含山台两个频道播控系统数字化改造方案

2014-07-02丁正良

电视技术 2014年6期

关键词：控系统工作站频道

丁正良

（含山广播电视台技术制作部，安徽含山 238100）

含山台两个频道播控系统数字化改造方案

丁正良

（含山广播电视台技术制作部，安徽含山 238100）

全面介绍了含山广播电视台两个频道播控系统数字化改造方案。从播控系统数字化改造的必要性入手，详细阐述了含山台改造后的数字化播控系统的结构与组成，同时深入浅出地分析了播控系统的整体技术架构、核心设备的备份措施以及局域网中播控部分的安全应急措施、技术特点和改造中应注意的问题。

播控系统；改造方案；系统架构；安全措施；技术特点

1 播控系统数字化改造必要性

随着广播电视设备数字化的逐步推进，播控系统数字化成为整体数字化的一个重要环节，起着决定性作用。因此，对含山广播电视台两个频道播控系统进行整体数字化改造，显得越发重要。主要体现在以下几个方面：

1）播控系统设备年久老化

含山广播电视台两个频道模拟硬盘播出系统分别是2004年底和2005年初在传统播出设备的基础上改造而成。近年来，由于设备的超年限使用，出现严重老化现象，加之含山广播电视台自办节目增多，播出时间延长，设备故障率明显增加。

2）全台网资源利用率不高

媒体资产管理系统的组建，标志着含山广播电视台成功实现了广播电视全台网。从前期采集、上载到后期非编网的制作均为数字化信号，即全台内部以网络化、文件化和无带化方式传输、交换数据。然而含山广播电视台两个频道播出却是模拟信号，这就造成了前期数字信号资源得不到充分利用，信号资源浪费。

3）数字化发展方向的需要

随着计算机技术、多媒体技术和网络通信技术的迅速发展，广播电视领域正在进行一场前所未有的设备革新。此外，国家广电总局提出，2015年前要全面实现模拟向数字过渡的目标，停止模拟信号的播出，从而进一步明确数字化的改造时间和发展方向[1-4]。

2 播控系统改造前状况

含山广播电视台原播控系统为工作站式硬盘播出系统，即单机加板卡方式，播出信号为模拟视音频信号。新闻频道有主、备播出工作站各一套；上载工作站一套；节目上传、离线编单工作站一套。影视频道仅有一套播出工作站，且在本机进行编单。播控周边均为模拟设备，由视频幅度控制器、音频处理器、视音频切换矩阵、GPS授时器和在线字幕机等设备组成，系统结构如图1所示。

图1 原播控系统结构组成方框图

播控系统改造之前，制作和播出分属全台网内的两个子系统。各部门节目制作完毕后，转码成播出文件的形式，通过网络统一传至总编室编单工作站，总编室审核节目并上传至主、备播出工作站，同时确定节目播出单，交技术播出部门执行。在特殊情况下，总编室也可以临时调整播出节目的顺序或内容。

3 播控系统数字化改造方案

含山广播电视台数字化播控系统方案遵循安全、高效和经济实用的原则，结合含山广播电视台实际工作模式、工作流程以及节目播出量等情况，以主、备视频播出服务器为核心，满足两个频道全数字、高质量的安全播出需要进行制定。

3.1 播控系统结构

改造后的播控系统采用分布式、网络化异地上传的多通道数字播出系统结构。同时在全台网整体布局架构中，既保持了局域网的完整性，又具有相对的独立性。全台网络系统拓扑图如图2所示。

图2 全台网络系统拓扑图

3.1.1 系统相对独立

在实现全台网时，使用硬件防火墙把互联网和内部局域网进行“隔断”，网内USB口通过媒资系统进行集中控制，外部存储设备无法在内网中使用，内、外网互联是通过FTP进行传输。这种模式在解决素材进出的同时，也防范了内部网络的安全。

但是，随着数字化技术的进一步发展，摄录编设备不断升级，以及存储卡技术的全新运用，给原网络安全带来一定程度的威胁。为保证播控系统的绝对安全和稳定，改造方案中又添加了一台硬件防火墙。此防火墙专用于播出部分和网内其他部分的隔断，进入播出部分的节目一律通过FTP进行传输，从而大大提高了播控系统的安全性。

