SDN集中管理控制系統(tǒng)在國慶70周年直播中的應(yīng)用

柴路

[摘要]基于中華人民共和國成立70周年慶祝活動電視4K超高清、高動態(tài)范圍全流程制作、直播的需求，總切換系統(tǒng)進(jìn)行了以IP切換臺為核心架構(gòu)的系統(tǒng)適配改造，并采SDN集中管理控制系統(tǒng)，解決直播的集中管理控制、操作方式及應(yīng)用形式。

[關(guān)鍵詞]電視直播;4K超高清;IP系統(tǒng);SDN集中管理控制;虛擬矩陣;源名TALLY

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.11.003

2019年10月1日，慶祝中華人民共和國成立70周年大會、閱兵式、群眾游行和聯(lián)歡活動（以下簡稱慶?；顒樱┰诒本┨彀查T廣場舉行。中央廣播電視總臺圓滿完成了此次慶?；顒拥碾娨晫?shí)況直播工作。這也是目前全世界范圍內(nèi)規(guī)模最大的4K HDR（高動態(tài)范圍）全流程制作、播出的一次成功實(shí)踐。

中央廣播電視總臺復(fù)興路制作區(qū)第八演播室（以下簡稱“第八演播室”），作為臺里第一批建成使用的4K超高清IP演播室，承擔(dān)了這次慶?；顒拥墓残盘栔辈スぷ?。閱兵式的直播信號由新聞中心負(fù)責(zé)切換，聯(lián)歡活動的直播信號是由大型活動中心負(fù)責(zé)切換。因兩個(gè)導(dǎo)演團(tuán)隊(duì)無論從外來信號源與切換臺輸入源的內(nèi)容，導(dǎo)監(jiān)墻、切換臺的布局排列等方面的需求并不相同，導(dǎo)致在兩檔節(jié)目的轉(zhuǎn)換過程中需要對外來信號通路的源名、TALLY、監(jiān)視墻布局、切換臺輸入源及面板位置等信息進(jìn)行快速變更。這在傳統(tǒng)基帶系統(tǒng)下將是一項(xiàng)很繁重耗時(shí)的工作，但在IP系統(tǒng)中，使用演播室集中控制系統(tǒng)則做到了短時(shí)間內(nèi)完成演播室場景的轉(zhuǎn)變工作，使得整個(gè)演播室可以在很短的時(shí)間內(nèi)由“閱兵”狀態(tài)切換到“聯(lián)歡”狀態(tài)。

作為實(shí)際操作者，下面詳細(xì)介紹IP演播室SDN集中控制系統(tǒng)中直播系統(tǒng)適配改造、SDN（Software DefinedNetwork，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)、技術(shù)難點(diǎn)及解決方案。

1第八演播室4K超高清視頻系統(tǒng)概況

第八演播室4K超高清視頻系統(tǒng)，采用主備通用交換機(jī)加IP切換臺作為核心的系統(tǒng)架構(gòu)。以交換機(jī)作為數(shù)據(jù)交互匯聚核心，切換臺作為制作中心，交換機(jī)目的切換作為制作的備用切換通路。4K信號使用LLVC編碼格式NMI協(xié)議進(jìn)行傳輸，符合SMPTE2022-7IP信號的冗余標(biāo)準(zhǔn)，通過SDN管理系統(tǒng)對信號進(jìn)行控制、調(diào)度及管理。

系統(tǒng)包含兩組葉脊結(jié)構(gòu)交換機(jī)作為主備交換機(jī)系統(tǒng)，每組交換機(jī)都是由1臺華為CE8850-64CQ-EI交換機(jī)為脊，1臺華為CE6865-48S8CQ-EI交換機(jī)為葉組成。

切換臺使用的是SONY XVS-8000切換臺，支持40路4K超高清IP信號輸入，12路4K超高清IP信號及4路4K超高清SDI信號輸出。8臺SONY HDC4300/L 4K攝像機(jī)，2臺EVS XS4K 4通道4K記錄播放服務(wù)器，3臺新奧特的Graphite-G石墨4K字幕包裝機(jī)，2路VGA及2路上變換通路。另有6路接收由總控送來的外來4K通路，4路送總控的4K通路，與總控的通路采用TICO基帶方式交接。

