吳 超

（?？趶V播電視臺(tái)，海南 ?？?570000）

0 引言

在現(xiàn)代廣播電視行業(yè)，高清播出控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施是提升節(jié)目質(zhì)量、觀眾體驗(yàn)以及播出安全性的關(guān)鍵。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，全新的高清播出控制系統(tǒng)不僅要求高質(zhì)量的圖像和音頻輸出，還需要滿足實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性的要求。本文以?？趶V播電視臺(tái)3 個(gè)頻道的高清播出控制系統(tǒng)為例，探討如何構(gòu)建一個(gè)高效、可靠的高清播出控制系統(tǒng)。文章將深入分析系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，以及如何在保證安全播出的前提下優(yōu)化播出流程，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和工作效率。

1 高清播控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)高清播出控制系統(tǒng)，首要的原則是保證高清視音頻的技術(shù)指標(biāo)、播出內(nèi)容的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。其次，系統(tǒng)必須具備高效的實(shí)時(shí)處理和傳輸能力，以滿足實(shí)時(shí)播出的需求。再次，系統(tǒng)還需要具有高度的穩(wěn)定性和可靠性，避免設(shè)備故障造成播出中斷。最后，高清播出控制系統(tǒng)應(yīng)具備良好的可擴(kuò)展性，以適應(yīng)技術(shù)的快速進(jìn)步和市場(chǎng)需求的變化，實(shí)現(xiàn)新功能和新設(shè)備的無(wú)縫接入。高清播出控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要整合各種播出設(shè)備和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效的播出流程，在保證播出質(zhì)量的同時(shí)，盡可能降低設(shè)備和運(yùn)營(yíng)成本，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。安全性也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要原則。高清播出控制系統(tǒng)應(yīng)具備強(qiáng)大的安全防護(hù)能力，防止數(shù)據(jù)泄露、非法入侵等安全問(wèn)題，保證播出內(nèi)容的安全。結(jié)合?？趶V播電視臺(tái)實(shí)際需求，根據(jù)以上原則，本文設(shè)計(jì)出的高清播控系統(tǒng)框架如圖1 所示。

圖1 高清播控系統(tǒng)示意框圖

2 信號(hào)總控調(diào)度系統(tǒng)

信號(hào)總控調(diào)度系統(tǒng)是高清播出控制系統(tǒng)的重要組成部分，是負(fù)責(zé)控制信號(hào)源調(diào)度以及使用的子系統(tǒng)，由總控矩陣、光收發(fā)設(shè)備、幀同步卡以及延時(shí)器等設(shè)備組成。設(shè)計(jì)中以GV FR8144 矩陣機(jī)箱搭載144-3GIG-XPT 交叉點(diǎn)卡，配置相應(yīng)的矩陣控制器、控制面板，輔以高清串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）以及光輸入輸出卡，組成144×144的總控矩陣，以此作為信號(hào)總控調(diào)度系統(tǒng)的核心，完成臺(tái)內(nèi)外信號(hào)的靈活調(diào)度，并留有升級(jí)空間，可視情況擴(kuò)容為144×288 的矩陣?？傮w來(lái)看，該矩陣規(guī)模已經(jīng)足以應(yīng)對(duì)高清播出系統(tǒng)需要處理的外場(chǎng)直播、光纖衛(wèi)星信號(hào)、臺(tái)內(nèi)演播室、播出服務(wù)器、測(cè)試信號(hào)、循環(huán)墊片信號(hào)以及全臺(tái)總控系統(tǒng)分配回送等信號(hào)。多余的輸入輸出接口可用于靈活接入幀同步器、延時(shí)器以及收錄系統(tǒng)，利用總控系統(tǒng)的靈活調(diào)度功能，減少以上相關(guān)設(shè)備的投入成本。同時(shí)，必須在總控矩陣輸入輸出端增設(shè)跳線。若總控矩陣出現(xiàn)故障，可以使用跳線將信號(hào)快速調(diào)入分控系統(tǒng)，保證播出的安全。

3 播出分控系統(tǒng)

在本項(xiàng)目中，播出分控系統(tǒng)主要承擔(dān)3 個(gè)電視頻道的節(jié)目播出任務(wù)，應(yīng)具備盡可能高的穩(wěn)定性、可靠性、安全性。要求主備播出通道交叉?zhèn)浞荩鱾涞箵Q器具備斷電直通功能。正常播出時(shí)，由主、備兩臺(tái)播控工作站根據(jù)節(jié)目單控制切換矩陣進(jìn)行節(jié)目切換，最后將輸出信號(hào)疊加字幕臺(tái)標(biāo)以及響度控制后經(jīng)過(guò)編碼送到傳輸發(fā)射系統(tǒng)。播出分控系統(tǒng)包括視音頻切換、硬盤播出服務(wù)器以及控制設(shè)備等子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[1]。

3.1 視音頻切換子系統(tǒng)