3.1.2 网络化异地上传

含山广播电视台采用网络化异地上传、离线编单的模式。即上载工作站与编单工作站是两台不同的工作站，分别位于播控防火墙的两端（编单工作站在播出端），在物理位置上它们是放在一起的，这样做主要是为了对上载的节目格式进行审查，并保证内外网数据的安全传输。

电影、电视剧和其他外购节目均由外网通过FTP传输至内网上载工作站（特殊情况下1∶1采集），再通过内网FTP传至编单工作站，编单工作站进行播出节目的导入，若没有数据格式问题，再上传至主、备播出服务器。若存在数据格式不兼容等现象，应及时进行处理（例如重新转码等）。

有些外购节目，往往只能采用1∶1采集上载方式。自办节目不存在数据格式问题，因为非编转码格式与播出服务器播出文件格式是兼容的。因此，异地网络化上传能够有效避免格式不兼容和数据不安全传输等多种问题，从而有效地保证了节目的安全播出。

3.2 播控系统组成

含山广播电视台数字化播控系统主要由多通道主备视频服务器、主备播出控制工作站、主备数字设备机箱（数字放分配板、加解嵌板等）、主备数字切换器、数字三选一切换器、数字时台标字幕机、数字时基校正器、数字键混合放大器、数字音频处理器和数字跳线盘设备组成，以及相关的集成与服务等。系统组成如图3所示。

图3 改造后的两个频道数字化播控系统组成方框图

3.2.1 主、备视频服务器

主、备视频服务器是含山广播电视台两个频道播控系统数字化改造的核心部分。笔者在板卡选配和服务器配置上周密考虑，既要符合相关技术指标要求，又要与现有的上载、媒资和非编制作设备相互兼容。视频服务器采用硬件编解码技术，压缩方式为MPEG-2，视频取样为4∶2∶2和4∶2∶0，压缩码率可调，并且支持基于IBBP帧方式的长GoP，所有编解码通道输入、输出均为嵌入式音频（内嵌AES/EBU标准音频）的SDI信号。

在正常的情况下，两个频道主、备视频服务器同步镜像播出，服务器播出通道和硬盘阵列等重要部位运用冗余技术，且为热备份的方式。

3.2.2 主、备播出控制工作站

主、备播出控制工作站是播控系统的关键环节。含山广播电视台播出控制工作站采用两个频道相互控制播出的方式，即任意一台控制工作站出现故障，另外一台能够实时接替工作，对播出无任何影响。主、备控制工作站主要是利用RS-422和RS-232串行接口实现对服务器、切换器等设备的实时控制。同时，控制系统做到完全相互备份，不存在单一崩溃点。

3.2.3 主备数字切换器

播出切换器是播控周边设备中的重要组成部分。含山广播电视台数字化播控系统配置了4台16×2的SDI切换器和切换控制面板，每个频道都使用了主、备双切换器，并且具有掉电直通、切换锁定以及均衡、时钟恢复等功能，同时还配备了双串口切换控制，保证了播出的安全性。

3.2.4 数字三选一切换器

数字三选一切换器主要针对主备数字切换器而言，它具有自动判断信号的功能。当主备切换器中的一台出现故障，无信号输出时，它能够自动切换到另外一台切换器，同时它也有掉电直通功能。含山广播电视台数字三选一切换器只接收主备切换器的两路信号源，因此它还可以接收一路线路信号源。当主备切换器均无信号输出时，它就自动切换到线路信号，保证播出信号的不中断。

3.2.5 数字时台标字幕机

在此次播控系统数字化改造中，含山广播电视台没有单独配备硬件时台标发生器，此任务由数字时台标字幕机来承担。既节省了费用，又减少了播控系统的中间环节。另外，配置了两台数字时台标字幕机，两个频道之间能够起到相互备份的作用。数字时台标字幕机的技术指标具有广播级数字通道指标，采用全数字的4∶2∶2信号处理方法，并且具有网络字幕的功能。

