廣播電視IP化播出應(yīng)用

蔡 峰

（平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)融媒體中心，福建 福州 350400）

1 目前現(xiàn)狀

平潭廣播電視臺目前有兩套高標(biāo)清同播系統(tǒng)，分別是綜合頻道和文旅頻道，均采用高標(biāo)清同播，即采用最新的無壓縮播出技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)清信號由高清下變換輸出。目前在用的高清播控系統(tǒng)是基于基帶的播控系統(tǒng)，目前已穩(wěn)定運(yùn)行3年多，但也存在一些問題。例如，原系統(tǒng)在疫情之前建設(shè)，大部分設(shè)備采用進(jìn)口設(shè)備，隨著使用年限增加，備品備件獲取變得困難，維護(hù)難度系數(shù)變高。另外，根據(jù)安全等保要求，現(xiàn)有的播出系統(tǒng)不能滿足等保的要求[1-2]。

2 建設(shè)思路及原則

對傳統(tǒng)播出系統(tǒng)和IP化播出系統(tǒng)進(jìn)行比較，它們分別有如下特點(diǎn)。

傳統(tǒng)播出系統(tǒng)主要特點(diǎn)有：軟硬件成本高；系統(tǒng)規(guī)模固化，功能模塊化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；核心產(chǎn)品依賴進(jìn)口，周邊設(shè)備大部分依賴進(jìn)口，備品備件購買困難；系統(tǒng)維修維護(hù)難度大，維護(hù)成本高；播出系統(tǒng)獨(dú)立，自成一體；升級更新4K超高清播出系統(tǒng)時，原系統(tǒng)設(shè)備基本不可用，升級費(fèi)用高。

IP化播出系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：軟硬件成本比傳統(tǒng)播控低10%～50%；系統(tǒng)規(guī)模可根據(jù)具體需要調(diào)整，彈性和可擴(kuò)展性大；核心產(chǎn)品部分國產(chǎn)化，周邊產(chǎn)品軟件化，對備品備件依賴小；統(tǒng)一檢修，維護(hù)方便；IP化設(shè)計，可獨(dú)立，也可融合；升級更新系統(tǒng)時主要考慮軟件成本，升級費(fèi)用低。

綜合以上分析，在建設(shè)成本和使用維護(hù)方面，IP化優(yōu)勢明顯；在融合方面，IP化具有跨越式創(chuàng)新。

現(xiàn)階段的主流播出方式還是基于基帶播出，個別采用基帶結(jié)合IP化的播出方式。根據(jù)目前技術(shù)和設(shè)備發(fā)展的現(xiàn)狀，結(jié)合產(chǎn)品的穩(wěn)定性和成熟度，采用基帶和IP化結(jié)合的方式作為過渡地方案最可行。

設(shè)計、建設(shè)IP播出系統(tǒng)，須滿足以下幾項(xiàng)基本原則。

（1）先進(jìn)性和可擴(kuò)展原則。應(yīng)以先進(jìn)的IP化播控系統(tǒng)為核心，采用代表主流發(fā)展方向的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合模塊化設(shè)計架構(gòu)，使系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)展能力，適應(yīng)新增設(shè)備和業(yè)務(wù)拓展的需求，滿足播出系統(tǒng)未來發(fā)展要求。

（2）規(guī)范性和兼容性原則。按照國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，通過數(shù)據(jù)接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化和新設(shè)備等手段，兼容主流設(shè)備和平潭廣播電視臺現(xiàn)有播出系統(tǒng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)和IP數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。

（3）安全性原則。通過建立健全安全播出體系，部署相應(yīng)安全策略，采用符合廣播電視安全播出要求的設(shè)備，采用系統(tǒng)冗余等方式，實(shí)現(xiàn)IP化播出安全。

3 具體要求和應(yīng)用

目前，全國大部分廣播電視臺已初步完成高標(biāo)同播，IP化高清播出系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)成為未來播出系統(tǒng)建設(shè)的主要方向。IP化播出系統(tǒng)的具體要求和應(yīng)用如下。

（1）采用數(shù)字信號嵌入音頻格式，實(shí)現(xiàn)高清節(jié)目IP化自動播出功能，同時兼具可擴(kuò)展性。

（2）主備播出服務(wù)器均采用行業(yè)內(nèi)主流設(shè)備，并在各個省級電視臺和地市級臺有廣泛的應(yīng)用。

（3）系統(tǒng)可以靈活調(diào)度外來信號。所有節(jié)目必須先上載錄入到現(xiàn)二級存儲，通過自動技審、人工復(fù)檢后再遷移到播出視頻服務(wù)器進(jìn)行播出。

