高標(biāo)清同播系統(tǒng)方案設(shè)計

劉 鳴

（太原廣播電視臺，山西 太原 030021）

0 引 言

目前，播出系統(tǒng)高清化技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。我國一些市級電視臺的技術(shù)平臺與當(dāng)前高清的行業(yè)主流存在斷層差距，嚴(yán)重影響收視效果和市場競爭力[1]。按照行業(yè)政策及技術(shù)發(fā)展要求，到2020年，省級和較發(fā)達(dá)地級電視臺基本實現(xiàn)高清化，高清頻道成主流播出模式。國家廣播電視總局“十三五”規(guī)劃也明確要求，市級以上電視臺在2021年以前基本實現(xiàn)高清化。太原廣播電視臺根據(jù)標(biāo)清機房現(xiàn)狀和整體長遠(yuǎn)規(guī)劃，通過充分調(diào)研，以實際情況為依托，在保證不停機的情況下對高標(biāo)清同播系統(tǒng)進行設(shè)計，并圓滿完成施工建設(shè)和上線播出。

1 總體設(shè)計

太原廣播電視臺高標(biāo)清同播系統(tǒng)建設(shè)項目，是在標(biāo)清機房同樓層建設(shè)一個新高清機房，并增設(shè)2個高清頻道的傳統(tǒng)HD-SDI播出系統(tǒng)和2個高清IP備播系統(tǒng)。建成后的新系統(tǒng)承擔(dān)著2個頻道的高清標(biāo)清同步（含IP備播）播出任務(wù)。太原廣播電視臺高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)是以傳統(tǒng)HD-SDI高清視頻播出服務(wù)器技術(shù)和高清基帶IP虛擬化播出服務(wù)器技術(shù)為核心共同搭建的播出技術(shù)架構(gòu)，SDI和IP服務(wù)器各有主備兩臺，可實現(xiàn)每個播出頻道4路播出信號互備，可以實現(xiàn)對所有播出業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度及統(tǒng)一應(yīng)用，播控技術(shù)更加先進，集約化程度更加緊密，信號調(diào)度和擴展能力更加靈活，安全防護措施更加完善，為安全播出打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

本文介紹的主要設(shè)計包括播控系統(tǒng)框架設(shè)計、核心設(shè)備數(shù)據(jù)庫設(shè)計、播出控制系統(tǒng)設(shè)計、軟件部分設(shè)計以及總控分控系統(tǒng)設(shè)計。整體設(shè)計思路根據(jù)兩個高清頻道的節(jié)目上載、高標(biāo)清節(jié)目同步播出、信號調(diào)度等功能需求，考慮系統(tǒng)需具備擴充能力，方便剩余頻道的高清化改造。

2 子系統(tǒng)設(shè)計

2.1 播控系統(tǒng)框架設(shè)計

播控系統(tǒng)采用主備SDI+主備IP服務(wù)器技術(shù)架構(gòu)，如圖1所示。其中，主備SDI服務(wù)器為兩臺Harmonic視頻服務(wù)器，兩臺IP系統(tǒng)由虛擬化平臺搭建，以此實現(xiàn)異構(gòu)方式的安全播出。為完成太原廣播電視臺2個頻道高標(biāo)清同步播出的任務(wù)，結(jié)合臺內(nèi)實際情況，傳統(tǒng)SDI信號+SDI over IP的異構(gòu)方式較為安全可靠[2]。

圖1 播控系統(tǒng)框架設(shè)計

為了實現(xiàn)系統(tǒng)無單一潰點，系統(tǒng)中末級設(shè)計了主備4選1倒換器，當(dāng)SDI主備與IP主備異構(gòu)系統(tǒng)檢測到一路播出鏈路信號不正常時，系統(tǒng)會自動切換到下一路信號，也可以進行手動應(yīng)急切換，手動切換優(yōu)先于自動切換。4選1倒換器輸入的前兩路為SDI主備路帶字幕的播出信號，第三、四路為IP主備路播出信號。主備路4×1倒換器具有斷電旁通和行同步的功能。

2.2 核心設(shè)備數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是整個播出系統(tǒng)數(shù)據(jù)的核心，其安全可靠性要求非常高。在數(shù)據(jù)庫的存儲硬盤中，采用RAID技術(shù)，能夠在保證數(shù)據(jù)安全的同時滿足應(yīng)急需要[3]。主備數(shù)據(jù)庫之間通過連接的心跳線保持同步，通過熱備集群技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。這樣，主數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障后，備數(shù)據(jù)庫可以迅速接管工作。為了數(shù)據(jù)庫各功能的安全，本系統(tǒng)專門配置符合廣電要求的安全和應(yīng)急策略。

