廣播電視臺(tái)電視播控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

摘要：本文首先分析了廣播電視臺(tái)電視播控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，其次從系統(tǒng)整體架構(gòu)、總控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、IP播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案等方面提出了廣播電視臺(tái)電視播控中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，最后為確保設(shè)計(jì)有效實(shí)現(xiàn)，并達(dá)到預(yù)期系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，筆者還提出了維護(hù)與風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)的具體措施，以供廣大工作者參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：廣播電視臺(tái)；電視播控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)辦法；維護(hù)措施

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電視技術(shù)的快速發(fā)展，電視節(jié)目經(jīng)歷了從模型到數(shù)據(jù)、從磁帶到文件、從標(biāo)清到高清晰度等多個(gè)階段，目前正在朝著4K甚至8K的超高清晰度方向發(fā)展。作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，廣播電視臺(tái)的播控系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤為重要。因此，基于廣電總控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷，對(duì)廣播電視臺(tái)電視播控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)措施進(jìn)行重點(diǎn)分析，已成為當(dāng)前廣播電視行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)話題。

一、廣播電視臺(tái)電視播控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（一）標(biāo)準(zhǔn)與先進(jìn)

系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)需全部符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所選設(shè)備也要技術(shù)領(lǐng)先且運(yùn)行穩(wěn)定。采用的IP播控系統(tǒng)也要符合當(dāng)前廣播電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的 SMPTE 2110標(biāo)準(zhǔn)，從而順應(yīng)未來(lái)廣播電視產(chǎn)業(yè)前進(jìn)方向。

（二）安全和可靠

系統(tǒng)部件需保障長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行效果，并具有冗余的備用設(shè)計(jì)，不存在饋點(diǎn)、單一等問(wèn)題。同時(shí)采用虛擬化技術(shù)提高系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和突發(fā)事件的反應(yīng)能力。此外，需建立信息安全防范體系，保證系統(tǒng)通過(guò)三級(jí)等保評(píng)估。

（三）操作易維護(hù)

廣播電視臺(tái)電視播控系統(tǒng)其界面簡(jiǎn)潔，操作流程清晰，監(jiān)督管理功能趨于完善。同時(shí)，針對(duì)虛擬服務(wù)的分布部署，可以實(shí)現(xiàn)在線故障的修復(fù)，加速業(yè)務(wù)負(fù)荷的再生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效率的自動(dòng)化維護(hù)。

（四）經(jīng)濟(jì)易推廣

采用虛擬技術(shù)，可以有效降低設(shè)備的布線和硬件費(fèi)用，提高系統(tǒng)的綜合性能。通用IT設(shè)備所占比例較高，具有良好的推廣前景與使用空間。

（五）開(kāi)放易融合

廣播電視臺(tái)電視播控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)采用開(kāi)放式模塊設(shè)計(jì)，并使用通用的界面，以此確保該系統(tǒng)達(dá)到可伸縮性的規(guī)定要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接和數(shù)據(jù)共享的使用目標(biāo)，易融合于其他系統(tǒng)。

二、廣播電視臺(tái)電視播控中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（一）系統(tǒng)整體架構(gòu)

整個(gè)體系結(jié)構(gòu)包括總控調(diào)度、IP播出、IP災(zāi)備、編碼復(fù)用傳輸、信息安全和媒體發(fā)行等板塊。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

①網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該架構(gòu)包括IP流轉(zhuǎn)播網(wǎng)、數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)。其中，IP流轉(zhuǎn)播網(wǎng)由兩層葉脊結(jié)構(gòu)組成，主要的主干交換器交換能力為64.32/256 Tbps，分組轉(zhuǎn)發(fā)速率8400/72000 Mpps。在此，利用防火墻模塊將編單與廣告播放兩大子系統(tǒng)相連接。采用IGMP萬(wàn)兆交換層為基礎(chǔ)的IP流廣播網(wǎng)絡(luò)，確保節(jié)目流達(dá)到穩(wěn)定輸出效果。

