All in one高清電視播出系統(tǒng)升級(jí)改造實(shí)踐

摘要：本文介紹了鄭州廣播電視臺(tái)為實(shí)現(xiàn)全面高清化播出，采用All in one高清電視播出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)標(biāo)清頻道高清化升級(jí)改造的過程，并對(duì)系統(tǒng)的整體架構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)、業(yè)務(wù)流程和播出控制等進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高標(biāo)清同播系統(tǒng)；All in one高清播出系統(tǒng)；播出控制

一、 引言

電視播出技術(shù)正在從傳統(tǒng)的標(biāo)清化、高清化混合播出轉(zhuǎn)向超高清化和IP化播出方式。但很多地市縣級(jí)電視臺(tái)的電視播出系統(tǒng)還是采用主頻道高清化播出、其他電視頻道標(biāo)清化播出的模式。根據(jù)國(guó)家廣電總局《關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)高清超高清電視發(fā)展的意見》，鄭州廣播電視臺(tái)于2022年7月份啟動(dòng)了ZZTV4、ZZTV5兩個(gè)標(biāo)清頻道的高清化改造工作。結(jié)合原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、設(shè)備環(huán)節(jié)較多、故障判斷難度較大的特點(diǎn)，新的高清化改造方案采用All in one高清電視播出系統(tǒng)解決方案。整體系統(tǒng)于2022年11月份開始建設(shè)，于2023年1月份完成全部改造和新老系統(tǒng)并機(jī)播出測(cè)試工作，并順利實(shí)現(xiàn)入網(wǎng)播出。

二、 系統(tǒng)介紹

（一）原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)

鄭州廣播電視臺(tái)原高標(biāo)清同播系統(tǒng)設(shè)計(jì)為3個(gè)高標(biāo)清同播播出頻道，3個(gè)標(biāo)清播出頻道，其中ZZTV1、ZZTV2和ZZTV3為高標(biāo)清同播頻道，ZZTV6標(biāo)清頻道已于2022年6月份完成異構(gòu)高清化IP播出（支持4K）， 高標(biāo)清同播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通過信號(hào)分配系統(tǒng)分別提供給主路切換臺(tái)和備路切換器各種不同來源的高清信號(hào)源。主路切換臺(tái)設(shè)備功能強(qiáng)大豐富，支持內(nèi)置自動(dòng)旁通功能、字幕臺(tái)標(biāo)內(nèi)置鍵控、嵌入式音頻信號(hào)的調(diào)整和監(jiān)聽等。備路切換器設(shè)備只具備信號(hào)調(diào)度功能，功能簡(jiǎn)單可靠，成本投入較低。其中，主路切換臺(tái)設(shè)備輸出一路高清信號(hào)自帶字幕和臺(tái)標(biāo)鍵控疊加后送至高清倒換器的信號(hào)輸入端口一，同時(shí)輸出一路信號(hào)只鍵控疊加字幕，經(jīng)過高清下變換器處理為標(biāo)清信號(hào)后再鍵控疊加標(biāo)清臺(tái)標(biāo)，送至標(biāo)清倒換器的信號(hào)輸入端口一。備路切換器設(shè)備輸出一路高清信號(hào)經(jīng)過外置的高清字幕和臺(tái)標(biāo)鍵控疊加字幕和臺(tái)標(biāo)后送至高清倒換器的另一路信號(hào)輸入端口二，同時(shí)已疊加字幕的高清信號(hào)經(jīng)過下變換器處理為標(biāo)清信號(hào)后鍵控疊加標(biāo)清臺(tái)標(biāo)，送至標(biāo)清倒換器另一路信號(hào)輸入端口二。高標(biāo)清同播系統(tǒng)中的高清通道和標(biāo)清通道既關(guān)聯(lián)又相對(duì)分離，高清和標(biāo)清兩個(gè)不同通道的信號(hào)通過主備路倒換輸出高清PGM信號(hào)和標(biāo)清PGM信號(hào)[1]。

上述系統(tǒng)架構(gòu)的高標(biāo)清同播系統(tǒng)已經(jīng)在廣播電視臺(tái)內(nèi)經(jīng)過多年的應(yīng)用實(shí)踐，具有系統(tǒng)架構(gòu)穩(wěn)定、技術(shù)成熟的特點(diǎn)，但是在實(shí)際使用中也有一些不足之處。由于在系統(tǒng)架構(gòu)中存在多個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，值班人員需要根據(jù)故障發(fā)生的具體情況，準(zhǔn)確判斷和分析故障出現(xiàn)的原因，分級(jí)排查故障點(diǎn)位，速度慢且耗時(shí)長(zhǎng)，不利于故障的快速定位和高效處理，增加了應(yīng)急故障解決和系統(tǒng)日常維護(hù)的難度。

