陕西电视台新播出系统设计实施与安全策略

2010-04-17王恒

电视技术 2010年8期

王恒

（陕西电视台，陕西西安 710061）

1 引言

纵观电视播出发展历程，播出技术的进步、设备的更新、频道的增多以及节目、广告和字幕等信息量的加大，使节目的播出方式和播出形式也随之逐步改变。不仅播出系统内部的结构和流程发生了转变，而且与播出系统相关的外部环节也不得不发生变化。自动播控系统发展到今天，经历过几代重大变革：第一代播出系统，解决从手动播出到自动播出的自动化问题；第二代播出系统，解决从磁带播出到硬盘播出的文件化问题；第三代播出系统，解决编播系统网络化及与外部系统间点对点互联互通问题；第四代播出系统，解决在面向全台网的目标或环境下，播出系统如何走出孤岛，更加顺畅、安全地与其他系统在业务层面进一步融合问题。

随着国家“三网融合”整体推进、高标清同播以及现代媒资多渠道发布等新形势发展，电视媒体由单一传统媒体为主向传统媒体与新媒体融合发展的指导思想，对数字制播网络环境和流程设计提出了更高的要求。这就需要对数字网络环境中的硬盘播出系统重新定义，因为在这一环境下，一是系统包含丰富的对外交互和对内互联接口，改变和改进了传统的节目上载方式，实现全台域、全流程、全文件的自动备播、多路备播，安全播出管理从局部扩展到了全域，二是系统具备文件实时技审、信号智能监控措施和完整的节目质量保证体系，丰富和加强了系统的可靠性、可控性和可维护性。因此在构建新的大型数字播出系统和流程环境时，必须始终把握和权衡“保障安全”和“提高效率”这两个既相互促进，又互相制约的关键问题，也要考虑从以传统媒体为、主向传统媒体与新媒体融合和兼容发展的需要，推行安全、高效的播出管理。

2 设计思路和目标

陕西电视台是国内最早实现磁带自动化播出和较早实现硬盘播出的电视台之一，播出部承担着节目播出和信号传输两大任务。2008年，为解决旧播出系统信号格式较混乱、传输转换环节较多、硬盘系统存储和带宽冗余不足、机房环境落后和供电系统老化等技术问题，使节目编排播出流程更加顺畅，确保播出安全、提高信号质量和播出效率，台领导审时决策，决定新建包括播控和传输两大平台的全新12频道标清播出系统，同时以新播出系统启用为契机，推行新的全台节目编播工作流程。这是陕西电视台对播出系统投入最大的一次改造升级，也是对全台节目编播管理的一项重要改革。

新系统从设计到实施，秉持“安全高效，立足实际，技术创新，加快发展”的根本思路，认真总结以前老系统升级改造中的不足和遗憾，依照大播出概念对规范化、流程化播出管理的要求和当今数字化设备的应用特点，以发展理念创新设计，从机房整体布局、装修风格到色调搭配、安保监测，从多联机、精密空调配置到气体消防、接地防雷设计，从双母线供电到双组（每组2台120 kV·A并机运行）冗余式UPS电源配置等基础设施建设诸方面，按照广电总局要求，参照电信级技术标准，对每个细节仔细推敲、调研和施工，机房整体简约而大气，既满足专业数字设备的环境要求，又给值机员提供了一个舒适的工作环境。

新播出系统建设方案力求达到3个目标：

1）建好新播出系统。以1台数字256×256总控调度矩阵、2台数字128×128主备镜像播出矩阵和3组（每组4个频道）独立分布式分控系统等为基本架构，打造可提供主、备、二备共3路镜像硬盘信号的硬盘播出网络和安全可靠的播控软件平台，以可扩展的海量存储二级缓存平台为中心，与新建广告串编系统互联互通，实现节目与网络字幕的同步联动播出，为满足全台日益增长的节目、广告、字幕安全播出要求和提升技术保障能力奠定坚实基础。

