電視播出系統IP網絡化架構方案探討

摘要：為更好地服務于四川省政企和人民群眾，電視中心規劃建設全新的廣播電視IP總控調度分發系統。系統整體符合IP化的技術發展趨勢，實現視音頻信號在各制播專業系統之間混合傳輸、交互、融合。充分體現IT資源特性，可簡化傳統廣電總控調度系統需要龐大規模設備構建問題，實現整體輕量化，具備強大的交換能力和擴展能力。本文對該系統的功能要求、模塊組成等進行分析，為各電視臺建設電視播出系統IP網絡化架構提供參考。

關鍵詞：電視播出系統；IP網絡化；系統架構方案

一、引言

數字電視是我國廣播電視發展的重要方向，根據國家的整體規劃，在數字電視的傳播網絡方面，會進一步將城市網以及農網進行并網。技術上，按照安全運維的標準，進行主備機房的隔離，并且進行災備措施。同時，在數字電視技術上，優化網絡路由架構、采用節目源IP化等手段，優化數字電視播出系統的網絡架構。在電視播出系統IP網絡化的過程中，通過獨立分配IP地址，不影響前端頻道的對應關系，同時通過分級管理的模式，對播出節目的重要性等級進行劃分。對應于不同等級的節目，采用指定的路由策略進行節目的分發。同時，當頻道出現故障時，切換到備用節目源，減少網絡的不穩定等問題。

為了更好地服務于四川省政企和人民群眾，電視中心規劃建設全新的廣播電視IP總控調度分發系統。該系統是電視中心貫徹中央《關于加快推進媒體深度融合發展的意見》文件精神的重要技術系統建設的一部分，是電視中心信號匯聚和調度分發的樞紐。為了兼顧現有業務和4K超高清及新媒體業務需求，需新建超高清IP信號調度系統。擬采用4K-UHD/HDR超高清系統，向下兼容HD/SDR高清系統，采用4K-UHD/IP的技術標準為主，基帶+IP 雙核心的架構。可滿足電視中心廣播電視播出系統、演播室、新聞演播室、直播間及新媒體等信號的調度和傳輸分發需求。系統整體符合IP化的技術發展趨勢，實現視音頻信號在各制播專業系統之間混合傳輸、交互、融合。充分體現IT資源特性，可簡化傳統廣電總控調度系統需要龐大規模設備構建問題，實現整體輕量化，具備強大的交換能力和擴展能力。

二、全IP化平臺分析

全 IP 化平臺的目標是結合計算機網絡與通信技術，對電視播出系統進行網絡架構的優化。通過全IP化，可以結合互聯網的相關模式對播放系統進行改進。同時，基于云平臺，可以有效地擴展原有網絡的基礎設施，提高播放系統的存儲性能、播放性能，實現對業務的擴展支持。并且，通過全IP化平臺，可以形成不同播放系統模塊的標準化制定，解耦模塊之間的關聯性，并且通過結合大數據以及人工智能等技術，推動電視播出業務的創新。

三、系統功能要求

①建成一個以全媒體節目分發為主要業務的全臺數字化、網絡化、IP 化的運營平臺。系統內無壓縮信號采SMPTE2110格式的 IP信號調度、分發和監看，包括 HD及UHD 信號；該系統可以實現SDI、SDIoIP 和壓縮域信號的調度與切換，實現無壓縮/壓縮IP信號、 SDI信號的 IP 分裝，解封裝以及調度切換和監看。

②可滿足電視中心X 個頻率直播間、9套高清電視頻道播出系統、4K超高清播出實驗系統、13個非新聞演播室、4個新聞演播室、收錄系統、新媒體的信號調度和傳輸分發需求。

③支持系統外接入無壓縮 IP流。

④所有信號調度的 IP接口帶寬滿足 10/25Gbps。

⑤轉換網關和多畫面支持符合SMPTE 2022-7 的雙發選收機制。

⑥SDN管理軟件具備對所有IP總控調度系統設備、軟件、網絡、業務流程的控制和監測功能。

⑦系統具備基于實時流的接收匯聚和封裝協議轉換系統。平臺能夠通過衛星接收、SDI 收錄、AES 收錄、IP 流收錄、5G 接收等途徑，完成各種類型的視音頻節目匯聚和交互（支持AoIP， SDIoIP），并輸出相應的IP 流，滿足其它系統對直播流的處理要求。

⑧可實現新媒體多屏直播業務、第三方直播內容交換、信號集中監錄、具備極為豐富的融媒生產節目源等，也可以將傳統演播室、直播間的直播變身為新媒體直播或其他應用。能夠通過調度，完成實時在線信號（各頻率、頻道在播信號、干凈信號、上下變換信號等）和直播信號（衛星，光纖，5G ，網絡推拉流等回傳信號，電視中心內各演播室信號，央視信號等）的調度分發工作，保障下游信號需求單位（傳統媒體、新媒體）的業務開展。

⑨當 IP調度平臺故障時，可通過直連轉換網關的方式應急，避免信號中斷。

四、系統功能模塊設計

為兼顧現有業務和新增IP業務需求，新建總控信號調度分發系統擬建一個基帶SDI+IP主備架構的調度系統（SDI架構為主，IP架構為備）。SDI調度矩陣設計規模為256*256，IP 交換機的交換能力據此設計，加一個壓縮域IP的主備架構的調度系統。工藝系統涵蓋以下子系統：①SDN管理系統；②矩陣調度系統；③光傳輸系統；④衛星傳輸系統；⑤網絡接收分發系統；⑥同步系統；⑦時鐘系統；⑧監看系統；⑨技術監測系統；⑩通話系統等。

