邢台广播电视台高清播出系统升级改造及应用亮点

赵洪川 刘志鹏

【摘要】随着观众对节目质量要求越来越高带来的高清化、4K化趋势，节目制播文件化、网络化、数字化进入了新一轮的技术革新。本文详细阐述了邢台广播电视台基于网络IP技术的高清播出系统的建设及应用亮点。

【关键词】数字高清;播出控制;IP技术;矩阵;媒体处理中心 ;服务器;二级存储

中图分类号：TN943               文献标识码：A               DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.22.043

近几年，随着观众对电视节目质量要求越来越高，广播电视制播系统从标清向高清化、4K化方向极速迈进，不仅提高了电视画面的清晰度，还在色域、亮度、音频嵌入等多个维度得到了全面提升，丰富了用户的视觉体验。2020年6月，邢台广播电视台对全台制播一体网进行高清化改造，优化了采集、制作、播出、传输、存储等整个流程，于8月1日，高清频道正式开播，取得了良好的社会反响。此次制播系统的改造分为制作、播控两大部分，本文仅详细阐述了播出系统的高清化改造情况。

1. 网络系统架构

邢台广播电视台高清播出系统的网络结构采用主备链路形式，配置2台支持万兆的核心网络交换机，通过千兆以太网链接系统中的数据库服务器、内容管理服务器、视频服务器、二级存储、媒体处理中心、工作站集群等设备进行信息的传输控制和管理，使系统负载均衡，当其中任何一台设备出现故障时，系统会自动切换到另一台设备，保证了播出系统正常运行。外部节目导入为单独子网，与播出系统通过防火墙+网闸进行安全隔离;另外还划分了一个隔离区，用于非安全区与安全区之间访问的缓冲区，主要部署对外提供的Web服务、FTP服务等。所有外部节目导入网络的数据必须经过防火墙系统以及播控系统的隔离区后才能迁移到播出系统。

2. 播出系统总体设计

邢台广播电视台新建3+1个高标清同播频道，高清播出采用1080/50i高清SDI信号格式，标清播出采用高清信号下变换的方式;播出系统分为整备系统、硬盘播出系统、分控及信源视音频系统、播出控制系统4个部分，充分兼容于全台网络化，能够通过介质、文件等方式实现节目整备和播出，采用主备热备或镜像机制，系统无单一崩溃点，数据无孤岛。

2.1 视音频系统设计

播出系统采用总控+分控的频道视音频链路设计，32×32总控矩阵承担高标清格式转换和分控信源调度的任务，16×4主备分控矩阵采用末级下变换的方式输出标清PGM信号，在同播系统中，标清链路使用标清设备。

其中，3个主频道的高清播出视音频系统采用双链路结构，调度后的信源通过视分接入播出频道分控切换设备。采用主备切换+统一上键+响度控制的方式，主备切换处理的信号源完全相同。主备通道采用两个独立的信号路由，通过4×1倒换器进行倒换，同时增设1条异构视频服务器第三备播出链路，形成3条链路的安全保障机制。每个频道都有一个独立通道进行视频播出的备份，正常情况下周边设备由主机控制，切换矩阵选通主机通路为PGM输出，当主机出现故障，备机自动接管所有设备的控制权，控制切换矩阵选通备机通路为PGM输出，继续播出。主机恢复工作后，备机再交出控制权，切换矩阵再次选通主机通路为PGM输出。如图1：

2.2 硬盘播出系统

高清播出系统中，3个高清主频道的视频服务器采用MediaDeck7000，承担3个高清频道的播出与上载审片通道，内含4块支持热插拔的Omneon SATA硬盘，通过3+1 RAID技术存储系统集成到一个1RU的机箱中，有效容量12TB，保证系统可以在任何一块硬盘坏掉的情况下仍然正常工作。备用频道视频服务器采用2台正奇公司的第三代FMS视频服务器，支持4路高清播出，采用All-IN-ONE架构，内置台标、图文叠加功能，可以为每个频道输出叠加独立台标，通过接入末级4选1倒换器，实现主备服务器故障后的第三备应急切换。另外，本系统还配置了一台二级存储，它是外部系统节目素材传输至播出系统的过渡区，所有提交至播出系统的节目素材统一存储至播出共享盘阵，只有符合迁移策略，且经文件技审、MD5 校验、人工复审，待播出节目单保存至播出服务器后，系统对单进行检测素材，自动将二级缓存区的节目迁移至播出服务器本地待播。

2.3 播出控制系统

播出控制系统是播出系统中的核心，一方面控制视频服务器的解码通道，根据节目单进行播出;另一方面自己操作主备分控切换矩阵、键混器等视音频设备以完成播出所需的各種效果。

