高標清同播系統方案設計

劉 鳴

（太原廣播電視臺，山西 太原 030021）

0 引 言

目前，播出系統高清化技術已經日趨成熟。我國一些市級電視臺的技術平臺與當前高清的行業主流存在斷層差距，嚴重影響收視效果和市場競爭力[1]。按照行業政策及技術發展要求，到2020年，省級和較發達地級電視臺基本實現高清化，高清頻道成主流播出模式。國家廣播電視總局“十三五”規劃也明確要求，市級以上電視臺在2021年以前基本實現高清化。太原廣播電視臺根據標清機房現狀和整體長遠規劃，通過充分調研，以實際情況為依托，在保證不停機的情況下對高標清同播系統進行設計，并圓滿完成施工建設和上線播出。

1 總體設計

太原廣播電視臺高標清同播系統建設項目，是在標清機房同樓層建設一個新高清機房，并增設2個高清頻道的傳統HD-SDI播出系統和2個高清IP備播系統。建成后的新系統承擔著2個頻道的高清標清同步（含IP備播）播出任務。太原廣播電視臺高標清同播播出系統是以傳統HD-SDI高清視頻播出服務器技術和高清基帶IP虛擬化播出服務器技術為核心共同搭建的播出技術架構，SDI和IP服務器各有主備兩臺，可實現每個播出頻道4路播出信號互備，可以實現對所有播出業務的統一管理、統一調度及統一應用，播控技術更加先進，集約化程度更加緊密，信號調度和擴展能力更加靈活，安全防護措施更加完善，為安全播出打下了堅實的技術基礎。

本文介紹的主要設計包括播控系統框架設計、核心設備數據庫設計、播出控制系統設計、軟件部分設計以及總控分控系統設計。整體設計思路根據兩個高清頻道的節目上載、高標清節目同步播出、信號調度等功能需求，考慮系統需具備擴充能力，方便剩余頻道的高清化改造。

2 子系統設計

2.1 播控系統框架設計

播控系統采用主備SDI+主備IP服務器技術架構，如圖1所示。其中，主備SDI服務器為兩臺Harmonic視頻服務器，兩臺IP系統由虛擬化平臺搭建，以此實現異構方式的安全播出。為完成太原廣播電視臺2個頻道高標清同步播出的任務，結合臺內實際情況，傳統SDI信號+SDI over IP的異構方式較為安全可靠[2]。

圖1 播控系統框架設計

為了實現系統無單一潰點，系統中末級設計了主備4選1倒換器，當SDI主備與IP主備異構系統檢測到一路播出鏈路信號不正常時，系統會自動切換到下一路信號，也可以進行手動應急切換，手動切換優先于自動切換。4選1倒換器輸入的前兩路為SDI主備路帶字幕的播出信號，第三、四路為IP主備路播出信號。主備路4×1倒換器具有斷電旁通和行同步的功能。

2.2 核心設備數據庫設計

數據庫是整個播出系統數據的核心，其安全可靠性要求非常高。在數據庫的存儲硬盤中，采用RAID技術，能夠在保證數據安全的同時滿足應急需要[3]。主備數據庫之間通過連接的心跳線保持同步，通過熱備集群技術實現數據同步。這樣，主數據庫出現故障后，備數據庫可以迅速接管工作。為了數據庫各功能的安全，本系統專門配置符合廣電要求的安全和應急策略。

本次項目的數據庫系統設計能夠滿足7×24小時安全運行，主備數據庫采用可靠冗余容錯體系結構，安裝正版雙機熱備份軟件，主/備數據庫切換可自動進行，也可以手動進行。平時兩臺主機同時運行，各自進行自己的工作，同時互相監測對方的運行情況。當一臺主機監測到另一臺主機發生故障，會迅速接管故障主機，保證工作仍正常進行。

2.3 播出控制系統設計

2.3.1 播出控制主備鏈路的架構設計

2.3.1.1 主備控制鏈路

播出控制系統不存在單一崩潰點，主備控制鏈路不會產生因一條鏈路故障造成無法控制的現象[4]。主備控制網絡及串口服務器組成的控制鏈路，控制著視頻服務器、播控主備機、矩陣及鍵混等周邊設備。由于使用串口進行控制，避免了網絡病毒的風險。

2.3.1.2 循環播出控制

系統采用循環備份播出控制的理念，即每一臺播控機均可以作為其他播控的備份機，原理是任意一臺播控機都可以對所有的頻道進行播出單的修改、發送，而且任意一臺播控機都可以控制任意頻道的切換器、應急VTR等周邊設備[5]。這樣，當有一臺播控機出現故障，其他任意播控機通過簡單設置即可完成故障頻道的信號切換。可以看出，這種設計在保障安全播出中，具有成本低、安全性高的特點。

2.3.2 分控、周邊硬件設備IP播出控制的實現方式

IP控制的特點是網絡高穩定性和高時效性，能安全高效地控制分控的周邊設備。此系統中，發控端播控工作站通過MOXA IP轉RS-232/RS-422網絡集中控制器的Real COM/TTY端口，接轉成網絡IP信號，IP信號通過控制網絡交換機到MOXA串口服務器，通過MOXA轉換為串口信號來控制切換矩陣和周邊設備等，實現IP控制，如圖2所示。

