西藏廣播電視臺高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 強(qiáng) 劉中華 張 驥

（作者單位：西藏廣播電視臺）

《國家新聞出版廣電總局關(guān)于加快推進(jìn)高清電視發(fā)展的通知》明確要求“到2020年，省級和較發(fā)達(dá)地級臺基本實(shí)現(xiàn)高清化，地級（含）以上臺主要頻道實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清同播”。目前，除西藏廣播電視臺外，全國省級電視臺已全部實(shí)現(xiàn)高清制作與播出?，F(xiàn)階段，西藏廣播電視臺節(jié)目錄制、播出還在使用標(biāo)清技術(shù)，絕大部分設(shè)備為標(biāo)清設(shè)備，不能兼容高清系統(tǒng)，無法滿足高清節(jié)目錄制的技術(shù)要求。

作為主流傳統(tǒng)媒體，西藏廣播電視臺正進(jìn)一步加強(qiáng)陣地建設(shè)，加快高清化改造進(jìn)程，推動事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，進(jìn)一步豐富熒屏內(nèi)容，提高節(jié)目質(zhì)量，提升宣傳效果，以更好地滿足群眾日益增長的高質(zhì)量收視需求，高清化制播建設(shè)迫在眉睫、勢在必行。

西藏廣播電視臺電視高清化制播建設(shè)項(xiàng)目重點(diǎn)在于電視高清節(jié)目播出頻道系統(tǒng)的升級改造，本次新建1套3個(gè)頻道的全高清數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)，1套144×144規(guī)模的全高清數(shù)字總控系統(tǒng)以及相應(yīng)配套的整備系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)、播出安全管控及監(jiān)測系統(tǒng)、編碼傳輸系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)等[1]。由于西藏廣播電視臺高清化建設(shè)起步較晚，與其他臺前期設(shè)計(jì)的高清播出系統(tǒng)相比，西藏廣播電視臺采用了更為先進(jìn)的ALLIN-ONE視頻服務(wù)器作為信號鏈路的第三備份，同時(shí)增加自動化預(yù)播功能和一致性比對等技術(shù)[2]，大大增加了系統(tǒng)的安全性。

按照計(jì)劃，該高清播出系統(tǒng)于2022年10月1日正式上線試播。

1 系統(tǒng)整體框架

高標(biāo)清同播系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)[3-4]，根據(jù)廣電總局62號令安全播出的相關(guān)要求，以“總體規(guī)劃、分步實(shí)施、瞄準(zhǔn)先進(jìn)、平穩(wěn)過渡”為總設(shè)計(jì)原則。節(jié)目播出的主要環(huán)節(jié)配備了安全可靠的備份系統(tǒng)，播出方式以全硬盤播出為主，充分考慮系統(tǒng)的安全性、可用性、先進(jìn)性、兼容性和可擴(kuò)展性等。

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)3個(gè)頻道的在線高標(biāo)清同播，具備整備系統(tǒng)、硬盤播出系統(tǒng)、分控系統(tǒng)、總控系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)等業(yè)務(wù)模塊，具備全局監(jiān)控系統(tǒng)和三級等保安全模塊，具備完善的節(jié)目質(zhì)量保障機(jī)制，同時(shí)，系統(tǒng)還能夠通過介質(zhì)、文件等方式實(shí)現(xiàn)節(jié)目整備和播出[5]。播出鏈路采用“主備+異構(gòu)第三備（ALL-IN-ONE）”全冗余架構(gòu)，核心設(shè)備采用主備、熱備或鏡像機(jī)制，系統(tǒng)無單一崩潰點(diǎn)，保證播出安全。

標(biāo)清播出信號采用高清信號末級下變換的架構(gòu)，下變換選用擠壓方式，變換模式為標(biāo)清720×576，畫幅16∶9。

交換網(wǎng)絡(luò)采用純以太網(wǎng)形式，“核心層+接入層”按雙層星形方式部署，核心層配備互為主備的萬兆核心交換機(jī)，接入層交換機(jī)通過萬兆鏈路連接到主備萬兆核心交換機(jī)，系統(tǒng)內(nèi)按業(yè)務(wù)分類進(jìn)行虛擬局域網(wǎng)（Virtual LAN，VLAN）劃分。

