華數求索高清頻道播出系統設計與實現

方 芳 王啟漢 陳 煒

（作者單位：華數傳媒網絡有限公司播出保障部）

華數求索高清頻道播出系統設計與實現

方 芳 王啟漢 陳 煒

（作者單位：華數傳媒網絡有限公司播出保障部）

近年來，隨著廣電技術的發展，電視節目播出高清化是大勢所趨。本文主要介紹華數求索高清頻道播出系統的建設情況及整體結構設想，對硬盤播出方案進行了詳細的分析，對全臺互聯設計、節目質量保證體系進行了簡要闡述。

華數求索；高清頻道播出系統；設計

近年來，隨著計算機網絡技術的發展，廣播電視技術與計算機網絡技術結合得越來越緊密，電視節目播出高清化、數字化、網絡化已成為電視發展的新階段。華數求索高清頻道的開播，標志著華數全臺網絡制播系統數字高清時代的開啟，也充分體現了華數集團在數字化網絡化發展上的信心和實力。這次華數設計高清播出系統，選用中科大洋作為合作伙伴，正是看中了中科大洋作為國內視頻行業的領先者，不僅有強大的研發能力，而且具有建立大型網絡以及各類不同功能網絡（包括新聞制作網、總控播出系統、媒資系統等）的成功經驗和用戶案例，能夠為用戶提供完善的技術方案和集成服務。

1 高清播出系統結構設想

高清播出系統的整體規劃設計以實用性、安全性、穩定性、先進性為原則，播出業務向網絡化和自動化發展。整個網絡結構主要采用高可靠、多鏈路、高帶寬聚合的千兆以太網構建，能夠支撐系統內部視音頻文件的遷移以及節目管理與控制元數據的傳輸。它以視頻服務器為核心，由主備數據庫服務器、遷移服務器、上載工作站、播出工作站、編單工作站、廣告編單工作站與審片工作站等組成。

2 高清播出系統詳細設計

播出視頻服務器是此次播出系統建設的核心部分，此部分設計的好壞直接影響到將來播出是否安全。本次設計采用國際和國內主流電視臺使用最多的知名品牌“奧蘭OMNEON（現哈雷）”專業廣播級視頻服務器。該視頻服務器采用嵌入式Unix操作系統，自身沒有系統硬盤，不會受到病毒的干擾；編解碼模塊采用可靠性更強的硬件編解碼設計，支持熱插拔，便于設備的維護和更換；高清解碼通道具備雙接口輸出功能，高清和標清信號可以同時輸出或者任意輸出；在遇到突然斷電后，整個系統啟動時間非常短，服務器端不需要任何操作，在播出軟件端進行恢復播出。服務器內冗余配置，無單一潰點，能夠滿足7×24小時安全播出。

系統滿足6個高清頻道的播出，主要包括：3路上載通道、3路審片通道、2路總編室復審通道、12路高清播出通道。一共配置5臺Omneon MediaDeck 7000系列服務器，每臺視頻服務器具備6TB可用容量，可存儲時長約：6TB/22GB=272小時，具備2個雙向編解碼通道和2個解碼通道，5臺共計20個通道。此外，額外配置一臺大洋VIPS服務器，具備4個雙向編解碼通道，用作墊片通道和備份動態跟隨播出功能。

2.2 數據庫系統

數據庫系統必須穩定、安全、高效，是最為關鍵的系統平臺軟件，是播出業務支撐的核心，它支持查詢、更新、高速緩存、事務管理、索引、安全及用戶存取控制等服務。服務器內部要采用磁盤容錯技術，冗余、可熱插拔的電源、風扇等技術手段來確保主機可靠安全，確保7×24小時不間斷運行。

