廣播電視總臺IPTV高清直播頻道的設(shè)計(jì)研究

摘要：在新媒體傳播質(zhì)量不斷提升的背景下，為確保IPTV播出部與新媒體事業(yè)部之間建立良好的合作關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)頻道的高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量播出，本文設(shè)計(jì)了一款安全可控、實(shí)用性強(qiáng)的廣播電視總臺IPTV高清直播頻道系統(tǒng)。首先，嚴(yán)格按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。其次，分別設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了信源接收塊、編轉(zhuǎn)碼、碼流切換、臨時(shí)直播、監(jiān)測監(jiān)看等模塊。最后，研究了系統(tǒng)運(yùn)行情況。結(jié)果表明：本系統(tǒng)節(jié)目高清、頻道播出質(zhì)量高、信號傳輸正常，完全符合預(yù)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。希望通過這次研究，為相關(guān)工作者提供有益借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：廣播電視總臺；IPTV；高清直播頻道

一、引言

最近幾年，隨著IPTV業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，全國IPTV總用戶數(shù)超過3億，IPTV這一廣播電視傳播方式變得更加流行[1]。目前，傳統(tǒng)廣電總臺IPTV直播系統(tǒng)存在頻道播出質(zhì)量低、信號傳輸不穩(wěn)定、節(jié)目不高清等問題，不滿足IPTV直播頻道高質(zhì)量播出需求。為解決以上問題，本文設(shè)計(jì)了一種先進(jìn)、新型的廣播電視總臺IPTV高清直播頻道系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以很好地處理67路高清頻道直播業(yè)務(wù)，還可以實(shí)現(xiàn)對重要節(jié)目的臨時(shí)直播，具有信號接入轉(zhuǎn)播能力強(qiáng)、不同信號播出兼容性高等特點(diǎn)[2]。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（一）安全性

安全性是廣播電視總臺IPTV高清直播頻道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原則。該系統(tǒng)旨在方便人們實(shí)時(shí)獲取國內(nèi)外時(shí)事信息，因此，高清直播頻道在播出期間，難免會(huì)涉及國內(nèi)發(fā)展戰(zhàn)略相關(guān)的信息，所以，在設(shè)計(jì)本文系統(tǒng)時(shí)，需要運(yùn)用加密技術(shù)，統(tǒng)一加密以保護(hù)系統(tǒng)重要信息數(shù)據(jù)。首先，要設(shè)計(jì)用戶密碼輸入型，并結(jié)合無線傳輸系統(tǒng)所傳播的電視信號，利用用戶終端，自行解密和解碼重要信息，保證系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性和安全性，從而達(dá)到高效化、安全化傳輸重要信息數(shù)據(jù)的目的，為實(shí)現(xiàn)對電視節(jié)目信息的有效保護(hù)提供重要的平臺支持。

（二）實(shí)用性

本文系統(tǒng)在具體設(shè)計(jì)時(shí)，要突出系統(tǒng)實(shí)用性原則。高清畫面的設(shè)置，除了要求提高直播頻道的分辨率和動(dòng)態(tài)范圍外，還要達(dá)到寬色域、全景聲等多種功能畫面。高分辨率直播頻道系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常需要花費(fèi)較高的資金成本，但是，廣播電視總臺系統(tǒng)更新緩慢、超高分辨率顯示器在市場上占用率較低，因此，在設(shè)計(jì)本文系統(tǒng)時(shí)，可以在保證超清畫質(zhì)的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)畫面進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，以滿足大部分家庭對直播頻道播出的畫面感和流暢度需求。這種兼顧高清性與流暢度的方案，不僅可以降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)資金成本，還可實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用，有效地突出了系統(tǒng)的實(shí)用性。

（三）高兼容性

在設(shè)計(jì)本文系統(tǒng)時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展趨勢，運(yùn)用最佳兼容性信號模式，不斷地提高電視信號的普及范圍，促使電視信號在市場上表現(xiàn)出較高的占用率，突出系統(tǒng)高兼容性特點(diǎn)，確保信號傳輸端與網(wǎng)絡(luò)接收端的良好連接，使得本文系統(tǒng)可以直接穩(wěn)定運(yùn)行于不同的操作系統(tǒng)中。

