贵州广播电视台卫视高清频道设计与实施

谢家谊，杨 楠

（贵州广播电视台，贵州 贵阳 550002）

1 总体框架

贵州广播电视台高清频道播出主系统由高清上载缩编网、本地上载审看、节目播出单编辑、播出控制、播出二级存储、自动技审及人工审看、切换及周边、系统监控、病毒防范等部分构成。基于数字化、文件化、网络化的架构，是一个集播出、制作、存储、包装、监控五大功能为一体的新型全网络化高清播出系统。高清上载缩编网作为播出系统文件化节目上载的源头，采用播出上载分离的架构，实现电视剧上载、缩编、迁移、媒资存储等功能。全网采用主流的高清制作设备，能够编辑处理多层高清节目，制作完成后要以文件化的方式传送到播出系统进行节目播出。高清缩编网通过简单有效的集中管理方式（ESB+EMB或素材手动/自动关联等其他方式）按播出计划手动/自动迁移提交素材到播出系统。播出系统另配置本地有卡上载服务器作为自办节目和广告等不需要缩编处理的本地节目上载使用，采用CPU+GPU+I/O的方式，有8个以上半双工通道，每个通道可根据需要调整为上载或审片用，为保证安全性和冗余性，8个通道需要分布配置在2个以上的服务器中。播出系统配备二级存储，采用集群式存储架构。常规流程中，由高清上载缩编网和本地上载来的素材文件，先迁移到二级存储，经自动技审和人工复检无误，再迁移至各个视频服务器。系统通过播出内容管理软件能对缩编网制作好的文件素材进行有效管理和自动/手动迁移。具备应急流程管理功能，提供通过人工任务指定迁移目标服务器和迁移路径的功能。配置2台播出系统数据库，保证数据库文件镜像的实时性和可靠性，数据库备份机制可采用高可用数据集群软件包等高安全工作/备份恢复方式。频道主通道采用切换台，备路采用16×2高清净/静切换器的方式；主备切换处理的信号源完全相同，且采用分别独立的视音频传输链路设计。

2 高清缩编系统

高清缩编系统的基本功能如下：

1）非线性编辑系统的包装功能：能够实现节目缩编的实时非线性编辑、特技编辑、字幕编辑、节目合成等，具备字幕，实时二维、三维特技编辑缩编能力。编辑软件具有独立的3层字幕轨以保证合成缩编完整节目文件的能力。编辑软件能实时（无丢帧）编辑、播放3层DV50，5层DV25的能力。

2）文稿编辑功能：文字和视音频可以同屏混合编辑，可与编辑软件无缝连接，实现素材和编辑结果的共享；可以用作纯文字处理，当不需要视音频编辑功能时，可屏蔽视音频，方便组建新闻文字办公网络；新闻稿件审核可依据需要设定审核级数与定稿级数；新闻稿件要具有版本跟踪和文字修改的痕迹跟踪功能。

3）审片功能：一旦责任编辑完成节目后，即可提交审片主任审片，在审片终端可以审看所有节目内容，能实现非线性审片，可以按任意顺序审看任意的节目而无需等待和准备。

4）网络管理功能：具备完善的设备管理（包括设备调度、设备监控、设备控制等）和完善的网络管理（包括人员管理、素材管理、日志管理、存储空间管理、统计计费管理、工作流程管理等）、完善的网络监控（硬件层、软件层、网络层）功能。

3 高清播出系统

3.1 视频服务器总体设计

视频服务器需要完成1个频道的播出。播出视频服务器全部采用单机异构设备、本地存储模式设计。主频道在每个频道内部，视频服务器的备份采用1+1备份方式。视频服务器通道设计为视频服务器承担着1个频道的高标清节目文件。

视频服务器总体设计如图1所示，每台视频服务器配置了4个高清通道，即1个应急上载通道，1个审片通道，2个播出通道。对于视频服务器上载和审片通道的控制使用系统内配置的1台应急上载/审片控制工作站。

