含山臺兩個頻道播控系統數字化改造方案

丁正良

（含山廣播電視臺 技術制作部，安徽 含山 238100）

含山臺兩個頻道播控系統數字化改造方案

丁正良

（含山廣播電視臺 技術制作部，安徽 含山 238100）

全面介紹了含山廣播電視臺兩個頻道播控系統數字化改造方案。從播控系統數字化改造的必要性入手，詳細闡述了含山臺改造后的數字化播控系統的結構與組成，同時深入淺出地分析了播控系統的整體技術架構、核心設備的備份措施以及局域網中播控部分的安全應急措施、技術特點和改造中應注意的問題。

播控系統；改造方案；系統架構；安全措施；技術特點

1 播控系統數字化改造必要性

隨著廣播電視設備數字化的逐步推進，播控系統數字化成為整體數字化的一個重要環節，起著決定性作用。因此，對含山廣播電視臺兩個頻道播控系統進行整體數字化改造，顯得越發重要。主要體現在以下幾個方面：

1）播控系統設備年久老化

含山廣播電視臺兩個頻道模擬硬盤播出系統分別是2004年底和2005年初在傳統播出設備的基礎上改造而成。近年來，由于設備的超年限使用，出現嚴重老化現象，加之含山廣播電視臺自辦節目增多，播出時間延長，設備故障率明顯增加。

2）全臺網資源利用率不高

媒體資產管理系統的組建，標志著含山廣播電視臺成功實現了廣播電視全臺網。從前期采集、上載到后期非編網的制作均為數字化信號，即全臺內部以網絡化、文件化和無帶化方式傳輸、交換數據。然而含山廣播電視臺兩個頻道播出卻是模擬信號，這就造成了前期數字信號資源得不到充分利用，信號資源浪費。

3）數字化發展方向的需要

隨著計算機技術、多媒體技術和網絡通信技術的迅速發展，廣播電視領域正在進行一場前所未有的設備革新。此外，國家廣電總局提出，2015年前要全面實現模擬向數字過渡的目標，停止模擬信號的播出，從而進一步明確數字化的改造時間和發展方向[1-4]。

2 播控系統改造前狀況

含山廣播電視臺原播控系統為工作站式硬盤播出系統，即單機加板卡方式，播出信號為模擬視音頻信號。新聞頻道有主、備播出工作站各一套；上載工作站一套；節目上傳、離線編單工作站一套。影視頻道僅有一套播出工作站，且在本機進行編單。播控周邊均為模擬設備，由視頻幅度控制器、音頻處理器、視音頻切換矩陣、GPS授時器和在線字幕機等設備組成，系統結構如圖1所示。

圖1 原播控系統結構組成方框圖

播控系統改造之前，制作和播出分屬全臺網內的兩個子系統。各部門節目制作完畢后，轉碼成播出文件的形式，通過網絡統一傳至總編室編單工作站，總編室審核節目并上傳至主、備播出工作站，同時確定節目播出單，交技術播出部門執行。在特殊情況下，總編室也可以臨時調整播出節目的順序或內容。

3 播控系統數字化改造方案

含山廣播電視臺數字化播控系統方案遵循安全、高效和經濟實用的原則，結合含山廣播電視臺實際工作模式、工作流程以及節目播出量等情況，以主、備視頻播出服務器為核心，滿足兩個頻道全數字、高質量的安全播出需要進行制定。

3.1 播控系統結構

改造后的播控系統采用分布式、網絡化異地上傳的多通道數字播出系統結構。同時在全臺網整體布局架構中，既保持了局域網的完整性，又具有相對的獨立性。全臺網絡系統拓撲圖如圖2所示。

圖2 全臺網絡系統拓撲圖

3.1.1 系統相對獨立

在實現全臺網時，使用硬件防火墻把互聯網和內部局域網進行“隔斷”，網內USB口通過媒資系統進行集中控制，外部存儲設備無法在內網中使用，內、外網互聯是通過FTP進行傳輸。這種模式在解決素材進出的同時，也防范了內部網絡的安全。

但是，隨著數字化技術的進一步發展，攝錄編設備不斷升級，以及存儲卡技術的全新運用，給原網絡安全帶來一定程度的威脅。為保證播控系統的絕對安全和穩定，改造方案中又添加了一臺硬件防火墻。此防火墻專用于播出部分和網內其他部分的隔斷，進入播出部分的節目一律通過FTP進行傳輸，從而大大提高了播控系統的安全性。

3.1.2 網絡化異地上傳

含山廣播電視臺采用網絡化異地上傳、離線編單的模式。即上載工作站與編單工作站是兩臺不同的工作站，分別位于播控防火墻的兩端（編單工作站在播出端），在物理位置上它們是放在一起的，這樣做主要是為了對上載的節目格式進行審查，并保證內外網數據的安全傳輸。