每個(gè)電視頻道的切換子系統(tǒng)由高清切換矩陣、字幕機(jī)、臺(tái)標(biāo)機(jī)、鍵混器、響度控制器、主備倒換器以及傳輸編碼器等組成切換鏈路通道。根據(jù)實(shí)際情況分析，所需信號(hào)源包括視頻服務(wù)器主備信號(hào)、總控調(diào)度信號(hào)、錄像機(jī)信號(hào)、央視轉(zhuǎn)播信號(hào)、省臺(tái)轉(zhuǎn)播信號(hào)、備播信號(hào)、墊片信號(hào)以及測(cè)試信號(hào)等共計(jì)15路信號(hào)。因此，3 個(gè)頻道分別配備16×8 的播出切換矩陣主備兩臺(tái)，配備具有靜/凈切換功能的節(jié)目信號(hào)（Program，PGM）輸出和預(yù)置（Preset，PST）輸出，可受控于播出工作站和各分控面板進(jìn)行倒換、觸發(fā)、保持及跳過(guò)等操作，可設(shè)置報(bào)警參數(shù)[2]。

節(jié)目信號(hào)經(jīng)過(guò)主、備兩路通道，依次經(jīng)過(guò)融合臺(tái)標(biāo)和字幕的鍵混器、響度處理器，通過(guò)4 選1 倒換開關(guān)，分別進(jìn)入主、備編碼器編碼后通過(guò)光纖送往有線電視機(jī)房及無(wú)線發(fā)射機(jī)。為了最大限度保證安全播出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用四選一倒換開關(guān)，增加了一路備用信號(hào)和一路墊播信號(hào)。同時(shí)，上述通道所有設(shè)備間連線均配置了跳線，任何設(shè)備出現(xiàn)故障，都能通過(guò)快速應(yīng)急跳線操作，確保系統(tǒng)的可用性[3]。

3.2 硬盤播出服務(wù)器子系統(tǒng)

硬盤播出服務(wù)器子系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供除了直播與轉(zhuǎn)播外臺(tái)信號(hào)之外的全部節(jié)目?jī)?nèi)容，由播出服務(wù)器、二級(jí)存儲(chǔ)服務(wù)器、上載工作站、外來(lái)素材接口服務(wù)器以及技審服務(wù)器組成，如圖2 所示。

圖2 硬盤播出服務(wù)器子系統(tǒng)架構(gòu)圖

備播階段，對(duì)各個(gè)部門的節(jié)目素材進(jìn)行整備，將待播的素材根據(jù)節(jié)目單通過(guò)上載服務(wù)器或接口服務(wù)器遷移至二級(jí)存儲(chǔ)服務(wù)器，同時(shí)對(duì)素材進(jìn)行自動(dòng)技審和人工技審等相關(guān)質(zhì)量檢測(cè)。臨近播出前，再根據(jù)節(jié)目單以及遷移策略將節(jié)目素材從二級(jí)存儲(chǔ)遷移至視頻服務(wù)器。應(yīng)急情況下，也可以將節(jié)目直接上載或遷移至視頻服務(wù)器。

播出階段，由播控工作站按照節(jié)目單控制視頻服務(wù)器以及視音頻切換子系統(tǒng)中的受控設(shè)備，進(jìn)行正常播出或針對(duì)應(yīng)急情況進(jìn)行處理。

3.2.1 視頻服務(wù)器

本系統(tǒng)的視頻服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)為三機(jī)互為主備模式，每臺(tái)視頻服務(wù)器配置兩個(gè)高清解碼通道，分別負(fù)責(zé)一個(gè)頻道的主播和另一頻道的備播，任何一臺(tái)服務(wù)器故障均不會(huì)影響正常播出。服務(wù)器性能基本要求是：須為支持長(zhǎng)時(shí)間不間斷連續(xù)工作的高性能視頻服務(wù)器，內(nèi)置嵌入式操作系統(tǒng)、雙電源，具有兩個(gè)以上工業(yè)級(jí)千兆以太網(wǎng)卡，對(duì)外遷移帶寬不小于800 Mb·s-1。播出服務(wù)器還需支持Louth-VDCP、RS-422、通用輸入（General Purpose Input，GPI）等控制協(xié)議；支持文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）、通用網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議（Common Internet File System，CIFS）；具有獨(dú)立的服務(wù)器磁盤陣列，支持RAID3/RAID4/RAID5/RIAD6 方式存儲(chǔ)及保護(hù)技術(shù)，有效存儲(chǔ)容量不少于12 TB；播出服務(wù)器編解碼卡、電源、風(fēng)扇等必須具有冗余設(shè)計(jì)。上述任意部件損壞后均可在線切換和熱插拔更換，確保任意一個(gè)部件的損壞不影響播出安全[4]。

