中國教育電視臺(tái)早期教育頻道 由標(biāo)清調(diào)整為高清播出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)初探

陳云志

【內(nèi)容摘要】隨著高清化的普及，高清播出已經(jīng)成為現(xiàn)階段電視臺(tái)播出的常態(tài)。中國教育電視臺(tái)具備高清總控矩陣和高標(biāo)清同播數(shù)字播出系統(tǒng)，該系統(tǒng)自2016年正式運(yùn)行至今，播出系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)目播出安全順暢。本文結(jié)合CETV早期教育電視頻道播出系統(tǒng)高清化改造進(jìn)行了探討，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了分析和小結(jié)。

【關(guān)鍵詞】高清播出;高清播出總控;系統(tǒng)改造

隨著高清電視的推廣和普及，高清電視技術(shù)已成為廣播電視技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步的必然趨勢(shì)。①中國教育電視臺(tái)具備高清總控矩陣和高標(biāo)清同播數(shù)字播出系統(tǒng)，并順利實(shí)現(xiàn)了主頻道CETV-1和早期教育頻道高、標(biāo)清同播。本文結(jié)合CETV早期教育高清電視頻道（簡稱“早教高清頻道”）播出系統(tǒng)改造進(jìn)行探討，并對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行詳細(xì)的分析和小結(jié)。

一、早教高清頻道改造方案概述

CETV現(xiàn)有的早期教育標(biāo)清播出數(shù)字付費(fèi)頻道，其播出系統(tǒng)為1主1備（1+1系統(tǒng)級(jí)備份）高標(biāo)清兼容的系統(tǒng)配置模式，各系統(tǒng)內(nèi)可同步播出主、備兩路標(biāo)清節(jié)目，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)播出控制方式，具備主備應(yīng)急墊片及4路標(biāo)清應(yīng)急硬盤放像播出能力。

早期教育高清電視頻道計(jì)劃由現(xiàn)有高標(biāo)清兼容的早期教育標(biāo)清頻道播出系統(tǒng)改造實(shí)現(xiàn)。為保證現(xiàn)有早期教育標(biāo)清播出系統(tǒng)及改造后的高清播出系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，將利用備份系統(tǒng)、備份路由完成播出改造、試運(yùn)行工作。改造內(nèi)容主要包括調(diào)整視頻服務(wù)器相關(guān)通道及周邊處理設(shè)備配置、部署高清鍵源設(shè)備、存儲(chǔ)擴(kuò)容等。

二、早教高清頻道改造方案設(shè)計(jì)

電視頻道高清播出系統(tǒng)主要包含總控信號(hào)調(diào)度、視頻服務(wù)器、播出分控、監(jiān)視監(jiān)聽、信號(hào)檢測(cè)、二級(jí)存儲(chǔ)等系統(tǒng)。核心設(shè)備包括主備編解碼通道、主備控制、主備切換及周邊處理、主備存儲(chǔ)、主備總控矩陣及衛(wèi)星接收解碼、信號(hào)分配/轉(zhuǎn)換、延時(shí)、時(shí)鐘、同步、數(shù)據(jù)管理等設(shè)備。早教高清頻道將利用上述系統(tǒng)設(shè)備對(duì)主備高清信號(hào)源進(jìn)行控制切換，在完成音頻響度控制及字幕、臺(tái)標(biāo)的疊加后，高清信號(hào)通過主備三選一選擇后輸出至高清編碼復(fù)用傳輸系統(tǒng)。

（一）總控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

總控系統(tǒng)按照主、備兩個(gè)矩陣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主、備矩陣擁有相同的輸入信號(hào)，輸出信號(hào)采用同目的主備矩陣各輸出信號(hào)總量1/2的原則，任意一個(gè)下游系統(tǒng)均同時(shí)接收來自主、備兩個(gè)矩陣的信號(hào)，且每個(gè)矩陣各接收輸入信號(hào)總數(shù)的1/2（詳見圖1）。進(jìn)入總控系統(tǒng)的外來信號(hào)均經(jīng)視頻、音頻接口板轉(zhuǎn)換接到系統(tǒng)，矩陣的輸入與輸出端口均由跳線板連接，便于臨時(shí)用人工方式進(jìn)行信號(hào)跳接，或某一部分設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，用跳線跳過故障設(shè)備，從而保證安全播出。

