西藏廣播電視臺高標清同播播出系統設計

王 強 劉中華 張 驥

（作者單位：西藏廣播電視臺）

《國家新聞出版廣電總局關于加快推進高清電視發展的通知》明確要求“到2020年，省級和較發達地級臺基本實現高清化，地級（含）以上臺主要頻道實現高標清同播”。目前，除西藏廣播電視臺外，全國省級電視臺已全部實現高清制作與播出。現階段，西藏廣播電視臺節目錄制、播出還在使用標清技術，絕大部分設備為標清設備，不能兼容高清系統，無法滿足高清節目錄制的技術要求。

作為主流傳統媒體，西藏廣播電視臺正進一步加強陣地建設，加快高清化改造進程，推動事業高質量發展，進一步豐富熒屏內容，提高節目質量，提升宣傳效果，以更好地滿足群眾日益增長的高質量收視需求，高清化制播建設迫在眉睫、勢在必行。

西藏廣播電視臺電視高清化制播建設項目重點在于電視高清節目播出頻道系統的升級改造，本次新建1套3個頻道的全高清數字硬盤播出系統，1套144×144規模的全高清數字總控系統以及相應配套的整備系統、網絡安全系統、播出安全管控及監測系統、編碼傳輸系統及監測系統等[1]。由于西藏廣播電視臺高清化建設起步較晚，與其他臺前期設計的高清播出系統相比，西藏廣播電視臺采用了更為先進的ALLIN-ONE視頻服務器作為信號鏈路的第三備份，同時增加自動化預播功能和一致性比對等技術[2]，大大增加了系統的安全性。

按照計劃，該高清播出系統于2022年10月1日正式上線試播。

1 系統整體框架

高標清同播系統設計時[3-4]，根據廣電總局62號令安全播出的相關要求，以“總體規劃、分步實施、瞄準先進、平穩過渡”為總設計原則。節目播出的主要環節配備了安全可靠的備份系統，播出方式以全硬盤播出為主，充分考慮系統的安全性、可用性、先進性、兼容性和可擴展性等。

系統能夠實現3個頻道的在線高標清同播，具備整備系統、硬盤播出系統、分控系統、總控系統、傳輸系統等業務模塊，具備全局監控系統和三級等保安全模塊，具備完善的節目質量保障機制，同時，系統還能夠通過介質、文件等方式實現節目整備和播出[5]。播出鏈路采用“主備+異構第三備（ALL-IN-ONE）”全冗余架構，核心設備采用主備、熱備或鏡像機制，系統無單一崩潰點，保證播出安全。

標清播出信號采用高清信號末級下變換的架構，下變換選用擠壓方式，變換模式為標清720×576，畫幅16∶9。

交換網絡采用純以太網形式，“核心層+接入層”按雙層星形方式部署，核心層配備互為主備的萬兆核心交換機，接入層交換機通過萬兆鏈路連接到主備萬兆核心交換機，系統內按業務分類進行虛擬局域網（Virtual LAN，VLAN）劃分。

建設面向全臺的文件化整備系統，由整備系統實現全臺待播節目的匯聚，通過“自動+人工”相結合的方式對節目技術質量與內容進行審查。整備系統采用媒體處理資源池架構，除具備校驗、技審、轉碼、遷移等基本能力外，還具備對計算能力、帶寬資源的合理應用，以提升系統效率。系統整體架構如圖1 所示：

圖1 高標清同播系統架構圖

2 系統主要配置設計

2.1 視頻服務器冗余與應急播出設計

（1）系統配置2臺進口的Harmoni MediaCenter視頻服務器，作為3個頻道的主備播出服務器，同時每個頻道各配置1臺國產AII IN ONE視頻服務器，用于3個頻道第三備異構高清播出。