②二級(jí)存儲(chǔ)。針對(duì)5節(jié)點(diǎn)的EMCX210，其集群物理能力TBEMCX210有5個(gè)節(jié)點(diǎn)；原來(lái)5節(jié)點(diǎn)EMCX210的二級(jí)存儲(chǔ)器被擴(kuò)充到了6個(gè)節(jié)點(diǎn)，具有216 TB的物理能力。2組集群相互備份，并能實(shí)時(shí)地進(jìn)行自動(dòng)鏡像。

③遠(yuǎn)程IP災(zāi)備系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括1個(gè)刀盒、5個(gè)刀片服務(wù)器、72 TB高速緩存、萬(wàn)兆光交換機(jī)以及IP網(wǎng)關(guān)、編碼器、商業(yè)交換機(jī)等。本系統(tǒng)在15公里開(kāi)外，通過(guò)5G連接，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、控制和監(jiān)測(cè)信息的雙向傳送。

④編碼復(fù)用傳輸。編碼復(fù)用裝置和光鏈路都為冗余備份設(shè)計(jì)，配置了ST2110IP編碼器2臺(tái)，HD-SDI編碼器2臺(tái)，DCM多路轉(zhuǎn)換器3臺(tái)（2臺(tái)供主備用輸出信號(hào)多路傳輸，1臺(tái)供10路 High信號(hào)回送），“高清”水印和下轉(zhuǎn)換（壓縮方式）的編碼器。復(fù)用TS數(shù)據(jù)流由光鏈路傳送到有線網(wǎng)絡(luò)和2個(gè)發(fā)射站。

⑤信息安全：系統(tǒng)信息安全的設(shè)計(jì)目的是滿足三級(jí)等保的需求，保證業(yè)務(wù)流程和外部的功能模塊的安全、可靠的工作。針對(duì)防火墻以及堡壘主機(jī)、日志審計(jì)（數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)、信息安全審計(jì)）等內(nèi)容，需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，努力實(shí)現(xiàn)邊界保護(hù)，身份識(shí)別等效果，以此確保信息安全。

（二）總控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

①本系統(tǒng)采用2個(gè)萬(wàn)兆SDN交換機(jī)，支持PTP協(xié)議，25GbE光纖接口，構(gòu)成主備用IP總控SDN調(diào)度，交換機(jī)容量3.6Tbps，分組轉(zhuǎn)發(fā)速率2700Mpps，延450ns，通過(guò)100 GbE連接到廣播 SDN，外圍包含 SDN控制， IP網(wǎng)關(guān)， IP多劃分， IP延遲等。其中21個(gè)IP網(wǎng)關(guān)承擔(dān)著信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并利用SDI矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

②在非壓縮IP流調(diào)度中，有源切換、路由切換、目標(biāo)切換三種方案，其中切換為IP網(wǎng)關(guān)、IP轉(zhuǎn)播虛機(jī)等目標(biāo)終端設(shè)備：在接收到切換命令之后，目標(biāo)終端設(shè)備可以請(qǐng)求“是否進(jìn)入或離開(kāi)相應(yīng)的多播數(shù)據(jù)包”， SDN開(kāi)關(guān)會(huì)向 SDN交換器增加切換組播數(shù)據(jù)，并從被轉(zhuǎn)換的多播流中退出。

SDN交換器在接收到 IGMP請(qǐng)求之后，在流表中尋找流表項(xiàng)是否匹配，如果存在，將被轉(zhuǎn)換組播流與被轉(zhuǎn)換組播流同步發(fā)送至目的端，這時(shí)，目標(biāo)端同時(shí)接收兩個(gè)組播流。在此需通過(guò) PTP對(duì)幀進(jìn)行定位，然后按照多播包頭的幀端識(shí)別來(lái)確定其邊界，并使IP流能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。切換之后，被轉(zhuǎn)接的多點(diǎn)傳送流會(huì)從所屬的組中移出。通過(guò)模擬接口，值班人員能夠?qū)崿F(xiàn)IP信號(hào)的調(diào)度，其操作流程與傳統(tǒng)矩陣相同。但是，在目標(biāo)端同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)碼流，將會(huì)占用兩倍的帶寬，所以要控制目標(biāo)端的信號(hào)數(shù)目，以防止由于端口阻塞而導(dǎo)致的信號(hào)中斷。

