高标清同播系统方案设计

刘 鸣

（太原广播电视台，山西 太原 030021）

0 引 言

目前，播出系统高清化技术已经日趋成熟。我国一些市级电视台的技术平台与当前高清的行业主流存在断层差距，严重影响收视效果和市场竞争力[1]。按照行业政策及技术发展要求，到2020年，省级和较发达地级电视台基本实现高清化，高清频道成主流播出模式。国家广播电视总局“十三五”规划也明确要求，市级以上电视台在2021年以前基本实现高清化。太原广播电视台根据标清机房现状和整体长远规划，通过充分调研，以实际情况为依托，在保证不停机的情况下对高标清同播系统进行设计，并圆满完成施工建设和上线播出。

1 总体设计

太原广播电视台高标清同播系统建设项目，是在标清机房同楼层建设一个新高清机房，并增设2个高清频道的传统HD-SDI播出系统和2个高清IP备播系统。建成后的新系统承担着2个频道的高清标清同步（含IP备播）播出任务。太原广播电视台高标清同播播出系统是以传统HD-SDI高清视频播出服务器技术和高清基带IP虚拟化播出服务器技术为核心共同搭建的播出技术架构，SDI和IP服务器各有主备两台，可实现每个播出频道4路播出信号互备，可以实现对所有播出业务的统一管理、统一调度及统一应用，播控技术更加先进，集约化程度更加紧密，信号调度和扩展能力更加灵活，安全防护措施更加完善，为安全播出打下了坚实的技术基础。

本文介绍的主要设计包括播控系统框架设计、核心设备数据库设计、播出控制系统设计、软件部分设计以及总控分控系统设计。整体设计思路根据两个高清频道的节目上载、高标清节目同步播出、信号调度等功能需求，考虑系统需具备扩充能力，方便剩余频道的高清化改造。

2 子系统设计

2.1 播控系统框架设计

播控系统采用主备SDI+主备IP服务器技术架构，如图1所示。其中，主备SDI服务器为两台Harmonic视频服务器，两台IP系统由虚拟化平台搭建，以此实现异构方式的安全播出。为完成太原广播电视台2个频道高标清同步播出的任务，结合台内实际情况，传统SDI信号+SDI over IP的异构方式较为安全可靠[2]。

图1 播控系统框架设计

为了实现系统无单一溃点，系统中末级设计了主备4选1倒换器，当SDI主备与IP主备异构系统检测到一路播出链路信号不正常时，系统会自动切换到下一路信号，也可以进行手动应急切换，手动切换优先于自动切换。4选1倒换器输入的前两路为SDI主备路带字幕的播出信号，第三、四路为IP主备路播出信号。主备路4×1倒换器具有断电旁通和行同步的功能。

2.2 核心设备数据库设计

数据库是整个播出系统数据的核心，其安全可靠性要求非常高。在数据库的存储硬盘中，采用RAID技术，能够在保证数据安全的同时满足应急需要[3]。主备数据库之间通过连接的心跳线保持同步，通过热备集群技术实现数据同步。这样，主数据库出现故障后，备数据库可以迅速接管工作。为了数据库各功能的安全，本系统专门配置符合广电要求的安全和应急策略。

本次项目的数据库系统设计能够满足7×24小时安全运行，主备数据库采用可靠冗余容错体系结构，安装正版双机热备份软件，主/备数据库切换可自动进行，也可以手动进行。平时两台主机同时运行，各自进行自己的工作，同时互相监测对方的运行情况。当一台主机监测到另一台主机发生故障，会迅速接管故障主机，保证工作仍正常进行。

2.3 播出控制系统设计

2.3.1 播出控制主备链路的架构设计

2.3.1.1 主备控制链路

播出控制系统不存在单一崩溃点，主备控制链路不会产生因一条链路故障造成无法控制的现象[4]。主备控制网络及串口服务器组成的控制链路，控制着视频服务器、播控主备机、矩阵及键混等周边设备。由于使用串口进行控制，避免了网络病毒的风险。

2.3.1.2 循环播出控制

系统采用循环备份播出控制的理念，即每一台播控机均可以作为其他播控的备份机，原理是任意一台播控机都可以对所有的频道进行播出单的修改、发送，而且任意一台播控机都可以控制任意频道的切换器、应急VTR等周边设备[5]。这样，当有一台播控机出现故障，其他任意播控机通过简单设置即可完成故障频道的信号切换。可以看出，这种设计在保障安全播出中，具有成本低、安全性高的特点。

2.3.2 分控、周边硬件设备IP播出控制的实现方式

IP控制的特点是网络高稳定性和高时效性，能安全高效地控制分控的周边设备。此系统中，发控端播控工作站通过MOXA IP转RS-232/RS-422网络集中控制器的Real COM/TTY端口，接转成网络IP信号，IP信号通过控制网络交换机到MOXA串口服务器，通过MOXA转换为串口信号来控制切换矩阵和周边设备等，实现IP控制，如图2所示。

