衡山縣電視臺高標(biāo)清制播系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

文/王海濱

目前，廣播電視技術(shù)已發(fā)展到數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化時代，同時，高清數(shù)字電視是廣播電視技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是發(fā)展先進(jìn)文化、滿足人民群眾精神文化各種需求的動力。

衡山縣電視臺的模擬標(biāo)清制播設(shè)備從投入使用到現(xiàn)在已有十余年，但因資金原因沒有統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，現(xiàn)有設(shè)備已老化陳舊，在節(jié)目制作和播出過程中故障率逐漸升高，不宜繼續(xù)使用。因此，針對這一問題需要盡快建立起一套新型的、高清的制播系統(tǒng)加以解決，這也是當(dāng)前縣級電視臺的首要工作?，F(xiàn)階段設(shè)施升級主要包括了高清制作非編網(wǎng)系統(tǒng)和高標(biāo)清同播系統(tǒng)兩套系統(tǒng)，從而構(gòu)成一套相對完整的高標(biāo)清制播系統(tǒng)。

衡山縣電視臺按照國家高清電視建設(shè)規(guī)范，結(jié)合自身實際情況，搭建了一個高清數(shù)字化、采編播一體化的全臺網(wǎng)，一個集上載、制作、播出、工程打包、后臺渲染、節(jié)目編播、高標(biāo)清同播等功能實現(xiàn)統(tǒng)一，并能實現(xiàn)整個電視臺95%以上業(yè)務(wù)的完善的電視臺制播系統(tǒng)，能夠滿足今后衡山縣級融媒體發(fā)展需要的先進(jìn)平臺。

1.設(shè)計原則

在系統(tǒng)設(shè)計時，除了要具備一定的前瞻性和考慮未來各種工作的實用性以及兼容性，還要使其能夠滿足電視臺節(jié)目制作、播出的管理需要以及存儲需要。同時，這套系統(tǒng)的兼容性要能夠保證和電視臺當(dāng)前的各種節(jié)目資源實現(xiàn)對接，這樣就能利用這套新型系統(tǒng)銜接各種標(biāo)準(zhǔn)節(jié)目，從而實現(xiàn)電視臺資源共享。

1.1 前瞻性原則

廣播電視相關(guān)專業(yè)技術(shù)產(chǎn)品不僅要能滿足當(dāng)前制作、播放的各種要求，而且能在未來相當(dāng)一段時間內(nèi)做到系統(tǒng)的超前性，從而提升系統(tǒng)的使用壽命。如新媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展與應(yīng)用、轉(zhuǎn)播車項目的考慮等，應(yīng)考慮到今后電視臺事業(yè)發(fā)展和新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

1.2 先進(jìn)性原則

在充分考慮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的可靠性、使用性以及高效性的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能利用先進(jìn)的技術(shù)。在衡山縣電視臺整體的項目規(guī)劃以及設(shè)備選型上，必須要能夠達(dá)到我國廣播電視的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時要契合國際電視技術(shù)的發(fā)展要求。在系統(tǒng)設(shè)計上，要盡可能的做好升級、擴展的準(zhǔn)備，這樣就能較好地面對今后電視臺各項節(jié)目的升級和發(fā)展需要。

1.3 安全可靠性原則

一個可靠、安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于一個電視臺的設(shè)備規(guī)劃的重要性是顯而易見的，在系統(tǒng)的安全性上，備份系統(tǒng)是不可缺少的，因此，備份系統(tǒng)必須要和主系統(tǒng)完全隔離，這樣即便主系統(tǒng)出現(xiàn)問題，備份系統(tǒng)不僅不會受到影響，而且能很快替代主系統(tǒng)實現(xiàn)切換。當(dāng)然，系統(tǒng)在工作過程中需要有完善、嚴(yán)格的監(jiān)控和管理，即便有故障出現(xiàn)，也不會影響電視臺相關(guān)工作的開展。

1.4 可擴展性原則

項目規(guī)劃考慮要有良好的升級性、擴展性，這樣就能夠保證電視臺有較大的空間為以后的新項目啟動和開展做好充足的準(zhǔn)備，比如未來要向完全高清格式的平滑過渡、所用方案考慮未來技術(shù)升級及新的業(yè)務(wù)需求等。

1.5 實用高效性原則

衡山電視臺的節(jié)目制播方案所用到的制播系統(tǒng)以及各種軟硬件設(shè)備，都能夠有效地實現(xiàn)不同節(jié)目的制播要求以及各種節(jié)目調(diào)用的需求，也能夠?qū)崿F(xiàn)電視臺各種節(jié)目格式的高清化、安全性高的存儲方式。并且系統(tǒng)能夠有效通過精確查找、模糊查找快速實現(xiàn)檢索，這樣就能夠高效地實現(xiàn)電視臺內(nèi)部的資源調(diào)用。