建設(shè)面向全臺的文件化整備系統(tǒng)，由整備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全臺待播節(jié)目的匯聚，通過“自動+人工”相結(jié)合的方式對節(jié)目技術(shù)質(zhì)量與內(nèi)容進(jìn)行審查。整備系統(tǒng)采用媒體處理資源池架構(gòu)，除具備校驗(yàn)、技審、轉(zhuǎn)碼、遷移等基本能力外，還具備對計(jì)算能力、帶寬資源的合理應(yīng)用，以提升系統(tǒng)效率。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1 所示：

圖1 高標(biāo)清同播系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)主要配置設(shè)計(jì)

2.1 視頻服務(wù)器冗余與應(yīng)急播出設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)配置2臺進(jìn)口的Harmoni MediaCenter視頻服務(wù)器，作為3個(gè)頻道的主備播出服務(wù)器，同時(shí)每個(gè)頻道各配置1臺國產(chǎn)AII IN ONE視頻服務(wù)器，用于3個(gè)頻道第三備異構(gòu)高清播出。

其中，ALL-IN-ONE架構(gòu)，具備獨(dú)立控制客戶端，內(nèi)置臺標(biāo)與圖文疊加功能，為每個(gè)頻道輸出疊加獨(dú)立的臺標(biāo)，可對外來高清基帶（HD-SDI）信號進(jìn)行切換，也可在本地素材信號與外來信號間進(jìn)行切換；支持HD-SDI、標(biāo)清基帶（SD-SDI）、網(wǎng)絡(luò)三種信號格式同時(shí)輸出，并支持內(nèi)部自動上變換或下變換實(shí)時(shí)輸出；支持高標(biāo)清同步播出，支持MXF、MPG主流視頻格式，支持MPEG-2/H.264視頻格式編碼，支持MPEG1-Layer2/AAC音頻格式編碼；配置瀏覽器服務(wù)（Brower Server，BS）管理客戶端，在網(wǎng)絡(luò)中任意實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、設(shè)置；配置專業(yè)的視頻服務(wù)器監(jiān)控頁面，實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)。

（2）每個(gè)頻道配置1臺墊片信號循環(huán)播放器，提供墊片應(yīng)急播放。

（3）配置1臺T2-錄像機(jī)，作為文件化應(yīng)急設(shè)備，用于應(yīng)急播出移動介質(zhì)中的文件。

主、備、第三備AII IN ONE播出服務(wù)器鏈路信號通過3選1的倒換器進(jìn)行信號切換，達(dá)到三路播出信號的自動切換，確保安全播出。其冗余關(guān)系如圖2 所示：

圖2 播出服務(wù)器鏈路冗余關(guān)系圖

2.2 頻道分控架構(gòu)設(shè)計(jì)

播出頻道分控系統(tǒng)采用主備切換器架構(gòu)，主備服務(wù)器信號、錄像機(jī)信號、直播/轉(zhuǎn)播信號、應(yīng)急/墊片信號以及總控調(diào)度信號分別同時(shí)接入主、備切換器，形成兩條獨(dú)立的信號主備路由，并采用主備鍵控器為兩條鏈路分別上臺標(biāo)和字幕。第三備采用ALL IN ONE架構(gòu)，末級采用主備高清3選1切換開關(guān)，同時(shí)接入主鏈路、備鏈路、第三備服務(wù)器信號，實(shí)現(xiàn)3路信號的應(yīng)急切換功能。采用末級下變換的方式輸出主備兩路標(biāo)清播出信號。對播出鏈路上的每一級有源設(shè)備前后端均配置跳線口。播出鏈路如圖3所示（圖中的DA為視頻分配器，F(xiàn)RS為幀同步設(shè)備）：

