電視臺高清播控系統(tǒng)研究

文/馬彪

隨著時代的不斷發(fā)展，國內(nèi)的電視逐漸從標(biāo)清朝著高清過渡，但是高清電視還沒有實現(xiàn)完全普及。針對電視臺高清播控系統(tǒng)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(wèi)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(dāng)務(wù)之急。

1.標(biāo)清系統(tǒng)存在的缺陷

從標(biāo)清播控系統(tǒng)項目建設(shè)的初始階段，一直到完成并且將其投入使用，整個行業(yè)的高清技術(shù)都在不斷推進和更新，再配合設(shè)備的持續(xù)損耗與老化，電視臺原本的標(biāo)清播控系統(tǒng)就出現(xiàn)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(shè)備，不僅線路復(fù)雜，同時耗資也非常大；第二，因為每一個頻道節(jié)目情況出現(xiàn)差異，這樣就會導(dǎo)致錄像機數(shù)量要求存在的差異，并且錄像機資源使用也出現(xiàn)不平衡的問題[1]；第三，基于上級的指示，各頻道需實現(xiàn)高標(biāo)清同播，在建設(shè)高清系統(tǒng)中，需要基于標(biāo)清信號作為基本條件，其系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度較高；第四，原本的網(wǎng)絡(luò)化播出業(yè)務(wù)流程還無法滿足大數(shù)據(jù)量的互聯(lián)互通，傳輸效率偏低，大部分設(shè)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(tǒng)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(huán)節(jié)較多，主備控制設(shè)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(zhì)量產(chǎn)生影響；第六，原本的系統(tǒng)無法滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)播出的要求，無法實現(xiàn)分級存儲架構(gòu)體系中對于不同技術(shù)質(zhì)量的要求。

2.電視臺高清播控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

基于標(biāo)清系統(tǒng)存在的缺陷，本節(jié)主要探討電視臺高清播控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，希望可以滿足其高清播控的要求。

2.1 高清播控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

2.1.1 總體技術(shù)設(shè)計

高標(biāo)清信號兼容的電視播出視音頻系統(tǒng)設(shè)計主要囊括了兩方面:第一，高清總控系統(tǒng)的擴容與完善，可以滿足系統(tǒng)級的備份，實現(xiàn)高清輸入與輸出信號的相互調(diào)配處理，并且也可以實現(xiàn)彼此之間的互聯(lián)互通。第二，通過高標(biāo)清同播頻道以及頻道分控系統(tǒng)的建立，并且在總體設(shè)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(biāo)[2]。

2.1.2 分控系統(tǒng)總體技術(shù)設(shè)計

在建設(shè)分控系統(tǒng)中，對于管理策略與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇是關(guān)鍵。在設(shè)計分控系統(tǒng)時，還需要注重:系統(tǒng)化繁為簡、制播流程能夠平穩(wěn)過渡、提升技術(shù)質(zhì)量、滿足行業(yè)發(fā)展要求。

2.2 高清播控系統(tǒng)具體設(shè)計

2.2.1 總控系統(tǒng)技術(shù)組成

在總控系統(tǒng)中，其整體上包含了兩套結(jié)構(gòu)，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(tǒng)，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(jù)總體的1/2[3]。

圖1 高清總控系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)本身是由捷成矩陣和進口GV矩陣組成主備異構(gòu)矩陣，在矩陣之中融入微型收錄信號、高清轉(zhuǎn)播車信號等，都可以確保與高清播控系統(tǒng)本身的同步操作；利用上下變換器，可以滿足標(biāo)清與高清之間的互聯(lián)；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(jié)構(gòu)的安全性更高，并且其備份的等級也直接提升到系統(tǒng)級。主備矩陣中，一旦出現(xiàn)任何一個故障，調(diào)度系統(tǒng)都可以接受到其余的輸入信號，也可以實現(xiàn)對所有輸入信號的調(diào)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(shè)備，一旦發(fā)生斷電故障，就會降低受到影響的鏈路數(shù)量?？偙O(jiān)控系統(tǒng)利用多畫面分割器，通過新的信號源的增加并且實現(xiàn)重新的布局。

2.2.2 分控系統(tǒng)技術(shù)組成

分控系統(tǒng)利用視頻服務(wù)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(guān)都是通過自動播出控制網(wǎng)絡(luò)來滿足同步切換的要求，并且也可以實現(xiàn)一鍵的切換處理。在設(shè)計系統(tǒng)的時候，為了確保鏈路一鍵應(yīng)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(biāo)清字幕的字幕機，保證高、標(biāo)清頻道字幕一致性。高清末級采用高清臺標(biāo)鍵控一體機疊加高清字樣掛角經(jīng)分配后輸出。

對于播出系統(tǒng)，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(shè)備包含了視頻服務(wù)器、鍵控器、三選一開關(guān)、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(tǒng)在進行設(shè)計的過程中，其主備鏈路采用雙切換器雙鍵控器設(shè)計，通過響度控制器處理之后，然后送達三選一開關(guān)。針對高標(biāo)清播出的頻道信號流程設(shè)計，具體見圖2所示。

整個系統(tǒng)信號監(jiān)測采用信號節(jié)點監(jiān)測加多畫面實現(xiàn)，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(jiān)測、實時音視頻碼流內(nèi)容監(jiān)測也可以實現(xiàn)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(biāo)清同播頻道設(shè)計