導(dǎo)監(jiān)墻監(jiān)看系統(tǒng)仍然采用SDI基帶監(jiān)看方式，由1臺EVERTZ XENO支持64路輸入64路輸出的監(jiān)看矩陣，加7臺EVERTZ 3067VIPl61路3G輸入、2路4K輸出的畫面分割器組成。

視頻導(dǎo)監(jiān)墻采用12臺SONY X550大屏組成，其中，10臺大屏通過畫面分割器以多分屏方式監(jiān)看，2臺大屏用單畫面方式作為PGM、PVW的4K監(jiān)看。音頻導(dǎo)監(jiān)墻采用3臺SONY A8F大屏以多分屏方式顯示，1臺SONYX550大屏用單畫面方式作為PGM的4IqR看。其中，多分屏內(nèi)的畫面采用2SI的一路3G信號進(jìn)行監(jiān)看。

系統(tǒng)主路輸出由切換臺切換輸出，備路輸出由交換機(jī)目的端切換輸出。SONYNtSM系統(tǒng)作為IP制作域的SDN對交換機(jī)及所有視頻流進(jìn)行管理、調(diào)度。格非的“Magi SDN集中管理控制系統(tǒng)作為演播室頂層SDN及主TALLY系統(tǒng)。

2第八演播室4K超高清視頻系統(tǒng)針對慶?；顒又辈サ倪m配改造

第八演播室作為此次慶?；顒又辈サ目傁到y(tǒng)，為了滿足此次直播的需求，對第八演播室數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)、監(jiān)看監(jiān)聽系統(tǒng)等作了針對性的適配改造，擴(kuò)展第八演播室現(xiàn)有4K系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互處理能力、信號處理能力以及信號監(jiān)看規(guī)模。

2.1數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)適配改造

總控送來的外來通路由原有6路增至32路，用以接收前方A、B、c、D、E、F系統(tǒng)和各單點(diǎn)機(jī)位的回傳信號。為方便改造及后期的使用、管理、恢復(fù)，全部通過新增加的2臺華為CE6865-48S8CQ-EI交換機(jī)連入核心系統(tǒng)，將原來一脊一葉的核心交換機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展為一脊兩葉的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，以保證交換機(jī)系統(tǒng)符合SMPTE2022-7的主備標(biāo)準(zhǔn)。

總控送來TICO信號經(jīng)TICO解碼器轉(zhuǎn)為4×3G信號進(jìn)入解嵌器，解嵌器有2組4×3G的4K輸出。其中，第一組輸出經(jīng)IP卡連接交換機(jī)進(jìn)入IP制作系統(tǒng);另一組輸出的4路3G信號以2SI格式用作監(jiān)看使用，其中第一路3G信號接入監(jiān)看矩陣進(jìn)行調(diào)度，第二路信號接入跳線盤，用作監(jiān)視墻大屏的B路備份監(jiān)看，第三路信號接入接口板作為畫分輸入的直連使用。

2.2監(jiān)看系統(tǒng)的適配改造

監(jiān)看系統(tǒng)也做了相應(yīng)的改造，新增加4快SONY A8F大屏，其中，2塊用于補(bǔ)充音頻導(dǎo)監(jiān)墻，2塊用于補(bǔ)充視頻導(dǎo)監(jiān)墻（見圖2），因矩陣規(guī)模的限制，無法做到所有畫分的輸入全部連接矩陣進(jìn)行調(diào)度。

在視頻導(dǎo)監(jiān)墻布局方面，占用了4臺畫面分割器和10塊監(jiān)看大屏，以4分屏的方式顯示前方回傳的節(jié)目信號，每臺畫面分割器的前八路輸入接入矩陣。另用1臺畫面分割器和2塊監(jiān)看大屏，顯示系統(tǒng)末端輸出信號、錄制內(nèi)容等系統(tǒng)信號，此臺畫面分割器的前12路輸入連接矩陣。新增加的2塊監(jiān)看大屏以單畫面方式顯示切換臺內(nèi)置的2路MV信號。

音頻導(dǎo)監(jiān)墻使用了2臺畫面分割器和4塊監(jiān)看大屏，以9分屏的方式顯示所有信號，每臺畫面分割器的前9路輸入接入矩陣，后5路輸入則直接連接外來信號。所有畫面分割器的最后2路輸入都是接的切換臺內(nèi)置的2路MV的信號，用以作為應(yīng)急顯示使用。