總控矩陣系統(tǒng)選用主、備兩臺(tái)主機(jī)型號(hào)為Miranda NV8144的設(shè)備，其最大規(guī)模為144×144數(shù)字輸入輸出，目前系統(tǒng)配置為99×108輸入輸出規(guī)模。主備矩陣具備相同的HD/SD SDI輸入輸出通道，分別承擔(dān)主路信號(hào)和備路信號(hào)的調(diào)度。每臺(tái)矩陣輸入按鏡像分布，兼容高標(biāo)清輸入99路，兼容高標(biāo)清輸出108路。與總控矩陣配合使用的交叉變換器、幀同步器、固態(tài)延時(shí)器等設(shè)備環(huán)接在矩陣輸入、輸出端口間，可實(shí)現(xiàn)對(duì)其他所有接入矩陣系統(tǒng)的信號(hào)自由進(jìn)行格式變換、信號(hào)同步及延時(shí)處理等。矩陣采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)需要插入板卡，信號(hào)的傳輸采用嵌入式音頻方式?？偪丶夹g(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用高標(biāo)清多格式數(shù)字波形監(jiān)測(cè)儀及專業(yè)音頻監(jiān)聽設(shè)備以及專業(yè)液晶監(jiān)視器，完成對(duì)總控各個(gè)信號(hào)源的技術(shù)監(jiān)測(cè)與監(jiān)視。由于總控部分需要監(jiān)看的信號(hào)較多，總控信號(hào)顯示與監(jiān)看系統(tǒng)配置3臺(tái)高標(biāo)清32畫面分割器與大屏相結(jié)合顯示的方式，進(jìn)行信號(hào)監(jiān)看。經(jīng)總控矩陣調(diào)度的信號(hào)如下：

1.總控矩陣輸入信號(hào)

（1）中央電視臺(tái)CCTV-1高標(biāo)清信號(hào)主備8路：用于中央電視臺(tái)《新聞聯(lián)播》及其他重要時(shí)政要聞的轉(zhuǎn)播，信號(hào)分別來自有線光纜傳輸解碼和衛(wèi)星接收，高清解碼器采用符合廣電總局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、支持ASI/UDP/RTP傳輸協(xié)議、具備2路HD-SDI輸出的AVS+解碼設(shè)備，然后通過高標(biāo)清兼容的幀同步器接入主備矩陣。

（2）主備4路演播室信號(hào)、8路外來節(jié)目信號(hào)：用于中國教育電視臺(tái)新聞?lì)悪谀康闹辈ヒ约捌綍r(shí)臨時(shí)性的直播活動(dòng)，這些信號(hào)都是通過光纖送入總控系統(tǒng)，然后通過高標(biāo)清兼容的幀同步器接入主備矩陣。

（3）自環(huán)信號(hào)：自環(huán)信號(hào)共有三種，第一種是高標(biāo)清上/下變換的自環(huán)信號(hào)，通過上/下變換器實(shí)現(xiàn)全臺(tái)信號(hào)格式的轉(zhuǎn)換，總控系統(tǒng)最多支持8路信號(hào)同時(shí)完成上/下變換功能，通過信號(hào)的上/下變換可實(shí)現(xiàn)高清與標(biāo)清系統(tǒng)的信號(hào)交叉調(diào)度;第二種是延時(shí)信號(hào)，通過高清延時(shí)器實(shí)現(xiàn)在直播過程中對(duì)節(jié)目的延時(shí)播出，高清延時(shí)器支持高清信號(hào)延時(shí)60秒播出，可通過設(shè)備本身的應(yīng)急通道實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信號(hào)墊播;第三種是幀同步處理器的信號(hào)，即通過幀同步設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位校準(zhǔn)與鎖定等處理，主要用于我臺(tái)各頻道間并機(jī)播出。

（4）高標(biāo)清應(yīng)急信號(hào)：由視頻服務(wù)器解碼通道輸出應(yīng)急信號(hào)源，經(jīng)過高標(biāo)清視分分配給高清矩陣的四路信號(hào)。