圖3 播出鏈路圖

2.3 播出控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

播出控制系統(tǒng)采用主備相互接管模式，為每個(gè)頻道配置了主備2臺播出控制機(jī)和2臺RS-422倒換開關(guān)。正常情況下，主播控軟件通過主RS-422倒換開關(guān)控制主視頻服務(wù)器、主播出切換器和主鍵混器等設(shè)備，備播控軟件通過備RS-422倒換開關(guān)控制備視頻服務(wù)器、備播出切換器和備鍵混器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)主備分離鏡像控制結(jié)構(gòu)。主備播出控制機(jī)和主備RS-422倒換開關(guān)之間控制線路全部采用交叉連接，當(dāng)主控制機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備控制機(jī)可接管所有設(shè)備的控制權(quán)，備控制機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)主控制機(jī)具備同樣的應(yīng)急功能，每頻道配置1臺第三備播出控制機(jī)，控制第三備播出服務(wù)器解碼通道。最大化保證系統(tǒng)的高安全性和靈活性。

將應(yīng)急錄像機(jī)等設(shè)備全部接入主RS-422倒換開關(guān)，正常情況下受控于主播出控制機(jī)，當(dāng)出現(xiàn)主控制機(jī)故障時(shí)，備控制機(jī)可接管全部應(yīng)急播放設(shè)備的控制權(quán)。

播出控制機(jī)采用高度為1 RU（1RU=4.445 cm）的機(jī)架式工作站平臺，并配置冗余雙電源。所有的播出控制主機(jī)均部署在設(shè)備機(jī)房，并通過鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器延長器將鼠標(biāo)鍵盤、顯示信號和音頻信號延長至播控機(jī)房操作臺工位，以保證控制機(jī)主機(jī)能夠得到最好的環(huán)境制冷效果，降低故障率，延長主機(jī)使用壽命。

播出控制架構(gòu)如圖4所示：

圖4 播出控制架構(gòu)圖

2.4 自動化預(yù)播技審設(shè)計(jì)

為提升播前質(zhì)量管理水平，實(shí)現(xiàn)全自動預(yù)播流程，本次設(shè)計(jì)引入了自動化預(yù)播技審技術(shù)。通過建立完備的播前質(zhì)量審核和自動化預(yù)播，對所有新到達(dá)播出視頻服務(wù)器的本地播出文件進(jìn)行監(jiān)控，將新到達(dá)的文件列入預(yù)播節(jié)目單，實(shí)現(xiàn)播放任務(wù)自動分配，并按播出時(shí)間的緊迫程度進(jìn)行自動化排序，多個(gè)頻道占用1個(gè)播出服務(wù)器通道，根據(jù)節(jié)目類型對該節(jié)目進(jìn)行1∶1或者頭中尾自動化播放，7×24小時(shí)自動運(yùn)行，離開播時(shí)間越近的排單優(yōu)先級越高，不需要人員長期值守。同時(shí)，將播放信號傳送至信號技審系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測信號異態(tài)，對預(yù)播節(jié)目進(jìn)行信號檢測，記錄黑場、靜幀、信號丟失等故障，并提供人工審看流程功能，可實(shí)現(xiàn)顯示預(yù)播狀態(tài)與文件技審狀態(tài)，驗(yàn)證最終播出文件的可播性。有嚴(yán)重故障直接報(bào)警，沒有嚴(yán)重故障則將所有異態(tài)記錄。在視頻服務(wù)器審片時(shí)，可以調(diào)用該預(yù)播信號技審結(jié)果和文件自動技審結(jié)果，預(yù)播復(fù)查工作站可以集成“文件技審”和“信號技審”兩次檢測的結(jié)果，合并進(jìn)行審核檢查。在目前部署條件下，上載人員只需要去上載機(jī)房復(fù)查預(yù)播結(jié)果即可一次性完成終審。

2.5 一致性比對檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為穩(wěn)步推進(jìn)播出系統(tǒng)智慧化建設(shè)，本次設(shè)計(jì)為高標(biāo)清同播系統(tǒng)配置2臺多路HD/SD-SDI信號一致性比對檢測服務(wù)器，3只控制面板，智能監(jiān)管與應(yīng)急輔助軟件模塊，組成“安全播出智能監(jiān)管與應(yīng)急輔助系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)播控值機(jī)“哨兵”，應(yīng)急處置“參謀”等功能。

