高清播出系統(tǒng)升級改造建設(shè)

摘要：隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，廣播電視高清播出系統(tǒng)已經(jīng)成為電視產(chǎn)業(yè)的主流。新會廣播電視臺為了提高本地區(qū)人民的觀看體驗，對原有的綜合頻道進(jìn)行了升級改造。本文主要介紹了新會廣播電視臺高清化的整體規(guī)劃及使用需求，包括高清播出系統(tǒng)的整體拓?fù)浼軜?gòu)和主要業(yè)務(wù)流程。同時，詳細(xì)介紹了關(guān)鍵位置的硬件設(shè)備，并提供了技術(shù)選型的參考。最后，介紹了系統(tǒng)的軟件部分組成和相關(guān)功能。經(jīng)過一年多的線上運行，系統(tǒng)運行平穩(wěn)有序，播出效果良好，達(dá)到了設(shè)計的目標(biāo)和效果。

關(guān)鍵詞：高清播出系統(tǒng)；數(shù)字化；監(jiān)測

為了快速推進(jìn)《國家廣播電視總局關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)高清超高清電視發(fā)展的意見》中提出的目標(biāo)，截至2025年底，將全面完成全國地級及以上電視臺以及有條件的縣級電視臺從標(biāo)清到高清的轉(zhuǎn)化。結(jié)合新會廣播電視臺的高清化整體規(guī)劃，對原有的綜合頻道進(jìn)行了高清升級改造，達(dá)到高清數(shù)字化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化的效果。這個系統(tǒng)不僅滿足了當(dāng)?shù)厝嗣竦囊暵犘枨蠛瓦m應(yīng)了行業(yè)發(fā)展的需求，還能更好地傳播本地區(qū)特色文化，豐富人民的精神文化生活。

一、系統(tǒng)整體建設(shè)原則及內(nèi)容

在廣電行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，本次系統(tǒng)的硬件設(shè)備選擇需要考慮已有的設(shè)備資源，以節(jié)省成本，并確保在同時處理多個外來信號的情況下能夠進(jìn)行信號轉(zhuǎn)播。此外，還需要設(shè)計一個應(yīng)急通道，以確保在緊急情況下能夠快速響應(yīng)和播出。為了確保播出多級鏈路安全，系統(tǒng)需要配置視頻播出服務(wù)器、高清切換器、信號故障自動偵測倒換器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等設(shè)備，采用冗余熱切機制，保障整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與制作、三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的無縫連接。同時，系統(tǒng)還應(yīng)支持播出信號監(jiān)測、24小時錄像以及圖像預(yù)警等功能。此外，針對不同的播出需求和觀看終端，高清信號需要輸出到網(wǎng)絡(luò)視頻推流器上。此外，安全的數(shù)據(jù)傳輸和存儲技術(shù)應(yīng)被采用，以防止敏感信息被非法獲取和利用，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

二、系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計及流程實現(xiàn)