1.6 標(biāo)準(zhǔn)開放性原則

通過使用標(biāo)準(zhǔn)化平臺，利用標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范模式，實現(xiàn)規(guī)范開發(fā)，通過這些規(guī)準(zhǔn)的使用，就能較好地開發(fā)出一套標(biāo)準(zhǔn)化的制播系統(tǒng)。在衡山電視臺制播系統(tǒng)的開發(fā)中，很重視標(biāo)準(zhǔn)化原則和要求。

2.高標(biāo)清制播系統(tǒng)設(shè)計方案

衡山電視臺所使用的高標(biāo)清制播系統(tǒng)完全符合國家廣播電視要求，整套系統(tǒng)實際上是基于高清制作非編網(wǎng)系統(tǒng)和高標(biāo)清同播系統(tǒng)兩套系統(tǒng)構(gòu)成的。

圖1 衡山縣電視臺制博網(wǎng)系統(tǒng)拓補圖

2.1 高清制作非編網(wǎng)系統(tǒng)

廣電行業(yè)的非編網(wǎng)系統(tǒng)具有特殊性，需要考慮與大量AV設(shè)備的連接和海量視音頻文件的存取訪問，高清非編網(wǎng)的存儲系統(tǒng)是整套系統(tǒng)設(shè)計中的核心問題，這一設(shè)計對整套系統(tǒng)的性能、安全性、擴展性具有非常重要的意義。根據(jù)本臺實際情況，綜合考慮決定采用Ethernet+NAS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以先進(jìn)的萬兆NAS存儲為基礎(chǔ)，核心交換機進(jìn)行傳輸，高標(biāo)清非編工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)整套架構(gòu)相對簡單，可靠性強，維護(hù)相對容易，維護(hù)成本低。這樣可保證系統(tǒng)能夠在相當(dāng)一段時間充分滿足電視臺的發(fā)展需要，充分體現(xiàn)整套系統(tǒng)的價值，也有效延長了系統(tǒng)的使用壽命。

圖2 衡山縣廣播電視臺非編制作網(wǎng)系統(tǒng)拓補圖

2.1.1 系統(tǒng)平臺主要組成設(shè)備

中心存儲：采用1臺16盤位萬兆存儲節(jié)點，對外提供2個萬兆以太網(wǎng)接口通道，滿足高清節(jié)目制作要求；配置17塊4TB SATA硬盤，其中16塊采用RIAD6+S容錯方式，1塊做為冷備硬盤存儲，有效容量52TB。

節(jié)目制作工作站：系統(tǒng)中配置1臺高端包裝工作站，2臺有卡高清編輯工作站，8臺無卡高清編輯工作站。所有工作站之間實現(xiàn)素材、字幕、特技、節(jié)目項目文件的交互，實現(xiàn)協(xié)同工作，提高節(jié)目制作效率；后期還添置了6臺無卡高清編輯工作站，以滿足對節(jié)目制作的粗編要求，可擴展性功能很強。

2.1.2 存儲容量規(guī)劃

我們按照52TB的存儲空間配置，現(xiàn)有高清視音頻素材一般不超過50Mbps，完全滿足近五年的節(jié)目制作存儲需求，系統(tǒng)大約可存儲時間如下：

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2.1.3 非編系統(tǒng)工作站

高清電視在分辨率上基本是1920*1080，而且這種非編系統(tǒng)工作站充分考慮到了觀眾的視覺體驗，基于16:9的寬屏設(shè)計，而且還搭載了5.1立體聲，從而能夠讓廣大觀眾體驗到最先進(jìn)的“視覺盛宴”。當(dāng)然，要想能夠完美達(dá)到這種視聽效果，就需要在拍攝制作時，要保證拍攝畫面質(zhì)量，同時在后期制作中不斷提升畫面質(zhì)量。

在非編系統(tǒng)環(huán)境中，采用了主流的WIN 7環(huán)境，提升了各種復(fù)雜、時長超長的節(jié)目的響應(yīng)速度。系統(tǒng)采用國內(nèi)一線品牌的主流設(shè)備，采用第二代GP2U+Acc.渲染引擎，基于DirectX11架構(gòu)。采用廣播級視音頻板卡，支持SD/HD SDI及模擬分量、復(fù)合等視頻接口，可用于高標(biāo)清的制作和監(jiān)看全流程?？奢p松實現(xiàn)從立體聲混音到環(huán)繞聲及更復(fù)雜的音頻制作，能夠滿足所有后期音頻專業(yè)制作的需要。

