電視臺(tái)SDI和IP播出系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

■ 北京廣播電視臺(tái)：毛紅靜 王鑫淼

播出系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)該遵循國家廣播電視方面信息系統(tǒng)建設(shè)3.0的安全要求。在系統(tǒng)建設(shè)中必須保證主備路兩條播出鏈路系統(tǒng)互相保障。若主播出系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需緊急切換備信號(hào)，保障播出安全。隨著播出技術(shù)、播出設(shè)備、IT設(shè)備的飛速發(fā)展，4K、8K的技術(shù)要求等原因，使得大部分電視臺(tái)在原有的主備路系統(tǒng)中加入第三備信號(hào)源播出系統(tǒng)，并且第三備信號(hào)源的選擇一般采取IP化播出系統(tǒng)與原有的基于SDI基帶信號(hào)的播出系統(tǒng)構(gòu)建鏈路異構(gòu)。互不影響，保證安全降低與主播出系統(tǒng)的耦合性和同構(gòu)性。

1.傳統(tǒng)SDI主備路播出系統(tǒng)

傳統(tǒng)的播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格保證通道安全，保證播出信號(hào)具有主備路輸出，并具備主備路應(yīng)急倒換的功能。主備鏈路采用SDI基帶播出系統(tǒng)搭建，即要求所有輸入信號(hào)源按規(guī)定要求嵌入節(jié)目音頻。采用高清下變換的方式實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清同播，綜合考慮播出安全可靠，主備路采用相互獨(dú)立的架構(gòu)，全系統(tǒng)信號(hào)通路不能有單一崩潰點(diǎn)。播出切換臺(tái)、凈切換矩陣作為播控的切換核心。系統(tǒng)具備播出主備切換功能，保證播出信號(hào)不中斷的能力。

系統(tǒng)鏈路主備視頻服務(wù)器、外來SDI信號(hào)、應(yīng)急信號(hào)等經(jīng)切換臺(tái)或者16×2 切換器，然后過鍵控器將鍵混信號(hào)送到SDI末級(jí)2X1應(yīng)急倒換開關(guān)，主輸出到傳送系統(tǒng)，如圖1。若主播出鏈路出現(xiàn)故障，手動(dòng)切換2X1開關(guān)切出備信號(hào)。保障播出安全。

由此可見，傳統(tǒng)SDI播出主備路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是最簡(jiǎn)單的兩條鏈路的鏡像構(gòu)建。雖然這種架構(gòu)技術(shù)成熟穩(wěn)定，但是在極端情況下由于工控機(jī)軟件故障、鏈路設(shè)備升級(jí)故障導(dǎo)致兩條鏈路同時(shí)出現(xiàn)問題的情況發(fā)生，此時(shí)這種簡(jiǎn)單的鏡像鏈路很難經(jīng)過2X1切換解決播出安全的問題。隨著播出設(shè)備，IT網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的日益發(fā)展，為進(jìn)一步加強(qiáng)安全播出，提高播出系統(tǒng)的健壯性和安全性，建設(shè)一套較完整的基于IP的第三信號(hào)源播出系統(tǒng)必要性尤為突出。

2.IP化播出系統(tǒng)

2.1 第三信號(hào)源IP流服務(wù)器設(shè)計(jì)

第三信號(hào)源播出系統(tǒng)旨在為主播出系統(tǒng)提供安全、穩(wěn)定且獨(dú)立于主備信號(hào)源存在的第三路信號(hào)選擇。建設(shè)的第三信號(hào)源播出系統(tǒng)采用當(dāng)前最新的ALL IN ONE一體化播出模式，采用集成化的系統(tǒng)建設(shè)思路，使其更加簡(jiǎn)潔和易維護(hù)。

第三信號(hào)源播出系統(tǒng)是主播出系統(tǒng)在功能方面的完整鏡像，要求能夠完整地實(shí)現(xiàn)主播出的相應(yīng)能力，采用IP流服務(wù)器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示。

IP流服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)：流服務(wù)器節(jié)目來源可以是外來SDI信號(hào)、本地媒體文件、外部IP流。IP流播出服務(wù)器內(nèi)置解碼、切換處理、CG處理包裝渲染、圖文疊加及編碼模塊，流服務(wù)器輸出的流可以實(shí)現(xiàn)字幕疊加功能，疊加的字幕內(nèi)容可以是簡(jiǎn)單的文字或圖片，支持跑馬和動(dòng)態(tài)圖標(biāo)，支持文字替換。臺(tái)標(biāo)字幕疊加功能省去了傳統(tǒng)播出系統(tǒng)中的臺(tái)標(biāo)機(jī)、字幕機(jī)和鍵控器，即視頻服務(wù)器將SDI信號(hào)、IP流、素材文件、字幕文件解碼成所需要的格式流，并在所需要的時(shí)間幀上插入臺(tái)標(biāo)和字幕，系統(tǒng)設(shè)備性能及關(guān)鍵模塊指標(biāo)支持外來信號(hào)與硬盤輸出信號(hào)凈切換。支持2022-7標(biāo)準(zhǔn)確保播出信號(hào)安全。

