湖州市新聞傳媒中心融媒體高清播總控系統(tǒng)建設(shè)

慎 寒

（湖州市新聞傳媒中心，浙江 湖州 313000）

0 引言

湖州市新聞傳媒中心原有播出系統(tǒng)建設(shè)于2007年，系統(tǒng)容量為3個(gè)標(biāo)清播出頻道，運(yùn)行了13年之久，核心設(shè)備的穩(wěn)定性降低，安全播出壓力與日俱增。同時(shí)，湖州市新聞傳媒中心近幾年逐步升級(jí)了高清攝錄設(shè)備、高清節(jié)目制作系統(tǒng)，具備了高清播出的基礎(chǔ)，打通播出這一環(huán)節(jié)后將實(shí)現(xiàn)全流程的高清化。在這樣的背景下，湖州市新聞傳媒中心于2020年啟動(dòng)了高清播總控系統(tǒng)的升級(jí)項(xiàng)目。

1 系統(tǒng)方案選型

在整體技術(shù)方案的選型方面，目前主要有傳統(tǒng)基帶播出和新興無(wú)壓縮IP播出兩種方式。傳統(tǒng)基帶播出應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟；無(wú)壓縮IP播出架構(gòu)簡(jiǎn)潔，具有通用IT化，向后兼容4K等特性。主要影響我們最終選擇的因素是：傳統(tǒng)基帶播出信號(hào)調(diào)度及處理的任務(wù)是由多級(jí)分立的專業(yè)設(shè)備完成，需要維護(hù)的設(shè)備種類繁多，物理連接較為復(fù)雜，但相對(duì)直觀，現(xiàn)有人員具有多年基帶系統(tǒng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，能夠直接適應(yīng)；無(wú)壓縮IP播出基于通用IT設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，結(jié)合虛擬化技術(shù)、SDN技術(shù)能夠最大發(fā)揮IP播出的優(yōu)勢(shì)[1]，但需要技術(shù)維護(hù)人員具備維護(hù)IT、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，虛擬化平臺(tái)等的能力，從我中心現(xiàn)有技術(shù)維護(hù)人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)上分析，與IP播出維護(hù)需求還不匹配。在確定技術(shù)路線后，此次方案中還根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)總控調(diào)度、管理服務(wù)、質(zhì)量審核等流程提出了新的要求，結(jié)合工作流程進(jìn)行了多項(xiàng)改進(jìn)。

2 總控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

總控調(diào)度系統(tǒng)由基準(zhǔn)時(shí)鐘、同步系統(tǒng)、矩陣系統(tǒng)、周邊處理設(shè)備系統(tǒng)、監(jiān)看和提示系統(tǒng)等部分構(gòu)成，承擔(dān)著對(duì)參與播出的各種視音頻信號(hào)調(diào)度、處理、分配，并向播出頻道視音頻處理系統(tǒng)輸出信號(hào)的任務(wù)?；鶞?zhǔn)時(shí)鐘、同步系統(tǒng)均采用主備+倒換的成熟方案，并在時(shí)鐘系統(tǒng)中增加了高穩(wěn)時(shí)鐘，在惡劣天氣等情況下衛(wèi)星信號(hào)弱時(shí)，能夠有持續(xù)時(shí)碼。同時(shí)在校時(shí)服務(wù)軟件端增加防跳變功能，當(dāng)時(shí)鐘系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致時(shí)碼大范圍跳變時(shí)，軟件將鎖定當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間繼續(xù)運(yùn)行并告警，當(dāng)時(shí)鐘設(shè)備恢復(fù)后，可通過(guò)“確認(rèn)恢復(fù)”選項(xiàng)，將時(shí)間服務(wù)器指向校時(shí)系統(tǒng)，并通過(guò)軟件算法實(shí)現(xiàn)緩步減小時(shí)差，在穩(wěn)定性方面有所提高。我中心原有總控調(diào)度規(guī)模為32×32路輸入輸出，此次系統(tǒng)中除了用于頻道直播的各路信號(hào)調(diào)度外，也需要向制作系統(tǒng)、新媒體系統(tǒng)、IPTV以及無(wú)線發(fā)射進(jìn)行信號(hào)調(diào)度，原有規(guī)模已不能滿足需求，所以設(shè)計(jì)為72×72路輸入輸出矩陣。向新媒體的信號(hào)傳送采用基帶方式，在新媒體端再按照所需格式進(jìn)行編碼。在總控系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)度方式上，我們結(jié)合業(yè)務(wù)需求增加了任務(wù)式路由調(diào)度控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際調(diào)度任務(wù)編排調(diào)度單，定時(shí)控制矩陣進(jìn)行切換動(dòng)作，支持單路切換或多路群切。調(diào)度單具有任務(wù)沖突檢查功能，避免調(diào)度失誤的發(fā)生。操作使用方面，調(diào)度控制系統(tǒng)以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，在每個(gè)切換動(dòng)作前對(duì)值機(jī)人員進(jìn)行提醒，并在切換動(dòng)作后要求值機(jī)人進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)并記錄到日志中，降低出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。

