廣播電視臺電視播控系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)

摘要：本文首先分析了廣播電視臺電視播控系統(tǒng)設(shè)計原則，其次從系統(tǒng)整體架構(gòu)、總控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計方案、IP播出系統(tǒng)設(shè)計方案等方面提出了廣播電視臺電視播控中心系統(tǒng)設(shè)計方案，最后為確保設(shè)計有效實現(xiàn)，并達到預(yù)期系統(tǒng)建設(shè)目標，筆者還提出了維護與風(fēng)險防護的具體措施，以供廣大工作者參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：廣播電視臺；電視播控系統(tǒng)；設(shè)計辦法；維護措施

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電視技術(shù)的快速發(fā)展，電視節(jié)目經(jīng)歷了從模型到數(shù)據(jù)、從磁帶到文件、從標清到高清晰度等多個階段，目前正在朝著4K甚至8K的超高清晰度方向發(fā)展。作為實現(xiàn)這一目標的重要環(huán)節(jié)，廣播電視臺的播控系統(tǒng)設(shè)計尤為重要。因此，基于廣電總控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷，對廣播電視臺電視播控系統(tǒng)設(shè)計要點以及實現(xiàn)措施進行重點分析，已成為當前廣播電視行業(yè)發(fā)展的熱點話題。

一、廣播電視臺電視播控系統(tǒng)設(shè)計原則

（一）標準與先進

系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)需全部符合工業(yè)標準，所選設(shè)備也要技術(shù)領(lǐng)先且運行穩(wěn)定。采用的IP播控系統(tǒng)也要符合當前廣播電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的 SMPTE 2110標準，從而順應(yīng)未來廣播電視產(chǎn)業(yè)前進方向。

（二）安全和可靠

系統(tǒng)部件需保障長時間穩(wěn)定運行效果，并具有冗余的備用設(shè)計，不存在饋點、單一等問題。同時采用虛擬化技術(shù)提高系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和突發(fā)事件的反應(yīng)能力。此外，需建立信息安全防范體系，保證系統(tǒng)通過三級等保評估。

（三）操作易維護

廣播電視臺電視播控系統(tǒng)其界面簡潔，操作流程清晰，監(jiān)督管理功能趨于完善。同時，針對虛擬服務(wù)的分布部署，可以實現(xiàn)在線故障的修復(fù)，加速業(yè)務(wù)負荷的再生，進而實現(xiàn)高效率的自動化維護。

（四）經(jīng)濟易推廣

采用虛擬技術(shù)，可以有效降低設(shè)備的布線和硬件費用，提高系統(tǒng)的綜合性能。通用IT設(shè)備所占比例較高，具有良好的推廣前景與使用空間。

（五）開放易融合

廣播電視臺電視播控系統(tǒng)軟硬件設(shè)計采用開放式模塊設(shè)計，并使用通用的界面，以此確保該系統(tǒng)達到可伸縮性的規(guī)定要求，實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫對接和數(shù)據(jù)共享的使用目標，易融合于其他系統(tǒng)。

二、廣播電視臺電視播控中心系統(tǒng)設(shè)計方案

（一）系統(tǒng)整體架構(gòu)

整個體系結(jié)構(gòu)包括總控調(diào)度、IP播出、IP災(zāi)備、編碼復(fù)用傳輸、信息安全和媒體發(fā)行等板塊。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

①網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該架構(gòu)包括IP流轉(zhuǎn)播網(wǎng)、數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)。其中，IP流轉(zhuǎn)播網(wǎng)由兩層葉脊結(jié)構(gòu)組成，主要的主干交換器交換能力為64.32/256 Tbps，分組轉(zhuǎn)發(fā)速率8400/72000 Mpps。在此，利用防火墻模塊將編單與廣告播放兩大子系統(tǒng)相連接。采用IGMP萬兆交換層為基礎(chǔ)的IP流廣播網(wǎng)絡(luò)，確保節(jié)目流達到穩(wěn)定輸出效果。

②二級存儲。針對5節(jié)點的EMCX210，其集群物理能力TBEMCX210有5個節(jié)點；原來5節(jié)點EMCX210的二級存儲器被擴充到了6個節(jié)點，具有216 TB的物理能力。2組集群相互備份，并能實時地進行自動鏡像。

③遠程IP災(zāi)備系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括1個刀盒、5個刀片服務(wù)器、72 TB高速緩存、萬兆光交換機以及IP網(wǎng)關(guān)、編碼器、商業(yè)交換機等。本系統(tǒng)在15公里開外，通過5G連接，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、控制和監(jiān)測信息的雙向傳送。