2.1.4 視音頻采集

在視音頻采集上，通過使用采集卡實現(xiàn)信號的接收和轉(zhuǎn)換，然后將已經(jīng)采集好的信號保存到硬盤中，最后通過編輯工具對資源進(jìn)行編輯，最終成為電視臺資源數(shù)據(jù)庫中的一部分，方便用戶選擇和使用。

支持從XDCAM采集、從P2卡采集高清攝像機拍攝的高清視頻素材，支持導(dǎo)入素材、圖片等其他多媒體文件格式。

2.1.5 編輯制作功能

非編系統(tǒng)工作站支持軌內(nèi)轉(zhuǎn)場、Trim修剪、曲線變速工具，具有更豐富、更實用、更高效的故事板編輯操作，有更多針對軌道的操作手段。

2.1.6 字幕系統(tǒng)功能

字幕系統(tǒng)以插件形式實現(xiàn)了字幕功能的內(nèi)嵌，字幕插件獨有時碼軌設(shè)計，具有快捷方便的對白和滾屏制作工具，能更流暢地對高清字幕進(jìn)行預(yù)覽，同時在時間線增加吸力設(shè)定，是一套真正具備三維字幕制作、高標(biāo)清兼容的字幕制作系統(tǒng)。

2.1.7 非編資源管理

非編系統(tǒng)能夠很好地對電視臺的高標(biāo)清素材、模板等資源實現(xiàn)統(tǒng)一管理，并且能夠應(yīng)用于大型節(jié)目后期處理工作中。隨著以后制作的節(jié)目要求越來越高，節(jié)目形式也會越多樣化，協(xié)同工作可以很明顯地提高節(jié)目制作生產(chǎn)效率。并且對節(jié)目素材中的各種特技、模板可以隨意進(jìn)行拆分或組合，從而能夠搭載、實現(xiàn)各種素材的調(diào)配、使用。同時，對于資源的種類，比如離線或在線素材都有相關(guān)的提示，這樣能夠方便用戶的使用。具備一個類似google工具欄的新工具，基于全文檢索的快速查找迅速定位資源。預(yù)制大量的音效素材，能隨時為節(jié)目增加正確的音效。支持修改特技模板和字幕模板樹結(jié)構(gòu)，讓模板調(diào)用更方便。所有這些功能都是為了能高效率、高質(zhì)量地完成電視節(jié)目高清制作而設(shè)計。

2.2 高標(biāo)清同播系統(tǒng)

2.2.1 架構(gòu)設(shè)計

衡山縣電視臺按照建設(shè)兩個頻道的播出系統(tǒng)且均為高標(biāo)清同步播出進(jìn)行設(shè)計。整個播出系統(tǒng)要求統(tǒng)一設(shè)計、美觀大方、配置科學(xué)、布局合理。并且系統(tǒng)還具備視頻播放的專用服務(wù)器以及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫、上傳系統(tǒng)以及二級存儲系統(tǒng)和高清轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。

其中，播出服務(wù)器是整個系統(tǒng)的大腦，決定了播出系統(tǒng)的性能和安全，播控系統(tǒng)是對各種節(jié)目、廣告以及各種信息進(jìn)行播出，在實踐中對于此系統(tǒng)的安全度要求相對較高。系統(tǒng)采用主備播出視頻服務(wù)器與播出控制設(shè)計架構(gòu)。

圖3 系統(tǒng)采用主備播出視頻服務(wù)器與播出控制設(shè)計架構(gòu)圖

2.2.2 高標(biāo)清同播系統(tǒng)主要設(shè)備2.2.3 視頻播出服務(wù)器

設(shè)備名稱 數(shù)量 說明視頻服務(wù)器 1臺 實現(xiàn)2個頻道主播出， 2個頻道高清信號輸出播控工作站 1臺 實現(xiàn)2個頻道的控制上載編單工作站 3臺 用于總編室節(jié)目單上載審片編單播出周邊設(shè)備 1批滿足2個頻道高標(biāo)清同播的周邊設(shè)備，包括播出切換器、多畫面監(jiān)看、高清數(shù)字幀同步、高清音頻響度控制、高標(biāo)清鍵混、高標(biāo)清臺標(biāo)、高清下變換等，支持轉(zhuǎn)播2路HDMI信號節(jié)目

