換臺(tái)與備切換矩陣的干凈輸出同時(shí)經(jīng)過(guò)下變換器、鍵控器上鍵輸出標(biāo)清信號(hào)。此外還要注意，系統(tǒng)高清通道要求可疊加2路字幕及1路臺(tái)標(biāo)，系統(tǒng)標(biāo)清通道要求疊加1路標(biāo)清臺(tái)標(biāo)，在傳輸鏈路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置技術(shù)監(jiān)看。系統(tǒng)播出鏈路如圖2所示。

圖2 新高清系統(tǒng)播出鏈路圖

與原高清播出系統(tǒng)相比，主體鏈路結(jié)構(gòu)的變化主要在兩方面。其一，將原有頻道下變換后的標(biāo)清輸出從一路改造為主備兩路，降低單一故障點(diǎn)帶來(lái)的安全隱患。其二，對(duì)新增頻道的備路采用切換器加上鍵控器的方式代替原系統(tǒng)采用的主備兩路均采用切換臺(tái)的方式，這種結(jié)構(gòu)在保持了主備兩路的鏈路通道仍然完整獨(dú)立的情況下，降低了資金需求，其安全性和穩(wěn)定性也較高。

此外，還需要對(duì)系統(tǒng)中的技術(shù)監(jiān)測(cè)部分進(jìn)行少許改造。原系統(tǒng)中已有一套完整的技監(jiān)設(shè)備，包括畫(huà)面監(jiān)看、信號(hào)波形監(jiān)視、音頻監(jiān)聽(tīng)等，仍然用來(lái)對(duì)已有頻道進(jìn)行技監(jiān)。對(duì)于兩個(gè)新增頻道，則各加入一個(gè)32×4的技監(jiān)矩陣，可調(diào)用播出鏈路上輸入輸出的多路信號(hào)，并通過(guò)一套新增的技監(jiān)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2 播出控制系統(tǒng)

自動(dòng)播控系統(tǒng)仍然以播出業(yè)務(wù)自動(dòng)化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化為核心。結(jié)合目前播出業(yè)務(wù)的流程，沿用大洋公司的播控軟件，以節(jié)目單為基礎(chǔ)，將磁帶信息管理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、上載與技審模塊、節(jié)目單編輯模塊、遷移模塊、播出控制模塊、共享設(shè)備模塊等通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接管理，同時(shí)將控制網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)分開(kāi)，以降低流量提高性能，如圖3所示。

圖3 自動(dòng)播出控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架圖

針對(duì)原高清系統(tǒng)使用過(guò)程中積累的一些問(wèn)題，要求廠(chǎng)商進(jìn)行部分改進(jìn)，例如：增加對(duì)共享錄像機(jī)的控制環(huán)節(jié)，以便多個(gè)頻道根據(jù)不同優(yōu)先級(jí)調(diào)用錄像機(jī)；按照實(shí)際存儲(chǔ)容量對(duì)存儲(chǔ)體和廣告素材的容量設(shè)定安全閾值（管理員可定義），便于檢查清理存儲(chǔ)設(shè)備；素材缺少的情況可依照播出時(shí)間輸出給技術(shù)人員；對(duì)用戶(hù)操作及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有報(bào)警機(jī)制和可導(dǎo)出的記錄日志等。

2.3 視頻服務(wù)器系統(tǒng)

視頻服務(wù)器系統(tǒng)包含上載與播出視頻服務(wù)器兩個(gè)子系統(tǒng)。待播的節(jié)目和廣告磁帶進(jìn)入播出環(huán)節(jié)后，首先在上載視頻服務(wù)器進(jìn)行視頻壓縮編碼、統(tǒng)一MXF封裝、文件級(jí)技審，生成符合播出要求的MXF格式文件，經(jīng)過(guò)播出系統(tǒng)內(nèi)部遷移最終分別傳輸?shù)街鱾洳コ鲆曨l服務(wù)器解碼輸出。

上載視頻服務(wù)器系統(tǒng)原有2臺(tái)SeaChange MSV服務(wù)器，為擴(kuò)展容量現(xiàn)加入2臺(tái)，以及SeaChange UML上載集群。

播出視頻服務(wù)器系統(tǒng)需要由主備2套高清播出視頻服務(wù)器組成。原系統(tǒng)有2個(gè)SeaChange BMLex24000節(jié)點(diǎn)，需要新增1套SeaChange BMLex24003集群和1臺(tái)SeaChange BMLex24000節(jié)點(diǎn)，由它們共同構(gòu)成2個(gè)播出服務(wù)器集群，其中每個(gè)集群包含3個(gè)節(jié)點(diǎn)，此外增加2臺(tái)SeaChange MCL配合播出集群作為高清解碼通道，其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3 系統(tǒng)新技術(shù)舉例

