高標(biāo)清同播系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

劉 鳴

（太原廣播電視臺(tái)，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(guó)一些市級(jí)電視臺(tái)的技術(shù)平臺(tái)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[1]。按照行業(yè)政策及技術(shù)發(fā)展要求，到2020年，省級(jí)和較發(fā)達(dá)地級(jí)電視臺(tái)基本實(shí)現(xiàn)高清化，高清頻道成主流播出模式。國(guó)家廣播電視總局“十三五”規(guī)劃也明確要求，市級(jí)以上電視臺(tái)在2021年以前基本實(shí)現(xiàn)高清化。太原廣播電視臺(tái)根據(jù)標(biāo)清機(jī)房現(xiàn)狀和整體長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，通過充分調(diào)研，以實(shí)際情況為依托，在保證不停機(jī)的情況下對(duì)高標(biāo)清同播系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并圓滿完成施工建設(shè)和上線播出。

1 總體設(shè)計(jì)

太原廣播電視臺(tái)高標(biāo)清同播系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，是在標(biāo)清機(jī)房同樓層建設(shè)一個(gè)新高清機(jī)房，并增設(shè)2個(gè)高清頻道的傳統(tǒng)HD-SDI播出系統(tǒng)和2個(gè)高清IP備播系統(tǒng)。建成后的新系統(tǒng)承擔(dān)著2個(gè)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(tái)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(tái)，可實(shí)現(xiàn)每個(gè)播出頻道4路播出信號(hào)互備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)，集約化程度更加緊密，信號(hào)調(diào)度和擴(kuò)展能力更加靈活，安全防護(hù)措施更加完善，為安全播出打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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

2 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 播控系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

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(tái)Harmonic視頻服務(wù)器，兩臺(tái)IP系統(tǒng)由虛擬化平臺(tái)搭建，以此實(shí)現(xiàn)異構(gòu)方式的安全播出。為完成太原廣播電視臺(tái)2個(gè)頻道高標(biāo)清同步播出的任務(wù)，結(jié)合臺(tái)內(nèi)實(shí)際情況，傳統(tǒng)SDI信號(hào)+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(jì)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無單一潰點(diǎn)，系統(tǒng)中末級(jí)設(shè)計(jì)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(cè)到一路播出鏈路信號(hào)不正常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到下一路信號(hào)，也可以進(jìn)行手動(dòng)應(yīng)急切換，手動(dòng)切換優(yōu)先于自動(dòng)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(hào)，第三、四路為IP主備路播出信號(hào)。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(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)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(kù)的存儲(chǔ)硬盤中，采用RAID技術(shù)，能夠在保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)滿足應(yīng)急需要[3]。主備數(shù)據(jù)庫(kù)之間通過連接的心跳線保持同步，通過熱備集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。這樣，主數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)故障后，備數(shù)據(jù)庫(kù)可以迅速接管工作。為了數(shù)據(jù)庫(kù)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(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足7×24小時(shí)安全運(yùn)行，主備數(shù)據(jù)庫(kù)采用可靠冗余容錯(cuò)體系結(jié)構(gòu)，安裝正版雙機(jī)熱備份軟件，主/備數(shù)據(jù)庫(kù)切換可自動(dòng)進(jìn)行，也可以手動(dòng)進(jìn)行。平時(shí)兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)運(yùn)行，各自進(jìn)行自己的工作，同時(shí)互相監(jiān)測(cè)對(duì)方的運(yùn)行情況。當(dāng)一臺(tái)主機(jī)監(jiān)測(cè)到另一臺(tái)主機(jī)發(fā)生故障，會(huì)迅速接管故障主機(jī)，保證工作仍正常進(jìn)行。

2.3 播出控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 播出控制主備鏈路的架構(gòu)設(shè)計(jì)

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(diǎn)，主備控制鏈路不會(huì)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(jī)、矩陣及鍵混等周邊設(shè)備。由于使用串口進(jìn)行控制，避免了網(wǎng)絡(luò)病毒的風(fēng)險(xiǎn)。

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(tái)播控機(jī)均可以作為其他播控的備份機(jī)，原理是任意一臺(tái)播控機(jī)都可以對(duì)所有的頻道進(jìn)行播出單的修改、發(fā)送，而且任意一臺(tái)播控機(jī)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(tái)播控機(jī)出現(xiàn)故障，其他任意播控機(jī)通過簡(jiǎn)單設(shè)置即可完成故障頻道的信號(hào)切換。可以看出，這種設(shè)計(jì)在保障安全播出中，具有成本低、安全性高的特點(diǎn)。