2.2 IP播出鏈路系統(tǒng)

IP播出系統(tǒng)主要由 SDN矩陣、IP流服務(wù)器 IPG網(wǎng)關(guān)、編解碼器等設(shè)備組成。通用化IT設(shè)備，采用無壓縮SDI/ IP技術(shù)、SDN控制技術(shù)、虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于SMPTE2110協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的無壓縮視音頻碼流播出控制管理。IP化鏈路系統(tǒng)中外來SDI信號(hào)、和演播室SDI信號(hào)經(jīng)過IPG網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換成無壓縮視音頻IP流，IP流采用SMPTE ST 2022-7 標(biāo)準(zhǔn)將視音頻IP流輸入SDN交換機(jī)進(jìn)行流之間的控制切換，最終輸出的IP流進(jìn)行編碼送到傳送系統(tǒng)。如圖3所示。

IP播出鏈路系統(tǒng)建構(gòu)于通用的計(jì)算機(jī)服務(wù)器硬件平臺(tái)，基于虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化播出控制、系統(tǒng)提供了在通用IT環(huán)境下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的廣播電視視音頻播出解決方案，優(yōu)化減少了系統(tǒng)構(gòu)建和維護(hù)成本，并且有極好的擴(kuò)展能力。

3.SDI和IP播出系統(tǒng)架構(gòu)

圖1：SDI主備播出鏈路圖

圖2：IP流服務(wù)器架構(gòu)

圖3：IP播出系統(tǒng)

主備SDI鏈路加IP鏈路異構(gòu)的建設(shè)模式既保留傳統(tǒng) SDI的穩(wěn)定性，還可以發(fā)揮IP化高帶寬、高擴(kuò)展、高可靠的優(yōu)點(diǎn)，采用主備鏈路異構(gòu)的解決方案，架構(gòu)如圖4所示，主備播出系統(tǒng)采用傳統(tǒng)主備 SDI 鏈路的建設(shè)模式，第三備采用IP 化備播系統(tǒng)。主備路SDI信號(hào)和第三備IP流信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換的SDI信號(hào)以及墊片信號(hào)共四路播出信號(hào)，經(jīng)末級(jí)4X1倒換開關(guān)進(jìn)行應(yīng)急切換。另外，在系統(tǒng)中加入視音頻監(jiān)控系統(tǒng)，在某一鏈路發(fā)生視頻黑場(chǎng)、靜幀、視頻丟失、彩場(chǎng)、彩條等播出故障時(shí)，根據(jù)視音頻技審和一致性比對(duì)結(jié)果進(jìn)行信號(hào)異常判斷，并能自動(dòng)觸發(fā)四選一切換面板控制4X1（主、備、IP第三信號(hào)源、墊片）切換開關(guān)準(zhǔn)確切換至正常鏈路信號(hào)。

圖4：SDI和IP播出系統(tǒng)架構(gòu)

SDI和IP系統(tǒng)相融合的混合播出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)的SDI播出系統(tǒng)與All in One IP流播出服務(wù)器IP化播出系統(tǒng)組成架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。完全不同技術(shù)不同設(shè)備的系統(tǒng)異構(gòu)，不僅增加的整體系統(tǒng)的魯棒性，保障安全播出。而且IP化播出技術(shù)也為未來4K、8K全I(xiàn)P化提供新的設(shè)計(jì)思路。

4.總結(jié)

根據(jù)廣電總局62號(hào)令要求，電視臺(tái)播出最重要的就是安全。要嚴(yán)格保證播出信號(hào)的不間斷高質(zhì)量，不管是傳統(tǒng)的SDI主備路播出系統(tǒng)，還是SDI+IP第三信號(hào)源播出系統(tǒng)架構(gòu)都旨在為播出系統(tǒng)提供鏈路安全。隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，播出系統(tǒng) IP 化已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢(shì)，混合架構(gòu)播出使系統(tǒng)具備更高的安全保障能力，并能夠降低播出系統(tǒng)的耦合性和同構(gòu)性。即便未來播出系純IP化甚至是云化，新的播出系統(tǒng)架構(gòu)也會(huì)孕育而生，更好地為廣電的播出安全服務(wù)。