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)與測試

2.3.1 項目調(diào)試

在進入調(diào)試之后，還需要對應(yīng)的工程師與技術(shù)人員調(diào)試主控系統(tǒng)與分控系統(tǒng)的信號與通路的音視頻，確保信號相位統(tǒng)一，確保鏈路正確的目標(biāo)；調(diào)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(rèn)處理，紙質(zhì)滿足系統(tǒng)調(diào)試要求。

另外，技術(shù)人員對于不同的播出方式也需要反復(fù)實驗，能夠?qū)ψ詣硬コ隹刂凭W(wǎng)絡(luò)應(yīng)對的網(wǎng)絡(luò)化播出系統(tǒng)加以驗證，其本身具有全局的管控能力以及對應(yīng)的智能整備能力；利用調(diào)整，就可以實現(xiàn)對控制系統(tǒng)備份機制可靠性的合理分析。在調(diào)試環(huán)節(jié)，一旦存在問題，還需要做好對應(yīng)的溝通，并且提出滿足電視臺播出的要求，逐一進行調(diào)整[5]。

2.3 .2 系統(tǒng)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(shù)據(jù)見表1-4所示。

表1 HDTV節(jié)目制作圖像特性

表2 接口特性

2.4 網(wǎng)絡(luò)性能測試

基于上述的系統(tǒng)測試分析，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能測試如下:

2.4.1 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測

針對網(wǎng)絡(luò)，還需要實時監(jiān)測其設(shè)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(wù)器、播出服務(wù)器等不同服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接情況進行觀測，確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定，不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常的情況，能夠達到播出的實際要求。

2.4.2 節(jié)目遷移效率的測試

當(dāng)達到播出要求時間之后，遷移服務(wù)器本身是否能夠達到遷移任務(wù)的要求。做好測試用遷移素材對應(yīng)的設(shè)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(nèi)完成任務(wù)，并且系統(tǒng)的節(jié)目遷移效率可以達到播出的既定要求。

2.4.3 網(wǎng)絡(luò)存儲讀寫性能的測試

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

2.4.4 網(wǎng)絡(luò)性能

吞吐量，就是固定時間的最大數(shù)據(jù)量?；谝蕴W(wǎng)專線業(yè)務(wù)，通過數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)性能分析儀，就可以實現(xiàn)對吞吐量的測試要求，其結(jié)果顯示正常。

時延，則指的是數(shù)據(jù)發(fā)送的時間同接收時間的差值?；谝蕴W(wǎng)專線業(yè)務(wù)的實際要求，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能分析儀，就可以實施時延的測試處理，并且其測試的結(jié)果能夠滿足要求。

丟包率，主要是針對轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)過程中，應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)與丟棄數(shù)據(jù)之間的相互比值。在被測設(shè)備上通過以太網(wǎng)專線業(yè)務(wù)的配置，利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能分析儀來實現(xiàn)丟包率的測試處理，通過觀察，發(fā)現(xiàn)其測試結(jié)果是正常的[6]。

抖動，主要是針對某一時刻的數(shù)字信號，其實際位置相對于理想時間位置出現(xiàn)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(nèi)，表明其結(jié)果是正常的。

誤碼率，指的是規(guī)定時間范疇內(nèi)傳輸?shù)木_性。基于系統(tǒng)正常業(yè)務(wù)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(jié)果。

背靠背，主要是針對設(shè)備對于突發(fā)報文的容納能力。配置對應(yīng)的北側(cè)設(shè)備正常業(yè)務(wù)，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能分析儀來進行測試，其測試結(jié)果是準(zhǔn)確的。

2.4.5 網(wǎng)絡(luò)健康狀況

寬帶利用率，指的是系統(tǒng)寬帶與信息速度的比，主要是對系統(tǒng)有效性加以衡量，闡述數(shù)據(jù)傳輸速率與帶寬的關(guān)系。

錯誤幀，指的是在單位時間范圍之內(nèi)，錯誤幀的對應(yīng)比例和數(shù)量。

碰撞，在相同以太網(wǎng)之中，同一時刻，兩個設(shè)備在進行數(shù)據(jù)傳輸之中存在的主要沖突。

組播率，指的是數(shù)據(jù)大小/傳輸總數(shù)據(jù)×100%。廣播率，指的是數(shù)據(jù)大小/傳輸總數(shù)據(jù)×100%。

基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對應(yīng)的測試，各項結(jié)果都能夠滿足正常通信的要求，并且其網(wǎng)絡(luò)性能良好。

2.5 項目運行情況

2.5.1 安全、高效、穩(wěn)定

由于設(shè)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(tǒng)設(shè)備都進行備份處理，在實際運行過程中，也沒有因為系統(tǒng)設(shè)計問題從而引發(fā)播出事故。

播出所使用的軟件簡單可靠，容易操作；應(yīng)急手段相對完善，對于播出設(shè)備工作狀態(tài)可以進行實時監(jiān)測。在素材中，其上載機制相對靈活，擁有素材監(jiān)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(yīng)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，方案之中對于總控設(shè)計相對的科學(xué)，其信號的調(diào)度也可以呈現(xiàn)出靈活性，并且信號質(zhì)量非常優(yōu)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(jié)目、直播活動提供技術(shù)方面的支持。系統(tǒng)建設(shè)以來，可以實現(xiàn)上百次的高清信號連線直播，并且其信號穩(wěn)定可靠，能夠?qū)⒖偪叵到y(tǒng)的作用完全發(fā)揮出來。

結(jié)語

總而言之，本文通過對電視臺高清播控系統(tǒng)的研究，采取多項新技術(shù)和安全措施，可以消除大部分的隱患，實現(xiàn)對標(biāo)清系統(tǒng)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(fā)展。