電視臺高清播控系統研究

文/馬彪

隨著時代的不斷發展，國內的電視逐漸從標清朝著高清過渡，但是高清電視還沒有實現完全普及。針對電視臺高清播控系統而言，只有做好具體的研究，才能夠滿足電視臺高清播控的要求。廣電總局從2009年開始將高清電視納入廣播影視的重點工作之中，并且要求衛視頻道能夠朝著高清同播過渡的方向做出努力，所以，逐步普及高清播控是電視臺的當務之急。

1.標清系統存在的缺陷

從標清播控系統項目建設的初始階段，一直到完成并且將其投入使用，整個行業的高清技術都在不斷推進和更新，再配合設備的持續損耗與老化，電視臺原本的標清播控系統就出現諸多缺陷，具體如下:

第一，外部需要接入播控機房的信號源偏多，如果選擇同軸電纜來連接設備，不僅線路復雜，同時耗資也非常大；第二，因為每一個頻道節目情況出現差異，這樣就會導致錄像機數量要求存在的差異，并且錄像機資源使用也出現不平衡的問題[1]；第三，基于上級的指示，各頻道需實現高標清同播，在建設高清系統中，需要基于標清信號作為基本條件，其系統設計復雜度較高；第四，原本的網絡化播出業務流程還無法滿足大數據量的互聯互通，傳輸效率偏低，大部分設備使用都超出了6年，其本身的安全防護能力偏弱；第五，原本系統智能化程度偏低，無法滿足新的播出要求，再加上人工介入的環節較多，主備控制設備之間的自動倒換、信息共享等都會受到人為的干擾，最終對播出質量產生影響；第六，原本的系統無法滿足大規模網絡播出的要求，無法實現分級存儲架構體系中對于不同技術質量的要求。

2.電視臺高清播控系統的設計與實現

基于標清系統存在的缺陷，本節主要探討電視臺高清播控系統的設計與實現，希望可以滿足其高清播控的要求。

2.1 高清播控系統架構設計

2.1.1 總體技術設計

高標清信號兼容的電視播出視音頻系統設計主要囊括了兩方面:第一，高清總控系統的擴容與完善，可以滿足系統級的備份，實現高清輸入與輸出信號的相互調配處理，并且也可以實現彼此之間的互聯互通。第二，通過高標清同播頻道以及頻道分控系統的建立，并且在總體設計中，還需要堅持整體高清升級的基本原則，從而確保能夠完成全高清的播控目標[2]。

2.1.2 分控系統總體技術設計

在建設分控系統中，對于管理策略與技術標準的選擇是關鍵。在設計分控系統時，還需要注重:系統化繁為簡、制播流程能夠平穩過渡、提升技術質量、滿足行業發展要求。

2.2 高清播控系統具體設計

2.2.1 總控系統技術組成

在總控系統中，其整體上包含了兩套結構，具體見圖1所示，兩個矩陣都存在相同的輸入源信號，但是任何一個下游系統，都會同時接收到來自于主備兩個矩陣的實際信號，并且每一個矩陣能夠傳送與接收到的信號只占據總體的1/2[3]。

圖1 高清總控系統架構圖

系統本身是由捷成矩陣和進口GV矩陣組成主備異構矩陣，在矩陣之中融入微型收錄信號、高清轉播車信號等，都可以確保與高清播控系統本身的同步操作；利用上下變換器，可以滿足標清與高清之間的互聯；每一個頻道的播出信號，都是劃分主備兩路直接進入主備矩陣；主備矩陣主要是利用處理器以及延時器來針對信號進行處理。

相對而言，雙矩陣結構的安全性更高，并且其備份的等級也直接提升到系統級。主備矩陣中，一旦出現任何一個故障，調度系統都可以接受到其余的輸入信號，也可以實現對所有輸入信號的調度處理。通過鏈路獨立的原則，可以滿足對總控機箱部署的配置，這樣就可以在同一組機箱之中排布同一鏈路設備，一旦發生斷電故障，就會降低受到影響的鏈路數量。總監控系統利用多畫面分割器，通過新的信號源的增加并且實現重新的布局。

2.2.2 分控系統技術組成

分控系統利用視頻服務器+切換矩陣的模式，主要是主備鏈路組成，其主備播切換矩陣以及切換開關都是通過自動播出控制網絡來滿足同步切換的要求，并且也可以實現一鍵的切換處理。在設計系統的時候，為了確保鏈路一鍵應急操作的有效性，還需要確保主備信號源獨立，播出主備鏈路能夠完全的隔離，并且其中包含了時鐘、同步、配電等，主備鏈路分別選擇主備信號源，以此來滿足二選一過程中的有效性[4]。另外字幕機選用能同步輸出高、標清字幕的字幕機，保證高、標清頻道字幕一致性。高清末級采用高清臺標鍵控一體機疊加高清字樣掛角經分配后輸出。

對于播出系統，本身要求運行安全與可靠，由于需要24小時不間斷運行，所以需要提升其安全性以及冗余性，其設備包含了視頻服務器、鍵控器、三選一開關、切換臺、響度控制器等，主備運行，機箱亦選擇主備雙電源。各個頻道的分控系統在進行設計的過程中，其主備鏈路采用雙切換器雙鍵控器設計，通過響度控制器處理之后，然后送達三選一開關。針對高標清播出的頻道信號流程設計，具體見圖2所示。

整個系統信號監測采用信號節點監測加多畫面實現，支持聲光報警、短信報警、電話報警等多種報警方式。既能實時信道監測、實時音視頻碼流內容監測也可以實現自動定時或手動錄制功能以及故障自動錄制功能。