（二） All in One高清播出系統(tǒng)

為了解決原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)中存在的不足之處，鄭州廣播電視臺(tái)在進(jìn)行ZZTV4、ZZTV5兩個(gè)標(biāo)清頻道的高清化改造方案選型、設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)采用了All in one高清電視播出系統(tǒng)。這種新型的播出系統(tǒng)以一體化播控視頻服務(wù)器為核心，在視頻服務(wù)器內(nèi)部集成了本地或網(wǎng)絡(luò)化文件上載、視頻編解碼播出、臺(tái)標(biāo)和字幕疊加、多種格式信號(hào)輸入輸出切換，在一定程度上節(jié)省了切換臺(tái)（器）、鍵控器、字幕機(jī)和相關(guān)視頻周邊板卡等硬件設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單清晰，如圖2所示。

通過信號(hào)分配系統(tǒng)提供給視頻服務(wù)器多路外來信號(hào)輸入，由本地或網(wǎng)絡(luò)化上載的高清播出素材文件經(jīng)過解碼播放、臺(tái)標(biāo)和字幕疊加后，依據(jù)系統(tǒng)要求輸出不同格式和不同接口的視頻信號(hào)到節(jié)目傳輸系統(tǒng)，如有線電視、IPTV、網(wǎng)站和移動(dòng)客戶端編轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)等。為了提高此播出系統(tǒng)的安全性，在系統(tǒng)的末級(jí)倒換器前增加了一路墊片服務(wù)器信號(hào)，當(dāng)主備路的信號(hào)源、視頻服務(wù)器播出和信號(hào)通道發(fā)生故障時(shí)，可以通過快速倒換墊片信號(hào)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急播出[2]。

三、技術(shù)分析

（一）功能特點(diǎn)

為了充分保障安全播出，同時(shí)兼顧節(jié)省成本投入，本次建設(shè)的All in one高清電視播出系統(tǒng)選擇了和原高標(biāo)清同播系統(tǒng)同樣的總控產(chǎn)品和解決方案供應(yīng)商，對(duì)原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)進(jìn)行了兩個(gè)標(biāo)清播出頻道的改造，實(shí)現(xiàn)了和原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)的高度兼容和一致性。它是在原播出系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)庫(kù)上進(jìn)行了頻道擴(kuò)展和內(nèi)容升級(jí)，充分利用了原播總控矩陣調(diào)度系統(tǒng)的豐富資源，同時(shí)也打通了All in one視頻服務(wù)器和原播出系統(tǒng)二級(jí)存儲(chǔ)之間的通道，增加了本地素材文件導(dǎo)入工作站，實(shí)現(xiàn)了視頻播出控制、信號(hào)調(diào)度、素材文件網(wǎng)絡(luò)化上載、內(nèi)容管理、素材文件遷移、素材文件自動(dòng)技審、響度檢測(cè)和人工軟審、播出節(jié)目信號(hào)一致性比對(duì)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)收錄等和原系統(tǒng)的一致性，一方面降低了系統(tǒng)改造的復(fù)雜程度，另一方面也有助于播出值班人員快速掌握新的播出系統(tǒng)的操作規(guī)范和流程。

All in one高清電視播出系統(tǒng)選用了兩臺(tái)一體化播控視頻服務(wù)器分別作為主備。該型服務(wù)器采用純IT技術(shù)架構(gòu)，融合GPU加速技術(shù)，內(nèi)置豐富的圖文字幕功能，省去字幕、臺(tái)標(biāo)鍵控的復(fù)雜性，能夠滿足字幕、臺(tái)標(biāo)、CG的各類應(yīng)用需求。All in one服務(wù)器還支持AFD信息嵌入和高標(biāo)清同播，支持SD/HD SDI、IP同時(shí)輸出。視頻服務(wù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

視頻服務(wù)器具備豐富的輸入輸出模式，每臺(tái)服務(wù)器支持4路外來HD SDI信號(hào)輸入，支持兩路高清H.264播出，支持高標(biāo)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MPEG-1 Layer2/AAC音頻格式編碼。同時(shí)，視頻服務(wù)器支持Windows和Linux跨平臺(tái)運(yùn)行，具有廣泛的兼容性、穩(wěn)定性、靈活的擴(kuò)展性和模塊化特性，支持全年穩(wěn)定運(yùn)行，部署方便，配置簡(jiǎn)單，具備快速改造部署能力。