④編碼復(fù)用傳輸。編碼復(fù)用裝置和光鏈路都為冗余備份設(shè)計，配置了ST2110IP編碼器2臺，HD-SDI編碼器2臺，DCM多路轉(zhuǎn)換器3臺（2臺供主備用輸出信號多路傳輸，1臺供10路 High信號回送），“高清”水印和下轉(zhuǎn)換（壓縮方式）的編碼器。復(fù)用TS數(shù)據(jù)流由光鏈路傳送到有線網(wǎng)絡(luò)和2個發(fā)射站。

⑤信息安全：系統(tǒng)信息安全的設(shè)計目的是滿足三級等保的需求，保證業(yè)務(wù)流程和外部的功能模塊的安全、可靠的工作。針對防火墻以及堡壘主機、日志審計（數(shù)據(jù)庫審計、信息安全審計）等內(nèi)容，需在系統(tǒng)設(shè)計過程中，努力實現(xiàn)邊界保護，身份識別等效果，以此確保信息安全。

（二）總控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計方案

①本系統(tǒng)采用2個萬兆SDN交換機，支持PTP協(xié)議，25GbE光纖接口，構(gòu)成主備用IP總控SDN調(diào)度，交換機容量3.6Tbps，分組轉(zhuǎn)發(fā)速率2700Mpps，延450ns，通過100 GbE連接到廣播 SDN，外圍包含 SDN控制， IP網(wǎng)關(guān)， IP多劃分， IP延遲等。其中21個IP網(wǎng)關(guān)承擔(dān)著信號的轉(zhuǎn)換，并利用SDI矩陣進行數(shù)據(jù)傳輸。

②在非壓縮IP流調(diào)度中，有源切換、路由切換、目標切換三種方案，其中切換為IP網(wǎng)關(guān)、IP轉(zhuǎn)播虛機等目標終端設(shè)備：在接收到切換命令之后，目標終端設(shè)備可以請求“是否進入或離開相應(yīng)的多播數(shù)據(jù)包”， SDN開關(guān)會向 SDN交換器增加切換組播數(shù)據(jù)，并從被轉(zhuǎn)換的多播流中退出。

SDN交換器在接收到 IGMP請求之后，在流表中尋找流表項是否匹配，如果存在，將被轉(zhuǎn)換組播流與被轉(zhuǎn)換組播流同步發(fā)送至目的端，這時，目標端同時接收兩個組播流。在此需通過 PTP對幀進行定位，然后按照多播包頭的幀端識別來確定其邊界，并使IP流能夠準確地進行轉(zhuǎn)換。切換之后，被轉(zhuǎn)接的多點傳送流會從所屬的組中移出。通過模擬接口，值班人員能夠?qū)崿F(xiàn)IP信號的調(diào)度，其操作流程與傳統(tǒng)矩陣相同。但是，在目標端同時出現(xiàn)兩個碼流，將會占用兩倍的帶寬，所以要控制目標端的信號數(shù)目，以防止由于端口阻塞而導(dǎo)致的信號中斷。

③根據(jù)現(xiàn)場需要，購買具有 PTP功能的北斗雙模時鐘和同步信號發(fā)生器，并與原來的 GPS時鐘和同步信號產(chǎn)生裝置進行了備份。采購 IP/SDI介質(zhì)分析儀，進行信號分析與監(jiān)控。

（三）IP播出系統(tǒng)設(shè)計方案

①基于ST 2110的IP播出系統(tǒng)技術(shù)方案：SMPTE2110系列標準包含：ST2110-10 （System Coding和定義）、ST2110-20 （未壓縮的有效視頻）、 PCM DAVM （ST2110-30）、ST2110-40 （視頻流成形和輔助數(shù)據(jù)），在此過程中，依據(jù)音頻、視頻、副數(shù)據(jù)流使其成為獨立、同步，且各自通過不同路徑實現(xiàn)傳送機制，在終端上還可實現(xiàn)同步效果。并且可簡化字幕、標題、多語種的處理，從而提高了帶寬的利用率。

A：四選一應(yīng)用IP和 SDI。IP廣播中的每一個頻道都可以配備1-2臺四選一的 IP調(diào)制，以保證節(jié)目的穩(wěn)定播放。

B：高清字幕系統(tǒng)。使用高清 SDI/IP網(wǎng)絡(luò)字幕機，不僅可以支持傳統(tǒng)的字幕制作、播出功能，還應(yīng)該支持 NDI協(xié)議。該系統(tǒng)可以采用分布式體系結(jié)構(gòu)，并可以建立一個單獨的數(shù)據(jù)庫[1]。

