邢臺廣播電視臺高清播出系統(tǒng)升級改造及應用亮點

趙洪川 劉志鵬

【摘要】隨著觀眾對節(jié)目質(zhì)量要求越來越高帶來的高清化、4K化趨勢，節(jié)目制播文件化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化進入了新一輪的技術革新。本文詳細闡述了邢臺廣播電視臺基于網(wǎng)絡IP技術的高清播出系統(tǒng)的建設及應用亮點。

【關鍵詞】數(shù)字高清;播出控制;IP技術;矩陣;媒體處理中心 ;服務器;二級存儲

中圖分類號：TN943? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.22.043

近幾年，隨著觀眾對電視節(jié)目質(zhì)量要求越來越高，廣播電視制播系統(tǒng)從標清向高清化、4K化方向極速邁進，不僅提高了電視畫面的清晰度，還在色域、亮度、音頻嵌入等多個維度得到了全面提升，豐富了用戶的視覺體驗。2020年6月，邢臺廣播電視臺對全臺制播一體網(wǎng)進行高清化改造，優(yōu)化了采集、制作、播出、傳輸、存儲等整個流程，于8月1日，高清頻道正式開播，取得了良好的社會反響。此次制播系統(tǒng)的改造分為制作、播控兩大部分，本文僅詳細闡述了播出系統(tǒng)的高清化改造情況。

1. 網(wǎng)絡系統(tǒng)架構

邢臺廣播電視臺高清播出系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構采用主備鏈路形式，配置2臺支持萬兆的核心網(wǎng)絡交換機，通過千兆以太網(wǎng)鏈接系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫服務器、內(nèi)容管理服務器、視頻服務器、二級存儲、媒體處理中心、工作站集群等設備進行信息的傳輸控制和管理，使系統(tǒng)負載均衡，當其中任何一臺設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動切換到另一臺設備，保證了播出系統(tǒng)正常運行。外部節(jié)目導入為單獨子網(wǎng)，與播出系統(tǒng)通過防火墻+網(wǎng)閘進行安全隔離;另外還劃分了一個隔離區(qū)，用于非安全區(qū)與安全區(qū)之間訪問的緩沖區(qū)，主要部署對外提供的Web服務、FTP服務等。所有外部節(jié)目導入網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過防火墻系統(tǒng)以及播控系統(tǒng)的隔離區(qū)后才能遷移到播出系統(tǒng)。

2. 播出系統(tǒng)總體設計

邢臺廣播電視臺新建3+1個高標清同播頻道，高清播出采用1080/50i高清SDI信號格式，標清播出采用高清信號下變換的方式;播出系統(tǒng)分為整備系統(tǒng)、硬盤播出系統(tǒng)、分控及信源視音頻系統(tǒng)、播出控制系統(tǒng)4個部分，充分兼容于全臺網(wǎng)絡化，能夠通過介質(zhì)、文件等方式實現(xiàn)節(jié)目整備和播出，采用主備熱備或鏡像機制，系統(tǒng)無單一崩潰點，數(shù)據(jù)無孤島。

2.1 視音頻系統(tǒng)設計

播出系統(tǒng)采用總控+分控的頻道視音頻鏈路設計，32×32總控矩陣承擔高標清格式轉換和分控信源調(diào)度的任務，16×4主備分控矩陣采用末級下變換的方式輸出標清PGM信號，在同播系統(tǒng)中，標清鏈路使用標清設備。

其中，3個主頻道的高清播出視音頻系統(tǒng)采用雙鏈路結構，調(diào)度后的信源通過視分接入播出頻道分控切換設備。采用主備切換+統(tǒng)一上鍵+響度控制的方式，主備切換處理的信號源完全相同。主備通道采用兩個獨立的信號路由，通過4×1倒換器進行倒換，同時增設1條異構視頻服務器第三備播出鏈路，形成3條鏈路的安全保障機制。每個頻道都有一個獨立通道進行視頻播出的備份，正常情況下周邊設備由主機控制，切換矩陣選通主機通路為PGM輸出，當主機出現(xiàn)故障，備機自動接管所有設備的控制權，控制切換矩陣選通備機通路為PGM輸出，繼續(xù)播出。主機恢復工作后，備機再交出控制權，切換矩陣再次選通主機通路為PGM輸出。如圖1：