三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫主要承擔(dān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)增刪改查、管理與存儲等角色，其功能類似于人的大腦。對數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，主要采用了主備匹配模式，一旦某一數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常問題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用備用數(shù)據(jù)庫執(zhí)行相關(guān)業(yè)務(wù)操作。本文系統(tǒng)主要運(yùn)用MySQL數(shù)據(jù)庫，支持重要數(shù)據(jù)的增刪改查、管理與存儲等功能。本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)目單信息表、素材播出狀態(tài)表，其中，節(jié)目單信息表主要包含節(jié)目單日期、頻道縮寫、頻道時(shí)段、節(jié)目名稱、節(jié)目類型、節(jié)目插播類型、節(jié)目插播時(shí)間、節(jié)目播出時(shí)間等屬性；素材播出狀態(tài)表主要包含鎖定狀態(tài)、鎖定次數(shù)、創(chuàng)建人、審核狀態(tài)等屬性。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本套系統(tǒng)主要由信源接收塊、編轉(zhuǎn)碼、碼流切換、臨時(shí)直播、監(jiān)測監(jiān)看等模塊組成。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，主要運(yùn)用主備冗余架構(gòu)技術(shù)，對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，確保主備網(wǎng)絡(luò)鏈路之間保持相互獨(dú)立、互不聯(lián)系的關(guān)系，避免主備鏈路出現(xiàn)相互干擾情況[3]。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

四、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

（一）信源接收模塊

設(shè)計(jì)信源接收模塊的目的是協(xié)助用戶實(shí)時(shí)接收和匯聚處理各個(gè)IPTV直流頻道信號源?，F(xiàn)階段，在接收省級廣播電視總臺IPTV信號時(shí)，主要運(yùn)用衛(wèi)星接收、有線接收、網(wǎng)絡(luò)下發(fā)等方式。信源接收模塊流程圖如圖2所示，從圖2可以看出，廣播電視總臺采用IPTV衛(wèi)星接收方式，將衛(wèi)星接收天線分別設(shè)置在廣播電視總臺內(nèi)和衛(wèi)星地球站中。兩個(gè)衛(wèi)星接收天線之間存在互為備份關(guān)系。分別使用主矩陣、備矩陣，將調(diào)度好的各個(gè)衛(wèi)星天線信號發(fā)送到二選一倒換器中，并將該倒換器與IPTV衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行有效連接，確保本文系統(tǒng)的高安全性、高應(yīng)急處置效率。在本文系統(tǒng)中，各個(gè)頻道主備路信號主要來源于衛(wèi)星信號，其中，主路信號來源于中星6A；備路信號來源于中星9號。在中星9號的頻道中，主要采用有線接收的方式，將所接收到的衛(wèi)星信號設(shè)置為備份信息來源[4]。在本文系統(tǒng)中，含有大量的直播頻道，利用衛(wèi)星接收系統(tǒng)內(nèi)解碼設(shè)備，可以對多種板卡進(jìn)行科學(xué)配置，從而實(shí)現(xiàn)對解碼衛(wèi)星信號的實(shí)時(shí)接收，當(dāng)解碼操作結(jié)束后，本文系統(tǒng)自動(dòng)輸出相應(yīng)的播流[5]。

