播出視頻服務(wù)器技術(shù)架構(gòu)的發(fā)展趨勢

馬云峰

吉林省德惠廣播電視臺 吉林 德惠 130300

引言

很多地方電視臺的播出視頻服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)從播出機房落差搭建至今已經(jīng)十年了,中間雖然經(jīng)過了小型升級,部分設(shè)備更新?lián)Q代,總體的結(jié)構(gòu)一直沒有改變。經(jīng)過近十年來的使用,設(shè)備已經(jīng)相對落后,存在安全隱患；另一方面,隨著視頻服務(wù)器的更新?lián)Q代,頻道的增加和視頻清晰度的提高,對網(wǎng)絡(luò)的帶寬和處理能力要求進(jìn)一步提高,原有網(wǎng)絡(luò)的承載力和穩(wěn)定度需要進(jìn)一步優(yōu)化。播出中視頻服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定,對播出安全至關(guān)重要,因此經(jīng)過反復(fù)討論和研究后,我們決定優(yōu)化播出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),保證播出的穩(wěn)定和安全。

1 傳統(tǒng)廣播電視架構(gòu)方案

改革開放以來,我國廣電事業(yè)迅速發(fā)展,在全球化的當(dāng)今時代,廣播電視逐漸走上產(chǎn)業(yè)化和集團化的道路。由于廣播電視是文化產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,廣播電視產(chǎn)業(yè)應(yīng)積極響應(yīng)文化大發(fā)展、大繁榮的號召,深化內(nèi)部體制改革,推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級,實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展。

此前,廣播電視傳統(tǒng)設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品大部分都是基于ARM、DSP、FPGA等嵌入式芯片處理數(shù)據(jù)的單一功能硬件產(chǎn)品。整個播出鏈路每一個功能的實現(xiàn)都靠一臺設(shè)備來完成。

信號從前置調(diào)度矩陣傳輸?shù)讲コ龇?wù)器,服務(wù)器將此信號進(jìn)行轉(zhuǎn)播,轉(zhuǎn)播出的信號要經(jīng)過高標(biāo)清上下變換器、臺標(biāo)字幕機、編碼器等設(shè)備才能最終進(jìn)入后端的復(fù)用、加擾、調(diào)制等環(huán)節(jié)。

但這種方式已經(jīng)滿足不了廣播電視快速發(fā)展的腳步。隨著內(nèi)容質(zhì)量的快速發(fā)展,現(xiàn)在信號分辨率已經(jīng)從標(biāo)清、高清升級到4K、VR乃至將來的8K等。傳統(tǒng)同軸電纜傳輸高質(zhì)量、高碼率的信號已顯得力不從心。如果想在云端架設(shè)播出,傳統(tǒng)設(shè)備完全無用武之地。實現(xiàn)云端播出必須將傳統(tǒng)功能通過軟件實現(xiàn),這樣才可以解決以上問題。由于傳統(tǒng)方案的設(shè)備節(jié)點多,其出現(xiàn)設(shè)備故障的風(fēng)險也就越高。每增加一個功能,就需要多部署一臺設(shè)備,風(fēng)險也就增加一分。

2 視頻服務(wù)器播出系統(tǒng)改進(jìn)

2.1 素材檢查錯誤 播出控制軟件會自動對視頻服務(wù)器進(jìn)行素材檢查,自動素材檢查分為兩種,第一種是小范圍時素材檢查,時間范圍是節(jié)目開播前3小時；第二種是全單間斷素材檢查,間隔時間是可配置的。當(dāng)視頻服務(wù)器中素材存在錯誤,如不存在或素材短的情況,直接將錯誤條目錯誤報警輸出到提示信息中心的窗口并加以聲音報警,如在節(jié)目開播前還未修復(fù)素材錯誤,則軟件會自動控制切換設(shè)備切換到素材狀態(tài)正常的信號源上。

2.2 視頻服務(wù)器應(yīng)急備份源改進(jìn) 基于地方電視臺節(jié)目播出的實際需求,視頻服務(wù)器播出系統(tǒng)的應(yīng)急備份源需要改進(jìn),并且與視頻播出系統(tǒng)之間保持各自獨立的狀態(tài)。實際上,應(yīng)急備份源在電視臺播出系統(tǒng)中并不常常使用,長期保持在備用狀態(tài),因此,應(yīng)急備份源的相關(guān)指標(biāo)設(shè)置并不一定要與主服務(wù)器保持同等高度,一般能夠保證電視節(jié)目播出圖像、聲音正常繼續(xù)即可。應(yīng)急備份源應(yīng)與原系統(tǒng)相脫離,并且采取單機硬盤的模式,也就是利用單獨計算機來配備編解碼卡,通過時間點控制的方式,同主服務(wù)器之間保持一致。在這一情況下,一旦主服務(wù)器出現(xiàn)故障,如死機等問題,應(yīng)急備份源快速接入,從而能夠保證播出系統(tǒng)完全正常,不會出現(xiàn)視頻切中斷的現(xiàn)象。此外,應(yīng)急備份源的使用頻率較低,電視臺處于成本控制因素,可以采取碼流較小的模式,并且將編解碼卡的指標(biāo)也降低,在保證視頻播出質(zhì)量的前提下,避免資源浪費。