本次項目的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計能夠滿足7×24小時安全運行，主備數(shù)據(jù)庫采用可靠冗余容錯體系結(jié)構(gòu)，安裝正版雙機熱備份軟件，主/備數(shù)據(jù)庫切換可自動進行，也可以手動進行。平時兩臺主機同時運行，各自進行自己的工作，同時互相監(jiān)測對方的運行情況。當(dāng)一臺主機監(jiān)測到另一臺主機發(fā)生故障，會迅速接管故障主機，保證工作仍正常進行。

2.3 播出控制系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 播出控制主備鏈路的架構(gòu)設(shè)計

2.3.1.1 主備控制鏈路

播出控制系統(tǒng)不存在單一崩潰點，主備控制鏈路不會產(chǎn)生因一條鏈路故障造成無法控制的現(xiàn)象[4]。主備控制網(wǎng)絡(luò)及串口服務(wù)器組成的控制鏈路，控制著視頻服務(wù)器、播控主備機、矩陣及鍵混等周邊設(shè)備。由于使用串口進行控制，避免了網(wǎng)絡(luò)病毒的風(fēng)險。

2.3.1.2 循環(huán)播出控制

系統(tǒng)采用循環(huán)備份播出控制的理念，即每一臺播控機均可以作為其他播控的備份機，原理是任意一臺播控機都可以對所有的頻道進行播出單的修改、發(fā)送，而且任意一臺播控機都可以控制任意頻道的切換器、應(yīng)急VTR等周邊設(shè)備[5]。這樣，當(dāng)有一臺播控機出現(xiàn)故障，其他任意播控機通過簡單設(shè)置即可完成故障頻道的信號切換?？梢钥闯?，這種設(shè)計在保障安全播出中，具有成本低、安全性高的特點。

2.3.2 分控、周邊硬件設(shè)備IP播出控制的實現(xiàn)方式

IP控制的特點是網(wǎng)絡(luò)高穩(wěn)定性和高時效性，能安全高效地控制分控的周邊設(shè)備。此系統(tǒng)中，發(fā)控端播控工作站通過MOXA IP轉(zhuǎn)RS-232/RS-422網(wǎng)絡(luò)集中控制器的Real COM/TTY端口，接轉(zhuǎn)成網(wǎng)絡(luò)IP信號，IP信號通過控制網(wǎng)絡(luò)交換機到MOXA串口服務(wù)器，通過MOXA轉(zhuǎn)換為串口信號來控制切換矩陣和周邊設(shè)備等，實現(xiàn)IP控制，如圖2所示。

圖2 IP控制架構(gòu)

播控工作站實現(xiàn)自動播出切換，首先是通過網(wǎng)絡(luò)控制視頻服務(wù)器按照節(jié)目單一條接一條地進行硬盤播出，在需要時，播控工作站的IP控制信號通過MOXA服務(wù)器轉(zhuǎn)換成串口信號控制切換器，切換出同時被播控工作站控制的周邊設(shè)備輸出的信號。其控制原理如圖3所示。

圖3 通過串口服務(wù)器控制周邊設(shè)備方式

2.4 軟件部分設(shè)計

播出軟件是安全播出生命線維持正常運轉(zhuǎn)的重要部分。此系統(tǒng)使用的格非MagiLive播出軟件，通過網(wǎng)絡(luò)管理功能對素材、用戶權(quán)限及日志等進行管理，軟件與主播出系統(tǒng)同步。此播出軟件設(shè)計的中文界面友好、便于操作，值班人員使用體驗良好。

該軟件通過模塊化細(xì)分各工作流程，首先在“節(jié)目單編輯”軟件中完成節(jié)目單的編輯、修改、審核及保存，素材通過“上載”軟件，按照對應(yīng)節(jié)目單中欄目名稱上載到視頻服務(wù)器或存儲體中；“播出”軟件按照節(jié)目單時間順序播出對應(yīng)視頻，播出軟件界面中可以看到節(jié)目是否存在、是否準(zhǔn)備就緒。該軟件系統(tǒng)可靠性、可用性及可維護性較高。軟件模塊工作流程如圖4所示。