2.3演播室工位調(diào)整

應(yīng)直播需求，增加了2臺6通道EVS作為精彩編輯系統(tǒng)。同時(shí)，為了更好地保證4K超高清HDR信號和高清SDR信號的圖像質(zhì)量和色彩效果，特設(shè)立了獨(dú)立的監(jiān)看工位，對4K/HDR與HD/sDR信號進(jìn)行全程技術(shù)對比監(jiān)看。

3SDN集中管理控制系統(tǒng)的應(yīng)用和調(diào)試

3.1集中管理控制系統(tǒng)介紹

第八演播室超高清4K視頻系統(tǒng)，采用的格非Magi SDN集中管理控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的管理、控制、監(jiān)測，位于系統(tǒng)的最頂層。從結(jié)構(gòu)上來說，Magi SDN集中管理控制系統(tǒng)分為代理層、服務(wù)層和用戶交互層，見圖3。

代理層是將不同廠家、不同協(xié)議的設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行封裝從而為服務(wù)層提供統(tǒng)一的Restful接口，見圖4。服務(wù)層則處理用戶交互層發(fā)送的命令請求，進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)發(fā)給代理層，同時(shí)接收代理層的命令反饋后通知用戶交互層。而用戶交互層則為實(shí)際使用界面，是系統(tǒng)管理、控制、調(diào)度、監(jiān)測、網(wǎng)管等部分的用戶交互接口。同時(shí)，系統(tǒng)配置了多種類型的可編程硬件面板，在SDN中編輯好面板模板后可以在瞬間下發(fā)至硬件面板進(jìn)行操作。演播室內(nèi)包括應(yīng)急切換面板在內(nèi)的眾多面板，都是采用此種方式對交換機(jī)、SDI矩陣、畫面分割器等設(shè)備進(jìn)行切換調(diào)度的。格非SDN還具有獨(dú)立的TALLY及源名處理模塊，用于系統(tǒng)內(nèi)TALLY及源名策略的制定與應(yīng)用。

3.2集中管理控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

下面就本次直播前、系統(tǒng)調(diào)試時(shí)通過SDN集中管理控制系統(tǒng)解決的部分技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解析。

第一個(gè)難點(diǎn)就是信號源數(shù)量超出了切換臺的輸入路數(shù)的問題。在閱兵式的直播中，需要用到32路外來信號、2路視頻播放信號，共34路信號。對聯(lián)歡活動的直播，需要用到28路外來信號、4路視頻播放信號、2路精彩編輯信號、3路字幕包裝信號，每路字幕包裝信號包括字幕包裝機(jī)輸出的視頻信號和鍵信號2路信號。雖然每個(gè)時(shí)段所需的信號數(shù)量都控制在40路輸入的范圍內(nèi)，但2次直播所需信號的總和卻達(dá)到了44路，已經(jīng)超出了切換臺最大40路信號輸入的接入范圍，無法全部接入切換臺。這在基帶系統(tǒng)下，若是不對信號進(jìn)行刪減，幾乎是不可能解決的;而在IP系統(tǒng)下，通過靈活的調(diào)度做到不刪減信號數(shù)量，可以在直播的間隙變更切換臺的輸入信號，滿足直播需求。

接下來還有一系列與源名及TALLY相關(guān)的問題。具體情況是，閱兵式的直播與聯(lián)歡活動的直播對前方信號的需求不同，致使外來信號大多存在通路復(fù)用，同路不同源的情況。例如演播室與總控的第20路外來通路“EXT20”，在閱兵式的直播時(shí)，內(nèi)容為拍攝飛機(jī)的一個(gè)機(jī)位“Y1”;而在聯(lián)歡活動的直播時(shí)，則變更為拍攝焰火的一個(gè)機(jī)位“E12”。無論是信號內(nèi)容還是所需的源名都不相同，帶來非常復(fù)雜的局面，在閱兵式直播時(shí)可能是切換臺上的第23個(gè)按鍵、導(dǎo)監(jiān)墻上第1塊大屏左下角的一個(gè)分屏，而在聯(lián)歡活動直播中就變成切換臺上的第15個(gè)按鍵、導(dǎo)監(jiān)墻上第3塊大屏右下角的一個(gè)分屏。這樣復(fù)用的信號通路共有16個(gè)，即使內(nèi)容和源名都沒有變動的通路，也因?qū)а莸那袚Q習(xí)慣、應(yīng)用場景的不同，在導(dǎo)監(jiān)墻及切換臺上的位置及源名也會不盡相同，有的信號還需要在導(dǎo)監(jiān)墻上做位置標(biāo)注（見圖5），使得同一信號源在一天之內(nèi)需要多組源名同時(shí)顯示在不同設(shè)備上，并且隨著每次演練，根據(jù)導(dǎo)演需求還要不停調(diào)整位置、順序等。