其中，ALL-IN-ONE架構，具備獨立控制客戶端，內置臺標與圖文疊加功能，為每個頻道輸出疊加獨立的臺標，可對外來高清基帶（HD-SDI）信號進行切換，也可在本地素材信號與外來信號間進行切換；支持HD-SDI、標清基帶（SD-SDI）、網絡三種信號格式同時輸出，并支持內部自動上變換或下變換實時輸出；支持高標清同步播出，支持MXF、MPG主流視頻格式，支持MPEG-2/H.264視頻格式編碼，支持MPEG1-Layer2/AAC音頻格式編碼；配置瀏覽器服務（Brower Server，BS）管理客戶端，在網絡中任意實現監控、設置；配置專業的視頻服務器監控頁面，實時監控服務器運行狀態。

（2）每個頻道配置1臺墊片信號循環播放器，提供墊片應急播放。

（3）配置1臺T2-錄像機，作為文件化應急設備，用于應急播出移動介質中的文件。

主、備、第三備AII IN ONE播出服務器鏈路信號通過3選1的倒換器進行信號切換，達到三路播出信號的自動切換，確保安全播出。其冗余關系如圖2 所示：

圖2 播出服務器鏈路冗余關系圖

2.2 頻道分控架構設計

播出頻道分控系統采用主備切換器架構，主備服務器信號、錄像機信號、直播/轉播信號、應急/墊片信號以及總控調度信號分別同時接入主、備切換器，形成兩條獨立的信號主備路由，并采用主備鍵控器為兩條鏈路分別上臺標和字幕。第三備采用ALL IN ONE架構，末級采用主備高清3選1切換開關，同時接入主鏈路、備鏈路、第三備服務器信號，實現3路信號的應急切換功能。采用末級下變換的方式輸出主備兩路標清播出信號。對播出鏈路上的每一級有源設備前后端均配置跳線口。播出鏈路如圖3所示（圖中的DA為視頻分配器，FRS為幀同步設備）：

圖3 播出鏈路圖

2.3 播出控制系統設計

播出控制系統采用主備相互接管模式，為每個頻道配置了主備2臺播出控制機和2臺RS-422倒換開關。正常情況下，主播控軟件通過主RS-422倒換開關控制主視頻服務器、主播出切換器和主鍵混器等設備，備播控軟件通過備RS-422倒換開關控制備視頻服務器、備播出切換器和備鍵混器等設備，實現主備分離鏡像控制結構。主備播出控制機和主備RS-422倒換開關之間控制線路全部采用交叉連接，當主控制機出現故障時，備控制機可接管所有設備的控制權，備控制機出現故障時主控制機具備同樣的應急功能，每頻道配置1臺第三備播出控制機，控制第三備播出服務器解碼通道。最大化保證系統的高安全性和靈活性。

將應急錄像機等設備全部接入主RS-422倒換開關，正常情況下受控于主播出控制機，當出現主控制機故障時，備控制機可接管全部應急播放設備的控制權。

播出控制機采用高度為1 RU（1RU=4.445 cm）的機架式工作站平臺，并配置冗余雙電源。所有的播出控制主機均部署在設備機房，并通過鼠標、鍵盤、顯示器延長器將鼠標鍵盤、顯示信號和音頻信號延長至播控機房操作臺工位，以保證控制機主機能夠得到最好的環境制冷效果，降低故障率，延長主機使用壽命。

播出控制架構如圖4所示：

圖4 播出控制架構圖

2.4 自動化預播技審設計

為提升播前質量管理水平，實現全自動預播流程，本次設計引入了自動化預播技審技術。通過建立完備的播前質量審核和自動化預播，對所有新到達播出視頻服務器的本地播出文件進行監控，將新到達的文件列入預播節目單，實現播放任務自動分配，并按播出時間的緊迫程度進行自動化排序，多個頻道占用1個播出服務器通道，根據節目類型對該節目進行1∶1或者頭中尾自動化播放，7×24小時自動運行，離開播時間越近的排單優先級越高，不需要人員長期值守。同時，將播放信號傳送至信號技審系統，能夠實時監測信號異態，對預播節目進行信號檢測，記錄黑場、靜幀、信號丟失等故障，并提供人工審看流程功能，可實現顯示預播狀態與文件技審狀態，驗證最終播出文件的可播性。有嚴重故障直接報警，沒有嚴重故障則將所有異態記錄。在視頻服務器審片時，可以調用該預播信號技審結果和文件自動技審結果，預播復查工作站可以集成“文件技審”和“信號技審”兩次檢測的結果，合并進行審核檢查。在目前部署條件下，上載人員只需要去上載機房復查預播結果即可一次性完成終審。