3 播出流程管理控制子系統(tǒng)

3.1 任務(wù)式能力代理的應(yīng)用

首先，節(jié)目準(zhǔn)備一般要經(jīng)過(guò)采集上載或文件導(dǎo)入入庫(kù)、文件技審、文件轉(zhuǎn)碼、傳輸遷移、MD5校驗(yàn)等過(guò)程，在以往的播出系統(tǒng)中，這些過(guò)程是通過(guò)單機(jī)單功能軟件實(shí)現(xiàn)，功能固化的做法雖明確了任務(wù)劃分，但同時(shí)也造成了資源的浪費(fèi)。本項(xiàng)目采用了“任務(wù)式能力代理”方式，軟件由任務(wù)管理分配服務(wù)+N個(gè)能力代理組成，任務(wù)管理分配服務(wù)根據(jù)節(jié)目單的驅(qū)動(dòng)，將節(jié)目準(zhǔn)備流程分解為一個(gè)個(gè)任務(wù)，并按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行任務(wù)發(fā)布；能力代理將文件導(dǎo)入入庫(kù)、技審、轉(zhuǎn)碼、傳輸遷移、MD5校驗(yàn)功能集合，在偵聽(tīng)到任一種類型任務(wù)后均可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制獲取任務(wù)，繼而進(jìn)行處理并反饋狀態(tài)。這種機(jī)制下，每一個(gè)代理都具有多種業(yè)務(wù)處理能力，可以動(dòng)態(tài)的根據(jù)業(yè)務(wù)量完成所有任務(wù)，如在只有二級(jí)存儲(chǔ)向視頻服務(wù)器遷移的任務(wù)時(shí)，所有的能力代理可全部投入遷移工作中，使資源最大化利用，同時(shí)提高了工作效率。軟件中也能夠限定每個(gè)能力代理完成某項(xiàng)或某幾項(xiàng)指定業(yè)務(wù)，可根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求來(lái)靈活調(diào)配。

3.2 嵌入式技審、上載多路由的應(yīng)用

嵌入式技審和上載多路由功能主要是在上載方面的功能提升。節(jié)目素材的質(zhì)量技審是保障正常播出的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，檢測(cè)的是編碼后文件的三個(gè)層面問(wèn)題，包括文件級(jí)（檢測(cè)文件頭信息，檢查素材打包信息是否合法）、編碼級(jí)（編碼錯(cuò)誤檢測(cè)，檢查素材是否有誤碼）、內(nèi)容級(jí)（信號(hào)靜幀、黑場(chǎng)、音頻超標(biāo)）的深層檢測(cè)。這在原有的系統(tǒng)中需要通過(guò)人工對(duì)節(jié)目進(jìn)行審核，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。嵌入式技審的“嵌入式”是指在上載的同時(shí)自動(dòng)完成技審，無(wú)須另外花費(fèi)時(shí)間，不需要專門的技審服務(wù)器，在上載過(guò)程中素材檢測(cè)出問(wèn)題時(shí)即可立即提供告警，無(wú)須整個(gè)上載過(guò)程完成后再技審才發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤重新上載，為高時(shí)效性節(jié)目的處理提供更寬松的時(shí)間裕度。上載后的素材正常流程是實(shí)時(shí)寫入二級(jí)存儲(chǔ)，根據(jù)節(jié)目播出安排，遷移到主備播出視頻服務(wù)器中，而對(duì)于播出較為緊急的節(jié)目，可以通過(guò)上載多路由傳輸方式，同時(shí)將上載的節(jié)目寫入主、備播出視頻服務(wù)器以及二級(jí)存儲(chǔ)，節(jié)省節(jié)目準(zhǔn)備時(shí)間。

