电视台高清播出系统设计

包洲浩

（泰顺县融媒体中心（广播电视台），浙江 温州 325500）

0 引 言

电视是受众获取时事信息的重要途径，具有学习以及娱乐的综合性功能。受众通过不同的电视节目可以拓展视野，还可以陶冶情操。但在网络快速发展的时代，依托于数据传播方式的转变以及短视频平台的出现，更多长而复杂的信息被不断压缩，改变了长期以来电视为主要传播媒介的态势，降低了电视节目的收视率，导致各电视台市场占有率下降。在市场竞争逐渐加剧的今天，电视台应加大投入，构建高清播出系统，以重新吸引受众，为重新占领市场做好必要的准备。

1 电视台高清播出系统的设计原则

1.1 标准性

在电磁以及信号专业领域快速发展的今天，电视台转播信号从传统的模拟信号逐渐转向数字信号。与模拟信号相比，数字信号具有较强的抗干扰性能，同时支持的带宽得到有效提升，可支持帧率更高的硬件解码系统，能够提升信号传播的稳定性，避免延迟、卡顿等降低观赏者观看体验的现象。电视台高清系统的传输码率采用10 bit、4 ∶2 ∶2、50P的格式进行取样和编码，带宽许用下限为8 Gb·s-1，发射传输频率需严格受限在40 ～870 MHz[1]，保证在国家无线电电波规定范围内进行设计和改造工作，为广大用户提供良好的观看体验。

1.2 安全性

安全性是电视台高清播出系统设计的红线原则。作为受众获取国内时事信息的重要渠道，电视节目难免会传播与国内发展战略相关的信息，因此在设计高清播出系统时，除非必要服务信息以外，都需进行加密。采用H.130 帧结构第一个八比特共享不加密，可使帧排列信号、比特率分配信号不加密[2]。在设计电视台高清播出系统时，应进行密码输入型设计，依托于国家的无线传输系统和有线信息传输系统传播电视信号，到各个用户终端时实现自行解密以及自行解码工作，确保数据传播过程的整体安全，提升传播效率的同时，为国内电视信息节目筑牢安全防护网[3]。

1.3 实用性

电视台高清播出系统设计时应以实用性为主要目标。高清分辨率不仅仅是分辨率的提升，同时也是HD（高分辨率）、HDR（高动态范围）、WCG（宽色域）、SSA（全景声）多重功能的结合[4]。往往高分辨率、高刷新率的电视节目播出系统需要大量的资金投入，但受限于电视更新周期较长以及超高分辨率（8K 及以上）显示器市场占有率并不高的综合性因素，以超清画质为标准进行优化设计即可满足绝大多数家庭对画面感以及流畅度的基本需求，同时也避免资源浪费，提升资源利用率。

1.4 可控性

播出服务器视频文件格式采用MXF OP1a标准、嵌入式音频。系统支持高标清素材混播，完整支持活动图像格式描述符（Active Format Description，AFD），可根据MXF 文件中的AFD 信息将标清文件进行幅型变化后以高清格式播出，支持文件播放和直播。由于直播是对主持人对直播现场把控能力以及信号同频传输性能的综合性考验，所以在对电视台高清播出系统设计时，应提前进行可控模块的有效植入。一旦在直播过程中主持人失误或直播现场出现巨大变动情况，电视台可及时进行后台介入，让整个节目播出过程切切实实在工作人员的把控范围内，降低节目播出风险，将节目效果提升至更高水平。

1.5 高兼容性

为了保证国家无线电波传输环境的总体稳定安全，以有线电视以及卫星收台的传统电视信号获取模式逐渐退出了历史舞台，光猫以及电视盒子等占地小、传输不受限的信号接收端逐渐占领市场。通过电视盒子与电视台高清播出系统的有效接入，用户可通过遥控设备对电视台直播信号进行切换与选择，为用户提供了更大的选择空间，将自主选择权重新移交给客户。但这一模式的转变不仅是对电视盒子性能的综合性考验，同时也是对系统设计人员的考验。如何将信号传输端并入网络接收端，也是工程人员不得不面对的问题。将直播从数字信号无损切换至网络信号，也考验电视台与当地网络部门的协同性。因此，设计电视台高清播出系统时，应同时召集相关部门技术人员以及信号设计工程师进行协同性设计，通过方案优化以及信号模拟方式，选择适应现代技术发展的兼容性信号模式，提升电视信号的普及范围，提升电视信号的普及率以及市场占有率。

2 电视台高清播出系统的设计规划

2.1 视频服务器选型设计

哈雷服务器制造供应商具有多年生产高清电视转播信号系统的经验，所以在视频服务器选型时，优先选择哈雷品牌。以哈雷公司2021 年最新推出的7000 系列型号为例，服务器通道共有4 个具有同时解码和编码功能的通道，其中3 个可用于频道信号的综合性输出，剩余单个通道可进行信号采集以及节目视频的提前播放候审。服务器采用全过程硬件解码方式，实现通道上下分层性解码，保证数字信号的优良兼容特性。哈雷服务器作为业界先驱者，创新性地采用Linux 系统进行嵌入操作，将系统受到病毒攻击风险的概率降到最低；自身配备了两个上行速度达到千兆及以上的网络接口，支持全过程简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）。