電影、電視劇和其他外購節目均由外網通過FTP傳輸至內網上載工作站（特殊情況下1∶1采集），再通過內網FTP傳至編單工作站，編單工作站進行播出節目的導入，若沒有數據格式問題，再上傳至主、備播出服務器。若存在數據格式不兼容等現象，應及時進行處理（例如重新轉碼等）。

有些外購節目，往往只能采用1∶1采集上載方式。自辦節目不存在數據格式問題，因為非編轉碼格式與播出服務器播出文件格式是兼容的。因此，異地網絡化上傳能夠有效避免格式不兼容和數據不安全傳輸等多種問題，從而有效地保證了節目的安全播出。

3.2 播控系統組成

含山廣播電視臺數字化播控系統主要由多通道主備視頻服務器、主備播出控制工作站、主備數字設備機箱（數字放分配板、加解嵌板等）、主備數字切換器、數字三選一切換器、數字時臺標字幕機、數字時基校正器、數字鍵混合放大器、數字音頻處理器和數字跳線盤設備組成，以及相關的集成與服務等。系統組成如圖3所示。

圖3 改造后的兩個頻道數字化播控系統組成方框圖

3.2.1 主、備視頻服務器

主、備視頻服務器是含山廣播電視臺兩個頻道播控系統數字化改造的核心部分。筆者在板卡選配和服務器配置上周密考慮，既要符合相關技術指標要求，又要與現有的上載、媒資和非編制作設備相互兼容。視頻服務器采用硬件編解碼技術，壓縮方式為MPEG-2，視頻取樣為4∶2∶2和4∶2∶0，壓縮碼率可調，并且支持基于IBBP幀方式的長GoP，所有編解碼通道輸入、輸出均為嵌入式音頻（內嵌AES/EBU標準音頻）的SDI信號。

在正常的情況下，兩個頻道主、備視頻服務器同步鏡像播出，服務器播出通道和硬盤陣列等重要部位運用冗余技術，且為熱備份的方式。

3.2.2 主、備播出控制工作站

主、備播出控制工作站是播控系統的關鍵環節。含山廣播電視臺播出控制工作站采用兩個頻道相互控制播出的方式，即任意一臺控制工作站出現故障，另外一臺能夠實時接替工作，對播出無任何影響。主、備控制工作站主要是利用RS-422和RS-232串行接口實現對服務器、切換器等設備的實時控制。同時，控制系統做到完全相互備份，不存在單一崩潰點。

3.2.3 主備數字切換器

播出切換器是播控周邊設備中的重要組成部分。含山廣播電視臺數字化播控系統配置了4臺16×2的SDI切換器和切換控制面板，每個頻道都使用了主、備雙切換器，并且具有掉電直通、切換鎖定以及均衡、時鐘恢復等功能，同時還配備了雙串口切換控制，保證了播出的安全性。

3.2.4 數字三選一切換器

數字三選一切換器主要針對主備數字切換器而言，它具有自動判斷信號的功能。當主備切換器中的一臺出現故障，無信號輸出時，它能夠自動切換到另外一臺切換器，同時它也有掉電直通功能。含山廣播電視臺數字三選一切換器只接收主備切換器的兩路信號源，因此它還可以接收一路線路信號源。當主備切換器均無信號輸出時，它就自動切換到線路信號，保證播出信號的不中斷。

3.2.5 數字時臺標字幕機

在此次播控系統數字化改造中，含山廣播電視臺沒有單獨配備硬件時臺標發生器，此任務由數字時臺標字幕機來承擔。既節省了費用，又減少了播控系統的中間環節。另外，配置了兩臺數字時臺標字幕機，兩個頻道之間能夠起到相互備份的作用。數字時臺標字幕機的技術指標具有廣播級數字通道指標，采用全數字的4∶2∶2信號處理方法，并且具有網絡字幕的功能。

3.2.6 數字時基校正器

時基校正器與黑場信號發生器共同對信號源進行同步鎖定，避免不同信號切換時出現抖動現象。播控系統中每個頻道分別配備了一臺數字時基校正器，信號采用4∶2∶2數字處理格式，13.5 MHz取樣量化，它具有掉電直通功能，且支持音頻的嵌入。

3.2.7 數字鍵混合放大器

鍵混合放大器主要是對播出字幕機中的字幕信號和播出信號進行鍵混合處理。因此，它的指標好壞對播出信號質量優劣起著非常重要的作用。含山廣播電視臺鍵混合放大器支持2路數字鍵混合和嵌入式音頻，有鍵預監輸出，控制接口為雙RS-232接口，具有掉電直通功能。