2.3.2 分控、周邊硬件設(shè)備IP播出控制的實(shí)現(xiàn)方式

IP控制的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)高穩(wěn)定性和高時(shí)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(hào)，IP信號(hào)通過控制網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)到MOXA串口服務(wù)器，通過MOXA轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)來控制切換矩陣和周邊設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)IP控制，如圖2所示。

圖2 IP控制架構(gòu)

播控工作站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jìn)行硬盤播出，在需要時(shí)，播控工作站的IP控制信號(hào)通過MOXA服務(wù)器轉(zhuǎn)換成串口信號(hào)控制切換器，切換出同時(shí)被播控工作站控制的周邊設(shè)備輸出的信號(hào)。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(jì)

播出軟件是安全播出生命線維持正常運(yùn)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(duì)素材、用戶權(quán)限及日志等進(jìn)行管理，軟件與主播出系統(tǒng)同步。此播出軟件設(shè)計(jì)的中文界面友好、便于操作，值班人員使用體驗(yàn)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(duì)應(yīng)節(jié)目單中欄目名稱上載到視頻服務(wù)器或存儲(chǔ)體中；“播出”軟件按照節(jié)目單時(shí)間順序播出對(duì)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(hù)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(jì)

整個(gè)播出系統(tǒng)的公共信號(hào)調(diào)度稱為總控信號(hào)調(diào)度部分。播出系統(tǒng)正常工作時(shí)，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(hào)，如中央臺(tái)信號(hào)、硬盤信號(hào)、播控PGM信號(hào)、演播室信號(hào)、測(cè)試圖信號(hào)、墊片及其他外來信號(hào)，這些信號(hào)有時(shí)參與播出的直接輸出。本系統(tǒng)為了信號(hào)監(jiān)管者使用方便，利用科學(xué)的播放調(diào)度程序?qū)π盘?hào)流程進(jìn)行監(jiān)控，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)度時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)快速切換，確保信號(hào)源的質(zhì)量與精準(zhǔn)。系統(tǒng)對(duì)重點(diǎn)信號(hào)源實(shí)施監(jiān)控，能夠確保信號(hào)源的安全性，并且已切換至頻道播出的信號(hào)也會(huì)有實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免出現(xiàn)誤操作，以便及時(shí)處理。總控系統(tǒng)的信號(hào)周邊設(shè)備主要有數(shù)字視頻分配器、模擬視頻分配器、測(cè)試圖發(fā)生器、數(shù)字幀同步機(jī)、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(qiáng)大。分控系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)主備硬盤播出信號(hào)及外來信號(hào)進(jìn)行切換、臺(tái)標(biāo)字幕疊加，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(jì)，無單一崩潰點(diǎn)。信號(hào)通路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。每個(gè)頻道末級(jí)PGM信號(hào)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(hào)切換畫面平滑、音頻無噪音。各頻道主備板卡的獨(dú)立機(jī)箱、遙控面板、多畫面分割器均采用雙電源設(shè)計(jì)。主備設(shè)備的同步源不來源于同一級(jí)視分板卡，所有周邊機(jī)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(hào)分配及通道信號(hào)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(jī)箱、4選1倒換器、數(shù)字視分、數(shù)字鍵混器、臺(tái)標(biāo)以及字幕機(jī)等。

整個(gè)播出系統(tǒng)還有其他周邊一些設(shè)備，如時(shí)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(jī)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(guó)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(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控和監(jiān)控，支持簡(jiǎn)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(cè)模塊和開放協(xié)議接口方便對(duì)其他廠家設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)控；通過SNMP網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)箱板卡模塊的工作狀態(tài)和參數(shù)。為了確保總控周邊機(jī)箱安全、穩(wěn)定工作，所有機(jī)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(tái)2個(gè)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(jī)完成，設(shè)備的選型和配置滿足臺(tái)內(nèi)的需求，包含KEY/FILL輸出，支持任意位置的游動(dòng)字幕，支持靜態(tài)圖片和TGA序列角標(biāo)的播出、臺(tái)標(biāo)和時(shí)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(tái)高標(biāo)清同播系統(tǒng)采用兩臺(tái)SDI視頻服務(wù)器與兩臺(tái)IP虛擬化平臺(tái)進(jìn)行搭建，選擇的核心設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)先進(jìn)，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(yùn)行提供了安全可靠的平臺(tái)。該系統(tǒng)建成后播出運(yùn)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(jì)先進(jìn)，同時(shí)又兼顧了經(jīng)濟(jì)性，完全按照國(guó)家廣播電視總局的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，安全可靠、操作易維護(hù)，滿足了本臺(tái)兩個(gè)高標(biāo)清同播頻道節(jié)目安全、優(yōu)質(zhì)播出的需要，能夠?yàn)槠渌厥屑?jí)電視臺(tái)升級(jí)高清播出系統(tǒng)提供一些參考。