③根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，購(gòu)買具有 PTP功能的北斗雙模時(shí)鐘和同步信號(hào)發(fā)生器，并與原來(lái)的 GPS時(shí)鐘和同步信號(hào)產(chǎn)生裝置進(jìn)行了備份。采購(gòu) IP/SDI介質(zhì)分析儀，進(jìn)行信號(hào)分析與監(jiān)控。

（三）IP播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

①基于ST 2110的IP播出系統(tǒng)技術(shù)方案：SMPTE2110系列標(biāo)準(zhǔn)包含：ST2110-10 （System Coding和定義）、ST2110-20 （未壓縮的有效視頻）、 PCM DAVM （ST2110-30）、ST2110-40 （視頻流成形和輔助數(shù)據(jù)），在此過(guò)程中，依據(jù)音頻、視頻、副數(shù)據(jù)流使其成為獨(dú)立、同步，且各自通過(guò)不同路徑實(shí)現(xiàn)傳送機(jī)制，在終端上還可實(shí)現(xiàn)同步效果。并且可簡(jiǎn)化字幕、標(biāo)題、多語(yǔ)種的處理，從而提高了帶寬的利用率。

A：四選一應(yīng)用IP和 SDI。IP廣播中的每一個(gè)頻道都可以配備1-2臺(tái)四選一的 IP調(diào)制，以保證節(jié)目的穩(wěn)定播放。

B：高清字幕系統(tǒng)。使用高清 SDI/IP網(wǎng)絡(luò)字幕機(jī)，不僅可以支持傳統(tǒng)的字幕制作、播出功能，還應(yīng)該支持 NDI協(xié)議。該系統(tǒng)可以采用分布式體系結(jié)構(gòu)，并可以建立一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫(kù)[1]。

C：SDI播出系統(tǒng)。在原有的5個(gè)多路高清電視服務(wù)器中，兩個(gè)主頻道保持“四選一”的模式，剩下的則是16×2+4個(gè)選擇。保持原來(lái)的上傳/審核頻道，包括手工審核媒體上傳和文檔播放。此外，還配備了8部緊急情況下的緊急廣播電視。

②IP播出系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。IP廣播軟件采用了基于數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式架構(gòu)，并支持 C/S、 B/S模式，對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的廣播和控制軟件采用 C/S，對(duì)靈活度高的業(yè)務(wù)軟件采用 B/S架構(gòu)[2]。

③可視化智能監(jiān)控方案。IP系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的基帶系統(tǒng)，可以極大地簡(jiǎn)化設(shè)備和線路，但也增加了突發(fā)事件的處理和定位的難度，所以，在 IP系統(tǒng)中，要建立智能化、可視化的運(yùn)行監(jiān)測(cè)體系，并按照其追溯機(jī)制，依靠強(qiáng)大的后臺(tái)服務(wù)和資源達(dá)到最優(yōu)化的監(jiān)控效果。

針對(duì)監(jiān)控方案的設(shè)計(jì)，需保持設(shè)備級(jí)、信號(hào)級(jí)、文件級(jí)等流程，并形成多維度立體監(jiān)視與顯示的功能，在此也實(shí)現(xiàn)了全鏈路的可視化顯示。通過(guò)引入深度學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廣播電視總播出系統(tǒng)的智能化運(yùn)行，為廣播業(yè)務(wù)的安全運(yùn)行提供了有力的保障。