（二） 業(yè)務(wù)流程

All in one高清電視播出系統(tǒng)對(duì)原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了頻道擴(kuò)展和內(nèi)容升級(jí)后，新舊系統(tǒng)使用同一數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、業(yè)務(wù)流程一致。

播出系統(tǒng)節(jié)目單網(wǎng)關(guān)在接收到總編室按照節(jié)目生產(chǎn)任務(wù)編輯制作的送播節(jié)目串聯(lián)單之后，逐條檢測(cè)節(jié)目單中的素材是否存在于播出二級(jí)存儲(chǔ)中。如果素材未存在，根據(jù)播出系統(tǒng)內(nèi)容管理模塊的定義從前級(jí)媒資存儲(chǔ)的播出文件區(qū)抓取素材，采用FTP遷移技術(shù)，根據(jù)素材播出的時(shí)間遠(yuǎn)近設(shè)置不同的遷移優(yōu)先等級(jí)，保證遷移及時(shí)高效完成。為避免素材在遷移過程中出現(xiàn)損壞，使用MD5值校驗(yàn)，確保素材的準(zhǔn)確性和一致性。

為了實(shí)現(xiàn)節(jié)目生產(chǎn)的素材文件能夠快速遷移至二級(jí)存儲(chǔ)，可以使用文件導(dǎo)入工作站直接將素材文件FTP導(dǎo)入至播出二級(jí)存儲(chǔ)，在素材入庫(kù)的同時(shí)獲得素材信息，并將素材信息寫入數(shù)據(jù)庫(kù)提供播出控制使用。素材信息包括但不限于節(jié)目序號(hào)、事件類型、開始時(shí)間、節(jié)目長(zhǎng)度、節(jié)目源、節(jié)目狀態(tài)、ID編號(hào)、當(dāng)前頻道、節(jié)目名稱、當(dāng)前時(shí)間、播出節(jié)目剩余時(shí)間、同步情況、與設(shè)備的連接情況等。文件導(dǎo)入工作站支持文件批量化上載，采用USB隔離器白名單方式，支持對(duì)視音頻文件的深度檢測(cè)，能夠有效地防范在文件上載過程中把外來病毒帶入播出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，從而避免安全隱患。

為了避免節(jié)目生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤，需要先對(duì)進(jìn)入二級(jí)緩存的素材進(jìn)行技術(shù)審核，對(duì)節(jié)目素材的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比對(duì)告警，并將技審結(jié)果寫入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，最后通過人工審看并確定是否保留使用。素材通過軟審后，可以進(jìn)入播出串聯(lián)單制作和節(jié)目素材加載流程，如未通過軟審，則通知節(jié)目生產(chǎn)部門重新制作打包節(jié)目上傳。系統(tǒng)根據(jù)播出串聯(lián)單的編排情況，執(zhí)行內(nèi)容管理模塊的遷移策略，將素材文件從播出二級(jí)存儲(chǔ)向各個(gè)視頻服務(wù)器遷移[3]。

（三）播出控制

播出控制軟件是播出系統(tǒng)中的核心，其可以完成頻道編單制作、文件應(yīng)急上傳、節(jié)目控制播出等全部流程。播控程序根據(jù)播出串聯(lián)單控制All in one視頻服務(wù)器完成素材文件解碼播出、外來信號(hào)的切入切出、字幕臺(tái)標(biāo)疊加上下等任務(wù)。All in one高清電視播出系統(tǒng)采用兩臺(tái)一體化播控視頻服務(wù)器。每臺(tái)視頻服務(wù)器輸出一個(gè)頻道的主PGM信號(hào)和另一個(gè)頻道的備PGM信號(hào)，每臺(tái)視頻服務(wù)器采用一臺(tái)播控工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)高清頻道的播出控制。兩臺(tái)播控工作站的播出控制通過頻道播出軟件的主從切換實(shí)現(xiàn)冗余備份，并控制視頻服務(wù)器按播出串聯(lián)單進(jìn)行播出[4]。高清視頻播放控制與原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)視頻服務(wù)器控制方式相同，即采用8組RS232/422多串口卡連接，采用VDCP協(xié)議發(fā)送播出操作命令。每臺(tái)視頻服務(wù)器至少需要兩路以上外來信號(hào)，可以支持外來信號(hào)與文件化視頻播出信號(hào)之間的切換，也可以支持外來信號(hào)之間的互相切換。視頻服務(wù)器和原高標(biāo)清同播系統(tǒng)的播總控矩陣調(diào)度系統(tǒng)通過新增加40路高清矩陣相連接，播出控制圖如圖4所示。

