播出视频服务器技术架构的发展趋势

马云峰

吉林省德惠广播电视台 吉林 德惠 130300

引言

很多地方电视台的播出视频服务器网络从播出机房落差搭建至今已经十年了,中间虽然经过了小型升级,部分设备更新换代,总体的结构一直没有改变。经过近十年来的使用,设备已经相对落后,存在安全隐患；另一方面,随着视频服务器的更新换代,频道的增加和视频清晰度的提高,对网络的带宽和处理能力要求进一步提高,原有网络的承载力和稳定度需要进一步优化。播出中视频服务器网络的稳定,对播出安全至关重要,因此经过反复讨论和研究后,我们决定优化播出网络结构,保证播出的稳定和安全。

1 传统广播电视架构方案

改革开放以来,我国广电事业迅速发展,在全球化的当今时代,广播电视逐渐走上产业化和集团化的道路。由于广播电视是文化产业的重要组成部分,广播电视产业应积极响应文化大发展、大繁荣的号召,深化内部体制改革,推动产业结构优化升级,实现健康可持续发展。

此前,广播电视传统设备厂商提供的产品大部分都是基于ARM、DSP、FPGA等嵌入式芯片处理数据的单一功能硬件产品。整个播出链路每一个功能的实现都靠一台设备来完成。

信号从前置调度矩阵传输到播出服务器,服务器将此信号进行转播,转播出的信号要经过高标清上下变换器、台标字幕机、编码器等设备才能最终进入后端的复用、加扰、调制等环节。

但这种方式已经满足不了广播电视快速发展的脚步。随着内容质量的快速发展,现在信号分辨率已经从标清、高清升级到4K、VR乃至将来的8K等。传统同轴电缆传输高质量、高码率的信号已显得力不从心。如果想在云端架设播出,传统设备完全无用武之地。实现云端播出必须将传统功能通过软件实现,这样才可以解决以上问题。由于传统方案的设备节点多,其出现设备故障的风险也就越高。每增加一个功能,就需要多部署一台设备,风险也就增加一分。

2 视频服务器播出系统改进

2.1 素材检查错误 播出控制软件会自动对视频服务器进行素材检查,自动素材检查分为两种,第一种是小范围时素材检查,时间范围是节目开播前3小时；第二种是全单间断素材检查,间隔时间是可配置的。当视频服务器中素材存在错误,如不存在或素材短的情况,直接将错误条目错误报警输出到提示信息中心的窗口并加以声音报警,如在节目开播前还未修复素材错误,则软件会自动控制切换设备切换到素材状态正常的信号源上。

2.2 视频服务器应急备份源改进 基于地方电视台节目播出的实际需求,视频服务器播出系统的应急备份源需要改进,并且与视频播出系统之间保持各自独立的状态。实际上,应急备份源在电视台播出系统中并不常常使用,长期保持在备用状态,因此,应急备份源的相关指标设置并不一定要与主服务器保持同等高度,一般能够保证电视节目播出图像、声音正常继续即可。应急备份源应与原系统相脱离,并且采取单机硬盘的模式,也就是利用单独计算机来配备编解码卡,通过时间点控制的方式,同主服务器之间保持一致。在这一情况下,一旦主服务器出现故障,如死机等问题,应急备份源快速接入,从而能够保证播出系统完全正常,不会出现视频切中断的现象。此外,应急备份源的使用频率较低,电视台处于成本控制因素,可以采取码流较小的模式,并且将编解码卡的指标也降低,在保证视频播出质量的前提下,避免资源浪费。

2.3 视频服务器播出系统自动切换改进 视频服务器播出系统自动切换的改进实际上指的是在主服务器出现死机等故障后,备用服务器能够完成自动切换,从而保证电视节目播出的无缝衔接。如果服务器运行中出现故障,视频播放出现无视频信号,在这一情况下,视频锁相电路会从输出端输出低电平,随后这一情况将会被电路识别,应急备份源随之会自动接入其中,节目的正常播出不会受到干扰。相反,如果视频服务器运作正常,电路电平按照正常路径运行,主服务器负责电视节目的播出,备份应急系统则仍然处于备用状态中,不会干扰到视频的正常播放进度。这一改进方案所遵循的思路是在上传的视频信号中进行信号识别,由锁相相关电路进行低电平转换,通过电路的转换完成系统自动切换。

3 未来广播电视架构发展趋势

3.1 IP化发展 IP的全称是InternetProtocol,IP化就是互联网化。进一步说,IP化就是开放,就是交互化、去中心化。传统电视台旧的内容生产发行模式、旧的内容控制和传播体制随着互联网的高速发展势必要向IP化靠拢。

3.2 All－in－One以及平台化发展 今天的广播电视正处于变革的时代,特别是人们对4K的推崇和热衷很高,传统的基于SDI的播出解决方案已经不能满足广播电视高清化的需求。伴随着高清和4K的发展,IP技术的成熟为传统广电向IP化过渡带来了新的挑战和机会,在广播电视行业播出端以及链路传输端将呈现如下发展趋势。

(1)信号拓扑方案趋向通用方案。2014年,广播电视IP化刚刚起步,SMPTE2022－6标准刚刚提出。但经过几年的发展,PC通用设备发展已相当完善,并有更好的发展趋势。IP化技术也已非常成熟,典型代表是SDN交换机技术。用一个PC架构的通用标准方案,基本能够覆盖大部分电视台的需求。

(2)播控专业化硬件向“通用PC＋软件”方向发展,并有虚拟化和云化趋势。近年来,随着传统播控方式发生改变,新兴的播控厂家都不再基于专业视频服务器开发,而是更多地基于PC架构来设计视频服务器。专业化的硬件向通用PC发展,并逐渐在虚拟化和云上部署。自动控制系统、切换矩阵、键混、切换开关灯设备直接被通用的PC设备所替代,所有功能都通过软件来实现。

(3)视频服务器向All－in－One方向发展。播出作为电视台业务的最后环节,在电视台技术系统中占有重要地位。随着数字电视、高清晰度电视的出现,播出已经进入了一个全新时代,具有继承播控能力、图文渲染能力、矩阵能力、上下变换能力的播出服务器逐渐成为主流。

服务器厂商都在使用All－in－One模式,这种模式在4K解决方案以及云播出方案中具有优势。将所有控制、转播、调度、键控、信号切换、上下变换等功能全部在一台服务器中实现,也是走向云播出技术的基础。

(4)平台化发展方向。随着近年来云端技术的快速发展,很多私有云、专有云、公有云如雨后春笋般出现,为广播电视在云平台上实现播出奠定了技术基础。各个厂家分别推出云平台解决方案,国内一些省台以及购物频道已纷纷开始尝试云端播出。随着平台化技术的愈加完善、IP技术的更加成熟,平台化发展方向必定是一个大趋势。

结语

文件播出已成为电视播出中占比最高的部分,探讨如何建设一个安全、高效率、更稳定的视频服务器播出架构是我们长期的任务和目标,电视台新址播出系统从设计之初就以播出安全为首要目标,创新性地引入了多种安全保障措施,本套视频服务器系统自建成以来运行稳定,应急手段方便有效,可为文件化时代的播出安全设计提供一定的参考。