為保證調(diào)度過程中的正確性、安全性，最終決定所有源名需要統(tǒng)一來源，全部設(shè)備都采用動態(tài)源名顯示，隨著信號的各種調(diào)度，源名自動變更、跟隨。

首先，確定源名的統(tǒng)一來源，因第八演播室使用的是SONY的LSM系統(tǒng)作為IP生產(chǎn)域的管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)信號流的調(diào)度、管理、控制等工作，是所有信號源最根本的基礎(chǔ)。所以，在LSMR！面定義基礎(chǔ)源名，LSM定義的源名為第八演播室與總控的外來通道的名稱，不管信號內(nèi)容如何變更，通道順序、名稱都不會改變。比如總控送來的32路外來通路定義為EXT1至EXT32，一經(jīng)確定后不會再做任何更改。這些通路信息經(jīng)過LSM命名后，添加到系統(tǒng)的IP矩陣內(nèi)，提供給格非Magi SDN集中管理控制系統(tǒng)，作為集控系統(tǒng)的基礎(chǔ)矩陣使用。

然后，與總控共同確定每條通路內(nèi)在不同時(shí)段具體傳輸?shù)膬?nèi)容信號。具體實(shí)現(xiàn)就是，分別為閱兵式和與聯(lián)歡活動直播做了對照表，明確32路外來通路中具體傳輸?shù)男盘杻?nèi)容;后續(xù)如有變更，也只對信號內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)不同時(shí)段外來通路傳輸?shù)膬?nèi)容在Magi SDN集中管理控制系統(tǒng)內(nèi)以別名的形式與LSM的系統(tǒng)IP矩陣一一對應(yīng)，即基礎(chǔ)源名和兩組內(nèi)容名稱，使得每一路信號有三組名稱;再根據(jù)需要分別添加一組帶位置信息的名稱，和一組包含所有信息的名稱。例如：物理名為EXT20，源名為Y1/E12-EXT20，別名1為Y1，別名2為E12，別名3為Y1/位置信息，別名4為E12/位置信息。所有信號的命名都設(shè)置完成后，即可實(shí)現(xiàn)同一信號在不同設(shè)備顯示不同的名稱。

確定源名后，規(guī)劃信號的具體路由，建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。由于第八演播室采用的是基帶SDI監(jiān)看，造成監(jiān)看系統(tǒng)無法直接通過交換機(jī)調(diào)度來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，需要通過監(jiān)看矩陣進(jìn)行調(diào)度，以保證源名及TALLY信息能從IP流到SDI信號的統(tǒng)一。在Magi SDN集中管理控制系統(tǒng)中，依據(jù)SDI矩陣的物理端口映射出一個(gè)虛擬的監(jiān)看矩陣，再把這個(gè)虛擬監(jiān)看矩陣的輸入端與LSM中的相應(yīng)的視頻流進(jìn)行對照綁定。比如SDI矩陣的輸入1口，連接的是外來信號1的監(jiān)看，也就是前面提到的，經(jīng)總控送來的TICO信號，經(jīng)TICO解碼器轉(zhuǎn)成4×3G信號進(jìn)入解嵌器，解嵌器第一組輸出經(jīng)IP網(wǎng)關(guān)卡進(jìn)入交換機(jī)，也就是進(jìn)入LSM系統(tǒng)，另一組輸出取一路3G信號以2SI方式接入SDI矩陣，如圖6所示。

所以，在Magi SDN系統(tǒng)中，需要把SDI虛擬矩陣的輸入通道與LSM系統(tǒng)中的同一信號進(jìn)行綁定，比如SDI矩陣輸入1與LSM中EXTl進(jìn)行綁定，這樣SDI矩陣通過MagisDN系統(tǒng)就得到了所對應(yīng)的IP流的源名及TALLY等信息。然后，把SDI矩陣的輸出口，與畫面分割器的輸入口進(jìn)行一一綁定，使得源名及TALLY等信息可以通過畫面分割器在監(jiān)看大屏上呈現(xiàn)。