圖2 高標清同播頻道設計

2.3 系統實現與測試

2.3.1 項目調試

在進入調試之后，還需要對應的工程師與技術人員調試主控系統與分控系統的信號與通路的音視頻，確保信號相位統一，確保鏈路正確的目標；調整嵌入音頻，利用聲音通道，將第一組左聲道作為播出，然后做好視頻通路的確認處理，紙質滿足系統調試要求。

另外，技術人員對于不同的播出方式也需要反復實驗，能夠對自動播出控制網絡應對的網絡化播出系統加以驗證，其本身具有全局的管控能力以及對應的智能整備能力；利用調整，就可以實現對控制系統備份機制可靠性的合理分析。在調試環節，一旦存在問題，還需要做好對應的溝通，并且提出滿足電視臺播出的要求，逐一進行調整[5]。

2.3 .2 系統測試

基于對通道視頻特性、同步特性以及音頻特性等進行檢測，具體的數據見表1-4所示。

表1 HDTV節目制作圖像特性

表2 接口特性

2.4 網絡性能測試

基于上述的系統測試分析，系統的網絡性能測試如下:

2.4.1 網絡狀態監測

針對網絡，還需要實時監測其設備之間是否能夠滿足計劃互通互相的要求。在測試24小時不間斷播出之下，對于上載服務器、播出服務器等不同服務器之間的網絡連接情況進行觀測，確保網絡系統穩定，不會出現網絡異常的情況，能夠達到播出的實際要求。

2.4.2 節目遷移效率的測試

當達到播出要求時間之后，遷移服務器本身是否能夠達到遷移任務的要求。做好測試用遷移素材對應的設置，確保其容量不會小于夜間高峰期任何一個時期遷移素材的實際容量，并且在使用遷移素材進行測試的過程中，還需要確保可以在10分鐘之內完成任務，并且系統的節目遷移效率可以達到播出的既定要求。

2.4.3 網絡存儲讀寫性能的測試

在規定的時間范圍內，RAID 10盤陣能否滿足讀寫與存儲。在經過觀測之后，在5秒之內就可以完成RAID 5盤陣的讀寫操作，符合15秒之內的播出安全性方面的要求。

2.4.4 網絡性能

吞吐量，就是固定時間的最大數據量。基于以太網專線業務，通過數據的網絡性能分析儀，就可以實現對吞吐量的測試要求，其結果顯示正常。

時延，則指的是數據發送的時間同接收時間的差值。基于以太網專線業務的實際要求，通過數據網絡性能分析儀，就可以實施時延的測試處理，并且其測試的結果能夠滿足要求。

丟包率，主要是針對轉發數據過程中，應該轉發的數據與丟棄數據之間的相互比值。在被測設備上通過以太網專線業務的配置，利用數據網絡性能分析儀來實現丟包率的測試處理，通過觀察，發現其測試結果是正常的[6]。

抖動，主要是針對某一時刻的數字信號，其實際位置相對于理想時間位置出現的偏移量。通過被測SDI音視頻信號的接入，利用廣電專用的示波器來針對性的進行檢測，確保其抖動值處于正常的允許范圍內，表明其結果是正常的。

誤碼率，指的是規定時間范疇內傳輸的精確性。基于系統正常業務的配置，在進行誤碼率檢測之中利用高性能的誤碼檢測器，能夠獲取正常的結果。

背靠背，主要是針對設備對于突發報文的容納能力。配置對應的北側設備正常業務，通過數據網絡性能分析儀來進行測試，其測試結果是準確的。

2.4.5 網絡健康狀況

寬帶利用率，指的是系統寬帶與信息速度的比，主要是對系統有效性加以衡量，闡述數據傳輸速率與帶寬的關系。

錯誤幀，指的是在單位時間范圍之內，錯誤幀的對應比例和數量。

碰撞，在相同以太網之中，同一時刻，兩個設備在進行數據傳輸之中存在的主要沖突。

組播率，指的是數據大小/傳輸總數據×100%。廣播率，指的是數據大小/傳輸總數據×100%。

基于網絡設備對應的測試，各項結果都能夠滿足正常通信的要求，并且其網絡性能良好。

2.5 項目運行情況

2.5.1 安全、高效、穩定

由于設計方案對于各個方面的考慮都非常完善，特別是在安全播出方面，所以，其安全性相對的突出。各個系統設備都進行備份處理，在實際運行過程中，也沒有因為系統設計問題從而引發播出事故。

播出所使用的軟件簡單可靠，容易操作；應急手段相對完善，對于播出設備工作狀態可以進行實時監測。在素材中，其上載機制相對靈活，擁有素材監測以及遷移異常的警告能力。

因為擁有大容量的近線和在線存儲，對于最近六個月的素材，可以利用近線存儲方式的選擇，這樣就可以處理多次上載的問題，最終降低其實際的勞動強度，從而提升實際的工作效率[7]。

2.5.2 方便快捷、功能強大

通過相應的調研發現，方案之中對于總控設計相對的科學，其信號的調度也可以呈現出靈活性，并且信號質量非常優良，可以滿足演播室、播出頻道對于信號通路的實際要求，能夠為新聞節目、直播活動提供技術方面的支持。系統建設以來，可以實現上百次的高清信號連線直播，并且其信號穩定可靠，能夠將總控系統的作用完全發揮出來。

結語

總而言之，本文通過對電視臺高清播控系統的研究，采取多項新技術和安全措施，可以消除大部分的隱患，實現對標清系統的改進和完善，確保其使用的可靠性與安全性，并且其安全播出工作成效也非常明顯，推動了電視臺高清播控的健康快速發展。