播出視頻服務器技術架構的發展趨勢

馬云峰

吉林省德惠廣播電視臺 吉林 德惠 130300

引言

很多地方電視臺的播出視頻服務器網絡從播出機房落差搭建至今已經十年了,中間雖然經過了小型升級,部分設備更新換代,總體的結構一直沒有改變。經過近十年來的使用,設備已經相對落后,存在安全隱患；另一方面,隨著視頻服務器的更新換代,頻道的增加和視頻清晰度的提高,對網絡的帶寬和處理能力要求進一步提高,原有網絡的承載力和穩定度需要進一步優化。播出中視頻服務器網絡的穩定,對播出安全至關重要,因此經過反復討論和研究后,我們決定優化播出網絡結構,保證播出的穩定和安全。

1 傳統廣播電視架構方案

改革開放以來,我國廣電事業迅速發展,在全球化的當今時代,廣播電視逐漸走上產業化和集團化的道路。由于廣播電視是文化產業的重要組成部分,廣播電視產業應積極響應文化大發展、大繁榮的號召,深化內部體制改革,推動產業結構優化升級,實現健康可持續發展。

此前,廣播電視傳統設備廠商提供的產品大部分都是基于ARM、DSP、FPGA等嵌入式芯片處理數據的單一功能硬件產品。整個播出鏈路每一個功能的實現都靠一臺設備來完成。

信號從前置調度矩陣傳輸到播出服務器,服務器將此信號進行轉播,轉播出的信號要經過高標清上下變換器、臺標字幕機、編碼器等設備才能最終進入后端的復用、加擾、調制等環節。

但這種方式已經滿足不了廣播電視快速發展的腳步。隨著內容質量的快速發展,現在信號分辨率已經從標清、高清升級到4K、VR乃至將來的8K等。傳統同軸電纜傳輸高質量、高碼率的信號已顯得力不從心。如果想在云端架設播出,傳統設備完全無用武之地。實現云端播出必須將傳統功能通過軟件實現,這樣才可以解決以上問題。由于傳統方案的設備節點多,其出現設備故障的風險也就越高。每增加一個功能,就需要多部署一臺設備,風險也就增加一分。

2 視頻服務器播出系統改進

2.1 素材檢查錯誤 播出控制軟件會自動對視頻服務器進行素材檢查,自動素材檢查分為兩種,第一種是小范圍時素材檢查,時間范圍是節目開播前3小時；第二種是全單間斷素材檢查,間隔時間是可配置的。當視頻服務器中素材存在錯誤,如不存在或素材短的情況,直接將錯誤條目錯誤報警輸出到提示信息中心的窗口并加以聲音報警,如在節目開播前還未修復素材錯誤,則軟件會自動控制切換設備切換到素材狀態正常的信號源上。

2.2 視頻服務器應急備份源改進 基于地方電視臺節目播出的實際需求,視頻服務器播出系統的應急備份源需要改進,并且與視頻播出系統之間保持各自獨立的狀態。實際上,應急備份源在電視臺播出系統中并不常常使用,長期保持在備用狀態,因此,應急備份源的相關指標設置并不一定要與主服務器保持同等高度,一般能夠保證電視節目播出圖像、聲音正常繼續即可。應急備份源應與原系統相脫離,并且采取單機硬盤的模式,也就是利用單獨計算機來配備編解碼卡,通過時間點控制的方式,同主服務器之間保持一致。在這一情況下,一旦主服務器出現故障,如死機等問題,應急備份源快速接入,從而能夠保證播出系統完全正常,不會出現視頻切中斷的現象。此外,應急備份源的使用頻率較低,電視臺處于成本控制因素,可以采取碼流較小的模式,并且將編解碼卡的指標也降低,在保證視頻播出質量的前提下,避免資源浪費。

2.3 視頻服務器播出系統自動切換改進 視頻服務器播出系統自動切換的改進實際上指的是在主服務器出現死機等故障后,備用服務器能夠完成自動切換,從而保證電視節目播出的無縫銜接。如果服務器運行中出現故障,視頻播放出現無視頻信號,在這一情況下,視頻鎖相電路會從輸出端輸出低電平,隨后這一情況將會被電路識別,應急備份源隨之會自動接入其中,節目的正常播出不會受到干擾。相反,如果視頻服務器運作正常,電路電平按照正常路徑運行,主服務器負責電視節目的播出,備份應急系統則仍然處于備用狀態中,不會干擾到視頻的正常播放進度。這一改進方案所遵循的思路是在上傳的視頻信號中進行信號識別,由鎖相相關電路進行低電平轉換,通過電路的轉換完成系統自動切換。

3 未來廣播電視架構發展趨勢

3.1 IP化發展 IP的全稱是InternetProtocol,IP化就是互聯網化。進一步說,IP化就是開放,就是交互化、去中心化。傳統電視臺舊的內容生產發行模式、舊的內容控制和傳播體制隨著互聯網的高速發展勢必要向IP化靠攏。

3.2 All－in－One以及平臺化發展 今天的廣播電視正處于變革的時代,特別是人們對4K的推崇和熱衷很高,傳統的基于SDI的播出解決方案已經不能滿足廣播電視高清化的需求。伴隨著高清和4K的發展,IP技術的成熟為傳統廣電向IP化過渡帶來了新的挑戰和機會,在廣播電視行業播出端以及鏈路傳輸端將呈現如下發展趨勢。

(1)信號拓撲方案趨向通用方案。2014年,廣播電視IP化剛剛起步,SMPTE2022－6標準剛剛提出。但經過幾年的發展,PC通用設備發展已相當完善,并有更好的發展趨勢。IP化技術也已非常成熟,典型代表是SDN交換機技術。用一個PC架構的通用標準方案,基本能夠覆蓋大部分電視臺的需求。

(2)播控專業化硬件向“通用PC＋軟件”方向發展,并有虛擬化和云化趨勢。近年來,隨著傳統播控方式發生改變,新興的播控廠家都不再基于專業視頻服務器開發,而是更多地基于PC架構來設計視頻服務器。專業化的硬件向通用PC發展,并逐漸在虛擬化和云上部署。自動控制系統、切換矩陣、鍵混、切換開關燈設備直接被通用的PC設備所替代,所有功能都通過軟件來實現。

(3)視頻服務器向All－in－One方向發展。播出作為電視臺業務的最后環節,在電視臺技術系統中占有重要地位。隨著數字電視、高清晰度電視的出現,播出已經進入了一個全新時代,具有繼承播控能力、圖文渲染能力、矩陣能力、上下變換能力的播出服務器逐漸成為主流。

服務器廠商都在使用All－in－One模式,這種模式在4K解決方案以及云播出方案中具有優勢。將所有控制、轉播、調度、鍵控、信號切換、上下變換等功能全部在一臺服務器中實現,也是走向云播出技術的基礎。

(4)平臺化發展方向。隨著近年來云端技術的快速發展,很多私有云、專有云、公有云如雨后春筍般出現,為廣播電視在云平臺上實現播出奠定了技術基礎。各個廠家分別推出云平臺解決方案,國內一些省臺以及購物頻道已紛紛開始嘗試云端播出。隨著平臺化技術的愈加完善、IP技術的更加成熟,平臺化發展方向必定是一個大趨勢。

結語

文件播出已成為電視播出中占比最高的部分,探討如何建設一個安全、高效率、更穩定的視頻服務器播出架構是我們長期的任務和目標,電視臺新址播出系統從設計之初就以播出安全為首要目標,創新性地引入了多種安全保障措施,本套視頻服務器系統自建成以來運行穩定,應急手段方便有效,可為文件化時代的播出安全設計提供一定的參考。