衡山縣電視臺高標清制播系統設計與應用

文/王海濱

目前，廣播電視技術已發展到數字化、網絡化、一體化時代，同時，高清數字電視是廣播電視技術發展的必然趨勢，是發展先進文化、滿足人民群眾精神文化各種需求的動力。

衡山縣電視臺的模擬標清制播設備從投入使用到現在已有十余年，但因資金原因沒有統一規劃建設，現有設備已老化陳舊，在節目制作和播出過程中故障率逐漸升高，不宜繼續使用。因此，針對這一問題需要盡快建立起一套新型的、高清的制播系統加以解決，這也是當前縣級電視臺的首要工作。現階段設施升級主要包括了高清制作非編網系統和高標清同播系統兩套系統，從而構成一套相對完整的高標清制播系統。

衡山縣電視臺按照國家高清電視建設規范，結合自身實際情況，搭建了一個高清數字化、采編播一體化的全臺網，一個集上載、制作、播出、工程打包、后臺渲染、節目編播、高標清同播等功能實現統一，并能實現整個電視臺95%以上業務的完善的電視臺制播系統，能夠滿足今后衡山縣級融媒體發展需要的先進平臺。

1.設計原則

在系統設計時，除了要具備一定的前瞻性和考慮未來各種工作的實用性以及兼容性，還要使其能夠滿足電視臺節目制作、播出的管理需要以及存儲需要。同時，這套系統的兼容性要能夠保證和電視臺當前的各種節目資源實現對接，這樣就能利用這套新型系統銜接各種標準節目，從而實現電視臺資源共享。

1.1 前瞻性原則

廣播電視相關專業技術產品不僅要能滿足當前制作、播放的各種要求，而且能在未來相當一段時間內做到系統的超前性，從而提升系統的使用壽命。如新媒體業務的發展與應用、轉播車項目的考慮等，應考慮到今后電視臺事業發展和新的業務領域。

1.2 先進性原則

在充分考慮網絡環境的可靠性、使用性以及高效性的基礎上，應盡可能利用先進的技術。在衡山縣電視臺整體的項目規劃以及設備選型上，必須要能夠達到我國廣播電視的相關標準，同時要契合國際電視技術的發展要求。在系統設計上，要盡可能的做好升級、擴展的準備，這樣就能較好地面對今后電視臺各項節目的升級和發展需要。

1.3 安全可靠性原則

一個可靠、安全、穩定的網絡結構對于一個電視臺的設備規劃的重要性是顯而易見的，在系統的安全性上，備份系統是不可缺少的，因此，備份系統必須要和主系統完全隔離，這樣即便主系統出現問題，備份系統不僅不會受到影響，而且能很快替代主系統實現切換。當然，系統在工作過程中需要有完善、嚴格的監控和管理，即便有故障出現，也不會影響電視臺相關工作的開展。

1.4 可擴展性原則

項目規劃考慮要有良好的升級性、擴展性，這樣就能夠保證電視臺有較大的空間為以后的新項目啟動和開展做好充足的準備，比如未來要向完全高清格式的平滑過渡、所用方案考慮未來技術升級及新的業務需求等。

1.5 實用高效性原則

衡山電視臺的節目制播方案所用到的制播系統以及各種軟硬件設備，都能夠有效地實現不同節目的制播要求以及各種節目調用的需求，也能夠實現電視臺各種節目格式的高清化、安全性高的存儲方式。并且系統能夠有效通過精確查找、模糊查找快速實現檢索，這樣就能夠高效地實現電視臺內部的資源調用。

1.6 標準開放性原則

通過使用標準化平臺，利用標準化規范模式，實現規范開發，通過這些規準的使用，就能較好地開發出一套標準化的制播系統。在衡山電視臺制播系統的開發中，很重視標準化原則和要求。

