摘要：在新媒體傳播質量不斷提升的背景下，為確保IPTV播出部與新媒體事業(yè)部之間建立良好的合作關系，實現(xiàn)對標準頻道的高標準、高質量播出，本文設計了一款安全可控、實用性強的廣播電視總臺IPTV高清直播頻道系統(tǒng)。首先，嚴格按照系統(tǒng)設計原則，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)架構設計。其次，分別設計和實現(xiàn)了信源接收塊、編轉碼、碼流切換、臨時直播、監(jiān)測監(jiān)看等模塊。最后，研究了系統(tǒng)運行情況。結果表明：本系統(tǒng)節(jié)目高清、頻道播出質量高、信號傳輸正常，完全符合預期設計標準和要求。希望通過這次研究，為相關工作者提供有益借鑒和參考。

關鍵詞：廣播電視總臺；IPTV；高清直播頻道

一、引言

最近幾年，隨著IPTV業(yè)務的迅猛發(fā)展，全國IPTV總用戶數(shù)超過3億，IPTV這一廣播電視傳播方式變得更加流行[1]。目前，傳統(tǒng)廣電總臺IPTV直播系統(tǒng)存在頻道播出質量低、信號傳輸不穩(wěn)定、節(jié)目不高清等問題，不滿足IPTV直播頻道高質量播出需求。為解決以上問題，本文設計了一種先進、新型的廣播電視總臺IPTV高清直播頻道系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以很好地處理67路高清頻道直播業(yè)務，還可以實現(xiàn)對重要節(jié)目的臨時直播，具有信號接入轉播能力強、不同信號播出兼容性高等特點[2]。

二、系統(tǒng)設計原則

（一）安全性

安全性是廣播電視總臺IPTV高清直播頻道系統(tǒng)設計的主要原則。該系統(tǒng)旨在方便人們實時獲取國內外時事信息，因此，高清直播頻道在播出期間，難免會涉及國內發(fā)展戰(zhàn)略相關的信息，所以，在設計本文系統(tǒng)時，需要運用加密技術，統(tǒng)一加密以保護系統(tǒng)重要信息數(shù)據(jù)。首先，要設計用戶密碼輸入型，并結合無線傳輸系統(tǒng)所傳播的電視信號，利用用戶終端，自行解密和解碼重要信息，保證系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性和安全性，從而達到高效化、安全化傳輸重要信息數(shù)據(jù)的目的，為實現(xiàn)對電視節(jié)目信息的有效保護提供重要的平臺支持。

（二）實用性

本文系統(tǒng)在具體設計時，要突出系統(tǒng)實用性原則。高清畫面的設置，除了要求提高直播頻道的分辨率和動態(tài)范圍外，還要達到寬色域、全景聲等多種功能畫面。高分辨率直播頻道系統(tǒng)設計通常需要花費較高的資金成本，但是，廣播電視總臺系統(tǒng)更新緩慢、超高分辨率顯示器在市場上占用率較低，因此，在設計本文系統(tǒng)時，可以在保證超清畫質的基礎上，對系統(tǒng)畫面進行適當優(yōu)化，以滿足大部分家庭對直播頻道播出的畫面感和流暢度需求。這種兼顧高清性與流暢度的方案，不僅可以降低系統(tǒng)設計資金成本，還可實現(xiàn)資源的最大化利用，有效地突出了系統(tǒng)的實用性。

（三）高兼容性

在設計本文系統(tǒng)時，要結合現(xiàn)代技術發(fā)展趨勢，運用最佳兼容性信號模式，不斷地提高電視信號的普及范圍，促使電視信號在市場上表現(xiàn)出較高的占用率，突出系統(tǒng)高兼容性特點，確保信號傳輸端與網(wǎng)絡接收端的良好連接，使得本文系統(tǒng)可以直接穩(wěn)定運行于不同的操作系統(tǒng)中。

三、系統(tǒng)總體設計

（一）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

在整個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫主要承擔系統(tǒng)數(shù)據(jù)增刪改查、管理與存儲等角色，其功能類似于人的大腦。對數(shù)據(jù)庫的設計，主要采用了主備匹配模式，一旦某一數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常問題，系統(tǒng)會自動調用備用數(shù)據(jù)庫執(zhí)行相關業(yè)務操作。本文系統(tǒng)主要運用MySQL數(shù)據(jù)庫，支持重要數(shù)據(jù)的增刪改查、管理與存儲等功能。本文重點設計節(jié)目單信息表、素材播出狀態(tài)表，其中，節(jié)目單信息表主要包含節(jié)目單日期、頻道縮寫、頻道時段、節(jié)目名稱、節(jié)目類型、節(jié)目插播類型、節(jié)目插播時間、節(jié)目播出時間等屬性；素材播出狀態(tài)表主要包含鎖定狀態(tài)、鎖定次數(shù)、創(chuàng)建人、審核狀態(tài)等屬性。