2）用好新播出系统。把理顺全台编播流程作为如何用好新播出系统和如何做好播出管理的切入点，促进安全播出，提高播出效率。确定全台各部门依照新的编播流程和职责，相互协作配合，各环节皆以电子节目单为驱动，加快和推进全台节目编排、制作、播出的流程化、规范化步伐，以适应新形势下硬盘播出的需求和要求，为向基于全台网架构的第四代全网络化播控系统平滑过渡打下基础。

3）提高新播出系统节目传输质量。从新建传输平台入手，以成熟的数字压缩编码和SDH微波、SDH光传输技术为依托，建设12+2压缩编码架构的1+1镜像传输系统。采用“发送源集中整合备份，接收地分散选择还原”的传输方案，规范和统一系统内信号传输格式，规避模数转换和信号损耗环节，简化传输系统流程，提高信号传输质量。

经过两年多的方案研究、设备安装、系统调试和3个月并机运行，在迎来50周年台庆之际，12频道标清数字化硬盘播出系统和传输网络平台于2010年3月31日同时与老播出系统安全切换，顺利交接。

3 实施方案和特点

3.1 机房总体布局（图1）

图1 新播出系统机房总体布局图

新播出系统本着 “机房分布式布局，系统模块化管理”的思路，机房分块布局，频道分组布置，设备分类安装，系统分布设置，设备集中监控。

为便于安全管理，播控区与公共操作区（主要为各频道、广告中心人员）按楼层分开。除等离子屏幕墙、日常人机操作面板和工控机等设备分布于各机房外，所有数字周边设备集中安装于恒温恒湿、安全洁净的第5层设备机房。所有机房实行IC卡权限管理，特别是设备机房实行封闭式管理和维护。图1中各箭头简述了各机房、各模块之间的联系和各部门之间的工作配合流程，以及各模块的信号流向和转换功能。同期建设的广告串编网络机房位于B座4层，通过双路单模光纤与新播出系统连接，实现广告素材迁移。

新播出系统包括硬盘网络、总控调度、分控播出和传输平台等模块，在设备机房内按各模块功能和信号走向，分别对应4排机柜，分组分类安装，每排直列10个标准机柜，整个设备机房模块清晰，便于设备维护和应急检修。

3.2 总控调度与分控播出模块

总控和分控技术特点有：1）端到端采用数字SDI嵌入音频方式，支持4声道音频；2）主备通道分开调度，总控与分控对应，增强应急预案；3）配置自动调度软件，预置调度路由和任务，加强安全调度；4）控制系统执行安全倒换策略，简化关键环节，保证安全可靠；5）节目与字幕同步联机自动播出，适应大字幕量资讯播出要求。

总控系统选用哈里斯（HARRIS）256×256调度矩阵和主备128×128播出矩阵，矩阵交叉点板支持3 Mbit/s～1.5 Gbit/s的信号。分控系统主通道选用QMC新型16路切换台，备通道选用HARRIS 16×2静切换开关，主/备通道切换采用具有旁通功能的双2×1倒换开关，两路主备输出直通送至传输平台对应的主备编码器群。同时配备Miranda画面分割监视及大量周边设备。

3.3 硬盘网络模块（图2）

硬盘网络关键技术特征有：1）视频服务器采用上载与播出分离、播出主+备1+备2等3路硬盘信号同步镜像播出架构；2）通过海量二级缓存与台内广告串编网互联互通；3）智能化的文件技审、信号监测措施和网络控制系统；4）科学有效的播出文件、广告素材迁移策略；5）安全可靠的网络数据库在线三备份方案。

主播和备1选用6台内置存储的Omneon Media－Deck单机服务器，每台4路解码通道，每2台1组为主备，3组主备完全镜像。备2采用集中存储SAN结构的Omneon Spectrum大服务器，为12个频道提供同步备份，另配置4路编码通道和2路解码通道，用以在紧急情况下的上载和审看。上载也采用集中存储SAN方式的Spectrum大服务器，配置16路编码上载通道，8路解码审看通道，另配置2路延时播通道，2路延时编辑通道，2路延时上载通道和2路垫片通道。二级缓存选用NAS+SAN结构的HP EVA8100，存储容量配置为24 Tbyte。