3.2.8 數字音頻處理器

數字音頻處理器主要是對音頻輸出信號起自動限幅作用，保證頻道的聲音電平符合統一標準。含山廣播電視臺兩個頻道分別配置了一臺數字音頻處理器，在技術上要求嵌入式音頻的SDI輸入輸出。工作原理是：在主切換器的控制口輸出一路控制信號給音頻處理器，實時檢測音頻輸出信號的大小，自動調整限幅。含山廣播電視臺數字音頻處理器的聲音調整范圍為-6～+6 dB，具有掉電直通功能，并且提供模擬的監看和監聽。

4 播控系統數字化改造的安全措施

安全問題是播控系統頭等重要的問題。播控系統安全包括網絡安全、軟硬件安全以及應急措施等方面。

1）網絡安全

此次播控系統數字化改造，再次加強了網絡安全防范問題，播控部分單獨共有一臺交換設備，通過“網閘”與其他部分連接，確保播控系統數據絕對安全，同時播控系統設備的USB口通過軟件進行禁用和解禁。

2）軟硬件安全

播控系統數字化改造方案設計中，采用循環控制和鏡像備份的設計理念，關鍵部位做到多重備份，有力地保障了含山廣播電視臺的播出安全。

循環控制設計的好處就是做到控制“不失控”的效果，確保萬無一失。按照該設計理念，含山廣播電視臺每個頻道分別配置了一臺控制工作站，兩臺控制工作站相互控制。即其中一臺控制工作站在控制本身頻道播出的同時，也可以控制另一頻道的播出。

含山廣播電視臺多通道主、備服務器同時播出兩個頻道的節目，這樣兩臺服務器就可以達到互為備份的效果。正常情況下，以主服務器播出為主，但備服務器同步鏡像播出，一旦主服務器出現問題，控制系統自動切換到備服務器播出。

此外，主、備播出服務器采用雙嵌入式操作系統，6塊3 Tbyte的熱插拔硬盤陣列，采用RAID10技術存儲，自動檢測硬盤的工作狀態。并且具有雙電源，4個熱插拔的冗余風扇，風機故障有告警提示等。主、備切換器的有效工作狀態由三選一切換器實時檢測，自動倒換。

3）應急措施

應急措施是保障播控系統安全不可或缺的部分。雖然播控系統關鍵部位考慮了備份問題，但若出現不可預測的情況，要有應急措施。基于這種情況，兩個頻道均配置了26路的數字跳線盤，關鍵環節必須經過跳線盤，如主備服務器的輸出、主備分配板的輸出、主備切換器的輸出以及三選一、時基和鍵混輸出等。若某設備出現問題，第一時間用跳線把故障設備跳過去，有效避免設備故障給播出帶來的影響。

5 播控系統數字化改造的技術特點

播控系統承擔著全臺各個頻道的播出任務，它在全臺網中具有十分重要的作用。含山廣播電視臺播控系統數字化改造除方案合理、技術指標高和備份措施完善等特點外，還具有以下幾方面的技術特點：

1）純硬件編解碼

含山廣播電視臺播控系統采用純硬件編解碼技術，板卡為進口解碼卡。系統內部均為SDI信號，內嵌AES/EBU標準音頻，符合SMPTE 259M-C：270 Mbit/s，625/50數字分量格式，信號采用MPEG-2（4∶2∶2）格式傳輸、存儲，支持1.5～50 Mbit/s碼流編碼，且有很高的系統帶寬和存儲帶寬，能夠滿足整個系統對帶寬的要求。

2）管理功能豐富

含山廣播電視臺播控系統具有豐富的管理功能，服務器采用內置數據庫形式，無須單獨外掛數據庫服務器，為主、備播出服務器的數據管理帶來了很大方便。同時系統具有豐富的輸入和輸出接口，支持網絡控制和串口控制，還有SNMP實時檢測接口，這些均為含山廣播電視臺播控系統的管理提供了豐富的檢測手段。另外，多畫面分割服務器端還提供了聲音電平條和圖像監測用的矢量圖和亮度分析儀等。如出現技術指標不標準現象，就發出告警信息。

3）素材兼容性好

播控系統的節目素材兼容性非常重要。因為節目來源渠道不同（尤其是電視劇和電影），導致播出文件的壓縮格式多種多樣，所以對播出服務器的兼容性提出了更高的要求。含山廣播電視臺播控系統在數字化改造時特別注重這一問題，對兼容性要求嚴格，要求不同壓縮格式和不同碼流的文件能夠流暢播出，不能有抖動和停幀現象發生。

