顏景肖 李巖 馬武生

【摘要】河北廣播電視臺(tái)電視于2020年新建播出機(jī)房，實(shí)現(xiàn)了所有頻道的全高清播出。新建播出系統(tǒng)以播出安全為設(shè)計(jì)宗旨，設(shè)計(jì)方案考慮全面，系統(tǒng)特點(diǎn)突出，符合行業(yè)發(fā)展，滿足高清節(jié)目的市場(chǎng)需求。本文從高清播出方案，備播方式，IP備播方案，網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)等方面對(duì)該播出系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.06.022

1.背景

總局發(fā)（[2017]250號(hào)）文的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，確定“到2020年，省級(jí)及較發(fā)達(dá)地市級(jí)臺(tái)基本實(shí)現(xiàn)高清化”。明確高清電視要按照“鼓勵(lì)發(fā)展，統(tǒng)籌兼顧”的原則和規(guī)模化、集約化的要求，堅(jiān)持從播出到傳輸、接收環(huán)節(jié)一體化發(fā)展，提高廣播電視整體服務(wù)水平。2020年1月總局《關(guān)于加快推進(jìn)高清電視發(fā)展的通知》：到2020年，省級(jí)和較發(fā)達(dá)地級(jí)臺(tái)基本實(shí)現(xiàn)高清化，地級(jí)（含）以上臺(tái)主要頻道實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清同播，高清頻道成為主流播出模式。

為了滿足高清節(jié)目業(yè)務(wù)需求，更好的發(fā)展河北廣電事業(yè)，河北廣播電視臺(tái)對(duì)播出系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，新系統(tǒng)功能更加完善，操作更方便快捷，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全性顯著提高。

播出是節(jié)目生產(chǎn)業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)，高質(zhì)量、不間斷的安全播出是主旨。從全臺(tái)角度看，播出播控平臺(tái)也是全臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，承擔(dān)著為電視臺(tái)多種發(fā)布渠道輸送節(jié)目?jī)?nèi)容的重任。全高清播出系統(tǒng)包括：播控及IP備播、總控調(diào)度與IP傳輸、指揮調(diào)度、監(jiān)示顯示、硬盤(pán)播出、媒資近線存儲(chǔ)、素材文件審片、衛(wèi)星及5G信號(hào)匯聚接收、字幕包裝直播、設(shè)備環(huán)境監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)安全管理、播后數(shù)據(jù)記錄和全媒體傳輸分發(fā)等系統(tǒng)功能。

全高清播出系統(tǒng)與全臺(tái)媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化備播系統(tǒng)和全臺(tái)直播一體網(wǎng)互連互通，實(shí)現(xiàn)全高清、云存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體各項(xiàng)功能，符合融媒體發(fā)展和電視技術(shù)發(fā)展要求。

2. 全高清播出方案

系統(tǒng)擁有10個(gè)頻道的高清播出能力，現(xiàn)在使用8個(gè)通道，2個(gè)通道做備份。建設(shè)的時(shí)候考慮到有一部分用戶還在使用標(biāo)清信號(hào)，在保證所有頻道高清播出的同時(shí)，也保留了標(biāo)清播出的能力。主用設(shè)備高清播出服務(wù)器設(shè)計(jì)為主備冗余，2臺(tái)服務(wù)器為一組，每組承擔(dān)2個(gè)頻道的播出，10臺(tái)服務(wù)器滿足10個(gè)頻道的播出需求。

該項(xiàng)目對(duì)衛(wèi)視頻道和其他地面頻道分別設(shè)計(jì)了解決方案。

2.1 衛(wèi)視頻道高標(biāo)清同播設(shè)計(jì)方案

主備播出視頻服務(wù)器、總控信號(hào)8路、墊片信號(hào)、測(cè)試圖信號(hào)、VTR信號(hào)輸入至主備切換器，經(jīng)過(guò)疊加字幕臺(tái)標(biāo)，經(jīng)過(guò)主備響度控制處理后，一組高清主備信號(hào)再經(jīng)過(guò)一次鍵混器疊加高清字樣進(jìn)入高清三選一倒換器后輸出高清信號(hào);另一組高清信號(hào)經(jīng)過(guò)下變換后進(jìn)入標(biāo)清主備三選一輸出標(biāo)清信號(hào)。

2.2 其他頻道高標(biāo)清同播設(shè)計(jì)方案

主備播出視頻服務(wù)器、總控信號(hào)6路、墊片信號(hào)、測(cè)試圖信號(hào)、VTR信號(hào)輸入至主備切換器，經(jīng)過(guò)主備響度控制器后再經(jīng)過(guò)鍵混器疊加臺(tái)標(biāo)字幕，進(jìn)入主備高清三選一倒換輸出高清信號(hào);同時(shí)末級(jí)輸出高清信號(hào)經(jīng)過(guò)視分，主備路進(jìn)入下變換器輸出標(biāo)清信號(hào)。

