高標清同步播出系統建設的關鍵問題與解決方案

劉 鳴

（太原廣播電視臺，山西 太原 030021）

0 引言

國家廣播電視總局《關于加快推進高清電視發展的通知》要求各級廣播影視部門采取有力措施，加大工作力度，做好高清電視發展各項工作。通知明確高清電視要按照“鼓勵發展，統籌兼顧”的原則和規模化、集約化的要求，堅持從播出到傳輸、接收環節一體化發展，提高廣播電視整體服務水平，發展高清電視。地市廣播電視臺現階段一般采取現有頻道高標清同播過渡方式，來積極穩妥推進。

一般來說，建設高標清同播播出系統雖然都有滿足全鏈路高清節目制作和媒體資源管理的環境，但高標同播系統仍需滿足部分標清節目的播出需求，所以高標清同播系統需要實現高清和標清兩種格式節目的上載和導入，以及輸出高清和標清兩種傳輸給有線網路的信號。

在高標清同播播出系統的實際建設中，需要注意幾個問題及對應的解決方案，這樣能夠在建設高標清同播播出系統時，思路清晰、少走彎路，避免一些建設的無謂投入，最關鍵的是保證安全播出和電視用戶有較好觀看體驗。

1 播出系統架構的選擇

具有使用率越來越高、擴展性高、資源部署快速等優點的IP播出新技術現階段已經成熟，優勢非常大，但傳統數字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）架構相當穩定，一些地市臺播出人員對IP播出新技術、應用安全等方面掌握較差，仍習慣于SDI監看方式。因此，選擇使用SDI架構還是IP架構，是播出系統建設面臨的第一個問題。

為了兼顧兩個架構的優點，經過調查研究分析，提出一個思路，即IP+SDI的異構方式，結構如圖1所示。兩種架構一起建設，互為備份，提高了安全性，也為播出人員了解新技術提供了環境。

圖1 SDI+IP異構框架

具體可以設計成兩路SDI和兩路IP信號通過主備4選1倒換器進行共4路信號的切換。其中，SDI主備服務器信號檢測自動切換，手動應急優先；主備路4×1倒換器需具有斷電旁通和行同步的功能，這樣實現了系統無單一潰點。

SDI與IP使用不同的總控調度方式。SDI鏈路使用總控矩陣作為傳統SDI信號的總控信號調度，需支持高標清信號的調度；IP鏈路需萬兆級交換機，通過IP網關卡可對高標清SDI over IP信號進行調度，重要信號輸入IP網關卡，網關卡輸出給各分控，通過控制軟件進行信號的調度控制，并有硬件面板快捷切換。兩套總控調度系統互為主備，輸出接入到分控視音頻系統中，確保信號調 度的安全[1]。

2 系統格式及參數

高標清同播系統在整個流程中需要有統一的格式，所以在考慮高標清規范和設備性能等因素后，需要制定統一的信號、元數據及媒體文件的格式，推薦格式和相關參數如表1～表3所示。

表1 信號格式

表2 元數據格式

表3 媒體文件格式

3 節目送播方式

建設高標清同播播出系統，高清的制作系統和媒資系統是必需的。高清制作系統、媒資系統與播出系統通過網絡達到送播是一種方式；現階段各地市臺基本淘汰了或者在逐步淘汰錄像帶上載方式，因此還有必要根據實際錄像帶使用量來確定部署若干錄像帶上載工作站；另外，還有送播節目文件通過硬盤等移動存儲設備人工送至播出機房的方式，也需考慮。因此，送播方式至少需要考慮這三種：制作網、媒資網視頻文件通過網絡傳到播出系統、視頻文件外部介質通過隔離盒進行導入以及傳統錄像帶上載[2]。

制作網、媒資網送播文件經過防火墻路由將文件擺渡到播出系統的送播系統，導入工作人員確定后人工進行導入，之后的流程與視頻文件通過隔離盒進行文件導入相同。整個導入流程需要進行技審、轉碼及審核等步驟，然后自動遷移到目標存儲，送播系統工作流程如圖2所示。

圖2 送播系統工作流程

傳統錄像帶上載方式需要通過硬件采集卡生成視頻文件，之后與文件導入流程一樣，最終遷移至目標存儲。

4 保證網絡系統運行穩定的策略

現階段全國播出系統網絡化工作都已基本完成，作為整個播出系統的重要基礎環節，網絡使用的可靠性與穩定性關乎整個播出系統能否正常工作，關乎整個播出系統是否會頻繁出現故障，對安全播出產生直接影響。如何保證網絡運行可靠穩定，是播出系統建設的一項重要課題。