圖4 軟件模塊工作流程圖

2.5 總控、分控系統(tǒng)設(shè)計

整個播出系統(tǒng)的公共信號調(diào)度稱為總控信號調(diào)度部分。播出系統(tǒng)正常工作時，它的工作任務(wù)是調(diào)度、處理、分配有關(guān)播出的各種視音頻信號，如中央臺信號、硬盤信號、播控PGM信號、演播室信號、測試圖信號、墊片及其他外來信號，這些信號有時參與播出的直接輸出。本系統(tǒng)為了信號監(jiān)管者使用方便，利用科學(xué)的播放調(diào)度程序?qū)π盘柫鞒踢M行監(jiān)控，在對信號進行調(diào)度時，能夠?qū)崿F(xiàn)實時快速切換，確保信號源的質(zhì)量與精準(zhǔn)。系統(tǒng)對重點信號源實施監(jiān)控，能夠確保信號源的安全性，并且已切換至頻道播出的信號也會有實時監(jiān)控，避免出現(xiàn)誤操作，以便及時處理?？偪叵到y(tǒng)的信號周邊設(shè)備主要有數(shù)字視頻分配器、模擬視頻分配器、測試圖發(fā)生器、數(shù)字幀同步機、墊片服務(wù)器以及視頻格式轉(zhuǎn)換卡等。

總控系統(tǒng)龐大，分控系統(tǒng)則功能強大。分控系統(tǒng)的任務(wù)是對主備硬盤播出信號及外來信號進行切換、臺標(biāo)字幕疊加，實現(xiàn)兩個頻道高標(biāo)清同步播出。播出分控系統(tǒng)鏈路采用冗余設(shè)計，無單一崩潰點。信號通路關(guān)鍵節(jié)點加裝跳線裝置，作用是能應(yīng)急跳過故障設(shè)備和判斷故障節(jié)點。每個頻道末級PGM信號配置專業(yè)監(jiān)聽音箱和大畫面顯示。關(guān)鍵設(shè)備具備掉電直通能力，信號切換畫面平滑、音頻無噪音。各頻道主備板卡的獨立機箱、遙控面板、多畫面分割器均采用雙電源設(shè)計。主備設(shè)備的同步源不來源于同一級視分板卡，所有周邊機箱的熱插拔板卡均采用前插式安裝，方便更換、維修。數(shù)字信號分配及通道信號的處理主要由分控系統(tǒng)的周邊設(shè)備完成，主要設(shè)備有分控機箱、4選1倒換器、數(shù)字視分、數(shù)字鍵混器、臺標(biāo)以及字幕機等。

整個播出系統(tǒng)還有其他周邊一些設(shè)備，如時鐘和同步、監(jiān)看的電視墻、技術(shù)監(jiān)看設(shè)備、衛(wèi)星接收機以及安全播出智能輔助系統(tǒng)等。

總控和分控的所有周邊設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了國家廣播電視總局的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控接口可以對設(shè)備進行遠(yuǎn)程遙控和監(jiān)控，支持簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP），配置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢測模塊和開放協(xié)議接口方便對其他廠家設(shè)備進行控制和監(jiān)控；通過SNMP網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端設(shè)備，實時監(jiān)測機箱板卡模塊的工作狀態(tài)和參數(shù)。為了確?？偪刂苓厵C箱安全、穩(wěn)定工作，所有機箱全部安裝了雙電源和風(fēng)扇，散熱、防塵功能良好，有充分的冗余空間。

太原廣播電視臺2個高標(biāo)清同播頻道的角標(biāo)、游走字幕等日常工作由網(wǎng)絡(luò)字幕機完成，設(shè)備的選型和配置滿足臺內(nèi)的需求，包含KEY/FILL輸出，支持任意位置的游動字幕，支持靜態(tài)圖片和TGA序列角標(biāo)的播出、臺標(biāo)和時鐘的播出，具有字幕模板等功能。字幕管理采用模板方式，能夠快速完成字幕的制作和播出。作為監(jiān)看設(shè)備的電視墻，由畫面分割器和大屏監(jiān)視器組成。監(jiān)視畫面左側(cè)顯示嵌入音頻的VU音柱。電視墻能將畫面分割方案保存為模板，這樣，一旦分割信息丟失，能夠快速完成恢復(fù)。

3 結(jié) 語

太原廣播電視臺高標(biāo)清同播系統(tǒng)采用兩臺SDI視頻服務(wù)器與兩臺IP虛擬化平臺進行搭建，選擇的核心設(shè)備數(shù)據(jù)庫和視頻服務(wù)器工作穩(wěn)定，控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和總分控系統(tǒng)設(shè)計先進，具備完善的監(jiān)控和應(yīng)急處理手段，為高清標(biāo)清同步播出運行提供了安全可靠的平臺。該系統(tǒng)建成后播出運行良好，播出質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，停播率為零。該系統(tǒng)設(shè)計先進，同時又兼顧了經(jīng)濟性，完全按照國家廣播電視總局的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，安全可靠、操作易維護，滿足了本臺兩個高標(biāo)清同播頻道節(jié)目安全、優(yōu)質(zhì)播出的需要，能夠為其他地市級電視臺升級高清播出系統(tǒng)提供一些參考。