下一代播出系統架構設想

吳云志

(黃山市廣播電視臺，安徽 黃山 245000）

1 云播出背景

當今所有電視臺的播出業務工作大致雷同，主要分為播出前的播出單整備、播出素材的整備和播出過程中的實時在線播控等部分。整個播出過程中在線播出控制是重要環節之一，主要包括播出控制工作站、播出視頻服務器及矩陣、切換器、臺標機、字幕機等周邊設備。其中，播出視頻服務器根據播出單完成遷移并存放最近需要播出的各類節目素材。播出控制工作站中需提前存放編輯完成的播出單，播出單中有播出節目的唯一ID，通過播出單中的唯一ID與視頻服務器中的播出素材文件準確地自動相匹配。播出單和素材匹配完成后，播出控制工作站根據該節目的唯一ID向播出視頻服務器發出指令，播出視頻服務器接到指令后將執行播出解碼通道操作，同時還需控制臺標機、字幕機的信號，將所有信號合成后輸出給信號切換矩陣等設備，信號切換矩陣接到切換指令后準確無誤地將播出信號安全輸出。

2 背景技術

在前述的節目播出業務中，播出前的整備工作主要可以分為兩個步驟，第一步驟是元數據準備即數據庫準備，也就是播出單的準備過程；第二步驟是播出素材準備，也就是將準備好的播出素材遷移至視頻服務器中等待播出。節目單的準備過程實際是將播出單在播出時間軸上填充素材并精確到幀。播出素材的準備是一個音視頻素材的準備過程，包括電視臺內自辦的節目和外購節目的素材，最終要將所有素材遷移到播出系統的二級存儲器和播出視頻服務器中，在此過程中還可能涉及不同格式的素材轉碼，必須將素材轉換為符合播出服務器格式[1]。在素材準備過程中還有一個不可或缺的步驟就是素材自動技審，此步驟通過復雜的技審算法，自動技審素材是否有黑場、彩條、卡幀等問題[2]。廣告素材打包是將片段獨立的廣告素材打包合成為一個廣告包等一系列播出素材的準備步驟。在準備素材的同時需將所有播出素材轉碼成符合播出視頻服務器格式的播出素材。而在此流程中，自動轉碼、自動技審、廣告打包、自動遷移等涉及播出素材的編解碼過程、復用過程和解復用過程等多個步驟，整個過程需消耗計算機的很多物理計算資源和存儲資源[3]。

播出過程中同樣重要的在線控制步驟主要涉及主播出控制工作站、備播出控制工作站、主播出視頻服務器、備播出視頻服務器以及相應的字幕機、臺標機、矩陣切換器等主備周邊設備。其中，主備播出視頻服務器中存放著當天以及近期播出所需的各類素材。播出控制工作站中存放著當天完整的播出單，播出單中有播出節目的唯一ID，節目單中的唯一ID與播出視頻服務器中的素材自動相匹配。播出控制工作站根據該節目操作的唯一ID向播出視頻服務器發出播出指令，播出視頻服務器接到播出指令后立刻執行播出解碼通道操作，播出控制工作站還同時控制信號切換矩陣、臺標機、字幕機、4選1自動切換矩陣等周邊設備，將臺標、字幕等信號合成到視頻播出信號里，整合完成后將播出信號輸出。傳統播出需建立一個完整的播出頻道，由播出控制工作站、播出視頻服務器、二級存儲、視音頻專業周邊設備、視音頻線纜等組成，根據播出要求，每個頻道都是需要至少建設一套備份播出頻道，尤其重要頻道還需要建立二備播出頻道甚至異構播出頻道，因此建設傳統播出系統成本投入相當之大。

3 云播出

云播出有效利用了云計算的計算資源、云存儲的能力，使用云播出服務器完成播出單、播出素材整備階段的流程，減少各大電視臺的資金成本投入，提高了工作效率，有時還可為異地備份播出提供有力的安全傳輸支持。云播出系統平臺主要由云播出服務器和本地播控系統組成[4]。

云播出服務器用于播出單編輯和播出素材的整備，并將播出控制信號或指令發送給本地播控平臺。云播出服務器包括存儲播出單和播出素材等元數據信息的數據庫、存儲節目素材的管理子系統、節目單編輯子系統、各種素材整備子系統、在云服務器中控制節目素材和數據庫信息的內容管理子系統、向云播出服務器內輸入或向云播出服務器外輸出播出的素材和播出單。

本地播控平臺從云播出服務器接收到播出素材和播出控制信號或指令后，執行并控制本地播出設備和信號切換矩陣、臺標機、字幕機、4選1自動切換矩陣等本地周邊設備完成整個播出的工作。本地播控系統包括本地播控設備，其與云服務器通信，接收云服務器發送來的作為播出控制信號或指令的播出單。根據播出單控制本地播出設備和本地周邊設備完成節目的播出。

綜上所述，云播出主要是在云播出服務器中完成費時費力的播出單編輯工作以及播出素材的整備工作，利用強大的云計算資源、云存儲的存儲能力，在減少電視臺資金投入的同時，提高工作效率。借助云計算和云存儲的技術，本建設方案資金投入成本低、建設周期縮短、非常便于電視臺播出系統的升級及維護，并且對操作業務人員及所在辦公場所要求也降低很多，具備基本的私有網絡條件和必要播出視頻設備的機房條件都可以完成建設[4]。

下一代云播出將以IP化和虛擬化為主要趨勢。隨著各個省級廣電平臺媒體云的建立，通過媒體云融合技術實現在線錄制、編輯生產和安全播出的同步進行，以滿足當前和未來的安全播出需求，并推動播出事業的發展。相較于傳統播出架構，下一代云播出顯著提高了工作效率，同時減少了操作人員的投入。IP云播出主要是在云播出服務器中完成播出單編輯工作以及播出素材的整備工作，利用強大的云計算的計算資源、云存儲的存儲能力，在減少電視臺資金投入的同時，提高了有效工作效率。同時，操作業務人員將播出單和播出素材的整備工作放在云播出服務器上也便于多點協同操作。