2.3 視頻服務(wù)器播出系統(tǒng)自動切換改進(jìn) 視頻服務(wù)器播出系統(tǒng)自動切換的改進(jìn)實際上指的是在主服務(wù)器出現(xiàn)死機等故障后,備用服務(wù)器能夠完成自動切換,從而保證電視節(jié)目播出的無縫銜接。如果服務(wù)器運行中出現(xiàn)故障,視頻播放出現(xiàn)無視頻信號,在這一情況下,視頻鎖相電路會從輸出端輸出低電平,隨后這一情況將會被電路識別,應(yīng)急備份源隨之會自動接入其中,節(jié)目的正常播出不會受到干擾。相反,如果視頻服務(wù)器運作正常,電路電平按照正常路徑運行,主服務(wù)器負(fù)責(zé)電視節(jié)目的播出,備份應(yīng)急系統(tǒng)則仍然處于備用狀態(tài)中,不會干擾到視頻的正常播放進(jìn)度。這一改進(jìn)方案所遵循的思路是在上傳的視頻信號中進(jìn)行信號識別,由鎖相相關(guān)電路進(jìn)行低電平轉(zhuǎn)換,通過電路的轉(zhuǎn)換完成系統(tǒng)自動切換。

3 未來廣播電視架構(gòu)發(fā)展趨勢

3.1 IP化發(fā)展 IP的全稱是InternetProtocol,IP化就是互聯(lián)網(wǎng)化。進(jìn)一步說,IP化就是開放,就是交互化、去中心化。傳統(tǒng)電視臺舊的內(nèi)容生產(chǎn)發(fā)行模式、舊的內(nèi)容控制和傳播體制隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展勢必要向IP化靠攏。

3.2 All－in－One以及平臺化發(fā)展 今天的廣播電視正處于變革的時代,特別是人們對4K的推崇和熱衷很高,傳統(tǒng)的基于SDI的播出解決方案已經(jīng)不能滿足廣播電視高清化的需求。伴隨著高清和4K的發(fā)展,IP技術(shù)的成熟為傳統(tǒng)廣電向IP化過渡帶來了新的挑戰(zhàn)和機會,在廣播電視行業(yè)播出端以及鏈路傳輸端將呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢。

(1)信號拓?fù)浞桨岗呄蛲ㄓ梅桨浮?014年,廣播電視IP化剛剛起步,SMPTE2022－6標(biāo)準(zhǔn)剛剛提出。但經(jīng)過幾年的發(fā)展,PC通用設(shè)備發(fā)展已相當(dāng)完善,并有更好的發(fā)展趨勢。IP化技術(shù)也已非常成熟,典型代表是SDN交換機技術(shù)。用一個PC架構(gòu)的通用標(biāo)準(zhǔn)方案,基本能夠覆蓋大部分電視臺的需求。

(2)播控專業(yè)化硬件向“通用PC＋軟件”方向發(fā)展,并有虛擬化和云化趨勢。近年來,隨著傳統(tǒng)播控方式發(fā)生改變,新興的播控廠家都不再基于專業(yè)視頻服務(wù)器開發(fā),而是更多地基于PC架構(gòu)來設(shè)計視頻服務(wù)器。專業(yè)化的硬件向通用PC發(fā)展,并逐漸在虛擬化和云上部署。自動控制系統(tǒng)、切換矩陣、鍵混、切換開關(guān)燈設(shè)備直接被通用的PC設(shè)備所替代,所有功能都通過軟件來實現(xiàn)。

(3)視頻服務(wù)器向All－in－One方向發(fā)展。播出作為電視臺業(yè)務(wù)的最后環(huán)節(jié),在電視臺技術(shù)系統(tǒng)中占有重要地位。隨著數(shù)字電視、高清晰度電視的出現(xiàn),播出已經(jīng)進(jìn)入了一個全新時代,具有繼承播控能力、圖文渲染能力、矩陣能力、上下變換能力的播出服務(wù)器逐漸成為主流。

服務(wù)器廠商都在使用All－in－One模式,這種模式在4K解決方案以及云播出方案中具有優(yōu)勢。將所有控制、轉(zhuǎn)播、調(diào)度、鍵控、信號切換、上下變換等功能全部在一臺服務(wù)器中實現(xiàn),也是走向云播出技術(shù)的基礎(chǔ)。

(4)平臺化發(fā)展方向。隨著近年來云端技術(shù)的快速發(fā)展,很多私有云、專有云、公有云如雨后春筍般出現(xiàn),為廣播電視在云平臺上實現(xiàn)播出奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。各個廠家分別推出云平臺解決方案,國內(nèi)一些省臺以及購物頻道已紛紛開始嘗試云端播出。隨著平臺化技術(shù)的愈加完善、IP技術(shù)的更加成熟,平臺化發(fā)展方向必定是一個大趨勢。

結(jié)語

文件播出已成為電視播出中占比最高的部分,探討如何建設(shè)一個安全、高效率、更穩(wěn)定的視頻服務(wù)器播出架構(gòu)是我們長期的任務(wù)和目標(biāo),電視臺新址播出系統(tǒng)從設(shè)計之初就以播出安全為首要目標(biāo),創(chuàng)新性地引入了多種安全保障措施,本套視頻服務(wù)器系統(tǒng)自建成以來運行穩(wěn)定,應(yīng)急手段方便有效,可為文件化時代的播出安全設(shè)計提供一定的參考。