貴州廣播電視臺衛視高清頻道設計與實施

謝家誼，楊 楠

（貴州廣播電視臺，貴州 貴陽 550002）

1 總體框架

貴州廣播電視臺高清頻道播出主系統由高清上載縮編網、本地上載審看、節目播出單編輯、播出控制、播出二級存儲、自動技審及人工審看、切換及周邊、系統監控、病毒防范等部分構成。基于數字化、文件化、網絡化的架構，是一個集播出、制作、存儲、包裝、監控五大功能為一體的新型全網絡化高清播出系統。高清上載縮編網作為播出系統文件化節目上載的源頭，采用播出上載分離的架構，實現電視劇上載、縮編、遷移、媒資存儲等功能。全網采用主流的高清制作設備，能夠編輯處理多層高清節目，制作完成后要以文件化的方式傳送到播出系統進行節目播出。高清縮編網通過簡單有效的集中管理方式（ESB+EMB或素材手動/自動關聯等其他方式）按播出計劃手動/自動遷移提交素材到播出系統。播出系統另配置本地有卡上載服務器作為自辦節目和廣告等不需要縮編處理的本地節目上載使用，采用CPU+GPU+I/O的方式，有8個以上半雙工通道，每個通道可根據需要調整為上載或審片用，為保證安全性和冗余性，8個通道需要分布配置在2個以上的服務器中。播出系統配備二級存儲，采用集群式存儲架構。常規流程中，由高清上載縮編網和本地上載來的素材文件，先遷移到二級存儲，經自動技審和人工復檢無誤，再遷移至各個視頻服務器。系統通過播出內容管理軟件能對縮編網制作好的文件素材進行有效管理和自動/手動遷移。具備應急流程管理功能，提供通過人工任務指定遷移目標服務器和遷移路徑的功能。配置2臺播出系統數據庫，保證數據庫文件鏡像的實時性和可靠性，數據庫備份機制可采用高可用數據集群軟件包等高安全工作/備份恢復方式。頻道主通道采用切換臺，備路采用16×2高清凈/靜切換器的方式；主備切換處理的信號源完全相同，且采用分別獨立的視音頻傳輸鏈路設計。

2 高清縮編系統

高清縮編系統的基本功能如下：

1）非線性編輯系統的包裝功能：能夠實現節目縮編的實時非線性編輯、特技編輯、字幕編輯、節目合成等，具備字幕，實時二維、三維特技編輯縮編能力。編輯軟件具有獨立的3層字幕軌以保證合成縮編完整節目文件的能力。編輯軟件能實時（無丟幀）編輯、播放3層DV50，5層DV25的能力。

2）文稿編輯功能：文字和視音頻可以同屏混合編輯，可與編輯軟件無縫連接，實現素材和編輯結果的共享；可以用作純文字處理，當不需要視音頻編輯功能時，可屏蔽視音頻，方便組建新聞文字辦公網絡；新聞稿件審核可依據需要設定審核級數與定稿級數；新聞稿件要具有版本跟蹤和文字修改的痕跡跟蹤功能。

3）審片功能：一旦責任編輯完成節目后，即可提交審片主任審片，在審片終端可以審看所有節目內容，能實現非線性審片，可以按任意順序審看任意的節目而無需等待和準備。

4）網絡管理功能：具備完善的設備管理（包括設備調度、設備監控、設備控制等）和完善的網絡管理（包括人員管理、素材管理、日志管理、存儲空間管理、統計計費管理、工作流程管理等）、完善的網絡監控（硬件層、軟件層、網絡層）功能。

3 高清播出系統

3.1 視頻服務器總體設計

視頻服務器需要完成1個頻道的播出。播出視頻服務器全部采用單機異構設備、本地存儲模式設計。主頻道在每個頻道內部，視頻服務器的備份采用1+1備份方式。視頻服務器通道設計為視頻服務器承擔著1個頻道的高標清節目文件。

視頻服務器總體設計如圖1所示，每臺視頻服務器配置了4個高清通道，即1個應急上載通道，1個審片通道，2個播出通道。對于視頻服務器上載和審片通道的控制使用系統內配置的1臺應急上載/審片控制工作站。