（二）編轉(zhuǎn)碼模塊

高清直流頻道不同，其信號源會(huì)出現(xiàn)編碼格式不統(tǒng)一、碼率不一致等問題。例如：在衛(wèi)星接收機(jī)中，所輸出的碼流格式多種多樣，如MAEG-2格式、MAEG-4格式等；廣播電視總臺網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的碼流格式為H.264，省級廣播電視總臺所創(chuàng)建的頻道節(jié)目源在接入期間，主要選用了模擬信號接入方式[6]。此時(shí)，需要將節(jié)目碼流格式統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為廣播電視總臺與電信運(yùn)營商約定好的編碼格式。在廣播電視總臺中，通過設(shè)計(jì)編轉(zhuǎn)碼模塊，可以更好地兼容多種不同視頻編碼格式。在廣播電視總臺IPTV中，各個(gè)高清直播頻道主要輸出以下兩種編碼格式，分別是H.264視頻編碼格式和MPEG-1Layer2音頻編碼格式，各個(gè)IPTV頻道的高清節(jié)目碼率和標(biāo)清節(jié)目碼率分別調(diào)整為10Mbps、2.6Mbps。編轉(zhuǎn)碼模塊在具體設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用冗余備份方式，當(dāng)編轉(zhuǎn)碼主機(jī)所檢測到的集群設(shè)備出現(xiàn)心跳丟失問題時(shí)，本文系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向備份設(shè)備中安全可靠地傳輸和發(fā)送相應(yīng)的編碼任務(wù)，確保編轉(zhuǎn)碼任務(wù)的連續(xù)性。另外，運(yùn)用主備冗余方式，將所有編轉(zhuǎn)碼主機(jī)內(nèi)物理網(wǎng)口分別連接于主信源交換機(jī)和備信源交換機(jī)[7]。如果輸入主信源交換機(jī)出現(xiàn)故障問題，本文系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至備信源交換機(jī)，當(dāng)主信源交換機(jī)恢復(fù)正常狀態(tài)后，本文系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)由備信源交換機(jī)切回至主信源交換機(jī)。

（三）碼流切換模塊

由于本文系統(tǒng)通常會(huì)涉及衛(wèi)星接收、信源接收解碼等多個(gè)業(yè)務(wù)，故在實(shí)際運(yùn)行期間，很容易出現(xiàn)因編碼器、衛(wèi)星接收機(jī)等設(shè)備運(yùn)行異常而出現(xiàn)信號中斷問題。而碼流切換模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對以上問題的快速化、便捷化應(yīng)急處理。該模塊在具體設(shè)計(jì)時(shí)，首先，要采用IP碼流切換的方式，設(shè)計(jì)手動(dòng)切換、自動(dòng)切換和板卡切換等方式。其次，主備信號主要來自交換機(jī)、編解碼等設(shè)備，通過運(yùn)用采用碼流切換的方式，對系統(tǒng)內(nèi)大部分故障問題進(jìn)行應(yīng)急檢測和處理。最后，將碼流切換裝置安裝和部署于主備鏈路中，如果主碼流切換器出現(xiàn)異常問題，本文系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至備鏈路中，保證主鏈路與備鏈路之間形成良好的倒換關(guān)系。另外，借助碼流切換管理軟件，可以對主備鏈路信號進(jìn)行單獨(dú)輸出，并將該管理軟件直接連接于現(xiàn)有報(bào)警系統(tǒng)中，為用戶提供信號快速監(jiān)測、多畫面組合展示等多樣化服務(wù)體驗(yàn)。

（四）臨時(shí)直播模塊

為確保廣播電視總臺可提供強(qiáng)大的臨時(shí)直播能力，實(shí)現(xiàn)對體育賽事、文藝活動(dòng)等臨時(shí)直播節(jié)目的有效插入，系統(tǒng)需要單獨(dú)設(shè)計(jì)和開發(fā)臨時(shí)直播模塊。為提高臨時(shí)直播信號源處理的及時(shí)性，保證IPTV直播頻道播出的穩(wěn)定性和可靠性，在設(shè)計(jì)臨時(shí)直播模塊時(shí)，主要采用外來信號接收方式，將編碼器、IP切換器和延時(shí)器組合為獨(dú)立于IPTV直播頻道的小型系統(tǒng)。此外，利用主編碼器和備編碼器，將互聯(lián)網(wǎng)和總平臺所下發(fā)的臨時(shí)直播信號直接傳輸和發(fā)送至主延時(shí)器和備延時(shí)器，由主備延時(shí)器對這些直播信號進(jìn)行延時(shí)處理，當(dāng)延時(shí)處理結(jié)束后，將主備信號分別輸入到主備網(wǎng)絡(luò)鏈路中[8]。在進(jìn)行臨時(shí)直播期間，通過實(shí)時(shí)監(jiān)看延時(shí)處理之前的信號，可以實(shí)現(xiàn)對節(jié)目內(nèi)容質(zhì)量的有效檢測，一旦節(jié)目內(nèi)容出現(xiàn)故障問題，本文系統(tǒng)可以自動(dòng)應(yīng)急切換IP切換器，使該切換器自動(dòng)切換至備路中。借助臨時(shí)直播模塊，某省份廣播電視總臺已向全省IPTV用戶成功轉(zhuǎn)播大型賽事、電競比賽等各種活動(dòng)。