视频服务器和二级缓存皆采用15 Mbit/s码流、长GoP帧MXF格式文件，4声道嵌入音频采用48 kHz取样，24 bit量化。

硬盘网络的安全连接为：

1）网络分配。整体硬盘网络系统横向包括视频服务器系统、控制系统和网络管理系统三大部分，也可纵向分为播控网络（数据库等相关服务器及各工作站、控制机）、迁移网络（视频服务器及二级缓存网关）、监控网络（所有周边设备的监控）。纵向的3个网络相互独立，基于安全策略，之间没有直接的网络连接。

2）外部系统连接。广告串编系统需要将素材最终传输至播出服务器，并访问播出数据库，这就需要同时访问迁移网和播控网，系统采用双网卡、跨网段连接对应接口服务器策略，有效隔离数据。

3）内部系统连接。播控网和迁移网是整个网络的核心内网，各配置2台千兆核心交换机，在扩展交换接口的同时，采用将2台交换机堆叠连接的安全策略，既使2台交换机互为主备，也使这2台交换机在内部视作1台。网内监控服务器、自动技审服务器、迁移服务器等通过双网卡或多网卡，分别交叉连接到2台交换机上，实现播控网、迁移网及监控网的主备份和隔离互连。

3.4 传输平台模块（图3）

传输平台技术特点有：

1）采用主、备编码通道镜像和复用适配器对称配置架构，2选1开关分级配置，提高安全保障级别；2）智能化的网管监控和在线实时故障诊断系统，及时检测报警；3）通过受控的16×4源开关和2×1开关，自动完成应急备份设备倒换。

选用TANDBERG E5710编码器和MX5620复用器，NEC SDH复用器和大小微波设备。传输平台通道采用嵌入音频ASI格式。各频道主、备两路独立输出信号直送传输平台主、备编码器群对应端口，统一压缩（5 Mbit/s）编码转换成 ASI信号，再通过 ASI复用、适配（45 Mbit/s）、SDH复接（155 Mbit/s）和路由分配。以数字光缆和SDH微波（含点对点中继）主备方式分别传送至城南发射塔和城内网络公司前端机房，以SDH微波主备方式直传至高山发射台，另以光缆方式经西安城市光纤环网送往网络公司前端机房作为第三备路传输通道。每个接收端至少有3路不同路由的传输信道。传输平台主备路可根据监测报警进行手动切换，也可设置智能检测监测模式，系统根据故障诊断状态，通过控制16×4和2×1开关自动倒换备用编码通道或复用适配通道，完成自动应急备份。各接收端分别对以数字光缆和SDH微波方式传输的多路ASI复用流信号进行选择接收，每个接收端只解复用和解码还原自己要发射、传输的信号。

4 关键技术平台及安全策略

经过多年来国内各台硬盘播出系统的应用和交流，硬盘播出的网络架构和播出技术已日臻成熟，与多年前传统的自动播出系统相比，实际上硬盘播出网络无论多庞大、多复杂，化整为零后仍可视为多台传统录像机集群自动播出系统。作为面向全台网过渡的数字网络环境下的播出系统，是网络化制播链的最后环节，因此，加强网络化播出的安全性、提高流程化播出的效率性、简化的人机操作的复杂性，无疑是新播出系统设计和实施过程中不变的要求。另一方面，考虑到今后面向新媒体内容发布、面向多渠道内容发布的需要，播出系统的业务边界和系统边界更加需要具有弹性。传统的播出控制系统正在由原来单一的播出控制系统，转变为包括播出控制、节目整备和全域全流程监控等系统在内的，融合IT技术和视音频技术的数字网络播控平台。由此，重新定义后的播出系统也可简称为播出控、管、监系统，其典型特点可概括为：1）从面向结果的素材管理到全域节目整备；2）从简单人工巡检到全流程智能监控；3）从定性主观审看到可量化质量保证体系。