（二）系統(tǒng)架構設計

本套系統(tǒng)主要由信源接收塊、編轉碼、碼流切換、臨時直播、監(jiān)測監(jiān)看等模塊組成。為保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，在設計系統(tǒng)架構時，主要運用主備冗余架構技術，對系統(tǒng)網(wǎng)絡鏈路進行單獨設計，確保主備網(wǎng)絡鏈路之間保持相互獨立、互不聯(lián)系的關系，避免主備鏈路出現(xiàn)相互干擾情況[3]。系統(tǒng)架構圖如圖1所示。

四、系統(tǒng)模塊設計

（一）信源接收模塊

設計信源接收模塊的目的是協(xié)助用戶實時接收和匯聚處理各個IPTV直流頻道信號源?，F(xiàn)階段，在接收省級廣播電視總臺IPTV信號時，主要運用衛(wèi)星接收、有線接收、網(wǎng)絡下發(fā)等方式。信源接收模塊流程圖如圖2所示，從圖2可以看出，廣播電視總臺采用IPTV衛(wèi)星接收方式，將衛(wèi)星接收天線分別設置在廣播電視總臺內和衛(wèi)星地球站中。兩個衛(wèi)星接收天線之間存在互為備份關系。分別使用主矩陣、備矩陣，將調度好的各個衛(wèi)星天線信號發(fā)送到二選一倒換器中，并將該倒換器與IPTV衛(wèi)星接收機進行有效連接，確保本文系統(tǒng)的高安全性、高應急處置效率。在本文系統(tǒng)中，各個頻道主備路信號主要來源于衛(wèi)星信號，其中，主路信號來源于中星6A；備路信號來源于中星9號。在中星9號的頻道中，主要采用有線接收的方式，將所接收到的衛(wèi)星信號設置為備份信息來源[4]。在本文系統(tǒng)中，含有大量的直播頻道，利用衛(wèi)星接收系統(tǒng)內解碼設備，可以對多種板卡進行科學配置，從而實現(xiàn)對解碼衛(wèi)星信號的實時接收，當解碼操作結束后，本文系統(tǒng)自動輸出相應的播流[5]。

（二）編轉碼模塊

高清直流頻道不同，其信號源會出現(xiàn)編碼格式不統(tǒng)一、碼率不一致等問題。例如：在衛(wèi)星接收機中，所輸出的碼流格式多種多樣，如MAEG-2格式、MAEG-4格式等；廣播電視總臺網(wǎng)絡下發(fā)的碼流格式為H.264，省級廣播電視總臺所創(chuàng)建的頻道節(jié)目源在接入期間，主要選用了模擬信號接入方式[6]。此時，需要將節(jié)目碼流格式統(tǒng)一轉換為廣播電視總臺與電信運營商約定好的編碼格式。在廣播電視總臺中，通過設計編轉碼模塊，可以更好地兼容多種不同視頻編碼格式。在廣播電視總臺IPTV中，各個高清直播頻道主要輸出以下兩種編碼格式，分別是H.264視頻編碼格式和MPEG-1Layer2音頻編碼格式，各個IPTV頻道的高清節(jié)目碼率和標清節(jié)目碼率分別調整為10Mbps、2.6Mbps。編轉碼模塊在具體設計時，主要采用冗余備份方式，當編轉碼主機所檢測到的集群設備出現(xiàn)心跳丟失問題時，本文系統(tǒng)會自動向備份設備中安全可靠地傳輸和發(fā)送相應的編碼任務，確保編轉碼任務的連續(xù)性。另外，運用主備冗余方式，將所有編轉碼主機內物理網(wǎng)口分別連接于主信源交換機和備信源交換機[7]。如果輸入主信源交換機出現(xiàn)故障問題，本文系統(tǒng)會自動切換至備信源交換機，當主信源交換機恢復正常狀態(tài)后，本文系統(tǒng)會自動由備信源交換機切回至主信源交換機。

（三）碼流切換模塊

由于本文系統(tǒng)通常會涉及衛(wèi)星接收、信源接收解碼等多個業(yè)務，故在實際運行期間，很容易出現(xiàn)因編碼器、衛(wèi)星接收機等設備運行異常而出現(xiàn)信號中斷問題。而碼流切換模塊的設計和應用，可以實現(xiàn)對以上問題的快速化、便捷化應急處理。該模塊在具體設計時，首先，要采用IP碼流切換的方式，設計手動切換、自動切換和板卡切換等方式。其次，主備信號主要來自交換機、編解碼等設備，通過運用采用碼流切換的方式，對系統(tǒng)內大部分故障問題進行應急檢測和處理。最后，將碼流切換裝置安裝和部署于主備鏈路中，如果主碼流切換器出現(xiàn)異常問題，本文系統(tǒng)會自動切換至備鏈路中，保證主鏈路與備鏈路之間形成良好的倒換關系。另外，借助碼流切換管理軟件，可以對主備鏈路信號進行單獨輸出，并將該管理軟件直接連接于現(xiàn)有報警系統(tǒng)中，為用戶提供信號快速監(jiān)測、多畫面組合展示等多樣化服務體驗。