每臺(tái)視頻服務(wù)器播出的兩路高清視頻信號(hào)在通過信號(hào)分配部分前后，高清轉(zhuǎn)換器前后，均通過16路多畫面分割器送至電視墻，以供值班人員實(shí)時(shí)監(jiān)看。播出系統(tǒng)中設(shè)置有多級(jí)播出信號(hào)一致性比對(duì)點(diǎn)位，通過一致性比對(duì)技術(shù)，軟件采樣各個(gè)點(diǎn)位的視音頻信息進(jìn)行技術(shù)參數(shù)比較，當(dāng)信號(hào)判斷異常時(shí)，則以聲光電報(bào)警信息提示值班技術(shù)人員及時(shí)查看處理，并且能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)自動(dòng)切換，大大降低了播控值班人員的工作強(qiáng)度，充分實(shí)現(xiàn)了安全播出“人防+技防”的工作模式。

四、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

隨著高清/超高清電視、互聯(lián)網(wǎng)流媒體視頻的出現(xiàn)，電視播出已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新時(shí)代。具備高度集成能力的All in one高清電視播出系統(tǒng)作為新時(shí)代的必然選擇，逐漸成為廣播電視臺(tái)播控系統(tǒng)新建和改造的主流設(shè)計(jì)方案。All in one高清播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)的高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)架構(gòu)不同，既可以作為廣播電視臺(tái)完全異構(gòu)的第三代播出系統(tǒng)使用，也可以高效融合原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)，充分利用原播出系統(tǒng)的信號(hào)資源調(diào)度和節(jié)目制播流程。采用All in one架構(gòu)的高清視頻播出系統(tǒng)在視頻素材文件解碼播放、外來信號(hào)切換、字幕、臺(tái)標(biāo)和CG疊加、信號(hào)上下變換、多格式多接口輸出等功能都在一臺(tái)一體化視頻服務(wù)器上完成，完全取代了傳統(tǒng)高標(biāo)清同播系統(tǒng)中的主備播出視頻服務(wù)器+主備切換臺(tái)（器）+各種周邊信號(hào)分配+字幕臺(tái)標(biāo)鍵控的系統(tǒng)架構(gòu)，在滿足電視播控業(yè)務(wù)需求的同時(shí)，有效地減少了播出環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)量，建設(shè)周期短，成本投入低，具備一體化、標(biāo)準(zhǔn)化、性價(jià)比高等特色。同時(shí)，其還可以與制作、媒資和原播出系統(tǒng)形成制播一體化、字幕聯(lián)動(dòng)化，能夠滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。All in one高清播出系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)通用服務(wù)器設(shè)備，硬件平臺(tái)成熟穩(wěn)定可靠，具有豐富的接口（基帶SDI/HD SDI、IP化、TS流等），內(nèi)部功能全部IP化，軟件平臺(tái)自主可控，功能豐富，本地化程度高。系統(tǒng)同樣支持SDN控制系統(tǒng)和PTP時(shí)鐘的IP流播出方案，具有更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，符合電視播出高質(zhì)量、安全性高的要求。

五、 結(jié)束語(yǔ)

本次建設(shè)的All in one高清播出系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了一年多時(shí)間，沒有發(fā)生播出故障問題。由于和原高標(biāo)清同播播出系統(tǒng)采用同樣的業(yè)務(wù)流程和播出控制模式，節(jié)目生產(chǎn)人員和播出值班人員都能夠很快熟悉并掌握新系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，降低了對(duì)一線值班人員的工作要求和工作強(qiáng)度。整個(gè)系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改造成本低，功能強(qiáng)大且穩(wěn)定，特別適合于廣播電視臺(tái)采用低成本實(shí)現(xiàn)標(biāo)清頻道升級(jí)為高清化播出的改造工作，同時(shí)也為鄭州廣播電視臺(tái)超高清化制播系統(tǒng)、完全異構(gòu)第三備播出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。

作者單位：謝曉鋒 鄭州廣播電視臺(tái)

參考文獻(xiàn)

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