新系统硬盘控制网络架构除规模大、设备多外，与常规硬盘网络基本相同，本文以新播出系统技术方案为重点，探讨影响播出安全和效率的关键技术平台和相应的安全策略。

4.1 网络数据库平台主备应急策略

数据库是播出网络系统的心脏和大脑，系统配置三台（主、备、备2）HP DL380 G5数据库服务器，每台服务器上都安装Oracle数据库系统，正常状态下，所有的数据均在主数据库上运行。为保证数据库不间断运行，系统采用“主备实时同步，备2异步备份”的自动应急策略。也就是主数据库后台实时向备数据库进行数据日志备份，再由备数据库按间歇方式，定时向备2数据库完全拷贝。间歇时间取值为2 h。

4.2 RS-422控制系统安全倒换策略

与常见的两路主备镜像播出网络不同，由于新播出系统硬盘网络方案采用三路硬盘同步镜像播出方式，所以如何安全控制二备硬盘播出、如何在主控、备控、二备控之间实现准确倒换（如图4所示），是新播出系统控制技术的关键点。作为软件开发和应用，最准确最简单的判断无非是二进制“0”或“1”两项选择，而三项组合判断无疑增加了软件多重判断条件和软件复杂性，为避免多重判断影响控制系统的稳定，本系统采用程控自动倒换与人工手动倒换结合的控制策略：在备控机上设置程控接口、加载倒换软件，控制特制的RS-422程控1/3倒换开关，实现主控与备控之间的常态自动倒换；当主控机和备控机同时故障时，通过闭合1/3倒换开关面板上的开关按钮，手动倒换到二备控机的控制状态，实现非常态的安全倒换，既安全准确又简单可靠。

4.3 广告串编网络与播出系统实现互联互通的安全策略

广告串编系统与播出系统有多种互联方式，如SDI信号直联方式、播出本地串编方式（即广告素材存储于播出服务器本地，由播出软件完成广告素材的组合编单和段落打包，直接调用播出）。考虑到陕西电视台广告段每天重播少、变化多的实际情况，确定采用广告段迁移方式。新播出系统通过二级缓存网络的接口网关服务器提供与广告串编网、制作网、在建媒资管理系统以及待建全台网等业务网络的接口，可以轻松实现本台全台网规划，实现台内业务流程全程文件化。新系统采用以太网跨域连接和文件打包迁移形式，实现与广告串编网络的互联互通。待全台网建成后，该链路也可作为ESB/EMB双总线结构下的应急直联通道。

1）硬件连接。位于A座楼的播出系统与B座楼的广告串编系统之间，通过2根单模光纤与2台千兆交换机和接口服务器连接，作为主备通道，中间设置防火墙，以抵御数据风暴对播出系统的影响。

2）网络互联。播出系统给广告串编系统提供2个WebService，一个供广告串编系统查询广告代码使用，另一个供调用FTP拷贝任务使用。WebService是基于HTTP协议跨平台的、一般防火墙不设置阻挡HTTP协议的标准超级文本协议（如QQ就是基于HTTP协议）。

3）落实应急预案。广告串编系统作为独立的网络结构，从数据库管理到镜像存储，从数据备份管理到转码打包迁移，具有多重应急备份措施。除此之外，系统充分考虑到在主备通道光纤意外同时断开的极端情况下，采用广告编辑站下载磁带、播出系统上载工作站上载的应急处理策略，保证广告播出安全。

互联互通平台内部的交互协议流程如图5所示，用5个步骤完成了一个迁移任务从申请到执行的全过程，广告时段和广告代码以日播单为驱动，完成每个广告段的自动迁移。除2个WebService外，播出端接口服务器还启动3个自动程序，分别是任务迁移程序（执行迁移）、任务管理（分配迁移任务）、任务管理界面程序（可看到所有的任务，并可以调整优先级）。

广告串编系统通过接口程序查询到编单系统发布的广告代码，将其与实际对应的广告素材绑定，转码至广告串编网的本地共享存储上，并通知播出系统迁移接口程序。播出接口程序将广告素材迁移至播出存储系统（二级缓存），自动完成MD5校验且无误后，将素材信息写入数据库。如果迁移素材有误，则通知广告串编网重新迁移。

