龍崗廣電全高清播出系統(tǒng)改造項目的設(shè)計與實現(xiàn)

張麗萍

深圳廣電集團龍崗廣電中心于2017年成功完成了采﹑編﹑播系統(tǒng)的全高清改造，這對于一個區(qū)級臺而言無疑是一個巨大的飛躍。在此之前龍崗廣電的新聞系統(tǒng)還是標(biāo)清的，而播出系統(tǒng)當(dāng)時為了搶占頻道資源也只進行了一個較易實現(xiàn)的軟編碼方式的高清播出，隨著人們對節(jié)目質(zhì)量要求的不斷提高，全高清的改造勢在必行。

1　原高標(biāo)清播出系統(tǒng)

原高清播出系統(tǒng)包括視頻服務(wù)器﹑上載終端﹑播出控制器﹑IP倒換器及周邊設(shè)備等。由于原高標(biāo)清播出系統(tǒng)是基于標(biāo)清面向高清的原則，根據(jù)性價比及實現(xiàn)程度采用的是源分離的模式進行輸出的，具體如圖1所示。

此種結(jié)構(gòu)采用的是兩套播控系統(tǒng)，對于高標(biāo)清素材是分別進行上載的，它采用的是高清軟編碼方式，通過軟件對視頻源進行高清編碼，從而實現(xiàn)高標(biāo)清同播，這種方式在當(dāng)時條件有限的情況下易于實現(xiàn)。

2　改造后新高清播出系統(tǒng)

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及各項條件的不斷成熟，深圳廣電集團龍崗廣電中心對現(xiàn)有的新聞生產(chǎn)系統(tǒng)以及演播室進行全高清升級改造同時也對現(xiàn)有的播出系統(tǒng)進行全高清的改造升級。改造后的系統(tǒng)為全高清播出系統(tǒng)，它是基于高清的原則采用輸出分離的方式實現(xiàn)高標(biāo)清同播。相較于以前的系統(tǒng)，對視音頻系統(tǒng)﹑播控系統(tǒng)及視頻服務(wù)器都進行了相應(yīng)的升級改造，下面就從這些方面分別介紹一下各部分的設(shè)計及實現(xiàn)情況。

2.1　視音頻系統(tǒng)

在改造后的系統(tǒng)中，高標(biāo)清使用的是同一套播控系統(tǒng)，對于標(biāo)清素材通過上變換器進行高清轉(zhuǎn)換然后分配后進入切換臺。高清素材則是直接入庫進入切換臺，最后疊加臺標(biāo)字幕后輸出高清信號，然后通過高清硬編碼器復(fù)用成IP流送至前端機房。對于標(biāo)清頻道則是通過將高清信號進行下變換后也復(fù)用成IP流送至前端。具體系統(tǒng)鏈路如圖2所示。

相較于之前的系統(tǒng)，它的主要變化有兩方面：一個是播控系統(tǒng)，改造之前有兩套播控系統(tǒng)分別對高標(biāo)清系統(tǒng)進行播出控制；另一個是高清編碼器，改造之前用的是軟編碼，改造之后用的是硬件編碼，播出效果得到了大大提升。

2.2　播出控制系統(tǒng)

自動播控系統(tǒng)仍然以播出業(yè)務(wù)自動化﹑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化為核心，實現(xiàn)與臺里制作系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，達到采﹑編﹑播﹑存全業(yè)務(wù)流程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化。高清播出系統(tǒng)以兩部視頻服務(wù)器（一主一備）為核心，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行管理，通過千兆以太網(wǎng)傳輸控制﹑管理信息，同時實現(xiàn)素材傳輸，主要由采集工作站﹑播出服務(wù)器﹑千兆以太網(wǎng)﹑播出切換設(shè)備﹑播控工作站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等組成。具體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖1　原高標(biāo)清系統(tǒng)播出鏈路圖

圖2　改造后新高清系統(tǒng)播出鏈路圖

圖3　播出控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架圖

圖4　二級存儲示意圖

在播出網(wǎng)中3臺播控工作站通過網(wǎng)絡(luò)直接控制視頻服務(wù)器的播出通道，通過串口服務(wù)器的方式控制放像機﹑播出切換設(shè)備等，三臺控制機軟件實時熱備份，實現(xiàn)控制機主備功能。在播出網(wǎng)中有多臺上載終端，實現(xiàn)播出素材的上載及審核，同時在網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器都是采用雙機熱備的形式，有力地保證了播出系統(tǒng)的安全。對于從制作網(wǎng)傳來的節(jié)目采用防火墻進行隔離傳輸確保了播出網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

2.3　視頻服務(wù)器系統(tǒng)

在改造后的系統(tǒng)中采用的是主備視頻服務(wù)器模式，數(shù)據(jù)是完全鏡像地保存在獨立視頻服務(wù)器中。它們完全獨立﹑互不影響，主備服務(wù)器之間具有心跳檢測功能，一旦主視頻服務(wù)器出現(xiàn)故障，切換矩陣立刻切換至備視頻服務(wù)器繼續(xù)播出，所有過程的檢測﹑控制都由播控機軟件實時完成[1]。