在數據庫系統設計中，采用主備數據庫雙機備份加磁盤陣列的方式工作，數據文件存儲在磁盤陣列中。正常情況下，主備機同時開啟，主機提供服務，當主機出現故障時，備機自動接管服務，實現快速故障倒換。數據庫與播控節目單的信息交互，提供了2+1的備份方式。當播出端添加或更新節目單時，在向數據庫發送信息的同時，也在播出工作站本地備份一份，保證播出節目單在數據庫和工作站中同時存在并相同。這樣的話，當與數據庫通信時出現問題或數據庫系統全部癱瘓，播出系統不會因為無法讀取串聯單而立即停播，至少能夠保證當天節目的正常播出，給技術人員恢復數據庫留下時間。

2.3 視音頻系統

視音頻系統采用主備兩個切換器的方案，兩路16×2切換器的PGM信號分別送入鍵混卡，和臺標和字幕的信號疊加，再送入2×1切換開關，經過倒換后的信號送入視分卡進行再分配，送出主備兩路信號至編碼器，如圖1所示。

每個頻道配置7路輸入信號，視頻服務器主備硬盤信號各1路；VIPS服務器墊片信號1路；高清總控矩陣輸出信號4路，其中2路經過延時器和幀同步卡，用于外來高清信號延時直播使用；另外2路信號，只經過幀同步卡，用于外來高清信號不延時直播和延時前的監看使用。系統設有專用的技監切換器，用于各個關鍵節點的監看和監聽。

播控系統采用Miranda切換器以及Miranda周邊設備，切換器的輸入信號標配為16路，用于連接視頻服務器、墊片以及其他外來信號源，完成節目的切換。數字視分卡、幀同步、鍵混卡等各型板卡均使用Miranda的。機箱采用Miranda DENSITE3機箱，均為雙電源冗余配置，并配有網管模塊，可集中管控。

(5)非專職資料員使用的計算機，數據導出端口應全部封閉，只有專職資料員使用的計算機有數據導出功能，全網計算機數據由“一個口子”導出。

3 播控工作站控制方式

播控工作站采用主備工作站方式，在視頻服務器和工作站之間增加一個422倒換器，通過GPI觸發控制開關來自動倒換。主備工作站通過倒換器連接受控設備，在進行切換時，同時參考系統時間與同步脈沖，可以精確發送控制命令。如圖2所示，正常播出時，422倒換器接通主控制通道，主播控工作站控制主備視頻服務器，備播控工作站通過芯跳線檢測主工作站是否正常運行。當發現主工作站出現異常時，馬上會通過GPI命令觸發422倒換器，將所有受控設備的鏈路切換到備播控工作站，無縫接管所有受控設備的主控制權，確保節目安全播出。這種主備方式在視頻服務器和工作站之間建立了交叉控制機制，避免一臺工作站出現故障而影響一臺服務器的正常工作。若備播控工作站同時出現異常，則會自動切換到應急預案墊片。同時，為方便掌握系統狀態，工作人員可以進行手動倒換，更直觀地排除故障。

4 播出與全臺互聯設計

在計算機網絡技術的支持下，播出系統不再是一個單一的節點。新建的高清播出系統，是全臺網中最重要的末端環節，它可以通過全臺主干平臺與臺內其他子業務系統互聯，實現文件化、流程化的節目送播，提供相應的元數據信息和接口，能夠在制作工作站獲取現有主干平臺總編模塊的節目代碼和提交節目關門時間，從而實現在制作工作站上一鍵式提交送播節目。該平臺采用業內規范的ESB+EMB的雙總線結構，即面向服務的體系結構進行互聯架構。

圖1 視音頻簡圖

圖2 工作站控制方式

播出系統與各個子系統通過主干互聯的模式基本相同，下面以播出與制作系統互聯為例進行介紹，如圖3所示。

流程說明：①制作系統準備好一個備播節目后，會調用播出系統的“節目備播就緒通知”服務；②通過ESB將申請發給播出GMP服務器，告知播出系統一個節目已經備播就緒，GMP收到申請后，先在視頻服務器、二級存儲、媒資內對該素材進行查重，如果沒有該素材，則答復制作系統可以上傳該節目；③GMP通知EMB將素材遷移至播出二級存儲體；④技審服務器對進入播出備播庫的文件進行自動技審和人工復檢；⑤技審和復檢通過的素材將被播出同步服務器（Manager和Actor）按照頻道屬性，遷移至各自的主備視頻服務器，至此完成整個備播流程。

