電視播出系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)方案探討

摘要：為更好地服務(wù)于四川省政企和人民群眾，電視中心規(guī)劃建設(shè)全新的廣播電視IP總控調(diào)度分發(fā)系統(tǒng)。系統(tǒng)整體符合IP化的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)視音頻信號(hào)在各制播專業(yè)系統(tǒng)之間混合傳輸、交互、融合。充分體現(xiàn)IT資源特性，可簡(jiǎn)化傳統(tǒng)廣電總控調(diào)度系統(tǒng)需要龐大規(guī)模設(shè)備構(gòu)建問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)整體輕量化，具備強(qiáng)大的交換能力和擴(kuò)展能力。本文對(duì)該系統(tǒng)的功能要求、模塊組成等進(jìn)行分析，為各電視臺(tái)建設(shè)電視播出系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)提供參考。

關(guān)鍵詞：電視播出系統(tǒng)；IP網(wǎng)絡(luò)化；系統(tǒng)架構(gòu)方案

一、引言

數(shù)字電視是我國(guó)廣播電視發(fā)展的重要方向，根據(jù)國(guó)家的整體規(guī)劃，在數(shù)字電視的傳播網(wǎng)絡(luò)方面，會(huì)進(jìn)一步將城市網(wǎng)以及農(nóng)網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)。技術(shù)上，按照安全運(yùn)維的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行主備機(jī)房的隔離，并且進(jìn)行災(zāi)備措施。同時(shí)，在數(shù)字電視技術(shù)上，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)路由架構(gòu)、采用節(jié)目源IP化等手段，優(yōu)化數(shù)字電視播出系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在電視播出系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)化的過(guò)程中，通過(guò)獨(dú)立分配IP地址，不影響前端頻道的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)通過(guò)分級(jí)管理的模式，對(duì)播出節(jié)目的重要性等級(jí)進(jìn)行劃分。對(duì)應(yīng)于不同等級(jí)的節(jié)目，采用指定的路由策略進(jìn)行節(jié)目的分發(fā)。同時(shí)，當(dāng)頻道出現(xiàn)故障時(shí)，切換到備用節(jié)目源，減少網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定等問(wèn)題。

為了更好地服務(wù)于四川省政企和人民群眾，電視中心規(guī)劃建設(shè)全新的廣播電視IP總控調(diào)度分發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是電視中心貫徹中央《關(guān)于加快推進(jìn)媒體深度融合發(fā)展的意見(jiàn)》文件精神的重要技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)的一部分，是電視中心信號(hào)匯聚和調(diào)度分發(fā)的樞紐。為了兼顧現(xiàn)有業(yè)務(wù)和4K超高清及新媒體業(yè)務(wù)需求，需新建超高清IP信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)。擬采用4K-UHD/HDR超高清系統(tǒng)，向下兼容HD/SDR高清系統(tǒng)，采用4K-UHD/IP的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為主，基帶+IP 雙核心的架構(gòu)?？蓾M足電視中心廣播電視播出系統(tǒng)、演播室、新聞演播室、直播間及新媒體等信號(hào)的調(diào)度和傳輸分發(fā)需求。系統(tǒng)整體符合IP化的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)視音頻信號(hào)在各制播專業(yè)系統(tǒng)之間混合傳輸、交互、融合。充分體現(xiàn)IT資源特性，可簡(jiǎn)化傳統(tǒng)廣電總控調(diào)度系統(tǒng)需要龐大規(guī)模設(shè)備構(gòu)建問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)整體輕量化，具備強(qiáng)大的交換能力和擴(kuò)展能力。

二、全I(xiàn)P化平臺(tái)分析

全 IP 化平臺(tái)的目標(biāo)是結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，對(duì)電視播出系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化。通過(guò)全I(xiàn)P化，可以結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)模式對(duì)播放系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)，基于云平臺(tái)，可以有效地?cái)U(kuò)展原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，提高播放系統(tǒng)的存儲(chǔ)性能、播放性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展支持。并且，通過(guò)全I(xiàn)P化平臺(tái)，可以形成不同播放系統(tǒng)模塊的標(biāo)準(zhǔn)化制定，解耦模塊之間的關(guān)聯(lián)性，并且通過(guò)結(jié)合大數(shù)據(jù)以及人工智能等技術(shù)，推動(dòng)電視播出業(yè)務(wù)的創(chuàng)新。