為此，提出以下應對方法供參考：為減少單點失效，交換機采用負荷或流量分擔方式，對服務器、存儲，防火墻分別采用合適的的策略；服務器硬件、操作系統及應用軟件的安全運行保障、故障自動檢測/報警/排除等使用專用網絡。

本文以使用7臺交換機的播出系統為例，此系統采用主備交換機+主備網段的設計。網絡系統總共設計4個網段，分別為189、188、187和186網段，其中189網段交換機2臺做堆疊，用于素材傳輸；2臺188網段交換機做堆疊用于數據傳輸，2臺187網段用做主備控制交換機，186網段是設備監控及管理交換機網段。189和188網段是核心網絡，這兩個網段同時工作時分別傳輸素材和傳輸數據，但同時也能互相做主備（一個網段斷開，另外一個會自動接管其工作）。所有交換機沒有進行任何其他特殊設置且單獨隔離，實現網絡分流且保證播出安全。

5 網絡安全三級等保的實現

網絡信息安全等級保護是國家信息安全保障的基本制度。2018年6月27日，公安部發布《網絡安全等級保護條例（征求意見稿）》（簡稱“等保”），提出播出網絡安全是播出系統的基礎，至關重要；要求網絡有充分的安全措施，以保障網絡服務的可用性和網絡信息的完整性；要把網絡安全層、信息服務器安全層、數據庫安全層、信息傳輸安全層作為一個系統工程來考慮。網絡安全應包含數據安全、病毒預防、網絡安全層以及操作系統安全。

本文以圖3的網絡安全為三級等保的實例進行分析。制作網和媒資網的網絡通過線路分別設置兩臺防火墻，對傳輸的素材進行掃描、殺毒，并通過黑白名單進行過濾，防止一些不符合播出標準的素材傳入播出內部網絡。通過防火墻后，利用網閘進行網絡安全過濾，確保素材安全后才可以傳入播出內部系統。同時，在播出內部系統的交換機上連接三級等保安全設備，如數據庫審計保證數據庫的安全，日志審計，保存播出內部系統的日志文件；運維堡壘機用于整個播出系統的用戶管理等。通過統一認證對接，解決用戶的身份識別、驗證授權、服務授權等安全問題。用戶登錄遵循用戶名唯一、密碼唯一的原則。用戶登錄時的全部認證工作都在業務支撐平臺進行。系統能夠按照部門、賬戶等統計存儲策略分配情況、存儲空間使用情況，便于進行統一規劃。系統設計具備完善的網絡安全設備和控制機制，嚴格管理各級各類登錄密碼，控制遠程撥號功能，防止外部非法和惡意訪問造成損失。

6 高標清節目上下變換方案

目前我國電視節目播出正處在從標清向高清播出過渡階段，包括中央電視臺、北京、上海東方臺等地方衛視都推出了高標清同播的電視節目，但在近期要使高清頻道的節目完全采用高清素材播出是不現實的，尤其是包含新聞類節目的頻道，很難保證全部使用高清素材，因此，高標清上、下變換技術的應用將長時期存在。高標清之間的上、下變換比較復雜，因為它不僅是信號格式的變換，還涉及到圖像寬高比的變換。高標清變換在高標清同播播出系統的如下兩個環節中使用[3-4]。

（1）文件導入或服務器播出時，標清文件需要轉換成高清格式，這是上變換，有兩種方式可以實現。

方式一：標清素材可通過上載導入實現，在上載或導入軟件中選擇高碼率采集30～50 Mb·s-1， 播出服務器選拉伸16∶9播出，即可實現高清16∶9格式1080/50i高清播出。

方式二：標清素材正常采集，服務器采用強制上變換播出，即可實現高清16∶9格式1080/50i高清播出，這種方式需要播出服務器具有強制高清播出功能。

（2）播出系統信號輸出給有線網絡前，高清信號將進行下變換，高清與下變換后的標清信號一同送給有線網絡實現高標同播。具體可在分控末級使用下變換器，對高清主備PGM信號進行下變換，現階段我國家用電視多數為16∶9的長寬比，原4∶3長寬比電視已逐漸淘汰，因此建議幅形比為16∶9的高清信號進行擠壓下變換到4∶3輸出，這樣我國現多數采用16∶9電視機的觀眾在收視時電視機自動拉伸，還原到16∶9的原比例，多數人可以獲得較好的收視體驗。

7 實現播出控制的方式

在實際播出中，播控工作站需要對分控、周邊設備進行控制動作。由于IP技術迅速發展，利用IP網絡的高穩定性和高時效性對被控端的各分控、周邊設備進行安全高效的控制，也是現階段一種主流的控制方式[5]。

本文分析一種IP播出控制系統，主要設備為IP轉RS-232/RS-422網絡集中控制器，以播控工作站為發控端，通過這個網絡集中控制器的Real COM/TTY端口，將發控端及被控端的信號全都接轉成網絡IP信號，通過IP達到控制。這種方式有以下兩個優點。