3.2.6 数字时基校正器

时基校正器与黑场信号发生器共同对信号源进行同步锁定，避免不同信号切换时出现抖动现象。播控系统中每个频道分别配备了一台数字时基校正器，信号采用4∶2∶2数字处理格式，13.5 MHz取样量化，它具有掉电直通功能，且支持音频的嵌入。

3.2.7 数字键混合放大器

键混合放大器主要是对播出字幕机中的字幕信号和播出信号进行键混合处理。因此，它的指标好坏对播出信号质量优劣起着非常重要的作用。含山广播电视台键混合放大器支持2路数字键混合和嵌入式音频，有键预监输出，控制接口为双RS-232接口，具有掉电直通功能。

3.2.8 数字音频处理器

数字音频处理器主要是对音频输出信号起自动限幅作用，保证频道的声音电平符合统一标准。含山广播电视台两个频道分别配置了一台数字音频处理器，在技术上要求嵌入式音频的SDI输入输出。工作原理是：在主切换器的控制口输出一路控制信号给音频处理器，实时检测音频输出信号的大小，自动调整限幅。含山广播电视台数字音频处理器的声音调整范围为-6～+6 dB，具有掉电直通功能，并且提供模拟的监看和监听。

4 播控系统数字化改造的安全措施

安全问题是播控系统头等重要的问题。播控系统安全包括网络安全、软硬件安全以及应急措施等方面。

1）网络安全

此次播控系统数字化改造，再次加强了网络安全防范问题，播控部分单独共有一台交换设备，通过“网闸”与其他部分连接，确保播控系统数据绝对安全，同时播控系统设备的USB口通过软件进行禁用和解禁。

2）软硬件安全

播控系统数字化改造方案设计中，采用循环控制和镜像备份的设计理念，关键部位做到多重备份，有力地保障了含山广播电视台的播出安全。

循环控制设计的好处就是做到控制“不失控”的效果，确保万无一失。按照该设计理念，含山广播电视台每个频道分别配置了一台控制工作站，两台控制工作站相互控制。即其中一台控制工作站在控制本身频道播出的同时，也可以控制另一频道的播出。

含山广播电视台多通道主、备服务器同时播出两个频道的节目，这样两台服务器就可以达到互为备份的效果。正常情况下，以主服务器播出为主，但备服务器同步镜像播出，一旦主服务器出现问题，控制系统自动切换到备服务器播出。

此外，主、备播出服务器采用双嵌入式操作系统，6块3 Tbyte的热插拔硬盘阵列，采用RAID10技术存储，自动检测硬盘的工作状态。并且具有双电源，4个热插拔的冗余风扇，风机故障有告警提示等。主、备切换器的有效工作状态由三选一切换器实时检测，自动倒换。

3）应急措施

应急措施是保障播控系统安全不可或缺的部分。虽然播控系统关键部位考虑了备份问题，但若出现不可预测的情况，要有应急措施。基于这种情况，两个频道均配置了26路的数字跳线盘，关键环节必须经过跳线盘，如主备服务器的输出、主备分配板的输出、主备切换器的输出以及三选一、时基和键混输出等。若某设备出现问题，第一时间用跳线把故障设备跳过去，有效避免设备故障给播出带来的影响。

5 播控系统数字化改造的技术特点

播控系统承担着全台各个频道的播出任务，它在全台网中具有十分重要的作用。含山广播电视台播控系统数字化改造除方案合理、技术指标高和备份措施完善等特点外，还具有以下几方面的技术特点：

1）纯硬件编解码

含山广播电视台播控系统采用纯硬件编解码技术，板卡为进口解码卡。系统内部均为SDI信号，内嵌AES/EBU标准音频，符合SMPTE 259M-C：270 Mbit/s，625/50数字分量格式，信号采用MPEG-2（4∶2∶2）格式传输、存储，支持1.5～50 Mbit/s码流编码，且有很高的系统带宽和存储带宽，能够满足整个系统对带宽的要求。