3.1 UML視頻服務(wù)器

圖4 視頻服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在改造后的高清播出系統(tǒng)中，視頻服務(wù)器的核心部分采用了SeaChange UML作為上載集群的主要存儲(chǔ)設(shè)備。UML系統(tǒng)配置兩臺(tái)鏡像的UML服務(wù)器，并與一個(gè)單一的存儲(chǔ)陣列相連接。這2臺(tái)鏡像服務(wù)器對(duì)存儲(chǔ)陣列進(jìn)行管理，同時(shí)控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出，這種鏡像方式能夠使故障的1臺(tái)UML服務(wù)器從對(duì)方服務(wù)器恢復(fù)原有系統(tǒng)軟件。而存儲(chǔ)陣列擁有獨(dú)立的機(jī)箱，是由72塊硬盤(pán)組成的RAID 6類(lèi)型冗余磁盤(pán)陣列，這72塊硬盤(pán)存放于6個(gè)抽屜式刀片存儲(chǔ)盤(pán)箱中，系統(tǒng)運(yùn)行中也可以在線(xiàn)拔出。此外，冗余電源、冷卻風(fēng)扇等也為系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了保障，UML視頻服務(wù)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 UML視頻服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于3個(gè)頻道規(guī)模的高清播出系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅需要對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的容量擴(kuò)充，在安全性、數(shù)據(jù)傳輸性等方面的要求更加突出，UML的性能優(yōu)勢(shì)，包括高穩(wěn)定性、高擴(kuò)展性、以文件流為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制、負(fù)載均衡、實(shí)時(shí)讀寫(xiě)性能、自我保護(hù)能力等，能夠很好地滿(mǎn)足新系統(tǒng)的要求。

3.2 上載與自動(dòng)技審模塊

所有需要播出的節(jié)目與廣告素材在上載完成后，都需要進(jìn)行人工審核，由于節(jié)目播放量增大，為了提高審核效率，在高清播出系統(tǒng)改造中加入了自動(dòng)技審服務(wù)器。自動(dòng)技審模塊可以根據(jù)用戶(hù)需求設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)項(xiàng)，并由技審服務(wù)器軟件對(duì)需要檢測(cè)的素材文件進(jìn)行檢測(cè)，主要檢查內(nèi)容包括黑場(chǎng)、彩條、靜幀、音頻丟失等質(zhì)量問(wèn)題，形成技審報(bào)告，再由人工進(jìn)行復(fù)審，針對(duì)性地對(duì)素材中有問(wèn)題部分進(jìn)行檢查判斷。自動(dòng)技審需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)視頻服務(wù)器上載部分的存儲(chǔ)體，除了視音頻質(zhì)量問(wèn)題還可以對(duì)文件格式和信息完整性進(jìn)行檢測(cè)。

3.3 利用響度控制器進(jìn)行聲道轉(zhuǎn)換

廣東電視臺(tái)高清播出系統(tǒng)的音頻資源也較為復(fù)雜。錄制完成的音頻磁帶有單聲道、立體聲或者環(huán)繞聲等多種不同類(lèi)型，由于地域原因，節(jié)目部門(mén)制作的單聲道配音還存在普語(yǔ)和粵語(yǔ)兩種，磁帶左聲道一般用來(lái)錄制普語(yǔ)，右聲道用來(lái)錄制粵語(yǔ)。為了加強(qiáng)播出的安全，新的高清播出系統(tǒng)利用響度控制器APM6803在上載的同時(shí)對(duì)音頻進(jìn)行管理，配合1套網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和1臺(tái)控制面板，將所需要的環(huán)繞處理或某個(gè)聲道的內(nèi)容復(fù)制到最多8個(gè)聲道。通過(guò)聲道轉(zhuǎn)換之后，輸出的音頻在各聲道都是相同的，不會(huì)因?yàn)樵诓コ隹刂茩C(jī)上的誤選聲道操作導(dǎo)致無(wú)聲等事故發(fā)生。將音頻設(shè)置出錯(cuò)的可能性從播出環(huán)節(jié)提前到上載環(huán)節(jié)，再經(jīng)過(guò)自動(dòng)技審與人工審核，大大提高了音頻播出的安全性。

4 總結(jié)

高清播出作為當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)正在不斷擴(kuò)大規(guī)模，在目前的過(guò)渡階段中，對(duì)原有高標(biāo)清播出系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)的項(xiàng)目也越來(lái)越受到關(guān)注。廣東電視臺(tái)播出中心經(jīng)過(guò)這次項(xiàng)目實(shí)施，將原有1個(gè)高清頻道的播出規(guī)模擴(kuò)展到3個(gè)，同時(shí)支持高標(biāo)清同播，不僅對(duì)原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并且還根據(jù)實(shí)際需求增加了新的技術(shù)應(yīng)用，對(duì)播出安全起到了更好的保障作用。目前新的高清播出系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試完畢進(jìn)入試運(yùn)行階段，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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