針對HD/SD-SDI信號一致性比對檢測的取點(diǎn)位置，選擇每個(gè)頻道高清3×1倒換開關(guān)前級的主路、備路、第三備信號進(jìn)行循環(huán)比對，檢測出信號故障后向播出值班人員迅速、準(zhǔn)確報(bào)警，并提示具體切換動作或通過控制面板直接控制3×1倒換開關(guān)進(jìn)行自動切換，提高播出應(yīng)急速度。

針對播出末級PGM信號監(jiān)錄的取點(diǎn)位置，選擇每個(gè)頻道的主備2路高清末級PGM信號進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和監(jiān)錄，實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)不間斷監(jiān)錄和檢測報(bào)警功能，采用2 Mb/s碼率H.264編碼，支持分辨率轉(zhuǎn)換，支持傳輸流（Transport Steam，TS）封裝，錄制文件保存在檢測服務(wù)器本地硬盤中，保存時(shí)間不少于6個(gè)月。一致性比對系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示（圖中HDA為高清視頻信號，SDA為標(biāo)清視頻信號，GPIO為通用輸入/輸出口）：

圖5 一致性比對系統(tǒng)架構(gòu)

一致性比對服務(wù)器提供信號檢測、比對、監(jiān)錄、報(bào)警信息推送、視頻流推送等功能。一致性控制面板提供自動、手動控制倒換開關(guān)切換、在播狀態(tài)顯示、聲光報(bào)警等功能?？蛻舳斯ぷ髡窘邮辗?wù)器推送的視頻流并實(shí)時(shí)顯示視頻畫面，接收報(bào)警信息并提供語音報(bào)警。

視音頻一致性比對的自動切換功能具備快速響應(yīng)能力。對于幀級故障的自動切換任務(wù)（如彩條），實(shí)現(xiàn)1 s內(nèi)完成故障監(jiān)測及自動切換；對于延遲生效的自動切換任務(wù)（如黑場），實(shí)現(xiàn)2 s內(nèi)完成故障監(jiān)測及自動切換，或根據(jù)設(shè)定的切換閾值自動切換。

由于需要7×24小時(shí)運(yùn)行且執(zhí)行自動切換，本系統(tǒng)采用高端品牌機(jī)架式服務(wù)器平臺和廣電專業(yè)輸入/輸出（ I/O ）卡，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和硬件的售后服務(wù)。采用“CPU+IO卡”技術(shù)，在服務(wù)器內(nèi)完成信號一致性比對、信號異態(tài)檢測、故障判斷、報(bào)警、切換命令發(fā)送等任務(wù)，采用線程級通信以規(guī)避通信延遲和丟失風(fēng)險(xiǎn)，提高故障判斷的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。

一致性比對面板采用通用輸入/輸出口( General Purpose Input Output，GPIO）控制4×1設(shè)備，可以通過通用輸出口（ General Purpose Output，GPO）獲取設(shè)備狀態(tài)確定是否正確切換，且切換返回有日志記錄。面板掉電時(shí)依然可以通過通用輸入口（General Purpose Input，GPI）觸發(fā)4×1模塊。同時(shí)，軟件系統(tǒng)關(guān)閉不影響面板操作，軟件掉線或者4×1切換器掉線，面板會立刻聲光報(bào)警。

3 結(jié)語

西藏廣播電視臺為達(dá)到國家廣電總局關(guān)于省級臺實(shí)現(xiàn)高清化、主要頻道實(shí)施高標(biāo)清同播的相關(guān)要求，在2022年3月完成了西藏廣播電視臺電視高清化制播建設(shè)項(xiàng)目的立項(xiàng)、招標(biāo)等工作。目前項(xiàng)目建設(shè)推進(jìn)順利，已于2022年10月1日正式上線試播。本項(xiàng)目新建一套高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)和一套全高清數(shù)字總控系統(tǒng)，同時(shí)擁有相配套的整備系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)、播出安全管控及監(jiān)測系統(tǒng)、編碼傳輸系統(tǒng)及監(jiān)測系統(tǒng)等，通過高清下變化的方式實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清同播。