（一）系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)介紹

整個播出系統(tǒng)主要包括綜合頻道播出系統(tǒng)和廣播電視信號監(jiān)測系統(tǒng)兩個部分。綜合頻道播出系統(tǒng)是一個高清同播的播出系統(tǒng)，具備24小時不間斷播出的能力。該系統(tǒng)使用服務(wù)器進(jìn)行本地存儲，可以滿足30天的播出素材存儲需求。同時，該系統(tǒng)與節(jié)目制作系統(tǒng)聯(lián)通，實現(xiàn)采編播一體的數(shù)字化。高清播出系統(tǒng)由采集系統(tǒng)、播出系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)組成，其中視頻播放服務(wù)器是核心設(shè)備。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理信息數(shù)據(jù)，并通過萬兆光纖網(wǎng)實現(xiàn)控制素材傳輸和高清節(jié)目的自動播出。高清播出系統(tǒng)包括兩套視頻播出服務(wù)器（一主一備）、墊片信號播出服務(wù)器、播出控制工作站（一主一備）、上傳編單工作站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（一主一備）、高清切換器、信號故障自動偵測倒換器、播出交換設(shè)備、播出存儲盤塔等設(shè)備。兩臺播出控制工作站通過網(wǎng)絡(luò)控制視頻播出服務(wù)器播放頻道信號，并使用串口控制播出面板。同時，控制軟件進(jìn)行實時備份，以實現(xiàn)在控制器出現(xiàn)異常時自動熱切接管功能。廣播電視信號監(jiān)測系統(tǒng)主要針對廣播電視等傳媒行業(yè)，對播出信號進(jìn)行監(jiān)測和轉(zhuǎn)碼錄制。該系統(tǒng)具備實時監(jiān)控的功能，能夠?qū)⑺斜O(jiān)測節(jié)目拼接顯示在大屏幕上，方便廣播電視工作人員隨時了解節(jié)目播出情況。系統(tǒng)在監(jiān)測過程中，會通過語音報警等形式提醒，一旦發(fā)現(xiàn)信號異常、節(jié)目畫面等問題，為安全播出管理提供依據(jù)，保障廣播電視的播出安全。

（二）綜合頻道播出系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程實現(xiàn)

綜合頻道播出系統(tǒng)共配置4組高清轉(zhuǎn)播信號，其中兩組是外接直播節(jié)目主備信號，另外兩組是由廣電網(wǎng)絡(luò)江門新會分公司提供的加密信號。這兩組加密信號通過同軸線纜傳輸?shù)?臺PBI解碼器上進(jìn)行解碼，解碼后輸出CCTV1和廣東衛(wèi)視的高清信號。轉(zhuǎn)播信號隨后輸入到信號源調(diào)度矩陣中。該調(diào)度矩陣支持16路外部信號的輸出轉(zhuǎn)播。經(jīng)過調(diào)度后，轉(zhuǎn)播信號通過高清幀同步卡和視分卡被分別輸出到主備播出高清切換器和應(yīng)急高清切換器。此外，播出高清切換器還輸出一路PST信號，該信號連接到視頻播出服務(wù)器作為播出軟件中的轉(zhuǎn)播信號，并實現(xiàn)了臺標(biāo)、時鐘、角標(biāo)等圖文信息的疊加功能。

主備視頻播出服務(wù)器的輸出信號首先連接到主備播出高清切換器中作為PGM輸出，然后接入到應(yīng)急高清切換器。同時，使用高清倒換器將主備視頻播出服務(wù)器和播出高清切換器連接起來。主備服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)檢測保持同步運作，當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障時，主備服務(wù)器會自動接管所有設(shè)備的控制權(quán)，實現(xiàn)主備信號的自動切換。這樣可以保證播出系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。應(yīng)急高清切換器接入的信號包括主備高清切換器的PGM信號、墊播信號以及經(jīng)過幀同步卡處理的CCTV1源信號。當(dāng)主備視頻播出服務(wù)器都宕機時，采用人工應(yīng)急處置方式，切換到其他應(yīng)急信號，以實現(xiàn)信號無中斷輸出。播出信號經(jīng)過音頻處理和編碼器等設(shè)備處理后，分別輸出到廣電網(wǎng)絡(luò)江門新會分公司的前端播出系統(tǒng)和媒體編碼器上，用于在電視端和移動端同步播出。此外，系統(tǒng)還采用了雙模衛(wèi)星校時鐘，以確保整個播出系統(tǒng)的統(tǒng)一授時。所有關(guān)鍵設(shè)備，如幀同步卡、視分卡、切換器和倒換器等，都具備斷電直通和雙電源功能，大大提高了系統(tǒng)的安全性。同時，在系統(tǒng)的重要節(jié)點位置（例如解碼信號、主備視頻播出服務(wù)器播出信號、主備播出高清切換器的PST/PGM信號、墊播信號等），信號還會輸出到廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)，用于實時監(jiān)看和監(jiān)測，方便進(jìn)行應(yīng)急處理。

（三）廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)流程實現(xiàn)

廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測綜合頻道播出系統(tǒng)的4路SDI信號和鄉(xiāng)鎮(zhèn)播出系統(tǒng)的4路ASI信號。在播出系統(tǒng)輸出播出信號后，采用專業(yè)的采集設(shè)備 “綜合監(jiān)測儀”進(jìn)行信號接收和碼流層面監(jiān)測，符合TR101-290三級監(jiān)測的數(shù)字電視信號碼流監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測儀能夠接收信號并進(jìn)行監(jiān)測和分析。信號通過多畫面監(jiān)測系統(tǒng)輸出DVI信號，并在4塊屏幕上按照2*2的排列方式進(jìn)行拼接顯示。這樣可以實現(xiàn)對綜合頻道播出系統(tǒng)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)播出系統(tǒng)共計6套高清（HD）和30套標(biāo)清（SD）共36套節(jié)目的音視頻質(zhì)量監(jiān)看，同時進(jìn)行轉(zhuǎn)碼和收錄（至少持續(xù)15天）。在監(jiān)測過程中，如果出現(xiàn)黑屏、視頻丟失、音頻丟失、靜幀、彩條、音量過高/過低、音視頻不同步、解碼異常、馬賽克、臺標(biāo)丟失等問題，系統(tǒng)會以語音、彈窗等多種形式進(jìn)行報警提醒，及時通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。此外，廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)還提供數(shù)據(jù)管理平臺，采用B/S架構(gòu)，用于對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和圖形化展示，還支持生成統(tǒng)計報表并導(dǎo)出查詢結(jié)果。用戶可以通過數(shù)據(jù)管理平臺方便地查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理，進(jìn)而提高電視播出系統(tǒng)的質(zhì)量和效率。

三、系統(tǒng)主要硬件設(shè)備及技術(shù)選型

整個高清播出系統(tǒng)硬件主要由主備視頻服務(wù)器、第三備視頻服務(wù)器、主備播控工作站、主備數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、高清切換器、數(shù)字音頻處理器（帶直通功能）、高清倒換器、上載/編單/審片工作站群、播出存儲盤塔、文件擺渡網(wǎng)關(guān)等組成。

（一）視頻服務(wù)器

在傳統(tǒng)的播出系統(tǒng)中，為了滿足特定的播出需求，需要配置大量的外圍設(shè)備，如按鍵混音器、字幕機、徽標(biāo)機、幀同步器等。這樣會增加設(shè)備數(shù)量，使系統(tǒng)變得復(fù)雜，鏈路也變得復(fù)雜，增加了故障發(fā)生的可能性，從而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，播出信號的質(zhì)量也無法得到保證。在本次系統(tǒng)升級中，選擇了“中廣上洋”視頻服務(wù)器，它配置了雙電源、雙風(fēng)扇、雙網(wǎng)口等冗余設(shè)計，支持?jǐn)嚯娭蓖?、板卡無響應(yīng)直通、操作系統(tǒng)無響應(yīng)直播等應(yīng)急措施。該視頻服務(wù)器還集成了部分外圍設(shè)備的功能，如時鐘、臺標(biāo)、字幕多層疊加等，減少了存在隱患的節(jié)點。同時為了實現(xiàn)節(jié)目數(shù)據(jù)的可靠存儲，視頻服務(wù)器計劃采用兩塊容量為8TB的企業(yè)級硬盤，預(yù)計能夠滿足至少30天的節(jié)目播出時長。同時，采用RAID1技術(shù)進(jìn)行硬盤數(shù)據(jù)備份，提高了數(shù)據(jù)的安全性和冗余性。