三、系統(tǒng)功能要求

①建成一個(gè)以全媒體節(jié)目分發(fā)為主要業(yè)務(wù)的全臺(tái)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、IP 化的運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。系統(tǒng)內(nèi)無(wú)壓縮信號(hào)采SMPTE2110格式的 IP信號(hào)調(diào)度、分發(fā)和監(jiān)看，包括 HD及UHD 信號(hào)；該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)SDI、SDIoIP 和壓縮域信號(hào)的調(diào)度與切換，實(shí)現(xiàn)無(wú)壓縮/壓縮IP信號(hào)、 SDI信號(hào)的 IP 分裝，解封裝以及調(diào)度切換和監(jiān)看。

②可滿足電視中心X 個(gè)頻率直播間、9套高清電視頻道播出系統(tǒng)、4K超高清播出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、13個(gè)非新聞演播室、4個(gè)新聞演播室、收錄系統(tǒng)、新媒體的信號(hào)調(diào)度和傳輸分發(fā)需求。

③支持系統(tǒng)外接入無(wú)壓縮 IP流。

④所有信號(hào)調(diào)度的 IP接口帶寬滿足 10/25Gbps。

⑤轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)和多畫(huà)面支持符合SMPTE 2022-7 的雙發(fā)選收機(jī)制。

⑥SDN管理軟件具備對(duì)所有IP總控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備、軟件、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)流程的控制和監(jiān)測(cè)功能。

⑦系統(tǒng)具備基于實(shí)時(shí)流的接收匯聚和封裝協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。平臺(tái)能夠通過(guò)衛(wèi)星接收、SDI 收錄、AES 收錄、IP 流收錄、5G 接收等途徑，完成各種類型的視音頻節(jié)目匯聚和交互（支持AoIP， SDIoIP），并輸出相應(yīng)的IP 流，滿足其它系統(tǒng)對(duì)直播流的處理要求。

⑧可實(shí)現(xiàn)新媒體多屏直播業(yè)務(wù)、第三方直播內(nèi)容交換、信號(hào)集中監(jiān)錄、具備極為豐富的融媒生產(chǎn)節(jié)目源等，也可以將傳統(tǒng)演播室、直播間的直播變身為新媒體直播或其他應(yīng)用。能夠通過(guò)調(diào)度，完成實(shí)時(shí)在線信號(hào)（各頻率、頻道在播信號(hào)、干凈信號(hào)、上下變換信號(hào)等）和直播信號(hào)（衛(wèi)星，光纖，5G ，網(wǎng)絡(luò)推拉流等回傳信號(hào)，電視中心內(nèi)各演播室信號(hào)，央視信號(hào)等）的調(diào)度分發(fā)工作，保障下游信號(hào)需求單位（傳統(tǒng)媒體、新媒體）的業(yè)務(wù)開(kāi)展。

⑨當(dāng) IP調(diào)度平臺(tái)故障時(shí)，可通過(guò)直連轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的方式應(yīng)急，避免信號(hào)中斷。

四、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

為兼顧現(xiàn)有業(yè)務(wù)和新增IP業(yè)務(wù)需求，新建總控信號(hào)調(diào)度分發(fā)系統(tǒng)擬建一個(gè)基帶SDI+IP主備架構(gòu)的調(diào)度系統(tǒng)（SDI架構(gòu)為主，IP架構(gòu)為備）。SDI調(diào)度矩陣設(shè)計(jì)規(guī)模為256*256，IP 交換機(jī)的交換能力據(jù)此設(shè)計(jì)，加一個(gè)壓縮域IP的主備架構(gòu)的調(diào)度系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)涵蓋以下子系統(tǒng)：①SDN管理系統(tǒng)；②矩陣調(diào)度系統(tǒng)；③光傳輸系統(tǒng)；④衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)；⑤網(wǎng)絡(luò)接收分發(fā)系統(tǒng)；⑥同步系統(tǒng)；⑦時(shí)鐘系統(tǒng)；⑧監(jiān)看系統(tǒng)；⑨技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；⑩通話系統(tǒng)等。