播出服务器视频文件格式采用MXF OPla标准，音频与视频图像相互嵌入，支持超高动态分辨率视频的播出与解码，这对于捕捉速度较高的科技设备或动物视频营造了良好的播出环境。服务器设计时应完美支持AFD，可根据固有的MXF 文件中的AFD信息进行幅型转变后以超高清格式播出。服务器运行前，应检查四通道协同固态存储设备的运行情况，若一台损坏则不影响整体使用，整体容量应保证50 Mb·s-1码率视频连续不断播放500 小时以上。

2.2 数据服务器设计

数据服务器是整个高清播出系统的核心部分，可对所有播出素材进行系统管理以及播出权限的动态设定，对于安全性以及抗攻击特性要求较高[5]。数据库中的素材包括媒体文件的描述文件、电视信号的故事板文件以及增强剪辑决策表的SBF 文件，而数据库中的用户信息包括用户的认证情况、用户权限以及用户操作记录文件。在对数据服务器进行匹配型设计时，往往采用双数服务器数量，利用PlusWell 等热备软件作为重点引导集群热备软件，实现主副服务器之间的协同性同步。为了保证数据服务器的总体安全，采用2020 版本的SQL Server专业版数据库，其稳定性以及可靠性得到了业界的广泛认可。数据服务器正常工作时，SQL 主数据库处于活动状态，备用SQL 数据库处于待机状态。当主机发生故障，备用数据库可在短时间内直接启动，接管主机工作，以较高的反应速度来保证高清播放系统的持续运行。

2.3 媒体处理中心设计

设计高清播放系统时，建议将媒体处理中心内容管理服务器数量设定在两台以上，技审服务器数量设置在六台以上，以起到对技术操作动态监控的效果。内容管理服务器主要负责接收用户下发的任务指令管理素材数据结构，技术审查服务器负责数据和操作规程的整体审查、迁移以及转码工作。技审规程是保证节目质量以及节目优质播出的第一入口，其可支持精确到每一帧节目文件的自动技术审查，同时可设定支持多任务的报警阈值，以实现动态对文件格式的综合性检验。技审不但能实现高达六倍速的快速检查，同时还能有效辨别高清电视播出的界面是否存在黑场、彩条等技术性故障，从而保证播出效果。媒体处理中心中的转码服务由专用转码软件操作，可通过将多元化素材统一打包为MXF 格式，通过迁移调度管理以及分发指令存储在多个指定储存区域，实现迁移前后数据的完整性以及一致性，保证所有素材在二级阵列、主视频服务器、副视频服务器等服务器内部的正确性。为了提升对高清电视节目的任务处理效率，媒体处理中心设计可采用中央集群式切片化任务处理机制，将大的整体数据结构划分为一个个数据碎片，进行分散性处理，在输出前进行拼凑合并，保证总体的运行速度处于较高运行区间。

2.4 接口服务器设计

在对接口服务器进行设计时，应秉承接口多功能使用场景为主要设计理念，接口服务器应同时兼容自动调度模块、播出软件数据调度模块、互联网服务器模块、素材导入模块以及媒体处理调度模块[6]。工作人员可通过接口服务器对视频制作网以及播出网进行两端化终端管理，实现对成品素材的自动化技术审查以及转码工作，最终形成播出版本到达2级阵列结构等候人工审核。若高清播出系统遇到紧急情况，可越过2 级阵列等候系统直接送抵视频服务器，可根据技术人员的播出意愿进行动态调整。

2.5 大数据交互中心设计

大数据交互中心设计的主要目的是建立网间安全传输系统，保障素材分布式上载的总体安全性。利用USB 链路模式对非安全网络以及安全网连接，最后为编辑人提供高速数据素材上载区，将质量更高的视频以高速、低损耗状态传输至系统内部安全网中，确保所有数据的安全可靠。由于大数据内部系统极易遭受网络黑客攻击，所以在设计时应采用与国内外知名杀毒软件深度合作方式以及针对性地开辟白名单通过性战略，打造出环环相扣的整体安全网，为筑牢筑实数据安全网提供必要的技术性基础，同时对文件名称以及文件格式进行系统性与全局性监控，以较高事态感知能力来确保数据名称与数据格式的相互适同性。

2.6 二级阵列设计

选用企业级NAS 分布储存设备进行二级阵列构建，节点采用NAS 头与储存单元并行分离设计，其中NAS 头为主备热冗余配置，可通过附加节点模式进行综合拓展。节点内部设置多台交换机进行高速连接，每一个数据储存盘阵列相互独立，可通过播出系统进行迁移性写入和读出的双读双写功能，实现对储存硬盘阵的无缝衔接，确保在危险出现时前端业务不受到任何影响，将数据丢失的风险降低至最低。设定系统最低物理配置容量为108 TB，有效储存空间应在72 TB 及以上。以高清电视节目的正片播放速度来看，50 Mb·s-1最大上行速度的高清视频需3 300 小时的不间断播放，才能将物理配置空间完全填充满，这为存储设备提供了较大的储存空间以及储存阈值。

3 结 语

由于电视节目具有娱乐性与教育性，因此电视逐渐变成了生活中不可缺少的设备。但近年来视频行业发展迅速，依托于互联网的便捷性的便携设备挤占了电视节目空间。为了重回市场，电视台应加大投入，加快建设电视台高清播出系统，通过保证信号传输同步性、高兼容性以及可控性，为广大用户提供多元化选择途径，以加快数字信号建设，为实现电视行业的稳定发展提供技术性保障。