播出主、备分控通道完全镜像，由主、备播控工作站独立镜像控制。主备切换器、主备键混等频道分控设备接入RS-422自动倒换开关，实现共享控制。当出现故障时，播控机通过RS485命令，对422自动倒换开关进行应急触发操作，实现一台播控机可及时接管播出相关设备的控制任务，实现热备份和热切换。

播出控制软件系统采用完善的松耦合架构，在数据库无法访问的情况下，仍然可以进行程序启动、加载节目单、修改节目单、播出控制、主备同步等完整的操作，能够调用本地保存的节目单，通过RS-422来控制视频服务器进行逐条播出。

主、备服务器保持同步可以通过跳线来实现，当主机发出控制指令，备机完全镜像记录，即使同时发生主备机倒换，备机也可以继续发送没有成功的指令，保证播出不会中断。如图2：

2.4 播出整备系统

整备系统负责电视台成品内容的汇聚、审核与管理，在保证安全要求下，交换集群互联系统将台内各生产网络的成品节目文件、元数据导入播出区域。内容汇聚子系统提供丰富的节目采集手段，具有有卡上载、介质导入、通道上载等多种成品节目的汇聚方式。

备播管理子系统通过 B/S 的方式进行管理操作，每个用户登录后，拥有独立的权限，可以方便的对系统中的素材、流程、任务策略、系统配置等信息进行管理操作，采用最新的媒体处理中心技术，灵活调用技审模块，对进入系统的节目素材进行校验，保证待播素材不会出现黑场、静帧、静音等事故。该系统通过转码功能，将不适合播出的素材格式进行统一的编码转换，杜绝了内容发布隐患。在完成校验、技审、转码等操作之后，接收总编系统的播出节目单信息，形成串联单以供硬盘播出控制系统应用。

在既往的文件化任务模式中，任务执行服务器按照功能划分，独立分布，各司其职，这种模式会造成多任务时的拥堵现象，比如：此时有20条任务同时等待迁移，迁移服务器的负载就会很大，并且迁移任务要排队等待，而此时迁移未完成，后面的校验与技审服务器需要等待迁移完成后才能工作，就会比较空闲。这种工作模式造成了服务器的负载不均衡，资源浪费的同时也浪费了大量的时间，使得文件送播的效率低下。为了提高效率，邢台广播电视台在高清播出系统升级改造中采用了最新的文件化送播技术-“媒体处理中心平台”，其工作模式如图3：

图3 媒体处理中心工作流程及技审切片

在传统的工作模式中，增加了工作流引擎和任务调度环节功能，同时，所有的执行服务器可执行迁移/技审/校验等所有任务，这样可以将所有的待执行任务平均分配给各个执行服务器，所有服务器的功能一致化，内容管理系统根据服务器的忙闲进行任务分配，提高系统健壮性，所有计算机的资源都被充分利用并且负载均衡，提高计算机的利用率也就提高了系统整体效率。集群内的服务器任意损坏1台，其它服务器应仍能保证正常运转。为提高HD素材的技审效率，平台提供技审切片服务。具体流程如下：

a） 将技审任务进行切片，分成若干技审子任务;

b） 将技审子任务分发给技审服务器进行技审;

c） 技审服务器对分配的技审子任务进行技审;

d） 将技审结果进行合并，得到整个素材的技审结果。

以上切片技审流程会使得技审任务效率成倍速的提升，如一段素材分4个切片进行技审，那么技审效率则提升4倍。

3. 监测监看

安全送播系统提供完善的监测监看系统，配备多路信号监测设备，采用大屏多画面分割监控界面，可对播出链路上的关键节点、节目输出点以及接收的各频道播出信号进行视音频监听监看，并能对关键节点信号的主要技术指标进行监测。采用录音、录像或者保存技术监测信息等方式对输出的电视节目及信号的质量进行记录，正常信息可保存30天以上。同时提供及时消息处理、业务查询、故障分析等，并可在必要时由网管人员进行人工干预，对紧急任务提前处理。

4. 总结

邢台广播电视台高清频道开播以来，总体上达到了预期目标，抓住了时代的脉搏。在高清升级改造过程中，将最新媒体技术与数字技术、网络IT技术充分融合，采用信号IP化，大大提升了广播电视节目的传输质量和效率，清晰的画面、艳丽的色彩带给广大电视观众精美的视觉体验，赢得了观众的认可和点赞。

参考文献：

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作者简介：赵洪川，工程师，从事河北省邢台广播电视台技术工作.