2.2 硬盤播出系統(tǒng)

高清播出系統(tǒng)中，3個高清主頻道的視頻服務器采用MediaDeck7000，承擔3個高清頻道的播出與上載審片通道，內(nèi)含4塊支持熱插拔的Omneon SATA硬盤，通過3+1 RAID技術存儲系統(tǒng)集成到一個1RU的機箱中，有效容量12TB，保證系統(tǒng)可以在任何一塊硬盤壞掉的情況下仍然正常工作。備用頻道視頻服務器采用2臺正奇公司的第三代FMS視頻服務器，支持4路高清播出，采用All-IN-ONE架構，內(nèi)置臺標、圖文疊加功能，可以為每個頻道輸出疊加獨立臺標，通過接入末級4選1倒換器，實現(xiàn)主備服務器故障后的第三備應急切換。另外，本系統(tǒng)還配置了一臺二級存儲，它是外部系統(tǒng)節(jié)目素材傳輸至播出系統(tǒng)的過渡區(qū)，所有提交至播出系統(tǒng)的節(jié)目素材統(tǒng)一存儲至播出共享盤陣，只有符合遷移策略，且經(jīng)文件技審、MD5 校驗、人工復審，待播出節(jié)目單保存至播出服務器后，系統(tǒng)對單進行檢測素材，自動將二級緩存區(qū)的節(jié)目遷移至播出服務器本地待播。

2.3 播出控制系統(tǒng)

播出控制系統(tǒng)是播出系統(tǒng)中的核心，一方面控制視頻服務器的解碼通道，根據(jù)節(jié)目單進行播出;另一方面自己操作主備分控切換矩陣、鍵混器等視音頻設備以完成播出所需的各種效果。

播出主、備分控通道完全鏡像，由主、備播控工作站獨立鏡像控制。主備切換器、主備鍵混等頻道分控設備接入RS-422自動倒換開關，實現(xiàn)共享控制。當出現(xiàn)故障時，播控機通過RS485命令，對422自動倒換開關進行應急觸發(fā)操作，實現(xiàn)一臺播控機可及時接管播出相關設備的控制任務，實現(xiàn)熱備份和熱切換。

播出控制軟件系統(tǒng)采用完善的松耦合架構，在數(shù)據(jù)庫無法訪問的情況下，仍然可以進行程序啟動、加載節(jié)目單、修改節(jié)目單、播出控制、主備同步等完整的操作，能夠調(diào)用本地保存的節(jié)目單，通過RS-422來控制視頻服務器進行逐條播出。

主、備服務器保持同步可以通過跳線來實現(xiàn)，當主機發(fā)出控制指令，備機完全鏡像記錄，即使同時發(fā)生主備機倒換，備機也可以繼續(xù)發(fā)送沒有成功的指令，保證播出不會中斷。如圖2：

2.4 播出整備系統(tǒng)

整備系統(tǒng)負責電視臺成品內(nèi)容的匯聚、審核與管理，在保證安全要求下，交換集群互聯(lián)系統(tǒng)將臺內(nèi)各生產(chǎn)網(wǎng)絡的成品節(jié)目文件、元數(shù)據(jù)導入播出區(qū)域。內(nèi)容匯聚子系統(tǒng)提供豐富的節(jié)目采集手段，具有有卡上載、介質(zhì)導入、通道上載等多種成品節(jié)目的匯聚方式。