（4）系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)順序播出、插播、定時播出、定時插播和觸發(fā)播出等功能，支持24小時不間斷播出。

（5）系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)具備實(shí)時備份功能，有詳細(xì)完備的權(quán)限管理、日志管理和查詢統(tǒng)計功能。

（6）系統(tǒng)具有完善的安全和應(yīng)急播出措施，具備主備播出通道（主流為四進(jìn)二出或四進(jìn)四出）、信號切換設(shè)備、基帶/IP化矩陣、總控等設(shè)備。

（7）播控軟件滿足現(xiàn)階段播出需求，采用模塊化設(shè)計方式，具備可擴(kuò)展性，提供靈活實(shí)用的上載模塊、技審/人工審核模塊、播控模塊以及管理模塊等。

根據(jù)以上要求，具體分析目標(biāo)建設(shè)系統(tǒng)重點(diǎn)的總控、時鐘系統(tǒng)等，特別是存儲和帶寬是本次系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)。具體IP化播出系統(tǒng)的應(yīng)用配置如下。

3.1 總控系統(tǒng)

總控系統(tǒng)方面，主要包括IP化高標(biāo)清視音頻矩陣模塊、總控信號監(jiān)聽監(jiān)看模塊及總控信號技監(jiān)模塊。

（1）IP化高標(biāo)清視音頻矩陣模塊。總控調(diào)度矩陣采用IP化SDN交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)不低于64×64規(guī)模的高標(biāo)清視音頻矩陣。主總控矩陣輸入信號源包括主備高標(biāo)清CCTV信號、演播室信號及分控信號等，同時配備基帶64×64規(guī)模的高標(biāo)清兼容矩陣，實(shí)現(xiàn)總控異構(gòu)的主備調(diào)度方式。

（2）總控信號監(jiān)聽監(jiān)看模塊。總控矩陣重要輸入源信號及輸出信號接入多畫面分割器，在4塊55英寸大屏上進(jìn)行畫面展現(xiàn).多畫面分割器具備多屏拼接功能，可以將4塊大屏拼接為1塊屏進(jìn)行畫面展現(xiàn)，便于對信號進(jìn)行監(jiān)看。

（3）總控信號技監(jiān)模塊。配置示波器設(shè)備，對總控信號進(jìn)行技監(jiān)。總控技監(jiān)結(jié)合配套設(shè)備（如技監(jiān)、音頻檢測儀等）進(jìn)行視音頻監(jiān)聽監(jiān)看，保證了視音頻信號的質(zhì)量。采用高性能IP化信號示波器，支持高標(biāo)清視頻信號的檢測，同時支持眼圖、物理抖動測量，支持無源還通輸入，進(jìn)行透明監(jiān)視；配置高清音頻檢測儀，對音頻信號進(jìn)行檢測，同時配置時代奧視高清監(jiān)視器，對視頻信號進(jìn)行監(jiān)看。

3.2 時鐘系統(tǒng)

時鐘系統(tǒng)配置主備衛(wèi)星授時[3]，輸出的時鐘信號經(jīng)主備倒換后，從時碼分配器進(jìn)行多路輸出，接入播控設(shè)備和機(jī)房的時鐘（如臺標(biāo)機(jī)和字幕機(jī)等）進(jìn)行授時。通過網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星時鐘信號接入主備校時服務(wù)器，對播出系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)校時。

3.3 同步系統(tǒng)

同步系統(tǒng)配備主備同步信號發(fā)生器，利用同步倒換器將輸出的同步信號進(jìn)行切換輸出，同步視分設(shè)備接收同步信號并輸出多路同步信號，接入總控系統(tǒng)；同時輸出PTP信號，為IP化交換設(shè)備和其他純IP化業(yè)務(wù)設(shè)備（無基帶同步接口）提供標(biāo)準(zhǔn)化同步IP同步信號。

3.4 高清編碼傳輸系統(tǒng)

所有頻道的播出信號送至廣電網(wǎng)絡(luò)公司。通過編碼器，將IP信號送至廣電網(wǎng)絡(luò)公司。

3.5 存儲及帶寬系統(tǒng)