（二）高清切換器

本系統(tǒng)采用了一款名為“SY-1604-K-HD”的高清切換器，它是一款專門為廣播電視播出場合設(shè)計的節(jié)目播出型切換器。該切換器支持16路SD/HD SDI輸入和4路模擬音頻輸入，內(nèi)置CVBS信號幀同步器和模擬音頻加嵌器。它支持2路PGM輸出和3路PST輸出，其中PGM輸出支持靜/凈切換。此外，該切換器還支持信號狀態(tài)檢測，通過指示燈顏色顯示信號狀態(tài)，并支持輸入信號檢測、誤操作保護(hù)和Bypass直通功能。它還配備了冗余電源、3個RS-232串口（DB9）和1個RS-485串口（DB9），并帶有本地控制面板。

（三）高清倒換器

在本系統(tǒng)中，選用了型號為“F1C-SAC”的高清倒換器，它是專門為主備架構(gòu)播出安全而設(shè)計的?！癋1C-SAC”采用靈活的幀處理技術(shù)和同步技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)主備之間的無縫切換。該倒換器有三路輸入，分別是主信號、備信號、墊播信號，并能夠根據(jù)各路信號的狀態(tài)，自動或手動選擇某一路輸出，可以實現(xiàn)畫面切換平穩(wěn)過渡。同時還具備雙電源冗余設(shè)計，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。此外，它還具有RS422等控制接口，可方便地通過外部設(shè)備控制和監(jiān)控。它的應(yīng)用能夠在提升播出質(zhì)量和可靠性方面發(fā)揮重要的作用。

（四）播出存儲盤塔

播出存儲盤塔是播出系統(tǒng)中的基礎(chǔ)支撐部分，主要用于存儲和保護(hù)大量的播出素材。本次所使用的存儲系統(tǒng)采用了RAID6技術(shù)進(jìn)行硬盤數(shù)據(jù)備份，總?cè)萘繛?0T。假設(shè)每個播出文件大小為2GB，按照固定使用率不超過70%的要求，該存儲系統(tǒng)大約可保存21000個文件。這意味著它能夠滿足至少60天的播出素材播放需求。此外，該存儲系統(tǒng)還配備了雙電源和高速SAS接口，讀寫速度可達(dá)到600MB/s以上，能夠滿足高清視頻的播出需求。同時，存儲系統(tǒng)還具備硬盤插拔功能，即在不影響播出的情況下可以進(jìn)行硬盤更換，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（五）文件擺渡網(wǎng)關(guān)

為了滿足電視臺內(nèi)部節(jié)目制作系統(tǒng)與播出系統(tǒng)的高效傳輸需求，并確保傳輸?shù)陌踩?，我們選用了 iGate8 文件擺渡網(wǎng)關(guān)。這是一種軟硬件一體化系統(tǒng)，具備多種功能，包括格式檢測、高效傳輸、邏輯隔離、流量管理、行為管理、防火墻、日志審計等。它能夠使電視臺內(nèi)各生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)之間的視音頻文件等數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傳輸。同時，它還能夠保護(hù)不同網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)傳輸安全，確保敏感信息的保密性。

四、軟件介紹

廣播電視播出系統(tǒng)的軟件是整個系統(tǒng)的核心，它承擔(dān)著確保廣播電視的安全播出和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行的重要任務(wù)。該軟件需要滿足多種需求，包括智能審核、素材上載、節(jié)目播出、在線編單等功能，并且需要具備簡單直觀、易于操作的界面。該系統(tǒng)運行在Windows操作平臺上運行，并支持Windows10、WindowsServer2012等多種操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫方面采用Microsoft SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫服務(wù)器軟件，以確保信息管理和存儲的高效性和穩(wěn)定性。除了支持本地運行，系統(tǒng)也可以基于網(wǎng)絡(luò)化運行，以方便內(nèi)部管理和控制。播出素材采用國際標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2壓縮格式，并且都使用高清格式，分辨率為1920x1080。這樣可以方便地實現(xiàn)播出素材的制播一體化。另外，該系統(tǒng)的軟件主要包括配置管理模塊、素材管理模塊、節(jié)目編單模塊、節(jié)目播出模塊等。

