摘要：本文介紹了鄭州廣播電視臺為實現(xiàn)全面高清化播出，采用All in one高清電視播出系統(tǒng)實現(xiàn)兩個標清頻道高清化升級改造的過程，并對系統(tǒng)的整體架構(gòu)、技術(shù)特點、業(yè)務(wù)流程和播出控制等進行了分析。

關(guān)鍵詞：高標清同播系統(tǒng)；All in one高清播出系統(tǒng)；播出控制

一、 引言

電視播出技術(shù)正在從傳統(tǒng)的標清化、高清化混合播出轉(zhuǎn)向超高清化和IP化播出方式。但很多地市縣級電視臺的電視播出系統(tǒng)還是采用主頻道高清化播出、其他電視頻道標清化播出的模式。根據(jù)國家廣電總局《關(guān)于進一步加快推進高清超高清電視發(fā)展的意見》，鄭州廣播電視臺于2022年7月份啟動了ZZTV4、ZZTV5兩個標清頻道的高清化改造工作。結(jié)合原高標清同播播出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、設(shè)備環(huán)節(jié)較多、故障判斷難度較大的特點，新的高清化改造方案采用All in one高清電視播出系統(tǒng)解決方案。整體系統(tǒng)于2022年11月份開始建設(shè)，于2023年1月份完成全部改造和新老系統(tǒng)并機播出測試工作，并順利實現(xiàn)入網(wǎng)播出。

二、 系統(tǒng)介紹

（一）原高標清同播播出系統(tǒng)

鄭州廣播電視臺原高標清同播系統(tǒng)設(shè)計為3個高標清同播播出頻道，3個標清播出頻道，其中ZZTV1、ZZTV2和ZZTV3為高標清同播頻道，ZZTV6標清頻道已于2022年6月份完成異構(gòu)高清化IP播出（支持4K）， 高標清同播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通過信號分配系統(tǒng)分別提供給主路切換臺和備路切換器各種不同來源的高清信號源。主路切換臺設(shè)備功能強大豐富，支持內(nèi)置自動旁通功能、字幕臺標內(nèi)置鍵控、嵌入式音頻信號的調(diào)整和監(jiān)聽等。備路切換器設(shè)備只具備信號調(diào)度功能，功能簡單可靠，成本投入較低。其中，主路切換臺設(shè)備輸出一路高清信號自帶字幕和臺標鍵控疊加后送至高清倒換器的信號輸入端口一，同時輸出一路信號只鍵控疊加字幕，經(jīng)過高清下變換器處理為標清信號后再鍵控疊加標清臺標，送至標清倒換器的信號輸入端口一。備路切換器設(shè)備輸出一路高清信號經(jīng)過外置的高清字幕和臺標鍵控疊加字幕和臺標后送至高清倒換器的另一路信號輸入端口二，同時已疊加字幕的高清信號經(jīng)過下變換器處理為標清信號后鍵控疊加標清臺標，送至標清倒換器另一路信號輸入端口二。高標清同播系統(tǒng)中的高清通道和標清通道既關(guān)聯(lián)又相對分離，高清和標清兩個不同通道的信號通過主備路倒換輸出高清PGM信號和標清PGM信號[1]。

上述系統(tǒng)架構(gòu)的高標清同播系統(tǒng)已經(jīng)在廣播電視臺內(nèi)經(jīng)過多年的應(yīng)用實踐，具有系統(tǒng)架構(gòu)穩(wěn)定、技術(shù)成熟的特點，但是在實際使用中也有一些不足之處。由于在系統(tǒng)架構(gòu)中存在多個設(shè)備節(jié)點，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，當(dāng)某一節(jié)點發(fā)生故障時，值班人員需要根據(jù)故障發(fā)生的具體情況，準確判斷和分析故障出現(xiàn)的原因，分級排查故障點位，速度慢且耗時長，不利于故障的快速定位和高效處理，增加了應(yīng)急故障解決和系統(tǒng)日常維護的難度。