圖2 IP控制架構

播控工作站實現自動播出切換，首先是通過網絡控制視頻服務器按照節目單一條接一條地進行硬盤播出，在需要時，播控工作站的IP控制信號通過MOXA服務器轉換成串口信號控制切換器，切換出同時被播控工作站控制的周邊設備輸出的信號。其控制原理如圖3所示。

圖3 通過串口服務器控制周邊設備方式

2.4 軟件部分設計

播出軟件是安全播出生命線維持正常運轉的重要部分。此系統使用的格非MagiLive播出軟件，通過網絡管理功能對素材、用戶權限及日志等進行管理，軟件與主播出系統同步。此播出軟件設計的中文界面友好、便于操作，值班人員使用體驗良好。

該軟件通過模塊化細分各工作流程，首先在“節目單編輯”軟件中完成節目單的編輯、修改、審核及保存，素材通過“上載”軟件，按照對應節目單中欄目名稱上載到視頻服務器或存儲體中；“播出”軟件按照節目單時間順序播出對應視頻，播出軟件界面中可以看到節目是否存在、是否準備就緒。該軟件系統可靠性、可用性及可維護性較高。軟件模塊工作流程如圖4所示。

圖4 軟件模塊工作流程圖

2.5 總控、分控系統設計

整個播出系統的公共信號調度稱為總控信號調度部分。播出系統正常工作時，它的工作任務是調度、處理、分配有關播出的各種視音頻信號，如中央臺信號、硬盤信號、播控PGM信號、演播室信號、測試圖信號、墊片及其他外來信號，這些信號有時參與播出的直接輸出。本系統為了信號監管者使用方便，利用科學的播放調度程序對信號流程進行監控，在對信號進行調度時，能夠實現實時快速切換，確保信號源的質量與精準。系統對重點信號源實施監控，能夠確保信號源的安全性，并且已切換至頻道播出的信號也會有實時監控，避免出現誤操作，以便及時處理。總控系統的信號周邊設備主要有數字視頻分配器、模擬視頻分配器、測試圖發生器、數字幀同步機、墊片服務器以及視頻格式轉換卡等。

總控系統龐大，分控系統則功能強大。分控系統的任務是對主備硬盤播出信號及外來信號進行切換、臺標字幕疊加，實現兩個頻道高標清同步播出。播出分控系統鏈路采用冗余設計，無單一崩潰點。信號通路關鍵節點加裝跳線裝置，作用是能應急跳過故障設備和判斷故障節點。每個頻道末級PGM信號配置專業監聽音箱和大畫面顯示。關鍵設備具備掉電直通能力，信號切換畫面平滑、音頻無噪音。各頻道主備板卡的獨立機箱、遙控面板、多畫面分割器均采用雙電源設計。主備設備的同步源不來源于同一級視分板卡，所有周邊機箱的熱插拔板卡均采用前插式安裝，方便更換、維修。數字信號分配及通道信號的處理主要由分控系統的周邊設備完成，主要設備有分控機箱、4選1倒換器、數字視分、數字鍵混器、臺標以及字幕機等。

整個播出系統還有其他周邊一些設備，如時鐘和同步、監看的電視墻、技術監看設備、衛星接收機以及安全播出智能輔助系統等。

總控和分控的所有周邊設備的技術指標都達到了國家廣播電視總局的相關標準。通過系統網絡監控接口可以對設備進行遠程遙控和監控，支持簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol，SNMP），配置的網絡設備檢測模塊和開放協議接口方便對其他廠家設備進行控制和監控；通過SNMP網絡遠端設備，實時監測機箱板卡模塊的工作狀態和參數。為了確保總控周邊機箱安全、穩定工作，所有機箱全部安裝了雙電源和風扇，散熱、防塵功能良好，有充分的冗余空間。

太原廣播電視臺2個高標清同播頻道的角標、游走字幕等日常工作由網絡字幕機完成，設備的選型和配置滿足臺內的需求，包含KEY/FILL輸出，支持任意位置的游動字幕，支持靜態圖片和TGA序列角標的播出、臺標和時鐘的播出，具有字幕模板等功能。字幕管理采用模板方式，能夠快速完成字幕的制作和播出。作為監看設備的電視墻，由畫面分割器和大屏監視器組成。監視畫面左側顯示嵌入音頻的VU音柱。電視墻能將畫面分割方案保存為模板，這樣，一旦分割信息丟失，能夠快速完成恢復。

3 結 語

太原廣播電視臺高標清同播系統采用兩臺SDI視頻服務器與兩臺IP虛擬化平臺進行搭建，選擇的核心設備數據庫和視頻服務器工作穩定，控制系統、軟件系統和總分控系統設計先進，具備完善的監控和應急處理手段，為高清標清同步播出運行提供了安全可靠的平臺。該系統建成后播出運行良好，播出質量達到標準，停播率為零。該系統設計先進，同時又兼顧了經濟性，完全按照國家廣播電視總局的標準設計，安全可靠、操作易維護，滿足了本臺兩個高標清同播頻道節目安全、優質播出的需要，能夠為其他地市級電視臺升級高清播出系統提供一些參考。