3.2.2 二級(jí)存儲(chǔ)陣列

二級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)是承擔(dān)節(jié)目素材中轉(zhuǎn)、遷移、存儲(chǔ)的重要部分，因此該子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)全面考慮容量需求、數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度、數(shù)據(jù)的冗余與安全等性能[5]。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的播出二級(jí)存儲(chǔ)陣列要求為雙控制器，互為冗余，提供故障切換功能，避免單點(diǎn)故障。每控制器包含不少于16 GB 后備高速緩存，每控制器包含2 個(gè)萬(wàn)兆接口；要求100 TB 物理存儲(chǔ)，支持RAID 3/5/6，配置模塊化磁盤存儲(chǔ)管理軟件，支持多路徑管理，提供服務(wù)器與存儲(chǔ)陣列之間冗余數(shù)據(jù)路徑的故障轉(zhuǎn)移管理。二級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)作為播出節(jié)目的文件緩存，非當(dāng)日播出的節(jié)目進(jìn)入二級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)中進(jìn)行存儲(chǔ)，然后進(jìn)行文件技審、人工軟審及MD5 等處理。經(jīng)過(guò)審核后，根據(jù)遷移策略以及節(jié)目單，由二級(jí)存儲(chǔ)陣列向播出視頻服務(wù)器進(jìn)行節(jié)目遷移。

3.2.3 技審服務(wù)器

為確保安全播出，系統(tǒng)內(nèi)配置了技審服務(wù)器對(duì)節(jié)目素材進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)，判斷素材的數(shù)據(jù)、文件格式和封裝格式等是否滿足播出服務(wù)器的要求，對(duì)可能存在的視音頻不正常進(jìn)行準(zhǔn)確的判定。視頻檢測(cè)包括黑場(chǎng)、彩條、靜幀、馬賽克、YUV/RGB 超標(biāo)及對(duì)比度超標(biāo)等，音頻檢測(cè)包括靜音、音頻丟失、響度超標(biāo)、爆音及相位錯(cuò)誤等。報(bào)警設(shè)置應(yīng)以幀為精度，由用戶定義閾值。自動(dòng)技審配置應(yīng)滿足標(biāo)清不低于30 倍速、高清不低于10 倍速的檢測(cè)速度要求，由軟件自動(dòng)生成技審報(bào)告，根據(jù)權(quán)限和流程分發(fā)相關(guān)工作站[6]。自動(dòng)技審軟件支持自動(dòng)和人工復(fù)檢，檢查的結(jié)果需保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，作為重要的節(jié)目信息，服務(wù)于后續(xù)應(yīng)用。

4 其他系統(tǒng)

4.1 時(shí)鐘同步系統(tǒng)

時(shí)鐘同步系統(tǒng)中的主備同步機(jī)應(yīng)支持全球定位 系 統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）10 MHz輸入鎖定、高精度晶振發(fā)生，并配置同步信號(hào)倒換器，至少具有一組高標(biāo)清測(cè)試發(fā)生信號(hào)輸出。所有設(shè)備應(yīng)具有雙電源，以便在單電源時(shí)仍能正常工作。配置GPS 或者北斗接收信號(hào)，經(jīng)處理后可提供網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘協(xié)議（Network Time Protocol，NTP）服務(wù)及縱向時(shí)間碼（Longitudinal Time Code，LTC）輸出；具有模擬、數(shù)字和精確時(shí)間協(xié)議（Precision Time Protocol，PTP）同步信號(hào)輸出，基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)和同步信號(hào)應(yīng)可以分配給全臺(tái)使用[7]。

4.2 播出監(jiān)控系統(tǒng)

播出監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)播出過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障處理，主要包括信號(hào)監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控和故障處理3 個(gè)部分。信號(hào)監(jiān)控部分負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控播出信號(hào)的質(zhì)量。設(shè)備監(jiān)控部分負(fù)責(zé)監(jiān)控所有播出設(shè)備的工作狀態(tài)[8]。故障處理部分負(fù)責(zé)在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)迅速采取措施進(jìn)行處理，包括切換備用設(shè)備、調(diào)整設(shè)備參數(shù)、維修設(shè)備等。播出監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需要考慮幾個(gè)關(guān)鍵的因素：首先，系統(tǒng)需要具有高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，可以迅速發(fā)現(xiàn)和處理各種問(wèn)題；其次，系統(tǒng)需要具有強(qiáng)大的故障處理能力，包括切換備用設(shè)備、調(diào)整設(shè)備參數(shù)；最后，還需要提供豐富的監(jiān)控信息和友好的用戶界面，以便操作人員能夠方便地進(jìn)行監(jiān)控和管理。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)高清播出控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、總控系統(tǒng)、分控系統(tǒng)以及其他相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的探討。高清播出控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的高效性、可靠性和可擴(kuò)展性，確保廣播電視節(jié)目的高質(zhì)量播出。高清總控系統(tǒng)和分控系統(tǒng)包括視音頻切換系統(tǒng)、視頻服務(wù)器系統(tǒng)以及二級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在處理高清內(nèi)容時(shí)的高性能和靈活性。高清播控系統(tǒng)的其他重要組成部分如時(shí)鐘同步系統(tǒng)和播出監(jiān)控系統(tǒng)增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理能力。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的變化，這些系統(tǒng)將繼續(xù)升級(jí)，為觀眾提供更高質(zhì)量的視聽體驗(yàn)，為廣播電視臺(tái)帶來(lái)更高的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。