A：可視化監(jiān)控。通過(guò)對(duì) IP和 SDI全鏈路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)，達(dá)到了可視化的監(jiān)視目的。如圖2所示，在各個(gè)廣播鏈路中心采集點(diǎn)處，將其轉(zhuǎn)換成NDI低碼流，完成圖像顯示，并協(xié)助顯示信號(hào)流向、電流狀態(tài)等，從而達(dá)到快速故障定位的目的。具體關(guān)鍵點(diǎn)如下：

IP連接，每個(gè)通道設(shè)置5個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：主/備虛機(jī)、四選一主/備 IP、16×2SDI系統(tǒng)、交換IP轉(zhuǎn)接IP信號(hào)、主通道新增央視1套、1600高清錄像機(jī)。IP緊急隔離器的所有連接共用。

SDI連接，每條通道有8個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：主/備視頻服務(wù)器，HD-SDI轉(zhuǎn)換站或16x2，主/備IP四選一 SDI輸出， SDI四選一輸出，視分，標(biāo)清 PGM。SDI緊急隔離器的信號(hào)分享。

B：智能播出應(yīng)急響應(yīng)。在數(shù)據(jù)錄入、日志審核、歷史處理等方面，需要對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)智能播報(bào)的應(yīng)急反應(yīng)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)、分析、統(tǒng)計(jì)、歸納[3]。

三、電視廣播總控系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施

（一）針對(duì)一般風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)電視廣播總控系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，需保證有線傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可視化，需達(dá)到監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看的效果，在維護(hù)過(guò)程中，以衛(wèi)星天線，防止5 G干擾，防止雷擊接地；加強(qiáng)項(xiàng)目文件技術(shù)審核、項(xiàng)目準(zhǔn)備等方面的交流和協(xié)調(diào)；對(duì)違反規(guī)定、處理不及時(shí)等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行處理；對(duì)值班員工進(jìn)行月度、季度、節(jié)假日、專項(xiàng)等多種形式的培訓(xùn)，強(qiáng)化員工風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，并要求員工做好有關(guān)的安全隱患記錄。

（二）針對(duì)低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施

制訂與播出業(yè)務(wù)鏈條相關(guān)的內(nèi)容，其中包括編排、制作以及錄播、上傳等，其全鏈條需滿足規(guī)章制度要求，并與日?？己讼嘟Y(jié)合，規(guī)范自身的經(jīng)營(yíng)行為；完善錄播、直播以及送播等基礎(chǔ)流程的管理制度，在制定與強(qiáng)化安保措施時(shí)需保障各個(gè)部門的協(xié)調(diào)溝通性；做好各個(gè)工作站的正常重啟工作；負(fù)責(zé)系統(tǒng)日常維護(hù)、設(shè)備運(yùn)行狀況的檢查，針對(duì)每日檢查與記錄進(jìn)行完善；為了應(yīng)對(duì)5G應(yīng)用的普遍干擾，針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)需部署好C波段抗干擾濾波器、窄帶高頻頭等設(shè)備，但因新建設(shè)的5G基站其布點(diǎn)因素?zé)o法把控，為此需關(guān)注新布點(diǎn)對(duì)其產(chǎn)生的影響，并建立好有關(guān)的應(yīng)急處理機(jī)制[4]。

（三）針對(duì)中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施

制訂特殊的緊急情況計(jì)劃和反應(yīng)程序，定期或不定期地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示其中還需包括總結(jié)、加強(qiáng)交換機(jī)以及視頻服務(wù)器等內(nèi)容，針對(duì)二級(jí)存儲(chǔ)、視分板卡等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行例行的維修與巡視，運(yùn)用智能技術(shù)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)和預(yù)警；做好日常的數(shù)據(jù)庫(kù)備份與整理工作；確保檔案轉(zhuǎn)移及檔案處理工作的平穩(wěn)進(jìn)行。