3. 文件化備播

備播階段是節(jié)目調(diào)度與準(zhǔn)備播出的階段，包括節(jié)目單的調(diào)用、節(jié)目上載、節(jié)目審片、節(jié)目遷移等工作;備播工作的處理完全根據(jù)總編室編輯的節(jié)目單，同時(shí)結(jié)合整個(gè)播出的配置策略和計(jì)劃，完成不同頻道、不同策略、不同流程的節(jié)目的準(zhǔn)備播出流程。

考慮現(xiàn)將播控平臺(tái)定位在全臺(tái)網(wǎng)的架構(gòu)下，著眼于河北廣播電視臺(tái)全臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，從全局角度出發(fā)，使得播控平臺(tái)既能滿足目前節(jié)目播出業(yè)務(wù)的需要，也能適配全臺(tái)網(wǎng)架構(gòu)的互聯(lián)模式。具體的備播策略分為平臺(tái)互聯(lián)方式備播策略，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)方式備播策略和播出系統(tǒng)上載方式備播策略。

3.1 主干平臺(tái)互聯(lián)方式備播策略

臺(tái)內(nèi)各節(jié)目生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)制作完成的節(jié)目素材，發(fā)起備播遷移任務(wù)，遷移任務(wù)請(qǐng)求經(jīng)主干平臺(tái)ESB轉(zhuǎn)給播出GMP備播系統(tǒng)，經(jīng)GMP備播系統(tǒng)確認(rèn)是否已過(guò)關(guān)門(mén)時(shí)間，然后審核通過(guò)，同意該請(qǐng)求，ESB和節(jié)目生產(chǎn)系統(tǒng)接到同意確認(rèn)，ESB向EMB發(fā)送遷移任務(wù)，EMB根據(jù)ESB給的遷移路徑，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)的素材媒體文件和元數(shù)據(jù)遷移到播出系統(tǒng)FTPServer，進(jìn)行MD5校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后，寫(xiě)入二級(jí)備播存儲(chǔ)，EMB將遷移結(jié)果通知GMP，GMP通過(guò)ESB將遷移結(jié)果告知節(jié)目生產(chǎn)系統(tǒng)。

3.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)方式備播策略

在主干互聯(lián)方式備播中已經(jīng)說(shuō)到，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)是主干平臺(tái)互聯(lián)的備份手段，在緊急時(shí)刻可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)素材直送。緊急備播素材完成后，發(fā)啟備播遷移任務(wù)，遷移任務(wù)請(qǐng)求直接給播出GMP備播系統(tǒng)，經(jīng)GMP備播系統(tǒng)確認(rèn)是否已過(guò)關(guān)門(mén)時(shí)間，然后審核通過(guò)，同意該請(qǐng)求，業(yè)務(wù)系統(tǒng)FTPClient將素材媒體文件和元數(shù)據(jù)推送到播出系統(tǒng)FTP Server FTP Server進(jìn)行MD5校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后，再寫(xiě)入二級(jí)備播存儲(chǔ)，GMP通過(guò)接口服務(wù)器將遷移結(jié)果告知節(jié)目生產(chǎn)系統(tǒng)。

3.3 播出系統(tǒng)上載方式備播策略

在播系統(tǒng)上載的素材，直接上載到上載服務(wù)器，經(jīng)審片合格后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)遷移策略或者手動(dòng)提交遷移任務(wù)將上載素材遷移至二級(jí)備播存儲(chǔ)，GMP通過(guò)分析素材播出時(shí)間范圍，將素材遷移至播出視頻服務(wù)器。播出系統(tǒng)中的上載備播策略如圖1所示：

4. 獨(dú)立的IP備播系統(tǒng)

系統(tǒng)除主備硬盤(pán)播出外，還設(shè)計(jì)了IP備播系統(tǒng)做第三備播。在播控單中，提供應(yīng)急備播信息。IP備播系統(tǒng)生成相應(yīng)的備播單，控制IP播出服務(wù)器與播出視頻服務(wù)器同步跟隨播出，當(dāng)播出視頻服務(wù)器故障時(shí)，將切換到IP備播通道輸出。

IP備播系統(tǒng)分為IP播出系統(tǒng)和IP總控系統(tǒng)兩部分，IP總控通過(guò)SDN交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)線路信號(hào)的備播，解決了原有系統(tǒng)無(wú)法對(duì)線路信號(hào)進(jìn)行備播的痛點(diǎn)。IP播出系統(tǒng)可以同步現(xiàn)有播出系統(tǒng)的在線節(jié)目單，播出控制工作站根據(jù)節(jié)目單控制視頻服務(wù)器進(jìn)行自動(dòng)播出，也可以加載離線節(jié)目單。

4.1 IP播出系統(tǒng)

IP備播系統(tǒng)具有8個(gè)高清頻道的備份播出能力，信號(hào)采用無(wú)壓縮IP播出。備播系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上和現(xiàn)有播控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，通過(guò)接口和集團(tuán)編單系統(tǒng)以及整備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，IP播出控制與現(xiàn)有播控系統(tǒng)完全隔離，保持獨(dú)立控制。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示：

4.2? IP總控系統(tǒng)