2.高標清制播系統設計方案

衡山電視臺所使用的高標清制播系統完全符合國家廣播電視要求，整套系統實際上是基于高清制作非編網系統和高標清同播系統兩套系統構成的。

圖1 衡山縣電視臺制博網系統拓補圖

2.1 高清制作非編網系統

廣電行業的非編網系統具有特殊性，需要考慮與大量AV設備的連接和海量視音頻文件的存取訪問，高清非編網的存儲系統是整套系統設計中的核心問題，這一設計對整套系統的性能、安全性、擴展性具有非常重要的意義。根據本臺實際情況，綜合考慮決定采用Ethernet+NAS的網絡結構，以先進的萬兆NAS存儲為基礎，核心交換機進行傳輸，高標清非編工作站進行數據交換。系統整套架構相對簡單，可靠性強，維護相對容易，維護成本低。這樣可保證系統能夠在相當一段時間充分滿足電視臺的發展需要，充分體現整套系統的價值，也有效延長了系統的使用壽命。

圖2 衡山縣廣播電視臺非編制作網系統拓補圖

2.1.1 系統平臺主要組成設備

中心存儲：采用1臺16盤位萬兆存儲節點，對外提供2個萬兆以太網接口通道，滿足高清節目制作要求；配置17塊4TB SATA硬盤，其中16塊采用RIAD6+S容錯方式，1塊做為冷備硬盤存儲，有效容量52TB。

節目制作工作站：系統中配置1臺高端包裝工作站，2臺有卡高清編輯工作站，8臺無卡高清編輯工作站。所有工作站之間實現素材、字幕、特技、節目項目文件的交互，實現協同工作，提高節目制作效率；后期還添置了6臺無卡高清編輯工作站，以滿足對節目制作的粗編要求，可擴展性功能很強。

2.1.2 存儲容量規劃

我們按照52TB的存儲空間配置，現有高清視音頻素材一般不超過50Mbps，完全滿足近五年的節目制作存儲需求，系統大約可存儲時間如下：

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2.1.3 非編系統工作站

高清電視在分辨率上基本是1920*1080，而且這種非編系統工作站充分考慮到了觀眾的視覺體驗，基于16:9的寬屏設計，而且還搭載了5.1立體聲，從而能夠讓廣大觀眾體驗到最先進的“視覺盛宴”。當然，要想能夠完美達到這種視聽效果，就需要在拍攝制作時，要保證拍攝畫面質量，同時在后期制作中不斷提升畫面質量。

在非編系統環境中，采用了主流的WIN 7環境，提升了各種復雜、時長超長的節目的響應速度。系統采用國內一線品牌的主流設備，采用第二代GP2U+Acc.渲染引擎，基于DirectX11架構。采用廣播級視音頻板卡，支持SD/HD SDI及模擬分量、復合等視頻接口，可用于高標清的制作和監看全流程。可輕松實現從立體聲混音到環繞聲及更復雜的音頻制作，能夠滿足所有后期音頻專業制作的需要。

2.1.4 視音頻采集

在視音頻采集上，通過使用采集卡實現信號的接收和轉換，然后將已經采集好的信號保存到硬盤中，最后通過編輯工具對資源進行編輯，最終成為電視臺資源數據庫中的一部分，方便用戶選擇和使用。

支持從XDCAM采集、從P2卡采集高清攝像機拍攝的高清視頻素材，支持導入素材、圖片等其他多媒體文件格式。

2.1.5 編輯制作功能

非編系統工作站支持軌內轉場、Trim修剪、曲線變速工具，具有更豐富、更實用、更高效的故事板編輯操作，有更多針對軌道的操作手段。

2.1.6 字幕系統功能

字幕系統以插件形式實現了字幕功能的內嵌，字幕插件獨有時碼軌設計，具有快捷方便的對白和滾屏制作工具，能更流暢地對高清字幕進行預覽，同時在時間線增加吸力設定，是一套真正具備三維字幕制作、高標清兼容的字幕制作系統。