（5）高標(biāo)清頻道的播出信號(hào)：有兩類高標(biāo)清頻道的播出信號(hào)接入總控矩陣系統(tǒng)，其中一類是無臺(tái)標(biāo)字幕的凈信號(hào)，可用于并機(jī)播出;一類為帶臺(tái)標(biāo)字幕的末級(jí)播出信號(hào)，主要用于節(jié)目收錄、直播演播室播出信號(hào)監(jiān)視回采、其他監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)看等。

2.高清矩陣的輸出信號(hào)

（1）播控矩陣信號(hào)：送給各個(gè)高標(biāo)清播出頻道的4路（每頻道4路）播控矩陣信號(hào)，用于頻道直播時(shí)，從相關(guān)演播室（部門）調(diào)入所需的信號(hào)源。

（2）監(jiān)視信號(hào)：48路監(jiān)視信號(hào)，每臺(tái)矩陣送入總控畫面分割器24個(gè)信號(hào)，可用于對(duì)所需信號(hào)源的調(diào)度監(jiān)看。

（3）全臺(tái)信號(hào)共享輸出：送各個(gè)演播室、收錄室及導(dǎo)播間用信號(hào)。

（4）環(huán)路信號(hào)：統(tǒng)一信號(hào)處理的信號(hào)，包括信號(hào)幀同步處理器、上下變換、延時(shí)等。

為確保播總控系統(tǒng)的信號(hào)同步，同步系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，采用主備2臺(tái)泰克TG700同步信號(hào)發(fā)生器及主備同步信號(hào)倒換器ECO422D，具有手動(dòng)和自動(dòng)倒換功能，ECO422D是同步自動(dòng)倒換的核心，通過模擬分配放大器組成同步分配網(wǎng)絡(luò)，為總控、各播出分控系統(tǒng)及臺(tái)內(nèi)各相關(guān)機(jī)房提供高精度、高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)同步信號(hào)。

（二）視頻服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高清視頻服務(wù)器系統(tǒng)為每個(gè)頻道配置物理上獨(dú)立的主、備解碼通道，具備獨(dú)立的主、備墊片通道。高清視頻服務(wù)器I/O處理控制運(yùn)行在非Windows操作系統(tǒng)下，編解碼模塊采用非Windows操作系統(tǒng)。服務(wù)器中凡能提供在線備份的部件全部配備完整，服務(wù)器與存儲(chǔ)管理、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、存儲(chǔ)控制單元、電源等具有冗余設(shè)計(jì)，并支持熱插拔;其他關(guān)鍵設(shè)備均采用冗余備份，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道無單一崩潰點(diǎn)。

視頻服務(wù)器采用Omneon高清視頻服務(wù)器，整個(gè)系統(tǒng)分為1-5頻道主播出服務(wù)器部分和備播出服務(wù)器部分，6-10頻道主播出服務(wù)器部分和備播出服務(wù)器部分。每個(gè)主播出服務(wù)器部分配備1臺(tái)主機(jī)模塊、3個(gè)解碼模塊用于高標(biāo)清頻道主播出及備墊片，1個(gè)編解碼模塊作為高清、標(biāo)清上載/審看及外來信號(hào)上載模塊，2臺(tái)存儲(chǔ)盤箱。每個(gè)備播出服務(wù)器部分配備1臺(tái)主機(jī)模塊、3個(gè)解碼模塊用于高標(biāo)清頻道備播出及主墊片模塊，3個(gè)解碼模塊作為預(yù)播及播前審看模塊，1個(gè)編解碼模塊作為外來信號(hào)上載模塊，2臺(tái)存儲(chǔ)盤箱。編解碼通道采用全硬件的模塊化設(shè)計(jì)方式，與視頻服務(wù)器主機(jī)之間采用千兆以太網(wǎng)線進(jìn)行連接，各模塊間相對(duì)獨(dú)立，單獨(dú)替換時(shí)不影響另外模塊正常運(yùn)行。可實(shí)現(xiàn)節(jié)目播放零幀精度。