采用廣播級視頻服務(wù)器產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)2RU通用原裝機架式服務(wù)器，基于最新主流服務(wù)器和媒體I/O技術(shù)，可同時支持多通道高清或標(biāo)清播出，具有開放式的軟硬件平臺和標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議，系統(tǒng)能夠和當(dāng)前的非線性節(jié)目、編輯網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互通，通過這種互通從而成為一套穩(wěn)定、安全、可靠的系統(tǒng)平臺。

播出服務(wù)器所有的主要硬件都能實現(xiàn)熱插拔，并且對系統(tǒng)的冗余電源能夠?qū)崿F(xiàn)熱插拔，系統(tǒng)的磁盤陣列、風(fēng)扇根據(jù)使用要求也都能實現(xiàn)熱插拔，通過這些設(shè)計，從而保證了硬件設(shè)備最大的可靠性和便利性。通過這些優(yōu)良的系統(tǒng)管理、硬件品質(zhì)性能，能很好地實現(xiàn)節(jié)目的零幀精準(zhǔn)播放，而且在節(jié)目播放中做到24小時高質(zhì)量播出。

2.2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫對于整套高標(biāo)清系統(tǒng)非常重要，數(shù)據(jù)庫是對電視臺高標(biāo)清系統(tǒng)的各種素材的有效管理，同時對節(jié)目單等數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)管理。因此，在對數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，實現(xiàn)主數(shù)據(jù)庫和備份數(shù)據(jù)庫兩種。這樣即便主數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題，備用數(shù)據(jù)庫能夠馬上切換，從而保證系統(tǒng)的正常運行。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能非常強大，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電視臺信息管理，還能做到用戶、頻道、設(shè)備、廣告資源等管理，而且具有各種查詢功能，同時能偵測用戶操作流程的檢測。此外，數(shù)據(jù)庫具備了節(jié)目素材信息管理、系統(tǒng)配置管理，操作日志、播出日志管理，有效地保證了整個系統(tǒng)的安全性和高效率。

2.2.5 播出控制系統(tǒng)

在設(shè)計過程中，播控系統(tǒng)非常核心的應(yīng)用就是熱備份技術(shù)，以及硬件系統(tǒng)的無單一崩潰點設(shè)計模式，通過使用上述技術(shù)，從而實現(xiàn)了電視臺在面對突發(fā)情況時，能夠妥善處理，有效保障系統(tǒng)的高安全性。

播出控制系統(tǒng)實際上是對關(guān)聯(lián)的工作站、服務(wù)器的軟件、硬件實現(xiàn)各種設(shè)置操作。衡山電視臺高標(biāo)清播出控制工作站采用主備交叉?zhèn)浞莘绞娇刂埔曨l播出服務(wù)器、播出切換矩陣等設(shè)備池，使用相互配合進(jìn)行調(diào)度，確保安全播出。任一播控工作站出現(xiàn)問題，由其他工作站接管并執(zhí)行該頻道的播出控制工作。例如，主服務(wù)器出現(xiàn)問題，能夠自動切換到備播服務(wù)器，主備服務(wù)器都出問題，自動切換到應(yīng)急信號播出；主播控出現(xiàn)問題時，備播控自動接管所有設(shè)備的控制權(quán)。

2.2.6 二級存儲系統(tǒng)

在設(shè)計系統(tǒng)的時候，為了保證系統(tǒng)的安全性，特別設(shè)計了二級存儲系統(tǒng)。結(jié)合衡山電視臺的實際情況，在硬盤存儲中使用基于DAS架構(gòu)的二級存儲系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的安全性很高，能夠保證電視臺節(jié)目數(shù)據(jù)的安全。

二級存儲系統(tǒng)是基于DAS架構(gòu)，通過遷移服務(wù)器實現(xiàn)存儲陣列中的數(shù)據(jù)交換，同時能夠?qū)崿F(xiàn)外部數(shù)據(jù)對存儲陣列的數(shù)據(jù)的使用；此外，在遷移過程中也能夠保證帶寬的穩(wěn)定，這樣不會因為遷移需要的高負(fù)荷帶寬而影響到電視臺其他工作的進(jìn)行。二級存儲系統(tǒng)具有很強大的冗余機制，并且該系統(tǒng)無單一潰點。此外，基于二級存儲架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能有效提升存儲容量，提升遷移速度。并且遷移更加方便，僅僅將遷移服務(wù)器加入到二級存儲網(wǎng)絡(luò)中即可實現(xiàn)遷移。