3.3 節(jié)目單駐留控制方式的應(yīng)用

對(duì)于播出系統(tǒng)而言，播出視頻服務(wù)器是主力播放源，在本系統(tǒng)中播控的實(shí)現(xiàn)是由播控機(jī)與獨(dú)立的控制服務(wù)器組成C/S結(jié)構(gòu)，控制服務(wù)器再通過(guò)RS422串口控制播出視頻服務(wù)器。播控工作站提取當(dāng)天節(jié)目單后，將節(jié)目單發(fā)送往控制服務(wù)器，如果在當(dāng)天對(duì)節(jié)目單進(jìn)行了在線編輯和修改，修改完成后播控工作站將新的節(jié)目單發(fā)送至控制服務(wù)器，服務(wù)端更新本地節(jié)目單，并按照新的節(jié)目單進(jìn)行播出。這樣的架構(gòu)是將節(jié)目單的修改與播出控制分離，在播控機(jī)故障或播控網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，控制服務(wù)器仍能夠根據(jù)當(dāng)前駐留的節(jié)目單控制視頻服務(wù)器正常播出。對(duì)視頻服務(wù)器播出控制流程見(jiàn)圖1。

圖1 對(duì)視頻服務(wù)器播出控制流程圖

4 視音頻處理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中視音頻處理系統(tǒng)規(guī)劃為3個(gè)高清主頻道播出通道，以及利舊原有設(shè)備構(gòu)成的3個(gè)標(biāo)清輔助頻道播出通道，所有通道均采用主備通道結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的信號(hào)路由，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的信號(hào)切換、獨(dú)立的臺(tái)標(biāo)字幕疊加，在通道末級(jí)通過(guò)4×1倒換器將主備路信號(hào)與墊片信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，滿足安全、可靠的播出需求。高標(biāo)清同播方面參考常規(guī)方式，在鏈路末級(jí)進(jìn)行下變換同步輸出標(biāo)清信號(hào)[2]。另外，在主備切換器的信號(hào)接入方面，常規(guī)做法是主備信號(hào)為鏡像方式，即信號(hào)序列一一對(duì)應(yīng)，我們?cè)谛盘?hào)接入上將主備播出視頻服務(wù)器信號(hào)在備切換器中調(diào)換了順序，這樣當(dāng)主服務(wù)器故障時(shí)，自動(dòng)倒換器識(shí)別并切換到備路時(shí)，輸出為備服務(wù)器的正常信號(hào)。頻道視音頻處理鏈路見(jiàn)圖2。

圖2 頻道視音頻處理鏈路圖

除了常規(guī)通道設(shè)計(jì)之外，此次方案中我們加入了一致性對(duì)比功能，實(shí)時(shí)對(duì)比主備視頻服務(wù)器信號(hào)，并結(jié)合信號(hào)黑場(chǎng)、靜幀、彩場(chǎng)、彩條、視頻中斷、聲音中斷、聲音過(guò)低檢測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行告警提示，縮短值機(jī)人員應(yīng)急響應(yīng)處理時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

湖州市新聞傳媒中心融媒體高清播總控系統(tǒng)建設(shè)達(dá)到了我們初步的設(shè)計(jì)需求，打通了我中心高清制播體系的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建設(shè)的過(guò)程中，我們體會(huì)到了新技術(shù)所帶來(lái)的便捷，也看到了自身知識(shí)結(jié)構(gòu)上的不足之處，希望能夠在今后的實(shí)踐中進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，迎接超高清升級(jí)的到來(lái)。