（一）配置管理模塊

配置管理模塊的主要作用是將各種參數(shù)配置集中起來管理，從而提高系統(tǒng)的管理效率和運行穩(wěn)定性。同時該模塊還提供了各個子模塊的管理和配置界面，方便管理員進(jìn)行相關(guān)設(shè)置和調(diào)整。其主要功能包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、用戶權(quán)限管理、頻道管理、設(shè)備管理、日志管理等。

（二）素材管理模塊

素材管理模塊是廣播電視播出系統(tǒng)中的重要組成部分。其主要功能包括素材上傳和信號采集的管理。素材上傳功能是指將制作好的節(jié)目素材上傳到系統(tǒng)中進(jìn)行管理和存儲，并在需要時進(jìn)行調(diào)用。這樣可以方便地管理和存儲節(jié)目素材，并且能夠快速檢索和調(diào)用。信號采集功能是指通過各種錄像機或線路信號采集到的視頻、音頻等素材，采集后自動生成文件并入庫。這樣可以將來自不同渠道的素材采集到系統(tǒng)中，為后續(xù)的節(jié)目制作提供豐富的素材資源。素材管理模塊還可以對這些素材進(jìn)行分類、整理、編輯和檢索，以便于后續(xù)的制作和播出。同時，它也支持素材的備份和恢復(fù)，以確保素材的安全性和可靠性。在電視播出系統(tǒng)中，素材管理模塊的作用非常重要。它能夠提高節(jié)目制作和播出的效率和質(zhì)量，并保證素材的安全和可靠性。

（三）節(jié)目編單模塊

節(jié)目編單管理模塊是播出系統(tǒng)中最重要的模塊之一，其目的是對節(jié)目進(jìn)行編排和排期，包括設(shè)置節(jié)目的播出時間、播出順序、時長等，以確保資源和時間的合理利用，從而使節(jié)目制作和播出更加高效和精準(zhǔn)。該模塊具備支持在線編輯（提供定時播、順播、手動觸發(fā)等多種調(diào)度方式）、預(yù)設(shè)節(jié)目單和字幕模板，節(jié)目單邏輯校驗、批量查找替換、智能同步素材等功能，另外還配置反推定時播發(fā)功能，可以保證所選素材完整播出。

（四）節(jié)目播出模塊

節(jié)目播出模塊是電視廣播系統(tǒng)中最核心的模塊之一。它負(fù)責(zé)控制整個播出過程，實現(xiàn)編排好的節(jié)目自動播出。播出模塊能夠在特定的時間根據(jù)節(jié)目計劃協(xié)調(diào)各種設(shè)備的工作，確保節(jié)目能夠及時地播放、切換、暫停或恢復(fù)。同時，播出模塊還能夠監(jiān)控和管理播出過程，確保音視頻的質(zhì)量流暢且正確。在節(jié)目播出前，它會對節(jié)目文件進(jìn)行一系列的處理和調(diào)整，例如解碼、渲染、音量調(diào)整以及字幕疊加等，以保證播放效果和觀賞體驗的質(zhì)量。另外，播出模塊還能夠在突發(fā)事件、廣告投放或技術(shù)故障等情況下進(jìn)行緊急插播或暫停，以確保播出的及時性和準(zhǔn)確性。這使得節(jié)目播出更加穩(wěn)定可靠。

五、結(jié)束語

此次的系統(tǒng)建設(shè)不僅為新會廣播電視臺提供了高效、穩(wěn)定、可靠的節(jié)目播出服務(wù)，還為廣大用戶提供了豐富多樣、高質(zhì)量的節(jié)目觀賞體驗。同時也體現(xiàn)了廣播電視播出系統(tǒng)在電視廣播行業(yè)中的重要性和必要性，為電視廣播行業(yè)的發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支持和保障。

作者單位：梁超華 江門市新會區(qū)融媒體中心（新會廣播電視臺）

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]林征.高標(biāo)清同播系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].中國有線電視，2020（11）：1326-1329.

[2]謝惠群.汕尾廣播電視臺高標(biāo)清同播系統(tǒng)升級改造探析[J].視界觀2021（12）：444-446.