2.5 一致性比對檢測系統設計

為穩步推進播出系統智慧化建設，本次設計為高標清同播系統配置2臺多路HD/SD-SDI信號一致性比對檢測服務器，3只控制面板，智能監管與應急輔助軟件模塊，組成“安全播出智能監管與應急輔助系統”，實現播控值機“哨兵”，應急處置“參謀”等功能。

針對HD/SD-SDI信號一致性比對檢測的取點位置，選擇每個頻道高清3×1倒換開關前級的主路、備路、第三備信號進行循環比對，檢測出信號故障后向播出值班人員迅速、準確報警，并提示具體切換動作或通過控制面板直接控制3×1倒換開關進行自動切換，提高播出應急速度。

針對播出末級PGM信號監錄的取點位置，選擇每個頻道的主備2路高清末級PGM信號進行實時檢測和監錄，實現7×24小時不間斷監錄和檢測報警功能，采用2 Mb/s碼率H.264編碼，支持分辨率轉換，支持傳輸流（Transport Steam，TS）封裝，錄制文件保存在檢測服務器本地硬盤中，保存時間不少于6個月。一致性比對系統架構如圖5所示（圖中HDA為高清視頻信號，SDA為標清視頻信號，GPIO為通用輸入/輸出口）：

圖5 一致性比對系統架構

一致性比對服務器提供信號檢測、比對、監錄、報警信息推送、視頻流推送等功能。一致性控制面板提供自動、手動控制倒換開關切換、在播狀態顯示、聲光報警等功能。客戶端工作站接收服務器推送的視頻流并實時顯示視頻畫面，接收報警信息并提供語音報警。

視音頻一致性比對的自動切換功能具備快速響應能力。對于幀級故障的自動切換任務（如彩條），實現1 s內完成故障監測及自動切換；對于延遲生效的自動切換任務（如黑場），實現2 s內完成故障監測及自動切換，或根據設定的切換閾值自動切換。

由于需要7×24小時運行且執行自動切換，本系統采用高端品牌機架式服務器平臺和廣電專業輸入/輸出（ I/O ）卡，以確保系統穩定性和硬件的售后服務。采用“CPU+IO卡”技術，在服務器內完成信號一致性比對、信號異態檢測、故障判斷、報警、切換命令發送等任務，采用線程級通信以規避通信延遲和丟失風險，提高故障判斷的準確性、穩定性。

一致性比對面板采用通用輸入/輸出口( General Purpose Input Output，GPIO）控制4×1設備，可以通過通用輸出口（ General Purpose Output，GPO）獲取設備狀態確定是否正確切換，且切換返回有日志記錄。面板掉電時依然可以通過通用輸入口（General Purpose Input，GPI）觸發4×1模塊。同時，軟件系統關閉不影響面板操作，軟件掉線或者4×1切換器掉線，面板會立刻聲光報警。

3 結語

西藏廣播電視臺為達到國家廣電總局關于省級臺實現高清化、主要頻道實施高標清同播的相關要求，在2022年3月完成了西藏廣播電視臺電視高清化制播建設項目的立項、招標等工作。目前項目建設推進順利，已于2022年10月1日正式上線試播。本項目新建一套高標清同播播出系統和一套全高清數字總控系統，同時擁有相配套的整備系統、網絡安全系統、播出安全管控及監測系統、編碼傳輸系統及監測系統等，通過高清下變化的方式實現高標清同播。