IP總控采用SDN架構(gòu)，軟件采用BS架構(gòu)，系統(tǒng)兼容4K、HD、SD信號(hào)管理調(diào)度，支持無(wú)壓縮SDI OVER IP信號(hào)以及各種協(xié)議的壓縮TS OVER IP信號(hào)的調(diào)度、轉(zhuǎn)換和分配，能夠?qū)崿F(xiàn)主備控制端自動(dòng)切換、流程監(jiān)控等安全播出手段。將多種信號(hào)針對(duì)多個(gè)輸出通道進(jìn)行矩陣式切換與輸出管理，根據(jù)需要手段或定時(shí)將已有的信號(hào)源調(diào)度至任意目標(biāo)通道。采用軟件管理方式，對(duì)通道數(shù)量與管理進(jìn)行靈活的擴(kuò)展與增加。系統(tǒng)采用中文界面，操作簡(jiǎn)潔直觀，同時(shí)可以支持軟面板以及硬件面板的方式IP信號(hào)進(jìn)行調(diào)度。

5. 網(wǎng)絡(luò)安全模塊設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)可靠性是播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的重中之重。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括：接入層、核心層和安全管理區(qū)。該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示：

5.1 接入層

接入層網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)的鏈接功能，通過(guò)天融信防火墻（具有訪問(wèn)控制、入侵防御、網(wǎng)絡(luò)防病毒等安全功能）提供網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)。接入層網(wǎng)絡(luò)邊界主要是河北廣播電視臺(tái)全高清播出系統(tǒng)與全臺(tái)主干網(wǎng)之間的接口，由天融信防火墻提供網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制、入侵防御、網(wǎng)絡(luò)防病毒等安全功能。

天融信防火墻系統(tǒng)所使用的NGTOS操作系統(tǒng)平臺(tái)是基于模塊設(shè)計(jì)的高穩(wěn)定性操作系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)用防火墻模塊、深度過(guò)濾模塊乃至VPN模塊、DDoS防御模塊、入侵防御模塊、防病毒模塊等一系列功能模塊，防火墻可深度控制穿越安全設(shè)備的數(shù)據(jù)流。本身可以自由的采用路由、透明及混合等多種方式集成到客戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，并通過(guò)與天融信的其他安全產(chǎn)品相配合，為客戶網(wǎng)絡(luò)提供強(qiáng)大的安全保護(hù)功能。同時(shí)，還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)對(duì)天融信防火墻系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行日志分析、查詢和監(jiān)控。

5.2 核心層

核心層網(wǎng)絡(luò)主要提供播出服務(wù)器、工作站、數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)設(shè)備等重要設(shè)備的數(shù)據(jù)交換功能。部署2臺(tái)H3C 7506E核心交換機(jī)，保障了設(shè)備的冗余，避免了重要設(shè)備的單節(jié)點(diǎn)故障，核心交換機(jī)通過(guò)劃分不同虛擬網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)二層隔離，不同業(yè)務(wù)虛擬網(wǎng)絡(luò)在核心交換機(jī)上統(tǒng)一進(jìn)行三層轉(zhuǎn)發(fā)，提升網(wǎng)絡(luò)安全特性;部署播出接入交換機(jī)和IP備播交換機(jī)，主要運(yùn)行在二層模式，作為核心交換機(jī)的延伸，擴(kuò)展了核心交換機(jī)的終端接入能力。

5.3 安全管理區(qū)

安全管理區(qū)獨(dú)立設(shè)計(jì)部署，劃分一個(gè)單獨(dú)的安全管理子網(wǎng)，部署入侵檢測(cè)、日志審計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)審計(jì)、運(yùn)維審計(jì)、終端安全管理與防病毒系統(tǒng)、安全管理中心SOC等安全設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的雙因素身份鑒別和安全管理與審計(jì)功能。

本項(xiàng)目由國(guó)家廣播電影電視總局廣播電視信息安全測(cè)評(píng)中心對(duì)該全高清播出系統(tǒng)進(jìn)行第三級(jí)等保評(píng)測(cè)工作，于2020年12月11日順利完成所有測(cè)評(píng)工作，達(dá)到廣電總局對(duì)省級(jí)電視臺(tái)三級(jí)等保的要求。

6. 結(jié)語(yǔ)

河北廣播電視臺(tái)全高清播出系統(tǒng)參考了現(xiàn)在各電視臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，總控系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)，應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備，信號(hào)調(diào)度方便靈活，信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)良，可以滿足臺(tái)里現(xiàn)有各演播室、下游單位，各個(gè)播出頻道對(duì)信號(hào)通路的需求和監(jiān)看。系統(tǒng)所有設(shè)備和鏈路均有備份，電源采用雙UPS供電，直播和播出通路都是用雙路傳輸和回傳，直播過(guò)程中可以有效監(jiān)測(cè)播出信號(hào)和提前進(jìn)行問(wèn)題的處理。播出軟件采用大洋公司運(yùn)行十幾年的軟件，簡(jiǎn)單可靠，播出界面簡(jiǎn)潔友好，易于操控。

自運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，播出效果達(dá)到預(yù)期，有效擴(kuò)大了河北廣電在社會(huì)和觀眾中的影響力。