2）管理功能丰富

含山广播电视台播控系统具有丰富的管理功能，服务器采用内置数据库形式，无须单独外挂数据库服务器，为主、备播出服务器的数据管理带来了很大方便。同时系统具有丰富的输入和输出接口，支持网络控制和串口控制，还有SNMP实时检测接口，这些均为含山广播电视台播控系统的管理提供了丰富的检测手段。另外，多画面分割服务器端还提供了声音电平条和图像监测用的矢量图和亮度分析仪等。如出现技术指标不标准现象，就发出告警信息。

3）素材兼容性好

播控系统的节目素材兼容性非常重要。因为节目来源渠道不同（尤其是电视剧和电影），导致播出文件的压缩格式多种多样，所以对播出服务器的兼容性提出了更高的要求。含山广播电视台播控系统在数字化改造时特别注重这一问题，对兼容性要求严格，要求不同压缩格式和不同码流的文件能够流畅播出，不能有抖动和停帧现象发生。

4）扩展灵活性强

播控系统设计时应考虑到未来系统的扩展，系统要有可扩展通道和接口，以便系统扩容时，投资最少。含山广播电视台在系统方案设计时考虑了这方面的具体要求。在服务器的选配上，采用了多通道的主板和机箱，主板共有8个输出通道可选，机箱硬盘位可增加，满足系统升级和频道增加等技术性要求。

6 播控系统数字化改造应注意的问题

播控系统数字化改造工程量大，涉及面广，系统架构复杂。因此，在系统改造之前应把可能遇到的问题想清楚，以免留下不足。从含山广播电视台播控系统数字化改造的整个过程来看，积累了以下方面的经验，希望对同仁们有所启发。

1）数字信号进出

这里所说的数字信号进出是指外来线路信号和编码输出信号尽可能数字化，避免信号经过系统的加嵌和解嵌过程，造成不必要的损失。

例如省台和中央台的线路信号源，含山广播电视台原先是通过卫星和省网两种渠道获取，它们均为模拟信号进入播控系统。在改造中，为了不经过加嵌环节，利用带SDI接口（嵌入音频）输出的数字卫星接收机接收省台和中央台信号，直接进入含山广播电视台播控系统的数字信号分配环节，从而保证信号源头的数字化。另外，在播控系统的输出端，把原先模拟信号输入的编码器也换成带SDI接口（嵌入音频）输入的编码器。这样就保证了全数字信号的进入和输出。两个频道线路信号数字化流程如图4所示。

图4 两个频道线路信号数字化流程方框图

2）系统简洁实用

播控系统简洁实用是数字化改造的宗旨。在保证播控各项功能的前提下，系统应尽量简洁，同时核心部分还应保持功能单一化。如改造方案中把组成设备降到最简洁的程度，可要可不要的设备一律不要，以免增加系统的故障点。另外，主备播出服务器的功能尽量做到单一化，只负责播出，不做其他事情。将控制工作站从播出环节中拿出来，只负责控制，这样有利于提高其稳定性。含山广播电视台原有模拟播出系统为了节约资金，把控制部分嵌套播出中，经过实际应用证明，确实存在弊端。控制部分出问题影响了播出，播出部分出了问题也会影响控制，所以存在相互影响的问题。

3）方案周密设计

方案周密是播控系统数字化改造成功的前提。在系统整体架构合理的基础上，细节问题应考虑周密。含山广播电视台数字化方案不仅考虑了当前设备的需求，也考虑了将来编播设备更新时信号如何进入播控系统。针对直播，含山广播电视台制定了两套方案：一套方案是进加嵌板；一套方案是进控制台的矩阵。这两种方案与含山广播电视台当前设备是能够对接的。因为现在切换台是模拟信号接口输出，但也应考虑今后设备为数字信号接口输出的问题。因此，方案预留了一块分配板在数字机箱中，这样就解决了将来新设备对接的问题。

4）人机环境分开

播控系统数字化改造之前，含山广播电视台就考虑了机房布局问题，其中把人与设备分开是考虑的重点。把系统组成设备放在一间密封机房，保证重要机器设备在恒定温度、恒定湿度的环境中，同时减少电子设备最为禁忌的灰尘问题。系统控制部分用控制面板进行同步控制，控制面板放置在设备机房隔壁，通过数据延长线来连接控制系统的各个环节。这样既解决了对设备远距离的控制问题，也为设备提供一个良好的工作环境。