C：SDI播出系統(tǒng)。在原有的5個多路高清電視服務(wù)器中，兩個主頻道保持“四選一”的模式，剩下的則是16×2+4個選擇。保持原來的上傳/審核頻道，包括手工審核媒體上傳和文檔播放。此外，還配備了8部緊急情況下的緊急廣播電視。

②IP播出系統(tǒng)軟件設(shè)計。IP廣播軟件采用了基于數(shù)據(jù)庫的分布式架構(gòu)，并支持 C/S、 B/S模式，對實時性要求高的廣播和控制軟件采用 C/S，對靈活度高的業(yè)務(wù)軟件采用 B/S架構(gòu)[2]。

③可視化智能監(jiān)控方案。IP系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的基帶系統(tǒng)，可以極大地簡化設(shè)備和線路，但也增加了突發(fā)事件的處理和定位的難度，所以，在 IP系統(tǒng)中，要建立智能化、可視化的運行監(jiān)測體系，并按照其追溯機制，依靠強大的后臺服務(wù)和資源達到最優(yōu)化的監(jiān)控效果。

針對監(jiān)控方案的設(shè)計，需保持設(shè)備級、信號級、文件級等流程，并形成多維度立體監(jiān)視與顯示的功能，在此也實現(xiàn)了全鏈路的可視化顯示。通過引入深度學(xué)習(xí)技術(shù)，實現(xiàn)了廣播電視總播出系統(tǒng)的智能化運行，為廣播業(yè)務(wù)的安全運行提供了有力的保障。

A：可視化監(jiān)控。通過對 IP和 SDI全鏈路的關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)據(jù)采集和檢測，達到了可視化的監(jiān)視目的。如圖2所示，在各個廣播鏈路中心采集點處，將其轉(zhuǎn)換成NDI低碼流，完成圖像顯示，并協(xié)助顯示信號流向、電流狀態(tài)等，從而達到快速故障定位的目的。具體關(guān)鍵點如下：

IP連接，每個通道設(shè)置5個關(guān)鍵節(jié)點：主/備虛機、四選一主/備 IP、16×2SDI系統(tǒng)、交換IP轉(zhuǎn)接IP信號、主通道新增央視1套、1600高清錄像機。IP緊急隔離器的所有連接共用。

SDI連接，每條通道有8個關(guān)鍵節(jié)點：主/備視頻服務(wù)器，HD-SDI轉(zhuǎn)換站或16x2，主/備IP四選一 SDI輸出， SDI四選一輸出，視分，標清 PGM。SDI緊急隔離器的信號分享。

B：智能播出應(yīng)急響應(yīng)。在數(shù)據(jù)錄入、日志審核、歷史處理等方面，需要對突發(fā)事件進行分析，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)智能播報的應(yīng)急反應(yīng)進行深度學(xué)習(xí)、分析、統(tǒng)計、歸納[3]。

三、電視廣播總控系統(tǒng)運行維護風(fēng)險的應(yīng)對措施

（一）針對一般風(fēng)險的應(yīng)對措施

針對電視廣播總控系統(tǒng)的運行維護，需保證有線傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可視化，需達到監(jiān)聽監(jiān)看的效果，在維護過程中，以衛(wèi)星天線，防止5 G干擾，防止雷擊接地；加強項目文件技術(shù)審核、項目準備等方面的交流和協(xié)調(diào)；對違反規(guī)定、處理不及時等風(fēng)險進行處理；對值班員工進行月度、季度、節(jié)假日、專項等多種形式的培訓(xùn)，強化員工風(fēng)險意識，并要求員工做好有關(guān)的安全隱患記錄。

（二）針對低級風(fēng)險的應(yīng)對措施

制訂與播出業(yè)務(wù)鏈條相關(guān)的內(nèi)容，其中包括編排、制作以及錄播、上傳等，其全鏈條需滿足規(guī)章制度要求，并與日常考核相結(jié)合，規(guī)范自身的經(jīng)營行為；完善錄播、直播以及送播等基礎(chǔ)流程的管理制度，在制定與強化安保措施時需保障各個部門的協(xié)調(diào)溝通性；做好各個工作站的正常重啟工作；負責(zé)系統(tǒng)日常維護、設(shè)備運行狀況的檢查，針對每日檢查與記錄進行完善；為了應(yīng)對5G應(yīng)用的普遍干擾，針對5G網(wǎng)絡(luò)需部署好C波段抗干擾濾波器、窄帶高頻頭等設(shè)備，但因新建設(shè)的5G基站其布點因素?zé)o法把控，為此需關(guān)注新布點對其產(chǎn)生的影響，并建立好有關(guān)的應(yīng)急處理機制[4]。