圖1 視頻服務器總體設計

3.2 播出二級存儲設計

高清素材碼率50 Mbit/s，每天素材遷移總量為1個高清頻道，需要滿足每天固定節目量在2 h內完成的讀寫帶寬傳輸需求。

存儲帶寬計算，根據對于整體系統建設考慮后，現對系統中產生帶寬訪問讀寫需求的位置進行總結，涉及到共用存儲體（備播緩存+接口緩存）的遷移業務包含下面4種：

1）高清縮編系統遷移至共用存儲體，按照每天2 h完成1個高清頻道文件的遷移：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

2）技審讀共用存儲體，自動技審2 h審完所有節目進行計算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

3）人工復檢讀共用存儲體，人工復檢2 h審完所有節目進行計算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

4）視頻服務器讀共用存儲體，按照1個高清頻道2 h傳完進行計算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

從以上可以看出，對于共用存儲體的讀帶寬要求為225 Mbyte/s，寫帶寬要求為75 Mbyte/s。混合讀寫總帶寬為：（225+75）Mbyte/s=300 Mbyte/s。此次存儲體極限寫為356.179 Mbyte/s，極限讀為548.626 Mbyte/s，極限混合讀寫為536.432 Mbyte/s，完全滿足實際需求。

3.3 高清播出網絡控制系統

播出系統網絡拓撲圖如圖2所示：播出系統配置了2臺GMP服務器和2臺對外接口服務器，負責將縮編系統的節目文件遷移到播出二級存儲，然后配置了2臺同步遷移服務器將備播文件遷移到播出視頻服務器中。同時，系統配置數據庫服務器2臺，自動技審服務器2臺。系統配置了主備的基礎網絡交換機，以保證基礎網絡的安全性，并且為交換機設備配置了冗余電源系統，防止交換機單電源出現供電故障，影響整個備份播出系統的工作。

圖2 播出系統網絡拓撲圖

播出控制系統配置了2臺播控工作站，采用主備的方式進行工作。主、備工作站通過2個8路的422倒換器來控制分控系統的切換臺、切換器、高清鍵控器、標清鍵控器、2個應急VTR以及多功能面板。同時，接收備播系統發來的節目單，并自動校驗與節目數據的匹配，通過后，控制視頻服務器和其他相關設備進行節目的播出。播出控制工作站采用傳統的專業軟硬件設備，實現播出控制的功能。此硬件設備采用全模塊化，全冗余備份的設計思路，以保證播出控制的安全性。

分控接入的信號有來自主、備視頻服務器的信號，臺里原有的總控系統的3路信號，2路自應急錄像機的信號，4路演播室信號，1路墊片信號，1路測試圖信號。系統采用主、備異構的方式，主路配置了1臺進口的切換臺，備路配置了1臺切換器。監視部分，系統采用的是多畫面+大屏的方式。配置了1臺32×4的多畫面分割器和3塊50 in（1 in=2.54 cm）等離子大屏。同步系統為在原有的同步系統的基礎上，配置了1臺TEK的同步信號器SPG300及1臺同步信號倒換器構成主、備架構。同時，配置了4塊1分8的模擬視分，將同步信號分別送往主/備視頻服務器、播出切換器、臺標機、字幕播出服務器、鍵混器、主/備播出控制工作站等。

4 高標清同播設計

4.1 系統格式及參數

系統格式及參數[1]如表1所示。

表1 系統格式及參數列表

4.2 媒體文件格式[2]

媒體數據格式如表2所示。

表2 媒體數據格式列表

依據被主流視頻服務器所支持、質量優先、盡可能降低碼率和兼顧編碼效率等4項原則進行了詳細的測試，以下為參考碼率選擇。文件碼率可根據臺內要求指定，標清視音頻素材的格式碼率為MPEG-2 IBPGOP=4，采樣方式4∶2∶2，碼率為15 Mbit/s；音頻為2軌PCM，48 kHz采樣，16 bit量化。文件格式為MXF OP1A。

高清視頻可采用的格式為MPEG-2 IBP LGOP，GOP=12，Ref=3，采樣方式4 ∶2 ∶2，碼率為50 Mbit/s；音頻格式，采用Dolby-E編碼，使用八聲道的PCM音頻，48 kHz采樣率，量化深度為24 bit。文件格式為MXF OP1A。

4.3 高標清同播模式[1]

依照廣電總局要求，高標清同播是指同一套節目同時以標清和高清兩種格式播出。而在系統實際建設中，實現同播方式各臺不盡相同，概括起來主要包括兩種模式：輸出分離模式和信號源分離模式。貴州電視臺根據實際情況，選擇了輸出分離模式。