（二） All in One高清播出系統(tǒng)

為了解決原高標清同播播出系統(tǒng)中存在的不足之處，鄭州廣播電視臺在進行ZZTV4、ZZTV5兩個標清頻道的高清化改造方案選型、設(shè)計和建設(shè)時采用了All in one高清電視播出系統(tǒng)。這種新型的播出系統(tǒng)以一體化播控視頻服務(wù)器為核心，在視頻服務(wù)器內(nèi)部集成了本地或網(wǎng)絡(luò)化文件上載、視頻編解碼播出、臺標和字幕疊加、多種格式信號輸入輸出切換，在一定程度上節(jié)省了切換臺（器）、鍵控器、字幕機和相關(guān)視頻周邊板卡等硬件設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單清晰，如圖2所示。

通過信號分配系統(tǒng)提供給視頻服務(wù)器多路外來信號輸入，由本地或網(wǎng)絡(luò)化上載的高清播出素材文件經(jīng)過解碼播放、臺標和字幕疊加后，依據(jù)系統(tǒng)要求輸出不同格式和不同接口的視頻信號到節(jié)目傳輸系統(tǒng)，如有線電視、IPTV、網(wǎng)站和移動客戶端編轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)等。為了提高此播出系統(tǒng)的安全性，在系統(tǒng)的末級倒換器前增加了一路墊片服務(wù)器信號，當(dāng)主備路的信號源、視頻服務(wù)器播出和信號通道發(fā)生故障時，可以通過快速倒換墊片信號實現(xiàn)應(yīng)急播出[2]。

三、技術(shù)分析

（一）功能特點

為了充分保障安全播出，同時兼顧節(jié)省成本投入，本次建設(shè)的All in one高清電視播出系統(tǒng)選擇了和原高標清同播系統(tǒng)同樣的總控產(chǎn)品和解決方案供應(yīng)商，對原高標清同播播出系統(tǒng)進行了兩個標清播出頻道的改造，實現(xiàn)了和原高標清同播播出系統(tǒng)的高度兼容和一致性。它是在原播出系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)庫上進行了頻道擴展和內(nèi)容升級，充分利用了原播總控矩陣調(diào)度系統(tǒng)的豐富資源，同時也打通了All in one視頻服務(wù)器和原播出系統(tǒng)二級存儲之間的通道，增加了本地素材文件導(dǎo)入工作站，實現(xiàn)了視頻播出控制、信號調(diào)度、素材文件網(wǎng)絡(luò)化上載、內(nèi)容管理、素材文件遷移、素材文件自動技審、響度檢測和人工軟審、播出節(jié)目信號一致性比對、系統(tǒng)監(jiān)測收錄等和原系統(tǒng)的一致性，一方面降低了系統(tǒng)改造的復(fù)雜程度，另一方面也有助于播出值班人員快速掌握新的播出系統(tǒng)的操作規(guī)范和流程。

All in one高清電視播出系統(tǒng)選用了兩臺一體化播控視頻服務(wù)器分別作為主備。該型服務(wù)器采用純IT技術(shù)架構(gòu)，融合GPU加速技術(shù)，內(nèi)置豐富的圖文字幕功能，省去字幕、臺標鍵控的復(fù)雜性，能夠滿足字幕、臺標、CG的各類應(yīng)用需求。All in one服務(wù)器還支持AFD信息嵌入和高標清同播，支持SD/HD SDI、IP同時輸出。視頻服務(wù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

視頻服務(wù)器具備豐富的輸入輸出模式，每臺服務(wù)器支持4路外來HD SDI信號輸入，支持兩路高清H.264播出，支持高標清同步播出，支持MXF、MPG主流視頻格式，支持MPEG-2/H.264視頻格式編碼，支持MPEG-1 Layer2/AAC音頻格式編碼。同時，視頻服務(wù)器支持Windows和Linux跨平臺運行，具有廣泛的兼容性、穩(wěn)定性、靈活的擴展性和模塊化特性，支持全年穩(wěn)定運行，部署方便，配置簡單，具備快速改造部署能力。