2.1.7 非編資源管理

非編系統能夠很好地對電視臺的高標清素材、模板等資源實現統一管理，并且能夠應用于大型節目后期處理工作中。隨著以后制作的節目要求越來越高，節目形式也會越多樣化，協同工作可以很明顯地提高節目制作生產效率。并且對節目素材中的各種特技、模板可以隨意進行拆分或組合，從而能夠搭載、實現各種素材的調配、使用。同時，對于資源的種類，比如離線或在線素材都有相關的提示，這樣能夠方便用戶的使用。具備一個類似google工具欄的新工具，基于全文檢索的快速查找迅速定位資源。預制大量的音效素材，能隨時為節目增加正確的音效。支持修改特技模板和字幕模板樹結構，讓模板調用更方便。所有這些功能都是為了能高效率、高質量地完成電視節目高清制作而設計。

2.2 高標清同播系統

2.2.1 架構設計

衡山縣電視臺按照建設兩個頻道的播出系統且均為高標清同步播出進行設計。整個播出系統要求統一設計、美觀大方、配置科學、布局合理。并且系統還具備視頻播放的專用服務器以及相關的數據庫、上傳系統以及二級存儲系統和高清轉換系統等。

其中，播出服務器是整個系統的大腦，決定了播出系統的性能和安全，播控系統是對各種節目、廣告以及各種信息進行播出，在實踐中對于此系統的安全度要求相對較高。系統采用主備播出視頻服務器與播出控制設計架構。

圖3 系統采用主備播出視頻服務器與播出控制設計架構圖

2.2.2 高標清同播系統主要設備2.2.3 視頻播出服務器

設備名稱 數量 說明視頻服務器 1臺 實現2個頻道主播出， 2個頻道高清信號輸出播控工作站 1臺 實現2個頻道的控制上載編單工作站 3臺 用于總編室節目單上載審片編單播出周邊設備 1批滿足2個頻道高標清同播的周邊設備，包括播出切換器、多畫面監看、高清數字幀同步、高清音頻響度控制、高標清鍵混、高標清臺標、高清下變換等，支持轉播2路HDMI信號節目

采用廣播級視頻服務器產品，標準2RU通用原裝機架式服務器，基于最新主流服務器和媒體I/O技術，可同時支持多通道高清或標清播出，具有開放式的軟硬件平臺和標準的接口協議，系統能夠和當前的非線性節目、編輯網絡實現互通，通過這種互通從而成為一套穩定、安全、可靠的系統平臺。

播出服務器所有的主要硬件都能實現熱插拔，并且對系統的冗余電源能夠實現熱插拔，系統的磁盤陣列、風扇根據使用要求也都能實現熱插拔，通過這些設計，從而保證了硬件設備最大的可靠性和便利性。通過這些優良的系統管理、硬件品質性能，能很好地實現節目的零幀精準播放，而且在節目播放中做到24小時高質量播出。

2.2.4 數據庫系統

數據庫對于整套高標清系統非常重要，數據庫是對電視臺高標清系統的各種素材的有效管理，同時對節目單等數據的精準管理。因此，在對數據庫設計中，實現主數據庫和備份數據庫兩種。這樣即便主數據庫出現問題，備用數據庫能夠馬上切換，從而保證系統的正常運行。

數據庫系統的功能非常強大，不僅能夠實現電視臺信息管理，還能做到用戶、頻道、設備、廣告資源等管理，而且具有各種查詢功能，同時能偵測用戶操作流程的檢測。此外，數據庫具備了節目素材信息管理、系統配置管理，操作日志、播出日志管理，有效地保證了整個系統的安全性和高效率。

2.2.5 播出控制系統

在設計過程中，播控系統非常核心的應用就是熱備份技術，以及硬件系統的無單一崩潰點設計模式，通過使用上述技術，從而實現了電視臺在面對突發情況時，能夠妥善處理，有效保障系統的高安全性。

播出控制系統實際上是對關聯的工作站、服務器的軟件、硬件實現各種設置操作。衡山電視臺高標清播出控制工作站采用主備交叉備份方式控制視頻播出服務器、播出切換矩陣等設備池，使用相互配合進行調度，確保安全播出。任一播控工作站出現問題，由其他工作站接管并執行該頻道的播出控制工作。例如，主服務器出現問題，能夠自動切換到備播服務器，主備服務器都出問題，自動切換到應急信號播出；主播控出現問題時，備播控自動接管所有設備的控制權。