4）擴展靈活性強

播控系統設計時應考慮到未來系統的擴展，系統要有可擴展通道和接口，以便系統擴容時，投資最少。含山廣播電視臺在系統方案設計時考慮了這方面的具體要求。在服務器的選配上，采用了多通道的主板和機箱，主板共有8個輸出通道可選，機箱硬盤位可增加，滿足系統升級和頻道增加等技術性要求。

6 播控系統數字化改造應注意的問題

播控系統數字化改造工程量大，涉及面廣，系統架構復雜。因此，在系統改造之前應把可能遇到的問題想清楚，以免留下不足。從含山廣播電視臺播控系統數字化改造的整個過程來看，積累了以下方面的經驗，希望對同仁們有所啟發。

1）數字信號進出

這里所說的數字信號進出是指外來線路信號和編碼輸出信號盡可能數字化，避免信號經過系統的加嵌和解嵌過程，造成不必要的損失。

例如省臺和中央臺的線路信號源，含山廣播電視臺原先是通過衛星和省網兩種渠道獲取，它們均為模擬信號進入播控系統。在改造中，為了不經過加嵌環節，利用帶SDI接口（嵌入音頻）輸出的數字衛星接收機接收省臺和中央臺信號，直接進入含山廣播電視臺播控系統的數字信號分配環節，從而保證信號源頭的數字化。另外，在播控系統的輸出端，把原先模擬信號輸入的編碼器也換成帶SDI接口（嵌入音頻）輸入的編碼器。這樣就保證了全數字信號的進入和輸出。兩個頻道線路信號數字化流程如圖4所示。

圖4 兩個頻道線路信號數字化流程方框圖

2）系統簡潔實用

播控系統簡潔實用是數字化改造的宗旨。在保證播控各項功能的前提下，系統應盡量簡潔，同時核心部分還應保持功能單一化。如改造方案中把組成設備降到最簡潔的程度，可要可不要的設備一律不要，以免增加系統的故障點。另外，主備播出服務器的功能盡量做到單一化，只負責播出，不做其他事情。將控制工作站從播出環節中拿出來，只負責控制，這樣有利于提高其穩定性。含山廣播電視臺原有模擬播出系統為了節約資金，把控制部分嵌套播出中，經過實際應用證明，確實存在弊端。控制部分出問題影響了播出，播出部分出了問題也會影響控制，所以存在相互影響的問題。

3）方案周密設計

方案周密是播控系統數字化改造成功的前提。在系統整體架構合理的基礎上，細節問題應考慮周密。含山廣播電視臺數字化方案不僅考慮了當前設備的需求，也考慮了將來編播設備更新時信號如何進入播控系統。針對直播，含山廣播電視臺制定了兩套方案：一套方案是進加嵌板；一套方案是進控制臺的矩陣。這兩種方案與含山廣播電視臺當前設備是能夠對接的。因為現在切換臺是模擬信號接口輸出，但也應考慮今后設備為數字信號接口輸出的問題。因此，方案預留了一塊分配板在數字機箱中，這樣就解決了將來新設備對接的問題。

4）人機環境分開

播控系統數字化改造之前，含山廣播電視臺就考慮了機房布局問題，其中把人與設備分開是考慮的重點。把系統組成設備放在一間密封機房，保證重要機器設備在恒定溫度、恒定濕度的環境中，同時減少電子設備最為禁忌的灰塵問題。系統控制部分用控制面板進行同步控制，控制面板放置在設備機房隔壁，通過數據延長線來連接控制系統的各個環節。這樣既解決了對設備遠距離的控制問題，也為設備提供一個良好的工作環境。

7 結束語

含山廣播電視臺播控系統數字化改造工程已全面結束，設備處于穩定運行中。從實際運行的情況和效果來看，改造是成功的，方案是合理的。此次數字化改造的成功，既提高了含山廣播電視臺播出信號的質量，也提高了播出設備的安全性和穩定性，同時也標志著含山廣播電視臺實現了真正意義上的采編、制播和管存數字化一體化的目標。

[1] 丁正良.含山電視臺制播網絡系統設計與應用[J].電視技術，2010，34（6）：83-84.

[2] 丁正良.含山廣播電視臺媒體資產管理系統方案設計與應用[J].電視技術，2010，34（11）：83-84.

[3] 丁正良.含山廣播電視臺全臺網系統設計與實現[J].電視技術，2011，35（6）：39-41.

[4] 丁正良.含山廣播電視臺全臺網系統管理技術[J].電視技術，2012，36（8）：84-87.

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2013-04-12

【本文獻信息】丁正良.含山臺兩個頻道播控系統數字化改造方案[J].電視技術，2014，38（6）.

丁正良（1973—），工程師，從事技術規劃、技術維護和技術制作工作。