建設(shè)完整的節(jié)目存儲系統(tǒng)，將實(shí)現(xiàn)制作網(wǎng)的文件化送播，通過文件傳輸?shù)姆绞降竭_(dá)播出的二級存儲服務(wù)器，同時播出存儲系統(tǒng)具有應(yīng)急上載和文件導(dǎo)入功能。視頻服務(wù)器存儲容量的測算，以平潭廣播電視臺現(xiàn)有播出系統(tǒng)作為樣本，配置2臺高清視頻服務(wù)器，負(fù)責(zé)2個頻道的主備播出。播出服務(wù)器節(jié)目存儲有效時間按不少于3天新增節(jié)目存儲計算，每天節(jié)目量5小時，高清視頻碼率按50 Mb·s-1，音頻2聲道，存儲容量考慮80%最高水位線。根據(jù)平潭廣播電視臺的目前運(yùn)行的數(shù)據(jù)，設(shè)置基本參數(shù)，根據(jù)基本參數(shù)測算各項(xiàng)數(shù)據(jù)，計算出2個高清頻道的存儲及帶寬。各種參數(shù)的設(shè)定及計算如下。

基本參數(shù)現(xiàn)狀為標(biāo)清視頻碼率13 Mb·s-1，高清視頻碼率為52 Mb·s-1。

標(biāo)清測算，音頻24 bit，48 kHz，單聲道音頻碼率：24×48×1 000×1÷1 024÷1 024=1 Mb·s-1。

標(biāo)清視頻碼率為12 Mb·s-1，音頻碼率為1 Mb·s-1，標(biāo)清視音頻碼率為13 Mb·s-1。

高清測算，音頻24 bit，48 kHz，雙聲道音頻碼率：24×48×1 000×2÷1 024÷1 024=2 Mb·s-1。

高清視音頻碼率為50 Mb·s-1，音頻碼率為2 Mb·s-1，高清視音頻碼率為52 Mb·s-1。

（1）按照水位線為80%，視頻服務(wù)器需要的容量為（2×52）×3 600×5×4÷8÷1 024÷1 024÷80%=1 TB。

（2）視頻服務(wù)器帶寬計算：52×5÷8×2=65 MB·s-1。

（3）2個頻道存放60天的節(jié)目，二級存儲容量應(yīng)為2×52×60×24×60×60÷8÷1 024÷1 024=65 TB。

按2個高清頻道，5倍速寫入為基準(zhǔn)，二級存儲帶寬為65+65+13=143 MB·s-1。

每臺服務(wù)器的遷移帶寬約為65 MB·s-1。為了達(dá)到無單一潰點(diǎn)以及將來的擴(kuò)容，需配置2臺同步遷移服務(wù)器供二級存儲到視頻服務(wù)器間的素材遷移。

綜上，根據(jù)播出系統(tǒng)對帶寬的要求，同時考慮今后可擴(kuò)展性，可采取二級存儲通過萬兆網(wǎng)線接入核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，同步遷移[4]服務(wù)器、視頻服務(wù)器等通過千兆網(wǎng)線接入核心交換機(jī)[5]。

3.6 播出總控及綜合管理系統(tǒng)

播出總控及綜合管理系統(tǒng)監(jiān)看并實(shí)時收錄節(jié)目播出信號，在本地或網(wǎng)絡(luò)存儲中進(jìn)行保存；可查詢檢索對應(yīng)視頻信息；通過對設(shè)備和軟件等的業(yè)務(wù)流程以及環(huán)境等重要環(huán)節(jié)監(jiān)測，進(jìn)行信息的數(shù)據(jù)采集、分析、研判等；根據(jù)系統(tǒng)整體的運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)和指標(biāo)，為相關(guān)人員對故障問題進(jìn)行排查和分析總結(jié)提供幫助；通過聲光圖文等方式報警，幫助值班人員快速應(yīng)急、正確處理故障。

播出總控及綜合管理系統(tǒng)的主要功能要求：簡潔實(shí)用的圖形化的監(jiān)控界面；可對設(shè)備系統(tǒng)的軟件和硬件狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，并可直接調(diào)整設(shè)備參數(shù)；提供信號和數(shù)據(jù)流，對故障影響范圍進(jìn)行分析；具備設(shè)備狀態(tài)信息和設(shè)備控制接口連接外部系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

建設(shè)高清IP化播出系統(tǒng)，是廣播電視網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)未來發(fā)展的趨勢，是國家信息化發(fā)展的重要組成部分。本文所采用的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、播控技術(shù)及智能化技術(shù)等，均在廣電行業(yè)有多年的運(yùn)行建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)上風(fēng)險可控。

思考IP化播出系統(tǒng)建設(shè)，是為了更好地提升平潭廣播電視臺的高清節(jié)目收視率，提高畫面清晰度，提升節(jié)目融合生產(chǎn)功能和節(jié)目制作承載能力，更好地為廣大受眾提供豐富多彩的內(nèi)容服務(wù)，更好地發(fā)揮好黨和政府的宣傳平臺作用，更全面地宣傳推介平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，從而加快推進(jìn)本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展。