2.2.6 二級存儲系統

在設計系統的時候，為了保證系統的安全性，特別設計了二級存儲系統。結合衡山電視臺的實際情況，在硬盤存儲中使用基于DAS架構的二級存儲系統，這套系統的安全性很高，能夠保證電視臺節目數據的安全。

二級存儲系統是基于DAS架構，通過遷移服務器實現存儲陣列中的數據交換，同時能夠實現外部數據對存儲陣列的數據的使用；此外，在遷移過程中也能夠保證帶寬的穩定，這樣不會因為遷移需要的高負荷帶寬而影響到電視臺其他工作的進行。二級存儲系統具有很強大的冗余機制，并且該系統無單一潰點。此外，基于二級存儲架構的網絡環境，能有效提升存儲容量，提升遷移速度。并且遷移更加方便，僅僅將遷移服務器加入到二級存儲網絡中即可實現遷移。

節目上傳工作站將上載的節目送到二級存儲體中。遷移工作由服務器后臺自動管理，通過智能化遷移，可以了解到遷移的當前狀態、數據占用比，這樣就能很好地監測數據遷移中的負荷情況。

2.2.7 上載系統的設計

考慮到方便、實用、安全等因素，上載系統具備以下功能：分布的異地上傳模式與集中上載相結合。整個播出系統中素材上傳工作站配置3套，用于上傳專題、電視劇等節目，可分別適用于2個高標清頻道。

上傳審片及下載功能。上傳工作站可以在系統中實現素材的上傳和審核，并根據使用需要對上傳方式進行調整。比如，先上傳到服務器或者上傳到二級存儲陣列都可以，然后再實現遷移傳送到服務器上。上傳到服務器后的數據也可以直接使用。這種方式適用于那些要求較為嚴格的節目，比如新聞類、欄目類節目。上傳到二級存儲陣列，然后根據使用情況遷移到播出服務器后再進行播放的方式類型包括電視劇、電影、廣告等節目。

上傳服務器具備編輯、審核等功能，能夠實現對各種素材的編輯、審核、管理，同時，上傳服務器還能夠看到節目的長度、內容，而節目上傳時也能夠看到視頻是否已經進行過編碼的視頻信號。

圖5

2.2.8 應急切換系統

每個頻道采用8x2的播出切換器做播出切換。每個頻道的信號源主要有：每個頻道的主備服務器信號2路，其中，中央臺以及直播信號分別占用1路。如果主服務器出現問題，那么播出控制站會自動切換到備用播出服務器的信號，這樣就能將播出故障有效進行彌補。

2.2.9 高清下變換系統

高標清同播系統主要基于兩種實現方式：一種是通過相互獨立的高標清播出通道來實現播出；另外一種是基于高清信號實現信號的標清通道的同步播放。在本系統的使用是基于變換方式實現高標清播放。在系統中有兩種變換方式，包括了對直接播放的高清節目進行擠壓變換，還有一種對高清信號進行處理，從而轉變成標清節目進行播放。兩種下變換方式都可以在一體式切換設備中用軟件遠程進行控制，方便、快捷而且安全，達到了設計的初衷。

結語

衡山縣電視臺高標清制播系統自設計、建設完成至今，系統技術優秀，運行狀態總體良好，沒有出現過大的故障，達到并超過了預期的設計目標。整套系統的建成，使衡山縣電視臺高清頻道建設的制作、播出、存儲和傳輸技術系統全面實現了高清網絡化流程，能夠滿足衡山縣電視臺高清頻道100%高清節目的制作和播出要求，高標清同步播出，制播存流程主體運行流暢，實現了全部文件化互聯，即確保了高清節目制作的效率和質量，又最大程度地確保了高標清播出系統的安全。

高標清制播系統長期高效運行，除了布局設計合理、施工質量優良外離不開日常的維護和管理，更需要解決實際運行過程中發現的各種問題。改進提升高標清制播系統整體運行功效。一套真正意義上的高效、穩定、安全運行的衡山縣電視臺高標清制播系統，可為國內其他縣級臺提供可借鑒的模式，也為實現縣級融媒體戰略目標打下堅實的基礎。