節(jié)目上傳工作站將上載的節(jié)目送到二級存儲體中。遷移工作由服務(wù)器后臺自動管理，通過智能化遷移，可以了解到遷移的當(dāng)前狀態(tài)、數(shù)據(jù)占用比，這樣就能很好地監(jiān)測數(shù)據(jù)遷移中的負(fù)荷情況。

2.2.7 上載系統(tǒng)的設(shè)計

考慮到方便、實用、安全等因素，上載系統(tǒng)具備以下功能：分布的異地上傳模式與集中上載相結(jié)合。整個播出系統(tǒng)中素材上傳工作站配置3套，用于上傳專題、電視劇等節(jié)目，可分別適用于2個高標(biāo)清頻道。

上傳審片及下載功能。上傳工作站可以在系統(tǒng)中實現(xiàn)素材的上傳和審核，并根據(jù)使用需要對上傳方式進(jìn)行調(diào)整。比如，先上傳到服務(wù)器或者上傳到二級存儲陣列都可以，然后再實現(xiàn)遷移傳送到服務(wù)器上。上傳到服務(wù)器后的數(shù)據(jù)也可以直接使用。這種方式適用于那些要求較為嚴(yán)格的節(jié)目，比如新聞類、欄目類節(jié)目。上傳到二級存儲陣列，然后根據(jù)使用情況遷移到播出服務(wù)器后再進(jìn)行播放的方式類型包括電視劇、電影、廣告等節(jié)目。

上傳服務(wù)器具備編輯、審核等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種素材的編輯、審核、管理，同時，上傳服務(wù)器還能夠看到節(jié)目的長度、內(nèi)容，而節(jié)目上傳時也能夠看到視頻是否已經(jīng)進(jìn)行過編碼的視頻信號。

圖5

2.2.8 應(yīng)急切換系統(tǒng)

每個頻道采用8x2的播出切換器做播出切換。每個頻道的信號源主要有：每個頻道的主備服務(wù)器信號2路，其中，中央臺以及直播信號分別占用1路。如果主服務(wù)器出現(xiàn)問題，那么播出控制站會自動切換到備用播出服務(wù)器的信號，這樣就能將播出故障有效進(jìn)行彌補。

2.2.9 高清下變換系統(tǒng)

高標(biāo)清同播系統(tǒng)主要基于兩種實現(xiàn)方式：一種是通過相互獨立的高標(biāo)清播出通道來實現(xiàn)播出；另外一種是基于高清信號實現(xiàn)信號的標(biāo)清通道的同步播放。在本系統(tǒng)的使用是基于變換方式實現(xiàn)高標(biāo)清播放。在系統(tǒng)中有兩種變換方式，包括了對直接播放的高清節(jié)目進(jìn)行擠壓變換，還有一種對高清信號進(jìn)行處理，從而轉(zhuǎn)變成標(biāo)清節(jié)目進(jìn)行播放。兩種下變換方式都可以在一體式切換設(shè)備中用軟件遠(yuǎn)程進(jìn)行控制，方便、快捷而且安全，達(dá)到了設(shè)計的初衷。

結(jié)語

衡山縣電視臺高標(biāo)清制播系統(tǒng)自設(shè)計、建設(shè)完成至今，系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)秀，運行狀態(tài)總體良好，沒有出現(xiàn)過大的故障，達(dá)到并超過了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。整套系統(tǒng)的建成，使衡山縣電視臺高清頻道建設(shè)的制作、播出、存儲和傳輸技術(shù)系統(tǒng)全面實現(xiàn)了高清網(wǎng)絡(luò)化流程，能夠滿足衡山縣電視臺高清頻道100%高清節(jié)目的制作和播出要求，高標(biāo)清同步播出，制播存流程主體運行流暢，實現(xiàn)了全部文件化互聯(lián)，即確保了高清節(jié)目制作的效率和質(zhì)量，又最大程度地確保了高標(biāo)清播出系統(tǒng)的安全。

高標(biāo)清制播系統(tǒng)長期高效運行，除了布局設(shè)計合理、施工質(zhì)量優(yōu)良外離不開日常的維護(hù)和管理，更需要解決實際運行過程中發(fā)現(xiàn)的各種問題。改進(jìn)提升高標(biāo)清制播系統(tǒng)整體運行功效。一套真正意義上的高效、穩(wěn)定、安全運行的衡山縣電視臺高標(biāo)清制播系統(tǒng)，可為國內(nèi)其他縣級臺提供可借鑒的模式，也為實現(xiàn)縣級融媒體戰(zhàn)略目標(biāo)打下堅實的基礎(chǔ)。