河北廣播電視臺全高清播出系統(tǒng)特點探討

顏景肖 李巖 馬武生

【摘要】河北廣播電視臺電視于2020年新建播出機房，實現(xiàn)了所有頻道的全高清播出。新建播出系統(tǒng)以播出安全為設(shè)計宗旨，設(shè)計方案考慮全面，系統(tǒng)特點突出，符合行業(yè)發(fā)展，滿足高清節(jié)目的市場需求。本文從高清播出方案，備播方式，IP備播方案，網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)等方面對該播出系統(tǒng)進行簡要分析。

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.06.022

1.背景

總局發(fā)（[2017]250號）文的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，確定“到2020年，省級及較發(fā)達地市級臺基本實現(xiàn)高清化”。明確高清電視要按照“鼓勵發(fā)展，統(tǒng)籌兼顧”的原則和規(guī)?；⒓s化的要求，堅持從播出到傳輸、接收環(huán)節(jié)一體化發(fā)展，提高廣播電視整體服務(wù)水平。2020年1月總局《關(guān)于加快推進高清電視發(fā)展的通知》：到2020年，省級和較發(fā)達地級臺基本實現(xiàn)高清化，地級（含）以上臺主要頻道實現(xiàn)高標清同播，高清頻道成為主流播出模式。

為了滿足高清節(jié)目業(yè)務(wù)需求，更好的發(fā)展河北廣電事業(yè)，河北廣播電視臺對播出系統(tǒng)進行了升級改造，新系統(tǒng)功能更加完善，操作更方便快捷，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全性顯著提高。

播出是節(jié)目生產(chǎn)業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)，高質(zhì)量、不間斷的安全播出是主旨。從全臺角度看，播出播控平臺也是全臺網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，承擔著為電視臺多種發(fā)布渠道輸送節(jié)目內(nèi)容的重任。全高清播出系統(tǒng)包括：播控及IP備播、總控調(diào)度與IP傳輸、指揮調(diào)度、監(jiān)示顯示、硬盤播出、媒資近線存儲、素材文件審片、衛(wèi)星及5G信號匯聚接收、字幕包裝直播、設(shè)備環(huán)境監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)安全管理、播后數(shù)據(jù)記錄和全媒體傳輸分發(fā)等系統(tǒng)功能。

全高清播出系統(tǒng)與全臺媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化備播系統(tǒng)和全臺直播一體網(wǎng)互連互通，實現(xiàn)全高清、云存儲、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體各項功能，符合融媒體發(fā)展和電視技術(shù)發(fā)展要求。

2. 全高清播出方案

系統(tǒng)擁有10個頻道的高清播出能力，現(xiàn)在使用8個通道，2個通道做備份。建設(shè)的時候考慮到有一部分用戶還在使用標清信號，在保證所有頻道高清播出的同時，也保留了標清播出的能力。主用設(shè)備高清播出服務(wù)器設(shè)計為主備冗余，2臺服務(wù)器為一組，每組承擔2個頻道的播出，10臺服務(wù)器滿足10個頻道的播出需求。

該項目對衛(wèi)視頻道和其他地面頻道分別設(shè)計了解決方案。

2.1 衛(wèi)視頻道高標清同播設(shè)計方案

主備播出視頻服務(wù)器、總控信號8路、墊片信號、測試圖信號、VTR信號輸入至主備切換器，經(jīng)過疊加字幕臺標，經(jīng)過主備響度控制處理后，一組高清主備信號再經(jīng)過一次鍵混器疊加高清字樣進入高清三選一倒換器后輸出高清信號;另一組高清信號經(jīng)過下變換后進入標清主備三選一輸出標清信號。

2.2 其他頻道高標清同播設(shè)計方案

主備播出視頻服務(wù)器、總控信號6路、墊片信號、測試圖信號、VTR信號輸入至主備切換器，經(jīng)過主備響度控制器后再經(jīng)過鍵混器疊加臺標字幕，進入主備高清三選一倒換輸出高清信號;同時末級輸出高清信號經(jīng)過視分，主備路進入下變換器輸出標清信號。

3. 文件化備播

備播階段是節(jié)目調(diào)度與準備播出的階段，包括節(jié)目單的調(diào)用、節(jié)目上載、節(jié)目審片、節(jié)目遷移等工作;備播工作的處理完全根據(jù)總編室編輯的節(jié)目單，同時結(jié)合整個播出的配置策略和計劃，完成不同頻道、不同策略、不同流程的節(jié)目的準備播出流程。