五、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文共設(shè)計(jì)了三種方案：方案一是成熟且性價(jià)比高的HD-SDI信號(hào)方案；方案二是基帶IP和HD-SDI信號(hào)的方案；方案三是全基帶IP方案。

整個(gè)方案本著安全第一、流程自動(dòng)化、減少工作人員的操作難度和工作量的原則設(shè)計(jì)，即備份播出系統(tǒng)節(jié)目單、素材和字幕節(jié)目單只需要總編室一次作業(yè)，分別向9樓主播出和10樓備份播出送播。在備份播出不需要再次進(jìn)行重新編單、素材入庫(kù)送播以及字幕單編輯。

另外，本系統(tǒng)與主播出系統(tǒng)是不同的制造商的系統(tǒng)軟件，真正的系統(tǒng)級(jí)異構(gòu)備份，異構(gòu)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分具有自身的自治性，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的前提下，仍保留有自己的應(yīng)用特性、完整特性和安全特性。兩個(gè)系統(tǒng)之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，能夠綜合發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，能夠從根本上提高安全播出能力。

方案1：傳統(tǒng)的SDI架構(gòu)

備份播出交換機(jī)與9樓播出交換機(jī)互聯(lián)組網(wǎng)，在備播與主播之間部署防火墻，為了滿足等保相關(guān)要求，需要將備播系統(tǒng)中的設(shè)備加入等保的安全管理中心中。傳統(tǒng)SDI網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，如圖1所示。

在信號(hào)方面，采用冗余架構(gòu)，配置哈雷Spectrum X視頻服務(wù)器，主備切換矩陣、主備鍵混器、主備三選一切換開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)完全按照雙鏈路設(shè)計(jì)，無(wú)單一崩潰點(diǎn)。

方案2：IP+SDI架構(gòu)

采用主路為IP，備路為SDI信號(hào)的模式，IP信號(hào)滿足SMPTE ST2110的標(biāo)準(zhǔn)，主路的末級(jí)IP信號(hào)經(jīng)IPG轉(zhuǎn)換為SDI后接入三選一開(kāi)關(guān)。配備IP和SDI同播的字幕機(jī)，信號(hào)流程圖，如圖2所示。

方案3：全I(xiàn)P架構(gòu)

由于預(yù)算有限，本項(xiàng)目的全I(xiàn)P方案中，其中兩個(gè)頻道采用哈雷視頻服務(wù)器+GV切換臺(tái)的方案。剩下兩個(gè)頻道采用正奇視頻服務(wù)器，通過(guò)字幕機(jī)將FILL和KEY信號(hào)流接入視頻服務(wù)器的ALL IN ONE架構(gòu)。全I(xiàn)P系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖3所示：

全I(xiàn)P信號(hào)流程圖，如圖4所示。

全SMPTE IP架構(gòu)播控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍如圖5所示，系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：播出系統(tǒng)、整備系統(tǒng)、編單系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、監(jiān)管系統(tǒng)。

播出系統(tǒng)主要是播控軟件根據(jù)節(jié)目單控制視頻服務(wù)器和切換設(shè)備完成信號(hào)切換播出，分為常規(guī)播出、應(yīng)急播出。常規(guī)播出為常態(tài)下的切換臺(tái)視頻服務(wù)器播出，應(yīng)急播出指機(jī)動(dòng)備份播出、墊片播出。播出系統(tǒng)與總控系統(tǒng)以IP信號(hào)交互，接收總控系統(tǒng)調(diào)度過(guò)來(lái)的信號(hào)；播出系統(tǒng)與整備通過(guò)交換文件進(jìn)行交互；播出視頻服務(wù)通過(guò)接受交換的文件，播出相關(guān)視頻等內(nèi)容；編單系統(tǒng)控制播出系統(tǒng)的節(jié)目安排。而播出系統(tǒng)還需要由輔助系統(tǒng)提供支持，比如記錄日志信息、各類統(tǒng)計(jì)信息等。監(jiān)管系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控播出系統(tǒng)的過(guò)程，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行收集與分析。

內(nèi)部?jī)?yōu)勢(shì)：人力資源充足、研發(fā)能力較強(qiáng)、營(yíng)銷渠道較廣、組織資源豐富、供應(yīng)鏈較為健全