（1）基于IP方式的協議使端口共享得以實現，發控端與被控端只要是能接收的、端口是絕對放開的、通信協議是暢通的，它們就不受空間、位置等影響，可以與對方進行通信與控制，端口與端口之間的轉換非常便捷。網絡中的任何一臺播控機都可以通過IP轉RS-232/RS-422網絡集中控制器上的任意一個串口控制相應設備。

（2）實現了對RS-422設備的精確控制，在系統中，所有播出控制工作站可以方便地通過網絡完成對視頻服務器、錄像機、切換器、鍵混及臺標等設備的精確控制。正常播出情況下，播控機通過網絡控制視頻服務器實現精確到幀的節目播出，同時播控機通過RS-422服務器隨時可以控制切換臺、切換器以及應急錄像機，在需要時準確地控制切換器切換到需要播出的通道實現自動播出切換。

總體來說，IP轉RS-232/RS-422網絡集中控制方式比傳統RS-422控制更具便捷性和精準性。利用這些特點，可以方便地設計出播出控制的架構，來滿足播出控制的安全性。IP轉RS-232/RS-422網絡集中控制架構如圖4所示，這種架構有兩個可以提高安全性的特點。

圖4 IP轉RS-232/RS-422網絡集中控制架構

（1）主備控制鏈路，播控工作站通過主備控制網絡及串口服務器組成的控制鏈路與視頻服務器、切換矩陣、鍵控等周邊硬件連接，這樣主備播出控制不存在單一崩潰點。

（2）循環播出控制，播控工作站全都通過交換機連接至控制器，能夠實現系統內任意一臺播控工作站均可以對所有的頻道進行播出單調整、發送，并控制切換器、應急VTR等周邊設備，完成信號切換，保障安全播出，因此每一臺播控工作站均可以作為其他播控的備份，即“循環備份”。

8 播出系統軟件設計的需求

播出軟件是播出功能實現的核心，它是維系播出正常運轉的最為重要的環節之一。高標清同播播出系統使用的播出軟件需要具有穩定可靠的特點，來確保播出系統的安全播出。選擇播出軟件時，一定要考慮軟件設計的幾個方面：

（1）需要有較強的網絡和軟件系統管理能力；

（2）需要具備完善的權限管理、日志管理、素材管理功能，系統不僅通過身份驗證實現對使用者的訪問控制，還要能通過權限設置、用戶授權等控制用戶對信息的訪問，使用戶只能使用和看到其權限、業務范圍內的功能和信息；

（3）播出軟件需要具有良好的人機互動界面，所有軟件采用中文界面，方便值班人員操作；

（4）備播出網絡系統控制軟件設計需能夠提供開放的軟件接口協議，提供與主播控系統聯通的 接口。

以一套建立在以網絡數據庫為中心的分布式應用系統上的自動播出軟件系統為例進行分析。此播出軟件采用模塊化軟件結構、開放型軟件平臺，各功能模塊既相對獨立又協調一致，緊密配合，具有先進的管理機制，安全的操作流程。主要模塊有節目串聯單編輯模塊、節目上載模塊、節目審看軟件、播出編輯、控制模塊、播前審看/應急上載軟件模塊、存儲管理軟件、網絡校時軟件、廣告串編模塊、自動技審模塊、系統功能管理模塊以及播出統計模塊等，結構如圖5所示。各個模塊可以通過配置文件或菜單的方式進行系統靈活配置，能夠對服務器和其他主要播出設備運行狀態進行實時檢測、顯示及故障報警，具有遠程故障診斷功能。這些基本播出功能，可以在選擇播出軟件時作為參考。

圖5 播出系統軟件的模塊化結構

9 結語

建設高標清同播播出系統需要多總結、多研究、多分享，需要充分認識發展高清電視的重要意義，高度重視電視數字化，按照國家廣播電視總局“十三五”廣播電視技術發展規劃部署，根據國家廣播電視總局關于加快推進高標清電視同播總體要求，在高標清同播播出系統建設中一定要嚴格遵循高標清同播相關技術規范，按照安全、穩定、先進、實用的原則，建設具有前瞻性、可擴展性、高兼容性的高標清同播系統。本文從業務工作的實際需求出發，總結了播出系統架構選擇、系統格式及參數、節目送播方式、保證網絡系統運行穩定的策略、網絡安全等保的實現、高標清上下變換方案以及實現播出控制的方法和播出系統軟件設計需求等7個關鍵問題，并在全臺網建設理念的指導下，選擇了一些成熟的技術，提出了解決方案，供相關技術人員探討，為高標清同播項目建設的順利實施提供有 效保障。