（四）針對(duì)高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)措施，需考慮到重大安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)等問(wèn)題，雖然發(fā)生概率較小，但若發(fā)生會(huì)對(duì)播控系統(tǒng)的影響具有破壞性和全局性，并有可能引起重大的廣播安全事件。除了做好本部門的預(yù)警工作之外，必須完成所有的低級(jí)預(yù)警，并制定專門的應(yīng)急方案和技術(shù)措施，如有必要，請(qǐng)專家進(jìn)行評(píng)估和論證，具體如下：

①網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。按照《廣播電視相關(guān)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)定級(jí)指南》（GD/J 037-2011）要求，加強(qiáng)三級(jí)等保信息安全體系的建設(shè)，并與各信息技術(shù)中心及設(shè)備制造商進(jìn)行溝通交流，確保其可為廣播系統(tǒng)總體播控提供技術(shù)支撐[5]。

②惡意代碼方面。避免出現(xiàn)病毒、惡意代碼。例如蠕蟲(chóng)病毒、挖礦病毒等，對(duì)安全播放系統(tǒng)造成一定的負(fù)面影響。需配置防病毒網(wǎng)關(guān)，對(duì)來(lái)自臺(tái)內(nèi)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的惡意代碼進(jìn)行攻擊和擴(kuò)散，并在訪問(wèn)系統(tǒng)與廣播系統(tǒng)的連接上添加一道防火墻。在此過(guò)程中，還需保持信息技術(shù)中心的專業(yè)支持與指導(dǎo)。

③審計(jì)和監(jiān)控方面。針對(duì)用戶、客戶以及安全策略等實(shí)施管理，在此還需保障客戶端升級(jí)、計(jì)算機(jī)注冊(cè)以及實(shí)時(shí)報(bào)警等管理措施，需完善立體防護(hù)計(jì)劃，確保第一時(shí)間可發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)隱患。

④主機(jī)安全方面。各服務(wù)器、工作站根據(jù)需要安裝反病毒軟件，更新病毒庫(kù)，清除病毒，關(guān)閉不需要的端口和服務(wù)，每隔半年進(jìn)行一次集中掃描，進(jìn)行漏洞修補(bǔ)。

⑤應(yīng)用安全方面。主要設(shè)備冗余度、系統(tǒng)更新和文檔的輸出均由單一方式進(jìn)行。應(yīng)用系統(tǒng)的使用者賬號(hào)進(jìn)行加密儲(chǔ)存，導(dǎo)入輸出檔案媒體后可使用有關(guān)設(shè)備完成導(dǎo)出。

⑥數(shù)據(jù)安全方面。利用多個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)介質(zhì)文件進(jìn)行分層存儲(chǔ)，并將多個(gè)介質(zhì)文件的拷貝進(jìn)行備份，在此過(guò)程中可對(duì)FTP傳輸?shù)奈募M(jìn)行MD5檢查，以避免數(shù)據(jù)被篡改。數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)當(dāng)使用冗余系統(tǒng)，并將應(yīng)用程序服務(wù)器和重要工作站的數(shù)據(jù)備份到本地。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，傳媒融合廣播控制系統(tǒng)采用SMPTE 2110標(biāo)準(zhǔn)，利用服務(wù)虛擬化和分布式計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建“雙 IP+ SDI”的混合電視播控系統(tǒng)。該系統(tǒng)沒(méi)有單一的潰點(diǎn)，具有很好的可操作性和可維護(hù)性，且能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的資源調(diào)度和管理。同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字視頻、音頻和數(shù)據(jù)的無(wú)縫傳輸，保證高質(zhì)量、高效率、可擴(kuò)展的廣播傳輸。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是一種非常優(yōu)秀的創(chuàng)新，為融合媒體播控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的平臺(tái)，充分體現(xiàn)了先進(jìn)的技術(shù)、穩(wěn)定的性能、易用的操作和推廣的經(jīng)濟(jì)性。

作者單位：仝瑞 菏澤市廣播電視臺(tái)

參 "考 "文 "獻(xiàn)

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