图1 视频服务器总体设计

3.2 播出二级存储设计

高清素材码率50 Mbit/s，每天素材迁移总量为1个高清频道，需要满足每天固定节目量在2 h内完成的读写带宽传输需求。

存储带宽计算，根据对于整体系统建设考虑后，现对系统中产生带宽访问读写需求的位置进行总结，涉及到共用存储体（备播缓存+接口缓存）的迁移业务包含下面4种：

1）高清缩编系统迁移至共用存储体，按照每天2 h完成1个高清频道文件的迁移：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

2）技审读共用存储体，自动技审2 h审完所有节目进行计算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

3）人工复检读共用存储体，人工复检2 h审完所有节目进行计算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

4）视频服务器读共用存储体，按照1个高清频道2 h传完进行计算：1×24 h×50 Mbit/s÷2 h=600 Mbit/s=75 Mbyte/s。

从以上可以看出，对于共用存储体的读带宽要求为225 Mbyte/s，写带宽要求为75 Mbyte/s。混合读写总带宽为：（225+75）Mbyte/s=300 Mbyte/s。此次存储体极限写为356.179 Mbyte/s，极限读为548.626 Mbyte/s，极限混合读写为536.432 Mbyte/s，完全满足实际需求。

3.3 高清播出网络控制系统

播出系统网络拓扑图如图2所示：播出系统配置了2台GMP服务器和2台对外接口服务器，负责将缩编系统的节目文件迁移到播出二级存储，然后配置了2台同步迁移服务器将备播文件迁移到播出视频服务器中。同时，系统配置数据库服务器2台，自动技审服务器2台。系统配置了主备的基础网络交换机，以保证基础网络的安全性，并且为交换机设备配置了冗余电源系统，防止交换机单电源出现供电故障，影响整个备份播出系统的工作。

图2 播出系统网络拓扑图

播出控制系统配置了2台播控工作站，采用主备的方式进行工作。主、备工作站通过2个8路的422倒换器来控制分控系统的切换台、切换器、高清键控器、标清键控器、2个应急VTR以及多功能面板。同时，接收备播系统发来的节目单，并自动校验与节目数据的匹配，通过后，控制视频服务器和其他相关设备进行节目的播出。播出控制工作站采用传统的专业软硬件设备，实现播出控制的功能。此硬件设备采用全模块化，全冗余备份的设计思路，以保证播出控制的安全性。

分控接入的信号有来自主、备视频服务器的信号，台里原有的总控系统的3路信号，2路自应急录像机的信号，4路演播室信号，1路垫片信号，1路测试图信号。系统采用主、备异构的方式，主路配置了1台进口的切换台，备路配置了1台切换器。监视部分，系统采用的是多画面+大屏的方式。配置了1台32×4的多画面分割器和3块50 in（1 in=2.54 cm）等离子大屏。同步系统为在原有的同步系统的基础上，配置了1台TEK的同步信号器SPG300及1台同步信号倒换器构成主、备架构。同时，配置了4块1分8的模拟视分，将同步信号分别送往主/备视频服务器、播出切换器、台标机、字幕播出服务器、键混器、主/备播出控制工作站等。

4 高标清同播设计

4.1 系统格式及参数

系统格式及参数[1]如表1所示。

表1 系统格式及参数列表

4.2 媒体文件格式[2]

媒体数据格式如表2所示。

表2 媒体数据格式列表

依据被主流视频服务器所支持、质量优先、尽可能降低码率和兼顾编码效率等4项原则进行了详细的测试，以下为参考码率选择。文件码率可根据台内要求指定，标清视音频素材的格式码率为MPEG-2 IBPGOP=4，采样方式4∶2∶2，码率为15 Mbit/s；音频为2轨PCM，48 kHz采样，16 bit量化。文件格式为MXF OP1A。

高清视频可采用的格式为MPEG-2 IBP LGOP，GOP=12，Ref=3，采样方式4 ∶2 ∶2，码率为50 Mbit/s；音频格式，采用Dolby-E编码，使用八声道的PCM音频，48 kHz采样率，量化深度为24 bit。文件格式为MXF OP1A。

4.3 高标清同播模式[1]

依照广电总局要求，高标清同播是指同一套节目同时以标清和高清两种格式播出。而在系统实际建设中，实现同播方式各台不尽相同，概括起来主要包括两种模式：输出分离模式和信号源分离模式。贵州电视台根据实际情况，选择了输出分离模式。