4.4 全域节目技审和素材迁移策略

节目技审是新播出系统监测、量化技术指标，落实质量保证体系的新环节，而素材迁移策略直接关系到节目整备和素材管理的效率。

由图6所示的流程可以看出，节目和广告分路径进入播出系统，两者都遵循严格的技审和迁移规则，这就是“以日播单为驱动的自动技审和以数据库为核心的智能迁移”策略。

1）自动监测。在节目磁带上载过程中自动进行。系统共配置8输入口自动监测仪2台，SDI信号由录像机环入，实时监测信号质量，及时报警如黑场、彩条、静帧、彩场、雪花场、色彩丢失、单色、音频信号丢失、音量过大过小等。

2）自动技审。技审软件共分为任务管理软件、任务执行软件。任务管理软件负责查询和接收到需要技审的任务，并分配至任务执行服务器。任务执行服务器负责具体素材的文件分析，共有4台技审服务器同时执行。通过任务管理软件可手动调整技审优先级，或停止任务、重置任务。技审软件除了需要手动调整技审顺序之外，都是自动执行，无需人为干预。提供自动QC功能，通过软件算法自动检测素材中的加帧、黑场等问题。提供MD5校验功能，将素材迁移的准确率提高到99.99%，以做到素材迁移“万无一失”。

3）软审浏览。软审软件通过软件播放器窗口审看浏览二级缓存中15Mbit/s码流的MPEG-2文件素材。技审完成的素材，如有问题，会在技审结果中显示出来，可根据技审结果中的入点信息直接快速地自动找到问题起始帧。

以上几个自动执行环节产生的技审结果，系统会自动录入数据库。最后一步，需要人工确认审核通过才能迁移到播出服务器待播。

5 理顺编播流程，促进安全播出

进入网络化播出的标志是素材共享化、编播流程化、管理规范化，其核心内容就是理顺编播流程。从理顺流程入手，既是加强安全播出、提升编播效率的出发点，也是落脚点，更是关键点。主要体现在以下几个方面：

1）规范化的编播流程，不仅定义了播出部门各岗位责任，也清晰地描述了全台各节目部门核心业务，明确了各环节管理工作的任务和责任，使被动变为主动。

2）网络化的编播流程，运用电子化程序，起到连接节目生产、审核、播出三者之间的桥梁纽带作用。各节目生产部门是前端，播出是末端，而播出整备环节（包括节目单的编排、调整和节目带送播、广告素材的准备等协调工作）处于中间，实行编播流程化后，不仅将大部分节目单、节目带的在线修改和审核等工作从播出线前移，也从根本上减轻了播出线每天应对以上工作的压力，将末端播出隐患和风险前移。

3）人性化的编播流程提醒各环节节目整备及时到位，使编排、审核、播出各岗位的节目单数据高度统一，避免重复操作，减少人为失误，杜绝安全隐患。

4）从全台网角度看，编播流程为以后发展奠定了必要基础，是媒资管理系统和全台网必经之路。

陕西电视台全台网建设的其他环节如媒资系统、主干平台等尚处于规划之中，在一定时间内需要继续使用现有磁带库、总编室旧的节目编排系统（编辑纸质周节目计划单）。为借播出系统改造契机，改善传统的纸质编单习惯，逐步向全台统一规划的全程文件化、网络化制播体系过渡，台领导组织相关部门多次协商，决定对新播出系统执行 “以电子日播单为驱动的全台统一编单，集中审核”的编播流程管理，如图7所示。

流程特征有：

1）编单软件会通过编排申请，自动产生节目代码，自动将日播单中的每条节目名与后台数据库服务器中相对应的节目名，以及播出服务器相对应的节目素材予以绑定，使每条节目的名称信息和内容素材，从开始编单到上载、从修改到播出始终唯一，避免了以往各环节的人工重复和出错。