（二） 業(yè)務(wù)流程

All in one高清電視播出系統(tǒng)對原高標清同播播出系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行了頻道擴展和內(nèi)容升級后，新舊系統(tǒng)使用同一數(shù)據(jù)庫服務(wù)、業(yè)務(wù)流程一致。

播出系統(tǒng)節(jié)目單網(wǎng)關(guān)在接收到總編室按照節(jié)目生產(chǎn)任務(wù)編輯制作的送播節(jié)目串聯(lián)單之后，逐條檢測節(jié)目單中的素材是否存在于播出二級存儲中。如果素材未存在，根據(jù)播出系統(tǒng)內(nèi)容管理模塊的定義從前級媒資存儲的播出文件區(qū)抓取素材，采用FTP遷移技術(shù)，根據(jù)素材播出的時間遠近設(shè)置不同的遷移優(yōu)先等級，保證遷移及時高效完成。為避免素材在遷移過程中出現(xiàn)損壞，使用MD5值校驗，確保素材的準確性和一致性。

為了實現(xiàn)節(jié)目生產(chǎn)的素材文件能夠快速遷移至二級存儲，可以使用文件導(dǎo)入工作站直接將素材文件FTP導(dǎo)入至播出二級存儲，在素材入庫的同時獲得素材信息，并將素材信息寫入數(shù)據(jù)庫提供播出控制使用。素材信息包括但不限于節(jié)目序號、事件類型、開始時間、節(jié)目長度、節(jié)目源、節(jié)目狀態(tài)、ID編號、當(dāng)前頻道、節(jié)目名稱、當(dāng)前時間、播出節(jié)目剩余時間、同步情況、與設(shè)備的連接情況等。文件導(dǎo)入工作站支持文件批量化上載，采用USB隔離器白名單方式，支持對視音頻文件的深度檢測，能夠有效地防范在文件上載過程中把外來病毒帶入播出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，從而避免安全隱患。

為了避免節(jié)目生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的錯誤，需要先對進入二級緩存的素材進行技術(shù)審核，對節(jié)目素材的各項技術(shù)指標和系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值進行比對告警，并將技審結(jié)果寫入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，最后通過人工審看并確定是否保留使用。素材通過軟審后，可以進入播出串聯(lián)單制作和節(jié)目素材加載流程，如未通過軟審，則通知節(jié)目生產(chǎn)部門重新制作打包節(jié)目上傳。系統(tǒng)根據(jù)播出串聯(lián)單的編排情況，執(zhí)行內(nèi)容管理模塊的遷移策略，將素材文件從播出二級存儲向各個視頻服務(wù)器遷移[3]。

（三）播出控制

播出控制軟件是播出系統(tǒng)中的核心，其可以完成頻道編單制作、文件應(yīng)急上傳、節(jié)目控制播出等全部流程。播控程序根據(jù)播出串聯(lián)單控制All in one視頻服務(wù)器完成素材文件解碼播出、外來信號的切入切出、字幕臺標疊加上下等任務(wù)。All in one高清電視播出系統(tǒng)采用兩臺一體化播控視頻服務(wù)器。每臺視頻服務(wù)器輸出一個頻道的主PGM信號和另一個頻道的備PGM信號，每臺視頻服務(wù)器采用一臺播控工作站實現(xiàn)對兩個高清頻道的播出控制。兩臺播控工作站的播出控制通過頻道播出軟件的主從切換實現(xiàn)冗余備份，并控制視頻服務(wù)器按播出串聯(lián)單進行播出[4]。高清視頻播放控制與原高標清同播播出系統(tǒng)視頻服務(wù)器控制方式相同，即采用8組RS232/422多串口卡連接，采用VDCP協(xié)議發(fā)送播出操作命令。每臺視頻服務(wù)器至少需要兩路以上外來信號，可以支持外來信號與文件化視頻播出信號之間的切換，也可以支持外來信號之間的互相切換。視頻服務(wù)器和原高標清同播系統(tǒng)的播總控矩陣調(diào)度系統(tǒng)通過新增加40路高清矩陣相連接，播出控制圖如圖4所示。