對于遷移系統而言，不需要關注具體的時間及業務遷移策略，這些調度由GMP來實現，遷移Manager只需要接收遷移任務即可，它要關注的策略為任務分配策略，比如：當排隊任務數量較多時，解決任務下發的負載均衡問題，還有所有節目如何排隊，緊急節目的優先遷移問題等，從而確保多臺遷移Actor可以在最合理的任務分配機制下完成數目眾多的遷移任務。

5 質量保證體系

播出系統與全臺通過主干平臺互聯，必須保證節目文件從制作完成到存儲、傳輸，最后播出都要準確無誤，質量保證體系在此發揮了重要的作用。它不是孤立工作的，在整個備播流程中，它與制作節目生產系統、媒資系統、播出備播系統、視頻服務器等環節有著密切的聯系，就保證在這幾個環節傳輸處理中不會出現問題，如圖4所示。

在業務上如果全部采用人工手段是不可行的，因此在每個環節都制定了自動的技術保證措施，保證每個環節的文件安全。

5.1 MD5校驗

用來保證進入播出系統的節目文件與傳輸前原文件的一致性，外網通過主干平臺傳到播出備播接口緩存（一級備播）的素材，要經過MD5校驗。在文件生成時就會同時產生一個存有MD5校驗碼的文件，接收到的文件后再做MD5運算，得到的計算結果與發送的校驗碼作對比，如果一致就認為文件沒有出錯，否則說明文件在傳輸過程有丟失或者是文件遭到破壞，告訴發起任務端，文件發送失敗，同時告訴失敗原因。校驗通過，根據備播策略遷移至二級備緩存。

圖3 制播互聯流程

圖4 質量保證體系

5.2 自動技審

播出系統配置了自動技審服務器，對通過互聯系統提交的素材文件，完成自動審核任務。審核內容包括視頻中的黑場、彩條、藍底、綠底、靜幀、臺標、YUV 超標等項目和音頻中關于靜音、破音、VU、電平、不可聽與相位等項目，以保證該素材文件的視音頻技術質量。審核結束后會生產審核報告，為前臺人工審核提供參考。這樣既滿足了系統的流程自動化要求，也可減少相關人員的工作量。

5.3 人工復檢/人工審看

對于沒有通過自動技審的素材文件，系統將生成人工審核任務，工作人員根據審核報告對故障點進行再次確認。如果素材確實存在問題，需要退回修改再重新傳輸或上載，如果確認無誤，通過人工審核，可以進行播出。

5.4 頭尾檢測/播前審看

頭尾檢測的重點是檢查播出視頻服務器上待播節目文件的可用性，確保能夠正常播出。

6 結語

華數求索高清頻道播出系統從試運行開始至今兩年多，播出質量穩定，系統安全可靠，給廣大觀眾帶來了美妙的視覺享受。系統的硬件設備和應用軟件能滿足系統每天24小時穩定運行，Omneon視頻服務器性能穩定、擴展模塊眾多，使播出系統的建設變得簡單。數據傳輸方式的多樣性也給未來系統擴容提供了更多選擇，與全臺網的互聯互通更加方便，也能實現與全臺媒資系統、主干交換平臺及其他業務板塊無縫連接。通過此頻道的搭建和運維，也為今后其他高清甚至4K頻道播出系統的設計、使用提供了寶貴的經驗。

方芳（1982-），男，漢族，浙江永嘉人，本科，研究方向：安播系統的整體架構和工作原理。