兩組視頻服務(wù)器系統(tǒng)共滿足了10個(gè)高/標(biāo)清頻道的播出任務(wù)、2個(gè)通道的墊片解碼任務(wù)、4個(gè)通道的信號(hào)上載任務(wù)、5個(gè)預(yù)播解碼任務(wù)、2個(gè)預(yù)播回看任務(wù)。單臺(tái)存儲(chǔ)模塊共含有24塊900GB企業(yè)級(jí)SAS硬盤驅(qū)動(dòng)器，能提供16Tbytes的存儲(chǔ)空間，可存儲(chǔ)639小時(shí)50M碼流高清素材。每套系統(tǒng)均有兩臺(tái)存儲(chǔ)模塊，能提供32Tbytes的存儲(chǔ)空間，可存儲(chǔ)1278小時(shí)50M碼流高清素材。主備視頻服務(wù)器的存儲(chǔ)系統(tǒng)采用Raid 6雙奇偶方式，可滿足早期教育頻道72小時(shí)在線節(jié)目存儲(chǔ)容量。

（三）視音頻系統(tǒng)

早期教育頻道分控系統(tǒng)具備主、備雙路高清節(jié)目的自動(dòng)播出和切換控制，屬系統(tǒng)內(nèi)外雙主備結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中各關(guān)鍵設(shè)備前后設(shè)置跳線口，具備主、備播控機(jī)及軟件的手動(dòng)和自動(dòng)倒換功能。具備播出節(jié)目信號(hào)監(jiān)視監(jiān)聽和技術(shù)監(jiān)測(cè)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)在應(yīng)急情況下以高清節(jié)目文件方式直接播出?？蔀楦咔孱l道分控系統(tǒng)的主備兩路高清播出信號(hào)提供圖文字幕、“高清”字符及臺(tái)標(biāo)鍵信號(hào)的疊加（詳見下頁圖2）。

周邊設(shè)備機(jī)箱具備主、備雙電源，周邊板卡支持熱插拔，具備通過網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)測(cè)和控制調(diào)整功能，支持通過PC機(jī)對(duì)周邊設(shè)備中每一模塊進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、狀態(tài)設(shè)定、發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即刻報(bào)警等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控。

1.播出切換、控制系統(tǒng)

高清頻道的播出控制系統(tǒng)采用混合主備模式，即同時(shí)采用“主控主、備控備”獨(dú)立控制和RS422倒換器進(jìn)行交叉控制的方式。正常情況下，主備播出控制機(jī)分別給主備切換設(shè)備和主備視頻服務(wù)器發(fā)送控制命令，從而實(shí)現(xiàn)主備機(jī)分別控制主備設(shè)備的模式。當(dāng)某控制機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可通過RS422倒換器切換至另一控制機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)一臺(tái)控制機(jī)全面接管所有設(shè)備功能。

播出控制軟件安裝在播出工作站中，支持各類切換臺(tái)、放像機(jī)、視頻服務(wù)器等設(shè)備，支持多種控制協(xié)議;對(duì)各相關(guān)設(shè)備的控制能夠達(dá)到幀精度。播控軟件中可查看信號(hào)切換設(shè)備任務(wù)隊(duì)列信息，如切換設(shè)備的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間、輸入輸出、設(shè)備名稱信息。支持按不同的信號(hào)源設(shè)備查看播出任務(wù)信息，顯示視頻源名稱、播出時(shí)間、時(shí)長、文件ID信息。播出在線響應(yīng)關(guān)聯(lián)素材信息，軟件實(shí)時(shí)循環(huán)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)播出線上遷移就緒的素材，立即發(fā)出通知提醒并可實(shí)現(xiàn)素材自動(dòng)關(guān)聯(lián)。采用與數(shù)據(jù)庫松耦合設(shè)計(jì)，在節(jié)目單已加載情況下數(shù)據(jù)庫服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，播出控制軟件可繼續(xù)正常運(yùn)行。

2.文件化互聯(lián)接口系統(tǒng)

文件化互聯(lián)系統(tǒng)支持接收備播消息自動(dòng)遷移及內(nèi)部自動(dòng)拷貝等模式。提供MD5校驗(yàn)、自動(dòng)技審等功能，并根據(jù)設(shè)備資源實(shí)現(xiàn)任務(wù)的自動(dòng)分配。

可實(shí)現(xiàn)節(jié)目單系統(tǒng)對(duì)外的串聯(lián)單接收;提供文件導(dǎo)入接口，播出成品文件的遷移入庫;能夠支持節(jié)目代碼、節(jié)目狀態(tài)等查詢服務(wù)。