內(nèi)部劣勢(shì)：IP授權(quán)過(guò)度集中、品牌影響力不足、自營(yíng)渠道規(guī)模有限、自營(yíng)渠道粉絲轉(zhuǎn)化率較低、客戶忠誠(chéng)度較低。

視頻系統(tǒng)主要設(shè)備主要包括IP矩陣、IPG、IP字幕機(jī)、IP多畫(huà)面、IP播出視頻服務(wù)器、IP倒換器、信號(hào)監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看、信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警、信號(hào)一致性比對(duì)、信號(hào)監(jiān)控收錄等設(shè)備。

語(yǔ)音系統(tǒng)主要包括分控切換矩陣、鍵控器、播出視頻服務(wù)器、基帶四選一倒換器、信號(hào)監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看、信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警、信號(hào)一致性比對(duì)、信號(hào)監(jiān)控收錄等設(shè)備。流服務(wù)器節(jié)目來(lái)源可以是SDI信號(hào)、本地媒體文件、外部TS、SMPTE IP流等，或者是上述幾種節(jié)目源混合使用。

主備視頻服務(wù)器均采用SDI+IP設(shè)計(jì)，外來(lái)SDI信號(hào)源經(jīng)過(guò)視頻分配器給到IPG網(wǎng)關(guān)，轉(zhuǎn)換為IP信號(hào)輸出至SDN數(shù)據(jù)信號(hào)流交換機(jī)，SDN交換機(jī)將IP信號(hào)傳輸至IP視頻服務(wù)器進(jìn)行信號(hào)的切換，同時(shí)也對(duì)臺(tái)標(biāo)、字幕進(jìn)行疊加，主備路IP播出信號(hào)最終輸入給高清倒換設(shè)備進(jìn)行信號(hào)倒換，在保障播出的安全下，將播出信號(hào)送至末級(jí)的編碼平臺(tái)進(jìn)行編碼傳輸，實(shí)現(xiàn)安全播出。

播出系統(tǒng)由光纖、萬(wàn)兆以太和千兆以太組成，系統(tǒng)節(jié)目送播方式，采用在播出端文件導(dǎo)入節(jié)目到播出近線存儲(chǔ)，及從外系統(tǒng)文件化送播兩種方式。文件導(dǎo)入方式是利用播出系統(tǒng)內(nèi)部文件導(dǎo)入工作站，將用移動(dòng)介質(zhì)送播的節(jié)目文件轉(zhuǎn)碼導(dǎo)入到播出近線存儲(chǔ)備播，再將節(jié)目文件同步遷移至播出服務(wù)器。文件化送播方式，是通過(guò)BS架構(gòu)的送播系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)，在制作域或媒資域?qū)⒐?jié)目上傳到送播系統(tǒng)，節(jié)目文件經(jīng)轉(zhuǎn)碼后，由編審人員進(jìn)行節(jié)目的三審，并添加必要節(jié)目信息，然后向播出域提交。所提交的4K播出節(jié)目文件和帶有送播信息的XML文件推送到播出的文件擺渡設(shè)備，文件擺渡設(shè)備自動(dòng)將文件轉(zhuǎn)存至播出近線存儲(chǔ)設(shè)備，播出系統(tǒng)實(shí)時(shí)掃描新增的送播文件， 并根據(jù)XML文件信息將節(jié)目信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，將節(jié)目文件按播出單同步遷移至播出服務(wù)器。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)電視播出系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)，有助于提高數(shù)字電視的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高數(shù)字電視播出的效率以及穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)數(shù)字電視系統(tǒng)進(jìn)行備份，也可以減少播放中系統(tǒng)故障的影響，保障電視播出的安全。在電視廣播的數(shù)字化發(fā)展場(chǎng)景下，利用IP網(wǎng)絡(luò)化有助于電視制作等相關(guān)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新，并且提高電視制作與播出的專業(yè)性，有助于推動(dòng)我國(guó)廣播電視的數(shù)字化發(fā)展以及創(chuàng)新能力的提升。

作者單位：朱裕 四川廣播電視臺(tái)

參" 考" 文" 獻(xiàn)

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朱裕（19860），男，漢族，四川成都，碩士，中級(jí)工程師，研究方向：電視播出。