云播出主要特點如下：①按需計費，隨時開通；②提高效率，降低成本；③將播出內容快速共享和快速發布到新媒體平臺；④可無限擴展存儲容量；⑤提供彈性的服務，可以根據情況，按存儲容量和播出流量來計費；⑥本地播出和云端播出互為備份，保證播出過程的完整性和安全性；⑦實現云端和傳統的整備融合；⑧本地與云端平滑遷移過渡。

4 云播出應用場景

4.1 云直播服務

主要特點：①系統支持雙機熱備，可保證7×24小時不間斷安全播出；②支持1920×1080、1280×720、720×570、640×480、640×320等各種分辨率，滿足不同顯示尺寸終端屏幕顯示需求；③實時切片處理，支持HLS協議；④集中式管理，提供遠程管理界面；⑤支持豐富的編碼格式（H.264、MPEG-4、MPEG-2、MPEG-1等）；⑥封裝格式支持（MP4、FLV、F4V、AVI、TS、MKV、3GP、3GP2）；⑦音頻格式支持（MP3、AAC、AAC+、AC3、MP2等）。

4.2 輪播服務

主要特點：①完全采用云架構實現，支持遠程編單；②支持1920×1080、1280×720、720×570、640×480、640×320等各種分辨率，滿足不同尺寸終端屏幕顯示需求；③支持大文件快速遷移；④采用智能編單系統，操作高效快捷；⑤完全彈性管理，規模靈活設置；⑥支持主備切換，實現7×24小時不間斷服務。

4.3 云播出服務：墊片

主要特點：①完全采用云架構實現，支持遠程編單；②支持1920×1080、1280×720、720×570、640×480、640×320等各種分辨率，滿足不同業務需求；③可以靈活設置規模，完全實現彈性管理；④支持主備切換，實現7×24小時不間斷服務。

4.4 云播出服務：個性化直播

主要特點：①完全采用云播出架構，支持遠程播出單的編輯、字幕單的編輯和廣告差異化的播出；②支持主備切換，7×24小時不間斷服務；③可以靈活設置規模，完全實現彈性管理；④可以將播出內容快速發布到新媒體平臺、網站終端等，增加電視臺節目和廣告投放的覆蓋面。

4.5 云播出服務：播出整備

主要特點：①隨時開通、按量付費，大大提高使用效率；②多點備份機制，可以保證系統數據完整性和安全性；③可以將內容快速發布到新媒體平臺；④無備品備件費用、無電費支出；⑤冷素材歸檔。

4.6 云播出服務：異地災備

主要特點：①完全采用云播出架構實現，支持遠程播出單的編輯和導入；②異地容災備份播出、7×24小時不間斷播出服務；③可以靈活設置放大或縮小播出規模，完全實現遠程的彈性管理。

5 云播出服務

云播出服務系統完全以云架構的方式實現，支持遠程播出單和字幕單編輯、廣告與其他臺差異化的播出，提供集中式管理和遠程管理界面。可以靈活設置放大或縮小規模，完全實現遠程的彈性管理。云播出服務系統都支持雙機熱備，可保證7×24小時不間斷播出。支持7680×4320、3840×2160、1920×1080、1280×720、720×570、640×480、640×320等各種分辨率，可滿足不同終端分辨率的播出需求。同時支持豐富的編碼格式（如H.264、MPEG-4、MPEG-2、MPEG-1等）。封裝格式支持MP4、FLV、F4V、AVI、TS、MKV、3GP、3GP2，音頻格式支持MP3、AAC、AAC+、AC3、MP2等。

6 云播出構架

云播出可在云服務器中完成播目單和播出素材整備工作，并根據播出單，將播出控制信號或指令發送給本地播控工作站。本地播控工作站從云播出服務器接收播出素材和播出控制信號或指令，然后根據播出控制信號或指令控制本地播出視頻服務器和周邊設備完成播出工作。云播出服務器也可以根據播出單將相應的播出素材編碼成TS流，推送到指定IP地址，可以方便并有效地實現IPTV播出。

綜上所述，云播出服務器的處理環節包括以下重要組成部分。

（1）數據庫：用于存儲播出單和播出素材等元數據信息。

（2）管理子系統：負責存儲和管理播出素材，確保其安全性和完整性。

（3）編輯子系統：用于編輯播出單，包括選擇播出素材、調整播放順序等操作。

（4）素材整備子系統：提供各種功能來處理播出素材，例如轉碼、剪輯、加密等。

（5）內容管理子系統：控制播出素材和數據庫信息在云服務器中的存取，確保內容的正確性和權限管理。

（6）數據接口：用于向云播出服務器內輸入或從中輸出播出素材和播出單，以及與云播出服務器內外的其他系統進行數據交互。

7 結束語

云播出平臺依托于電媒體云的融合技術將特別費時費力的播出單編輯工作和播出素材的整備工作移到云播出服務器中完成，利用云計算的計算資源和云存儲的存儲能力，在減少電視臺資金投入的同時，提高了工作效率。基于現代技術，降低云播出平臺的建設成本、縮短平臺建設周期，同時便于系統平臺升級改造和維護。除此之外，云播出平臺可以作為電視臺頻道備播系統使用，方便實現遠程和異地播出工作。同時，對電視臺內的播出業務操作人員和所在崗位的工作人員要求大大降低；具備基本的網絡條件以及必要的視頻播出專業設備機房條件都可以完成云播出架構的建設。■