图2 IP控制架构

播控工作站实现自动播出切换，首先是通过网络控制视频服务器按照节目单一条接一条地进行硬盘播出，在需要时，播控工作站的IP控制信号通过MOXA服务器转换成串口信号控制切换器，切换出同时被播控工作站控制的周边设备输出的信号。其控制原理如图3所示。

图3 通过串口服务器控制周边设备方式

2.4 软件部分设计

播出软件是安全播出生命线维持正常运转的重要部分。此系统使用的格非MagiLive播出软件，通过网络管理功能对素材、用户权限及日志等进行管理，软件与主播出系统同步。此播出软件设计的中文界面友好、便于操作，值班人员使用体验良好。

该软件通过模块化细分各工作流程，首先在“节目单编辑”软件中完成节目单的编辑、修改、审核及保存，素材通过“上载”软件，按照对应节目单中栏目名称上载到视频服务器或存储体中；“播出”软件按照节目单时间顺序播出对应视频，播出软件界面中可以看到节目是否存在、是否准备就绪。该软件系统可靠性、可用性及可维护性较高。软件模块工作流程如图4所示。

图4 软件模块工作流程图

2.5 总控、分控系统设计

整个播出系统的公共信号调度称为总控信号调度部分。播出系统正常工作时，它的工作任务是调度、处理、分配有关播出的各种视音频信号，如中央台信号、硬盘信号、播控PGM信号、演播室信号、测试图信号、垫片及其他外来信号，这些信号有时参与播出的直接输出。本系统为了信号监管者使用方便，利用科学的播放调度程序对信号流程进行监控，在对信号进行调度时，能够实现实时快速切换，确保信号源的质量与精准。系统对重点信号源实施监控，能够确保信号源的安全性，并且已切换至频道播出的信号也会有实时监控，避免出现误操作，以便及时处理。总控系统的信号周边设备主要有数字视频分配器、模拟视频分配器、测试图发生器、数字帧同步机、垫片服务器以及视频格式转换卡等。

总控系统庞大，分控系统则功能强大。分控系统的任务是对主备硬盘播出信号及外来信号进行切换、台标字幕叠加，实现两个频道高标清同步播出。播出分控系统链路采用冗余设计，无单一崩溃点。信号通路关键节点加装跳线装置，作用是能应急跳过故障设备和判断故障节点。每个频道末级PGM信号配置专业监听音箱和大画面显示。关键设备具备掉电直通能力，信号切换画面平滑、音频无噪音。各频道主备板卡的独立机箱、遥控面板、多画面分割器均采用双电源设计。主备设备的同步源不来源于同一级视分板卡，所有周边机箱的热插拔板卡均采用前插式安装，方便更换、维修。数字信号分配及通道信号的处理主要由分控系统的周边设备完成，主要设备有分控机箱、4选1倒换器、数字视分、数字键混器、台标以及字幕机等。

整个播出系统还有其他周边一些设备，如时钟和同步、监看的电视墙、技术监看设备、卫星接收机以及安全播出智能辅助系统等。

总控和分控的所有周边设备的技术指标都达到了国家广播电视总局的相关标准。通过系统网络监控接口可以对设备进行远程遥控和监控，支持简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP），配置的网络设备检测模块和开放协议接口方便对其他厂家设备进行控制和监控；通过SNMP网络远端设备，实时监测机箱板卡模块的工作状态和参数。为了确保总控周边机箱安全、稳定工作，所有机箱全部安装了双电源和风扇，散热、防尘功能良好，有充分的冗余空间。

太原广播电视台2个高标清同播频道的角标、游走字幕等日常工作由网络字幕机完成，设备的选型和配置满足台内的需求，包含KEY/FILL输出，支持任意位置的游动字幕，支持静态图片和TGA序列角标的播出、台标和时钟的播出，具有字幕模板等功能。字幕管理采用模板方式，能够快速完成字幕的制作和播出。作为监看设备的电视墙，由画面分割器和大屏监视器组成。监视画面左侧显示嵌入音频的VU音柱。电视墙能将画面分割方案保存为模板，这样，一旦分割信息丢失，能够快速完成恢复。

3 结 语

太原广播电视台高标清同播系统采用两台SDI视频服务器与两台IP虚拟化平台进行搭建，选择的核心设备数据库和视频服务器工作稳定，控制系统、软件系统和总分控系统设计先进，具备完善的监控和应急处理手段，为高清标清同步播出运行提供了安全可靠的平台。该系统建成后播出运行良好，播出质量达到标准，停播率为零。该系统设计先进，同时又兼顾了经济性，完全按照国家广播电视总局的标准设计，安全可靠、操作易维护，满足了本台两个高标清同播频道节目安全、优质播出的需要，能够为其他地市级电视台升级高清播出系统提供一些参考。