4.4 輸出分離技術實現

對于輸出分離實現方式而言，通過AFD技術實現自動幅型變換，因此在控制精度和幅型變換多樣性方面相當容易解決，應急處理方式由于采用輸出端分離方式，因此其應急處理方式可參考原播出系統的應急處理流程。輸出分離方式如圖3所示。

5 各子系統互聯設計

縮編網和播出網之間可以內部互聯接口直接互聯互通，形成高安全、高效率的縮編播出一體網[3]。這種內部互聯接口實現互聯互通，可以通過特制檢驗技術（例如MD5、自動技審、接口校驗等）來保證安全，而且也避免了因采用其他互聯互通方式而造成的效率下降和轉碼所帶來的節目質量下降等的問題。另外，此種互聯方式具有極強的可擴展與兼容性，方便在將來升級成為基于SOA架構下的ESB＋EMB的互聯互通的全臺網絡系統。

5.1 高清縮編與高清播出一體網流程

高清縮編網和播出網互聯互通的業務流程為：

1）衛視頻道負責生成節目代碼和頻道編單，并且可以通過系統內部互聯接口提供給高清縮編網和播出網使用；

2）高清縮編網上載節目數據；

3）編輯工作站編輯已經上載的節目數據；

4）編輯工作站直接打包生成適合播出使用的節目數據；

5）對打包生成的節目進行內容審核；

6）審核過后的節目可以被歸檔和提交到播出；

7）提交時可以通過系統內部互聯接口把節目ID號加入到節目數據內；

8）節目被提交到播出的近線存儲體內，并且把相關元數據提交到播出數據庫；

9）播出系統對近線存儲體內節目進行自動技審處理；

10）自動技審通過的節目數據被遷移到播出在線存儲體內；

11）通過頭尾檢測功能對在線存儲體內的節目數據進行檢測；

12）頭尾檢測通過的數據準備播出；

13）節目數據與播出串聯單進行校對，通過后節目播出。

節目數據在縮編網提交到播出網時不用再進行節目數據之間的轉碼和協議轉換等處理，保證了節目的質量和安全性，同時也提高了工作效率，并且可以提供極好的擴展性和升級性。高清縮編播出一體網流程示意圖如圖4所示。

圖3 高標清同播實現方式——輸出分離方式

圖4 高清縮編播出一體網流程示意圖

本項目內的縮編網和播出網就是一體網，是一個密不可分的系統，也只有這種一體網的業務流程才能夠滿足貴州電視臺的實際業務需求。

5.2 標清縮編系統與高清縮編系統互聯流程

標清縮編系統與高清縮編系統互聯流程為：

1）高、標清縮編系統都經過上載、縮編、審核等流程以后將素材存于本地的二級存儲。

2）內部互聯部分由ESB服務器和EMB服務器組成[3]。

3）如果高清縮編系統想從標清縮編系統中得到素材，則高清縮編工作站發送指令（元數據）到ESB服務器。然后，ESB服務器發送指令（元數據）分別到標清縮編的接口服務器和EMB服務器。當EMB服務器收到指令（元數據）后，根據ESB服務器發送的遷移任務，將標清縮編的二級存儲中的素材遷移到高清縮編二級存儲中。這樣就實現了高、標清系統的互聯互通。

標清縮編系統與高清縮編系統互聯流程如圖5所示。

6 軟件支持

圖5 標清縮編系統與高清縮編系統互聯流程

該項目的支撐軟件有非編及上下載軟件、網絡管理軟件、播出節目上載/審看模塊、節目單編輯模塊、轉碼遷移軟件、質量檢測軟件、自動技審軟件、人工審看軟件、素材管理軟件、自動播出模塊、播出統計和查詢模塊等。整套軟件具備強大的編輯、控制、管理等功能。

該高清播出系統運行了近半年，實現了高質量、高安全可靠、易維護升級和易擴展，設計方案達到了安全、創新、先進理念的要求。

[1]國家新聞出版廣電總局.電視臺數字化網絡化建設白皮書——電視臺高標清同播技術策略研究[EB/OL].[2013-02-20].http://www.doc88.com/p-0701672420788.html.

[2] GY/T 155－2000，高清晰度電視節目制作及交換用視頻參數值[S].2000.

[3] 國家新聞出版廣電總局.電視臺數字化網絡化建設白皮書[EB/OL].[2013-02-20].http://tech.sina.com.cn/it/2007-03-20/1520268217.shtml.