考慮現(xiàn)將播控平臺定位在全臺網(wǎng)的架構(gòu)下，著眼于河北廣播電視臺全臺網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，從全局角度出發(fā)，使得播控平臺既能滿足目前節(jié)目播出業(yè)務(wù)的需要，也能適配全臺網(wǎng)架構(gòu)的互聯(lián)模式。具體的備播策略分為平臺互聯(lián)方式備播策略，點對點互聯(lián)方式備播策略和播出系統(tǒng)上載方式備播策略。

3.1 主干平臺互聯(lián)方式備播策略

臺內(nèi)各節(jié)目生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)制作完成的節(jié)目素材，發(fā)起備播遷移任務(wù)，遷移任務(wù)請求經(jīng)主干平臺ESB轉(zhuǎn)給播出GMP備播系統(tǒng)，經(jīng)GMP備播系統(tǒng)確認是否已過關(guān)門時間，然后審核通過，同意該請求，ESB和節(jié)目生產(chǎn)系統(tǒng)接到同意確認，ESB向EMB發(fā)送遷移任務(wù)，EMB根據(jù)ESB給的遷移路徑，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)存儲區(qū)的素材媒體文件和元數(shù)據(jù)遷移到播出系統(tǒng)FTPServer，進行MD5校驗，校驗成功后，寫入二級備播存儲，EMB將遷移結(jié)果通知GMP，GMP通過ESB將遷移結(jié)果告知節(jié)目生產(chǎn)系統(tǒng)。

3.2 點對點互聯(lián)方式備播策略

在主干互聯(lián)方式備播中已經(jīng)說到，點對點互聯(lián)是主干平臺互聯(lián)的備份手段，在緊急時刻可以進行點對點素材直送。緊急備播素材完成后，發(fā)啟備播遷移任務(wù)，遷移任務(wù)請求直接給播出GMP備播系統(tǒng)，經(jīng)GMP備播系統(tǒng)確認是否已過關(guān)門時間，然后審核通過，同意該請求，業(yè)務(wù)系統(tǒng)FTPClient將素材媒體文件和元數(shù)據(jù)推送到播出系統(tǒng)FTP Server FTP Server進行MD5校驗，校驗成功后，再寫入二級備播存儲，GMP通過接口服務(wù)器將遷移結(jié)果告知節(jié)目生產(chǎn)系統(tǒng)。

3.3 播出系統(tǒng)上載方式備播策略

在播系統(tǒng)上載的素材，直接上載到上載服務(wù)器，經(jīng)審片合格后，系統(tǒng)會根據(jù)遷移策略或者手動提交遷移任務(wù)將上載素材遷移至二級備播存儲，GMP通過分析素材播出時間范圍，將素材遷移至播出視頻服務(wù)器。播出系統(tǒng)中的上載備播策略如圖1所示：

4. 獨立的IP備播系統(tǒng)

系統(tǒng)除主備硬盤播出外，還設(shè)計了IP備播系統(tǒng)做第三備播。在播控單中，提供應(yīng)急備播信息。IP備播系統(tǒng)生成相應(yīng)的備播單，控制IP播出服務(wù)器與播出視頻服務(wù)器同步跟隨播出，當播出視頻服務(wù)器故障時，將切換到IP備播通道輸出。

IP備播系統(tǒng)分為IP播出系統(tǒng)和IP總控系統(tǒng)兩部分，IP總控通過SDN交換機，實現(xiàn)了對線路信號的備播，解決了原有系統(tǒng)無法對線路信號進行備播的痛點。IP播出系統(tǒng)可以同步現(xiàn)有播出系統(tǒng)的在線節(jié)目單，播出控制工作站根據(jù)節(jié)目單控制視頻服務(wù)器進行自動播出，也可以加載離線節(jié)目單。

4.1 IP播出系統(tǒng)

IP備播系統(tǒng)具有8個高清頻道的備份播出能力，信號采用無壓縮IP播出。備播系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上和現(xiàn)有播控系統(tǒng)相對獨立，通過接口和集團編單系統(tǒng)以及整備系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)，IP播出控制與現(xiàn)有播控系統(tǒng)完全隔離，保持獨立控制。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示：

4.2? IP總控系統(tǒng)