4.4 输出分离技术实现

对于输出分离实现方式而言，通过AFD技术实现自动幅型变换，因此在控制精度和幅型变换多样性方面相当容易解决，应急处理方式由于采用输出端分离方式，因此其应急处理方式可参考原播出系统的应急处理流程。输出分离方式如图3所示。

5 各子系统互联设计

缩编网和播出网之间可以内部互联接口直接互联互通，形成高安全、高效率的缩编播出一体网[3]。这种内部互联接口实现互联互通，可以通过特制检验技术（例如MD5、自动技审、接口校验等）来保证安全，而且也避免了因采用其他互联互通方式而造成的效率下降和转码所带来的节目质量下降等的问题。另外，此种互联方式具有极强的可扩展与兼容性，方便在将来升级成为基于SOA架构下的ESB＋EMB的互联互通的全台网络系统。

5.1 高清缩编与高清播出一体网流程

高清缩编网和播出网互联互通的业务流程为：

1）卫视频道负责生成节目代码和频道编单，并且可以通过系统内部互联接口提供给高清缩编网和播出网使用；

2）高清缩编网上载节目数据；

3）编辑工作站编辑已经上载的节目数据；

4）编辑工作站直接打包生成适合播出使用的节目数据；

5）对打包生成的节目进行内容审核；

6）审核过后的节目可以被归档和提交到播出；

7）提交时可以通过系统内部互联接口把节目ID号加入到节目数据内；

8）节目被提交到播出的近线存储体内，并且把相关元数据提交到播出数据库；

9）播出系统对近线存储体内节目进行自动技审处理；

10）自动技审通过的节目数据被迁移到播出在线存储体内；

11）通过头尾检测功能对在线存储体内的节目数据进行检测；

12）头尾检测通过的数据准备播出；

13）节目数据与播出串联单进行校对，通过后节目播出。

节目数据在缩编网提交到播出网时不用再进行节目数据之间的转码和协议转换等处理，保证了节目的质量和安全性，同时也提高了工作效率，并且可以提供极好的扩展性和升级性。高清缩编播出一体网流程示意图如图4所示。

图3 高标清同播实现方式——输出分离方式

图4 高清缩编播出一体网流程示意图

本项目内的缩编网和播出网就是一体网，是一个密不可分的系统，也只有这种一体网的业务流程才能够满足贵州电视台的实际业务需求。

5.2 标清缩编系统与高清缩编系统互联流程

标清缩编系统与高清缩编系统互联流程为：

1）高、标清缩编系统都经过上载、缩编、审核等流程以后将素材存于本地的二级存储。

2）内部互联部分由ESB服务器和EMB服务器组成[3]。

3）如果高清缩编系统想从标清缩编系统中得到素材，则高清缩编工作站发送指令（元数据）到ESB服务器。然后，ESB服务器发送指令（元数据）分别到标清缩编的接口服务器和EMB服务器。当EMB服务器收到指令（元数据）后，根据ESB服务器发送的迁移任务，将标清缩编的二级存储中的素材迁移到高清缩编二级存储中。这样就实现了高、标清系统的互联互通。

标清缩编系统与高清缩编系统互联流程如图5所示。

6 软件支持

图5 标清缩编系统与高清缩编系统互联流程

该项目的支撑软件有非编及上下载软件、网络管理软件、播出节目上载/审看模块、节目单编辑模块、转码迁移软件、质量检测软件、自动技审软件、人工审看软件、素材管理软件、自动播出模块、播出统计和查询模块等。整套软件具备强大的编辑、控制、管理等功能。

该高清播出系统运行了近半年，实现了高质量、高安全可靠、易维护升级和易扩展，设计方案达到了安全、创新、先进理念的要求。

[1]国家新闻出版广电总局.电视台数字化网络化建设白皮书——电视台高标清同播技术策略研究[EB/OL].[2013-02-20].http://www.doc88.com/p-0701672420788.html.

[2] GY/T 155－2000，高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值[S].2000.

[3] 国家新闻出版广电总局.电视台数字化网络化建设白皮书[EB/OL].[2013-02-20].http://tech.sina.com.cn/it/2007-03-20/1520268217.shtml.