五、系統架構設計

本文共設計了三種方案：方案一是成熟且性價比高的HD-SDI信號方案；方案二是基帶IP和HD-SDI信號的方案；方案三是全基帶IP方案。

整個方案本著安全第一、流程自動化、減少工作人員的操作難度和工作量的原則設計，即備份播出系統節目單、素材和字幕節目單只需要總編室一次作業，分別向9樓主播出和10樓備份播出送播。在備份播出不需要再次進行重新編單、素材入庫送播以及字幕單編輯。

另外，本系統與主播出系統是不同的制造商的系統軟件，真正的系統級異構備份，異構系統的各個組成部分具有自身的自治性，在實現數據共享的前提下，仍保留有自己的應用特性、完整特性和安全特性。兩個系統之間取長補短，能夠綜合發揮各自的優勢，能夠從根本上提高安全播出能力。

方案1：傳統的SDI架構

備份播出交換機與9樓播出交換機互聯組網，在備播與主播之間部署防火墻，為了滿足等保相關要求，需要將備播系統中的設備加入等保的安全管理中心中。傳統SDI網絡拓撲圖，如圖1所示。

在信號方面，采用冗余架構，配置哈雷Spectrum X視頻服務器，主備切換矩陣、主備鍵混器、主備三選一切換開關。系統完全按照雙鏈路設計，無單一崩潰點。

方案2：IP+SDI架構

采用主路為IP，備路為SDI信號的模式，IP信號滿足SMPTE ST2110的標準，主路的末級IP信號經IPG轉換為SDI后接入三選一開關。配備IP和SDI同播的字幕機，信號流程圖，如圖2所示。

方案3：全IP架構

由于預算有限，本項目的全IP方案中，其中兩個頻道采用哈雷視頻服務器+GV切換臺的方案。剩下兩個頻道采用正奇視頻服務器，通過字幕機將FILL和KEY信號流接入視頻服務器的ALL IN ONE架構。全IP系統網絡圖，如圖3所示：

全IP信號流程圖，如圖4所示。

全SMPTE IP架構播控系統的業務范圍如圖5所示，系統包括以下子系統：播出系統、整備系統、編單系統、輔助系統、監管系統。

播出系統主要是播控軟件根據節目單控制視頻服務器和切換設備完成信號切換播出，分為常規播出、應急播出。常規播出為常態下的切換臺視頻服務器播出，應急播出指機動備份播出、墊片播出。播出系統與總控系統以IP信號交互，接收總控系統調度過來的信號；播出系統與整備通過交換文件進行交互；播出視頻服務通過接受交換的文件，播出相關視頻等內容；編單系統控制播出系統的節目安排。而播出系統還需要由輔助系統提供支持，比如記錄日志信息、各類統計信息等。監管系統負責監控播出系統的過程，對各項參數進行收集與分析。

內部優勢：人力資源充足、研發能力較強、營銷渠道較廣、組織資源豐富、供應鏈較為健全

內部劣勢：IP授權過度集中、品牌影響力不足、自營渠道規模有限、自營渠道粉絲轉化率較低、客戶忠誠度較低。

視頻系統主要設備主要包括IP矩陣、IPG、IP字幕機、IP多畫面、IP播出視頻服務器、IP倒換器、信號監聽監看、信號監測報警、信號一致性比對、信號監控收錄等設備。

語音系統主要包括分控切換矩陣、鍵控器、播出視頻服務器、基帶四選一倒換器、信號監聽監看、信號監測報警、信號一致性比對、信號監控收錄等設備。流服務器節目來源可以是SDI信號、本地媒體文件、外部TS、SMPTE IP流等，或者是上述幾種節目源混合使用。

主備視頻服務器均采用SDI+IP設計，外來SDI信號源經過視頻分配器給到IPG網關，轉換為IP信號輸出至SDN數據信號流交換機，SDN交換機將IP信號傳輸至IP視頻服務器進行信號的切換，同時也對臺標、字幕進行疊加，主備路IP播出信號最終輸入給高清倒換設備進行信號倒換，在保障播出的安全下，將播出信號送至末級的編碼平臺進行編碼傳輸，實現安全播出。

播出系統由光纖、萬兆以太和千兆以太組成，系統節目送播方式，采用在播出端文件導入節目到播出近線存儲，及從外系統文件化送播兩種方式。文件導入方式是利用播出系統內部文件導入工作站，將用移動介質送播的節目文件轉碼導入到播出近線存儲備播，再將節目文件同步遷移至播出服務器。文件化送播方式，是通過BS架構的送播系統網頁，在制作域或媒資域將節目上傳到送播系統，節目文件經轉碼后，由編審人員進行節目的三審，并添加必要節目信息，然后向播出域提交。所提交的4K播出節目文件和帶有送播信息的XML文件推送到播出的文件擺渡設備，文件擺渡設備自動將文件轉存至播出近線存儲設備，播出系統實時掃描新增的送播文件， 并根據XML文件信息將節目信息導入數據庫，將節目文件按播出單同步遷移至播出服務器。

六、結束語

通過電視播出系統的IP網絡化架構，有助于提高數字電視的網絡結構，提高數字電視播出的效率以及穩定性。通過對數字電視系統進行備份，也可以減少播放中系統故障的影響，保障電視播出的安全。在電視廣播的數字化發展場景下，利用IP網絡化有助于電視制作等相關業務的創新，并且提高電視制作與播出的專業性，有助于推動我國廣播電視的數字化發展以及創新能力的提升。

作者單位：朱裕 四川廣播電視臺

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朱裕（19860），男，漢族，四川成都，碩士，中級工程師，研究方向：電視播出。