IP總控采用SDN架構(gòu)，軟件采用BS架構(gòu)，系統(tǒng)兼容4K、HD、SD信號管理調(diào)度，支持無壓縮SDI OVER IP信號以及各種協(xié)議的壓縮TS OVER IP信號的調(diào)度、轉(zhuǎn)換和分配，能夠?qū)崿F(xiàn)主備控制端自動切換、流程監(jiān)控等安全播出手段。將多種信號針對多個輸出通道進行矩陣式切換與輸出管理，根據(jù)需要手段或定時將已有的信號源調(diào)度至任意目標通道。采用軟件管理方式，對通道數(shù)量與管理進行靈活的擴展與增加。系統(tǒng)采用中文界面，操作簡潔直觀，同時可以支持軟面板以及硬件面板的方式IP信號進行調(diào)度。

5. 網(wǎng)絡(luò)安全模塊設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)可靠性是播出系統(tǒng)設(shè)計方案的重中之重。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括：接入層、核心層和安全管理區(qū)。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖3所示：

5.1 接入層

接入層網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)對外部網(wǎng)絡(luò)的鏈接功能，通過天融信防火墻（具有訪問控制、入侵防御、網(wǎng)絡(luò)防病毒等安全功能）提供網(wǎng)絡(luò)安全防護。接入層網(wǎng)絡(luò)邊界主要是河北廣播電視臺全高清播出系統(tǒng)與全臺主干網(wǎng)之間的接口，由天融信防火墻提供網(wǎng)絡(luò)訪問控制、入侵防御、網(wǎng)絡(luò)防病毒等安全功能。

天融信防火墻系統(tǒng)所使用的NGTOS操作系統(tǒng)平臺是基于模塊設(shè)計的高穩(wěn)定性操作系統(tǒng)，通過調(diào)用防火墻模塊、深度過濾模塊乃至VPN模塊、DDoS防御模塊、入侵防御模塊、防病毒模塊等一系列功能模塊，防火墻可深度控制穿越安全設(shè)備的數(shù)據(jù)流。本身可以自由的采用路由、透明及混合等多種方式集成到客戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，并通過與天融信的其他安全產(chǎn)品相配合，為客戶網(wǎng)絡(luò)提供強大的安全保護功能。同時，還可以通過網(wǎng)絡(luò)管理平臺對天融信防火墻系統(tǒng)的運行狀況進行日志分析、查詢和監(jiān)控。

5.2 核心層

核心層網(wǎng)絡(luò)主要提供播出服務(wù)器、工作站、數(shù)據(jù)庫、存儲設(shè)備等重要設(shè)備的數(shù)據(jù)交換功能。部署2臺H3C 7506E核心交換機，保障了設(shè)備的冗余，避免了重要設(shè)備的單節(jié)點故障，核心交換機通過劃分不同虛擬網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)二層隔離，不同業(yè)務(wù)虛擬網(wǎng)絡(luò)在核心交換機上統(tǒng)一進行三層轉(zhuǎn)發(fā)，提升網(wǎng)絡(luò)安全特性;部署播出接入交換機和IP備播交換機，主要運行在二層模式，作為核心交換機的延伸，擴展了核心交換機的終端接入能力。

5.3 安全管理區(qū)

安全管理區(qū)獨立設(shè)計部署，劃分一個單獨的安全管理子網(wǎng)，部署入侵檢測、日志審計、數(shù)據(jù)庫審計、運維審計、終端安全管理與防病毒系統(tǒng)、安全管理中心SOC等安全設(shè)備，可實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的雙因素身份鑒別和安全管理與審計功能。

本項目由國家廣播電影電視總局廣播電視信息安全測評中心對該全高清播出系統(tǒng)進行第三級等保評測工作，于2020年12月11日順利完成所有測評工作，達到廣電總局對省級電視臺三級等保的要求。

6. 結(jié)語

河北廣播電視臺全高清播出系統(tǒng)參考了現(xiàn)在各電視臺的系統(tǒng)設(shè)計方案，總控系統(tǒng)設(shè)計科學，應(yīng)用先進的設(shè)備，信號調(diào)度方便靈活，信號質(zhì)量優(yōu)良，可以滿足臺里現(xiàn)有各演播室、下游單位，各個播出頻道對信號通路的需求和監(jiān)看。系統(tǒng)所有設(shè)備和鏈路均有備份，電源采用雙UPS供電，直播和播出通路都是用雙路傳輸和回傳，直播過程中可以有效監(jiān)測播出信號和提前進行問題的處理。播出軟件采用大洋公司運行十幾年的軟件，簡單可靠，播出界面簡潔友好，易于操控。

自運行以來，系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定，播出效果達到預(yù)期，有效擴大了河北廣電在社會和觀眾中的影響力。