備播管理子系統(tǒng)通過 B/S 的方式進行管理操作，每個用戶登錄后，擁有獨立的權限，可以方便的對系統(tǒng)中的素材、流程、任務策略、系統(tǒng)配置等信息進行管理操作，采用最新的媒體處理中心技術，靈活調(diào)用技審模塊，對進入系統(tǒng)的節(jié)目素材進行校驗，保證待播素材不會出現(xiàn)黑場、靜幀、靜音等事故。該系統(tǒng)通過轉碼功能，將不適合播出的素材格式進行統(tǒng)一的編碼轉換，杜絕了內(nèi)容發(fā)布隱患。在完成校驗、技審、轉碼等操作之后，接收總編系統(tǒng)的播出節(jié)目單信息，形成串聯(lián)單以供硬盤播出控制系統(tǒng)應用。

在既往的文件化任務模式中，任務執(zhí)行服務器按照功能劃分，獨立分布，各司其職，這種模式會造成多任務時的擁堵現(xiàn)象，比如：此時有20條任務同時等待遷移，遷移服務器的負載就會很大，并且遷移任務要排隊等待，而此時遷移未完成，后面的校驗與技審服務器需要等待遷移完成后才能工作，就會比較空閑。這種工作模式造成了服務器的負載不均衡，資源浪費的同時也浪費了大量的時間，使得文件送播的效率低下。為了提高效率，邢臺廣播電視臺在高清播出系統(tǒng)升級改造中采用了最新的文件化送播技術-“媒體處理中心平臺”，其工作模式如圖3：

圖3 媒體處理中心工作流程及技審切片

在傳統(tǒng)的工作模式中，增加了工作流引擎和任務調(diào)度環(huán)節(jié)功能，同時，所有的執(zhí)行服務器可執(zhí)行遷移/技審/校驗等所有任務，這樣可以將所有的待執(zhí)行任務平均分配給各個執(zhí)行服務器，所有服務器的功能一致化，內(nèi)容管理系統(tǒng)根據(jù)服務器的忙閑進行任務分配，提高系統(tǒng)健壯性，所有計算機的資源都被充分利用并且負載均衡，提高計算機的利用率也就提高了系統(tǒng)整體效率。集群內(nèi)的服務器任意損壞1臺，其它服務器應仍能保證正常運轉。為提高HD素材的技審效率，平臺提供技審切片服務。具體流程如下：

a） 將技審任務進行切片，分成若干技審子任務;

b） 將技審子任務分發(fā)給技審服務器進行技審;

c） 技審服務器對分配的技審子任務進行技審;

d） 將技審結果進行合并，得到整個素材的技審結果。

以上切片技審流程會使得技審任務效率成倍速的提升，如一段素材分4個切片進行技審，那么技審效率則提升4倍。

3. 監(jiān)測監(jiān)看

安全送播系統(tǒng)提供完善的監(jiān)測監(jiān)看系統(tǒng)，配備多路信號監(jiān)測設備，采用大屏多畫面分割監(jiān)控界面，可對播出鏈路上的關鍵節(jié)點、節(jié)目輸出點以及接收的各頻道播出信號進行視音頻監(jiān)聽監(jiān)看，并能對關鍵節(jié)點信號的主要技術指標進行監(jiān)測。采用錄音、錄像或者保存技術監(jiān)測信息等方式對輸出的電視節(jié)目及信號的質(zhì)量進行記錄，正常信息可保存30天以上。同時提供及時消息處理、業(yè)務查詢、故障分析等，并可在必要時由網(wǎng)管人員進行人工干預，對緊急任務提前處理。

4. 總結

邢臺廣播電視臺高清頻道開播以來，總體上達到了預期目標，抓住了時代的脈搏。在高清升級改造過程中，將最新媒體技術與數(shù)字技術、網(wǎng)絡IT技術充分融合，采用信號IP化，大大提升了廣播電視節(jié)目的傳輸質(zhì)量和效率，清晰的畫面、艷麗的色彩帶給廣大電視觀眾精美的視覺體驗，贏得了觀眾的認可和點贊。

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作者簡介：趙洪川，工程師，從事河北省邢臺廣播電視臺技術工作.