互聯(lián)互通設(shè)備均采用非TCP/IP等通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。支持雙向通訊，必要時(shí)可以應(yīng)用為單向通訊提高安全級(jí)別，并支持白名單過濾機(jī)制。

播出域與外網(wǎng)連接，包括元數(shù)據(jù)、媒體文件，均實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議隔離，網(wǎng)間無TCP/IP等通用協(xié)議連通，徹底阻斷播出系統(tǒng)被攻擊的可能。

3.預(yù)播及信號(hào)檢測(cè)報(bào)警

配置高標(biāo)清兼容信號(hào)檢測(cè)單元，信號(hào)檢測(cè)精確到幀，報(bào)警信息能夠及時(shí)體現(xiàn)在相應(yīng)的軟件界面上。具備播出信號(hào)主備一致性監(jiān)測(cè)、末級(jí)播出信號(hào)的監(jiān)測(cè)功能，播出信號(hào)的監(jiān)測(cè)精確到秒，并能夠產(chǎn)生聲、光報(bào)警提示，引導(dǎo)播控應(yīng)急操作。

預(yù)播軟件獲取各頻道播出節(jié)目單，按照離播出開始時(shí)間倒計(jì)時(shí)排序，將節(jié)目通過視頻服務(wù)器通道解碼播出。同時(shí)通知信號(hào)檢測(cè)儀進(jìn)行播出信號(hào)檢測(cè);可獲取文件技審信息與人工復(fù)審信息，匯總后顯示。

4.播出信號(hào)一致性比對(duì)

播出信號(hào)一致性比對(duì)針對(duì)播出末級(jí)三選一切換器的主備2路輸入信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，通過檢測(cè)信號(hào)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確、及時(shí)的報(bào)警，采用的專用面板支持聲光報(bào)警，可提示值班人員進(jìn)行手動(dòng)應(yīng)急切換，也可實(shí)現(xiàn)極端異態(tài)自動(dòng)切換。

三、改造方案實(shí)施與小結(jié)

早教頻道的現(xiàn)有分控系統(tǒng)設(shè)備以及視頻服務(wù)器均為高標(biāo)清兼容，通過修改配置參數(shù)和調(diào)整彩條、墊片接入信號(hào)格式即可實(shí)現(xiàn)高清播出。系統(tǒng)在升級(jí)改造過程中，對(duì)三部分信號(hào)路由進(jìn)行修改：

一是將原有早期教育標(biāo)清至編碼矩陣的路由信號(hào)改為高清信號(hào)，原有的4臺(tái)標(biāo)清編碼器換成AVS+高清編碼器，現(xiàn)有播出分控系統(tǒng)去編碼矩陣的物理線路不變，只將鏈路信號(hào)改為高清信號(hào)。

二是新增2條臨時(shí)過渡的標(biāo)清信號(hào)鏈路，進(jìn)入早教標(biāo)清編碼器，經(jīng)下變換輸出后分別進(jìn)入編碼矩陣及畫面分割器，待標(biāo)清頻道停播后再將標(biāo)清信號(hào)鏈路拆除。

三是分別將原有的標(biāo)清彩條信號(hào)、墊片信號(hào)及CQX應(yīng)急信號(hào)源更換為高清信號(hào)。

對(duì)上述信號(hào)及路由修改完成后，將首先對(duì)備份系統(tǒng)進(jìn)行配置部署并測(cè)試，待備份系統(tǒng)運(yùn)行正常后，利用停播檢修時(shí)間完成標(biāo)清向高清播出頻道的切割工作，此后完成主用系統(tǒng)高清改造工作。改造后的早教高清頻道仍為數(shù)字付費(fèi)頻道，其播出系統(tǒng)保持原標(biāo)清系統(tǒng)架構(gòu)，主備外來信號(hào)由高標(biāo)清兼容的兩套矩陣調(diào)度系統(tǒng)分別提供，節(jié)目素材通過主備獨(dú)立配置的視頻服務(wù)器系統(tǒng)解碼播出，可實(shí)現(xiàn)主備高清墊片循環(huán)播放及4路高清應(yīng)急硬盤放像播出。

注釋：

①郭全中：《“十四五”時(shí)期傳媒業(yè)的新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)》，《傳媒》2021年第12期。