由于升級后的系統(tǒng)采用的全高清素材的播出，所以對于服務(wù)器而言存儲容量也是必須升級的，目前播出服務(wù)器本地采用RAID5進行存儲，用4塊2TB硬盤實際可用容量達到6TB左右。同時，考慮以后節(jié)目量的增加，引入了二級存儲（近線存儲）機制，即所有提交至播出系統(tǒng)的節(jié)目素材統(tǒng)一存儲至二級存儲中，待播出節(jié)目單提交至播出服務(wù)器后，系統(tǒng)將根據(jù)節(jié)目單檢測素材，自動將二級存儲區(qū)的素材遷移至播出服務(wù)器本地待播。緊急情況下，也可直接將播出素材提交到主備播出服務(wù)器本地存儲區(qū)，備機自動同步，無需二次提交。二級存儲示意圖如圖4所示。

3　設(shè)備與技術(shù)選型

3.1　高清視頻服務(wù)器

傳統(tǒng)的播出系統(tǒng)，除切換器外，為了實現(xiàn)信號同步，需配備幀同步器；為了疊加字幕﹑臺標(biāo)，而配備鍵混器﹑臺標(biāo)機﹑字幕機；為了實現(xiàn)音頻響度的一致性，而配備響度控制器。為配備以上眾多的播出周邊設(shè)備，傳統(tǒng)的播出系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量多﹑連線多﹑環(huán)節(jié)多﹑系統(tǒng)復(fù)雜，因而故障節(jié)點較多﹑安全度不高﹑信號指標(biāo)難以保證。深圳廣電集團龍崗廣電中心選用的是勵得數(shù)碼的“星云”播出系統(tǒng)，該系統(tǒng)將眾多周邊設(shè)備功能集于一體，減少了故障隱患節(jié)點數(shù)量，備份手段更加完備﹑簡便，提升了系統(tǒng)整體的安全性﹑可靠性。同時，它還具備斷電直通﹑板卡無響應(yīng)直通﹑操作系統(tǒng)無響應(yīng)直通等應(yīng)急措施，為安全播出提供了強有力的保障。

該視頻播出服務(wù)器具有以下幾大特點：①播出素材采用國際標(biāo)準(zhǔn)的MPEG II方式壓縮格式，支持1080I﹑720P或者其他標(biāo)清素材播出，實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)的制播一體化；②單臺機器同時播出1～3個頻道，同時可配備大容量磁盤陣列，用于增加硬盤讀寫速度和存儲高清素材；③本地素材存儲模式，安全性能高；④播出服務(wù)器采用廣播級高清接口卡，視頻質(zhì)量和安全性有保障；⑤可以與任何公司制作網(wǎng)絡(luò)進行無縫連接，便于實現(xiàn)制播一體化；⑥高清播出服務(wù)器具有自動上變換功能，自動辨別素材高標(biāo)清信息，標(biāo)清實時上變換；支持高清﹑標(biāo)清素材混播，標(biāo)清自動檢測，自動上變換。

3.2　廣播級高清板卡

對于播出系統(tǒng)而言，播出板卡的性能直接影響到播出質(zhì)量,最后選用了勵得數(shù)碼的自有品牌。該板卡具有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，廣播級的處理芯片，支持4∶2∶2﹑4∶2∶0的MPEG解碼格式；最大可支持4個獨立通道的3G/HD/SD SDI信號的輸入；輸入的4個獨立通道具有自帶幀同步器功能，互相切換不存在靜幀﹑黑場等現(xiàn)象；支持2個獨立通道的3G/HD/SD SDI輸出，可以將輸入的4個通道信號自主調(diào)度，本機就可實現(xiàn)一臺4×2調(diào)度矩陣的功能。

3.3　高標(biāo)清編碼模組

對于高清節(jié)目而言，高清編碼器的性能也是決定播出質(zhì)量的關(guān)鍵因素，它是對輸入信號進行編碼復(fù)用然后傳輸至前端。深圳廣電集團龍崗廣電中心使用的H.264高清編碼器完全符合H.264標(biāo)準(zhǔn)，是廣播級的數(shù)字視頻壓縮產(chǎn)品。支持HD/SD-SDI﹑HD/SD-HDMI﹑CVBS等數(shù)字 /模擬信號輸入，它對輸入的視頻信號進行H.264編碼，支持高清1920x1080P分辨率編碼，支持MPEG1 Layer II﹑AACLC音頻編碼；支持ASI輸入﹑千兆網(wǎng)輸入﹑碼流復(fù)用功能﹑PSI/SI信息自動/手動編輯功能；具有兩路ASI輸出。

4　結(jié)語

全面高清化播出已是大勢所趨，目前衛(wèi)視臺及一些大的地市臺都已實現(xiàn)了全高清化的播出。區(qū)級臺也在緊跟趨勢，根據(jù)現(xiàn)有條件，有計劃分步驟地實施全面高清化播出，通過此次改造升級，龍崗廣電中心實現(xiàn)了真正意義上的全高清播出，播出質(zhì)量也上了一個新臺階，目前升級后的系統(tǒng)運行正常，達到了設(shè)計目標(biāo)。

參考文獻：

[1]王希.廣東電視臺高清播出系統(tǒng)改造項目設(shè)計與實現(xiàn)[J].電視技術(shù),2013(16).