（三）針對中級風(fēng)險的應(yīng)對措施

制訂特殊的緊急情況計劃和反應(yīng)程序，定期或不定期地進行風(fēng)險提示其中還需包括總結(jié)、加強交換機以及視頻服務(wù)器等內(nèi)容，針對二級存儲、視分板卡等關(guān)鍵設(shè)備進行例行的維修與巡視，運用智能技術(shù)對其進行實時的預(yù)報和預(yù)警；做好日常的數(shù)據(jù)庫備份與整理工作；確保檔案轉(zhuǎn)移及檔案處理工作的平穩(wěn)進行。

（四）針對高級風(fēng)險的應(yīng)對措施

針對高級風(fēng)險的應(yīng)對措施，需考慮到重大安全風(fēng)險點等問題，雖然發(fā)生概率較小，但若發(fā)生會對播控系統(tǒng)的影響具有破壞性和全局性，并有可能引起重大的廣播安全事件。除了做好本部門的預(yù)警工作之外，必須完成所有的低級預(yù)警，并制定專門的應(yīng)急方案和技術(shù)措施，如有必要，請專家進行評估和論證，具體如下：

①網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。按照《廣播電視相關(guān)信息系統(tǒng)安全等級保護定級指南》（GD/J 037-2011）要求，加強三級等保信息安全體系的建設(shè)，并與各信息技術(shù)中心及設(shè)備制造商進行溝通交流，確保其可為廣播系統(tǒng)總體播控提供技術(shù)支撐[5]。

②惡意代碼方面。避免出現(xiàn)病毒、惡意代碼。例如蠕蟲病毒、挖礦病毒等，對安全播放系統(tǒng)造成一定的負面影響。需配置防病毒網(wǎng)關(guān)，對來自臺內(nèi)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的惡意代碼進行攻擊和擴散，并在訪問系統(tǒng)與廣播系統(tǒng)的連接上添加一道防火墻。在此過程中，還需保持信息技術(shù)中心的專業(yè)支持與指導(dǎo)。

③審計和監(jiān)控方面。針對用戶、客戶以及安全策略等實施管理，在此還需保障客戶端升級、計算機注冊以及實時報警等管理措施，需完善立體防護計劃，確保第一時間可發(fā)現(xiàn)風(fēng)險隱患。

④主機安全方面。各服務(wù)器、工作站根據(jù)需要安裝反病毒軟件，更新病毒庫，清除病毒，關(guān)閉不需要的端口和服務(wù)，每隔半年進行一次集中掃描，進行漏洞修補。

⑤應(yīng)用安全方面。主要設(shè)備冗余度、系統(tǒng)更新和文檔的輸出均由單一方式進行。應(yīng)用系統(tǒng)的使用者賬號進行加密儲存，導(dǎo)入輸出檔案媒體后可使用有關(guān)設(shè)備完成導(dǎo)出。

⑥數(shù)據(jù)安全方面。利用多個存儲系統(tǒng)對介質(zhì)文件進行分層存儲，并將多個介質(zhì)文件的拷貝進行備份，在此過程中可對FTP傳輸?shù)奈募M行MD5檢查，以避免數(shù)據(jù)被篡改。數(shù)據(jù)庫應(yīng)當使用冗余系統(tǒng)，并將應(yīng)用程序服務(wù)器和重要工作站的數(shù)據(jù)備份到本地。

四、結(jié)束語

綜上所述，傳媒融合廣播控制系統(tǒng)采用SMPTE 2110標準，利用服務(wù)虛擬化和分布式計算技術(shù)，構(gòu)建“雙 IP+ SDI”的混合電視播控系統(tǒng)。該系統(tǒng)沒有單一的潰點，具有很好的可操作性和可維護性，且能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的資源調(diào)度和管理。同時還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字視頻、音頻和數(shù)據(jù)的無縫傳輸，保證高質(zhì)量、高效率、可擴展的廣播傳輸。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)是一種非常優(yōu)秀的創(chuàng)新，為融合媒體播控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了可靠的平臺，充分體現(xiàn)了先進的技術(shù)、穩(wěn)定的性能、易用的操作和推廣的經(jīng)濟性。

作者單位：仝瑞 菏澤市廣播電視臺

參 "考 "文 "獻

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