（五）監(jiān)測監(jiān)看模塊

為進(jìn)一步提高IPTV高清直播頻道播出的穩(wěn)定性和安全性，本文系統(tǒng)內(nèi)配備相應(yīng)監(jiān)測監(jiān)看設(shè)備，該設(shè)備主要用于對視頻、音頻、碼流、網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和查看。其中，碼流主要來源于編碼器和IP流切換器，通過利用監(jiān)測監(jiān)看模塊，可以對這些碼流以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，方便播控人員快速定位、查找和處理系統(tǒng)故障問題。首先，在進(jìn)行音視頻監(jiān)測監(jiān)看時(shí)，主要利用多畫面監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)中所形成的組播流進(jìn)行全面獲取，為用戶提供語音報(bào)警提示、轉(zhuǎn)碼錄像、多畫面顯示等強(qiáng)大功能。通過優(yōu)化和完善監(jiān)控大屏中的多個(gè)畫面，并采用衛(wèi)星接收天線極化方式，合理地設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面布局，方便播控人員精確地判斷和識別系統(tǒng)故障位置。在進(jìn)行碼流監(jiān)測監(jiān)看時(shí)，利用監(jiān)測監(jiān)看模塊，可以對各個(gè)頻道節(jié)目碼流情況進(jìn)行長達(dá)一周時(shí)間的監(jiān)測和分析，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)對每秒縮略圖的實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化抓取，并自動(dòng)生成相應(yīng)的告警事件，為后期系統(tǒng)故障維修提供重要的數(shù)據(jù)支持。在監(jiān)測監(jiān)看網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析系統(tǒng)中的各個(gè)交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并以圖表的形式，將各個(gè)交換機(jī)的CPU、內(nèi)存、端口流量等信息顯示在系統(tǒng)主界面中，便于其他人員查看和調(diào)用。

五、系統(tǒng)運(yùn)行情況

本系統(tǒng)從2023年6月2日啟動(dòng)至今，已試播超過半年。目前，每天以“18：00—22：00”為首播時(shí)間段，采用滾動(dòng)播出的方式，對不同頻道進(jìn)行24小時(shí)高清播出。迄今為止，所上載4K節(jié)目素材播出時(shí)間超過300小時(shí)，單個(gè)節(jié)目平均播出時(shí)長超過4400小時(shí)。試播至今，本文系統(tǒng)表現(xiàn)出良好穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。利用本文系統(tǒng)將4K高清電視播出信號直接傳輸和發(fā)送至終端用戶，用戶數(shù)量不斷升高，高達(dá)一千萬，不僅實(shí)現(xiàn)了對各個(gè)高清電視信號的正常、穩(wěn)定播出，還保證了電視信號傳輸質(zhì)量，完全能夠滿足IPTV頻道高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)播出需求，有效地驗(yàn)證了本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的有效性和可靠性。

六、結(jié)束語

綜上所述，在IPTV業(yè)務(wù)規(guī)模和直播頻道數(shù)量不斷增加的情況下，本文所設(shè)計(jì)的廣播電視總臺IPTV高清直播頻道因具備信源接收塊、編轉(zhuǎn)碼、碼流切換、臨時(shí)直播、監(jiān)測監(jiān)看等強(qiáng)大功能，不僅可以智能化處理67路高清頻道直播業(yè)務(wù)，還能實(shí)現(xiàn)對臨時(shí)頻道的高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)播出，從而提高了IPTV用戶觀看質(zhì)量，為促進(jìn)IPTV業(yè)務(wù)快速發(fā)展，提高IPTV高清頻道開播質(zhì)量提供了重要的平臺支持。本系統(tǒng)具有運(yùn)行安全可靠、智控化水平高、實(shí)用性強(qiáng)、兼容性高等特點(diǎn)，為IPTV用戶觀看高清直播頻道提供了極大便利，鑒于該系統(tǒng)較高的應(yīng)用價(jià)值，值得被進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

作者單位：劉振濤 莒南縣融媒體中心

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