（四）臨時直播模塊

為確保廣播電視總臺可提供強大的臨時直播能力，實現(xiàn)對體育賽事、文藝活動等臨時直播節(jié)目的有效插入，系統(tǒng)需要單獨設計和開發(fā)臨時直播模塊。為提高臨時直播信號源處理的及時性，保證IPTV直播頻道播出的穩(wěn)定性和可靠性，在設計臨時直播模塊時，主要采用外來信號接收方式，將編碼器、IP切換器和延時器組合為獨立于IPTV直播頻道的小型系統(tǒng)。此外，利用主編碼器和備編碼器，將互聯(lián)網(wǎng)和總平臺所下發(fā)的臨時直播信號直接傳輸和發(fā)送至主延時器和備延時器，由主備延時器對這些直播信號進行延時處理，當延時處理結束后，將主備信號分別輸入到主備網(wǎng)絡鏈路中[8]。在進行臨時直播期間，通過實時監(jiān)看延時處理之前的信號，可以實現(xiàn)對節(jié)目內容質量的有效檢測，一旦節(jié)目內容出現(xiàn)故障問題，本文系統(tǒng)可以自動應急切換IP切換器，使該切換器自動切換至備路中。借助臨時直播模塊，某省份廣播電視總臺已向全省IPTV用戶成功轉播大型賽事、電競比賽等各種活動。

（五）監(jiān)測監(jiān)看模塊

為進一步提高IPTV高清直播頻道播出的穩(wěn)定性和安全性，本文系統(tǒng)內配備相應監(jiān)測監(jiān)看設備，該設備主要用于對視頻、音頻、碼流、網(wǎng)絡的實時監(jiān)測和查看。其中，碼流主要來源于編碼器和IP流切換器，通過利用監(jiān)測監(jiān)看模塊，可以對這些碼流以及網(wǎng)絡運行狀態(tài)等信息進行實時檢測，方便播控人員快速定位、查找和處理系統(tǒng)故障問題。首先，在進行音視頻監(jiān)測監(jiān)看時，主要利用多畫面監(jiān)測報警系統(tǒng)，對網(wǎng)絡中所形成的組播流進行全面獲取，為用戶提供語音報警提示、轉碼錄像、多畫面顯示等強大功能。通過優(yōu)化和完善監(jiān)控大屏中的多個畫面，并采用衛(wèi)星接收天線極化方式，合理地設計系統(tǒng)界面布局，方便播控人員精確地判斷和識別系統(tǒng)故障位置。在進行碼流監(jiān)測監(jiān)看時，利用監(jiān)測監(jiān)看模塊，可以對各個頻道節(jié)目碼流情況進行長達一周時間的監(jiān)測和分析，同時，還能實現(xiàn)對每秒縮略圖的實時化、自動化抓取，并自動生成相應的告警事件，為后期系統(tǒng)故障維修提供重要的數(shù)據(jù)支持。在監(jiān)測監(jiān)看網(wǎng)絡運行狀態(tài)時，利用網(wǎng)絡監(jiān)測軟件，實時監(jiān)測和分析系統(tǒng)中的各個交換機運行狀態(tài)，并以圖表的形式，將各個交換機的CPU、內存、端口流量等信息顯示在系統(tǒng)主界面中，便于其他人員查看和調用。

五、系統(tǒng)運行情況

本系統(tǒng)從2023年6月2日啟動至今，已試播超過半年。目前，每天以“18：00—22：00”為首播時間段，采用滾動播出的方式，對不同頻道進行24小時高清播出。迄今為止，所上載4K節(jié)目素材播出時間超過300小時，單個節(jié)目平均播出時長超過4400小時。試播至今，本文系統(tǒng)表現(xiàn)出良好穩(wěn)定的運行狀態(tài)。利用本文系統(tǒng)將4K高清電視播出信號直接傳輸和發(fā)送至終端用戶，用戶數(shù)量不斷升高，高達一千萬，不僅實現(xiàn)了對各個高清電視信號的正常、穩(wěn)定播出，還保證了電視信號傳輸質量，完全能夠滿足IPTV頻道高質量、高標準播出需求，有效地驗證了本文系統(tǒng)設計方案的有效性和可靠性。

六、結束語

綜上所述，在IPTV業(yè)務規(guī)模和直播頻道數(shù)量不斷增加的情況下，本文所設計的廣播電視總臺IPTV高清直播頻道因具備信源接收塊、編轉碼、碼流切換、臨時直播、監(jiān)測監(jiān)看等強大功能，不僅可以智能化處理67路高清頻道直播業(yè)務，還能實現(xiàn)對臨時頻道的高質量、高標準播出，從而提高了IPTV用戶觀看質量，為促進IPTV業(yè)務快速發(fā)展，提高IPTV高清頻道開播質量提供了重要的平臺支持。本系統(tǒng)具有運行安全可靠、智控化水平高、實用性強、兼容性高等特點，為IPTV用戶觀看高清直播頻道提供了極大便利，鑒于該系統(tǒng)較高的應用價值，值得被進一步推廣和應用。

作者單位：劉振濤 莒南縣融媒體中心

參考文獻

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