每臺視頻服務(wù)器播出的兩路高清視頻信號在通過信號分配部分前后，高清轉(zhuǎn)換器前后，均通過16路多畫面分割器送至電視墻，以供值班人員實時監(jiān)看。播出系統(tǒng)中設(shè)置有多級播出信號一致性比對點位，通過一致性比對技術(shù)，軟件采樣各個點位的視音頻信息進行技術(shù)參數(shù)比較，當(dāng)信號判斷異常時，則以聲光電報警信息提示值班技術(shù)人員及時查看處理，并且能夠?qū)崿F(xiàn)信號自動切換，大大降低了播控值班人員的工作強度，充分實現(xiàn)了安全播出“人防+技防”的工作模式。

四、系統(tǒng)優(yōu)勢

隨著高清/超高清電視、互聯(lián)網(wǎng)流媒體視頻的出現(xiàn)，電視播出已經(jīng)進入了一個全新時代。具備高度集成能力的All in one高清電視播出系統(tǒng)作為新時代的必然選擇，逐漸成為廣播電視臺播控系統(tǒng)新建和改造的主流設(shè)計方案。All in one高清播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)的高標清同播播出系統(tǒng)架構(gòu)不同，既可以作為廣播電視臺完全異構(gòu)的第三代播出系統(tǒng)使用，也可以高效融合原高標清同播播出系統(tǒng)，充分利用原播出系統(tǒng)的信號資源調(diào)度和節(jié)目制播流程。采用All in one架構(gòu)的高清視頻播出系統(tǒng)在視頻素材文件解碼播放、外來信號切換、字幕、臺標和CG疊加、信號上下變換、多格式多接口輸出等功能都在一臺一體化視頻服務(wù)器上完成，完全取代了傳統(tǒng)高標清同播系統(tǒng)中的主備播出視頻服務(wù)器+主備切換臺（器）+各種周邊信號分配+字幕臺標鍵控的系統(tǒng)架構(gòu)，在滿足電視播控業(yè)務(wù)需求的同時，有效地減少了播出環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)量，建設(shè)周期短，成本投入低，具備一體化、標準化、性價比高等特色。同時，其還可以與制作、媒資和原播出系統(tǒng)形成制播一體化、字幕聯(lián)動化，能夠滿足預(yù)期設(shè)計要求。All in one高清播出系統(tǒng)采用國產(chǎn)通用服務(wù)器設(shè)備，硬件平臺成熟穩(wěn)定可靠，具有豐富的接口（基帶SDI/HD SDI、IP化、TS流等），內(nèi)部功能全部IP化，軟件平臺自主可控，功能豐富，本地化程度高。系統(tǒng)同樣支持SDN控制系統(tǒng)和PTP時鐘的IP流播出方案，具有更豐富的應(yīng)用場景，符合電視播出高質(zhì)量、安全性高的要求。

五、 結(jié)束語

本次建設(shè)的All in one高清播出系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運行了一年多時間，沒有發(fā)生播出故障問題。由于和原高標清同播播出系統(tǒng)采用同樣的業(yè)務(wù)流程和播出控制模式，節(jié)目生產(chǎn)人員和播出值班人員都能夠很快熟悉并掌握新系統(tǒng)的各項功能，降低了對一線值班人員的工作要求和工作強度。整個系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)簡單，改造成本低，功能強大且穩(wěn)定，特別適合于廣播電視臺采用低成本實現(xiàn)標清頻道升級為高清化播出的改造工作，同時也為鄭州廣播電視臺超高清化制播系統(tǒng)、完全異構(gòu)第三備播出系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)積累了有益的經(jīng)驗。

作者單位：謝曉鋒 鄭州廣播電視臺

參考文獻

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