高清播出系统升级改造建设

摘要：随着数字化和网络技术的快速发展，广播电视高清播出系统已经成为电视产业的主流。新会广播电视台为了提高本地区人民的观看体验，对原有的综合频道进行了升级改造。本文主要介绍了新会广播电视台高清化的整体规划及使用需求，包括高清播出系统的整体拓扑架构和主要业务流程。同时，详细介绍了关键位置的硬件设备，并提供了技术选型的参考。最后，介绍了系统的软件部分组成和相关功能。经过一年多的线上运行，系统运行平稳有序，播出效果良好，达到了设计的目标和效果。

关键词：高清播出系统；数字化；监测

为了快速推进《国家广播电视总局关于进一步加快推进高清超高清电视发展的意见》中提出的目标，截至2025年底，将全面完成全国地级及以上电视台以及有条件的县级电视台从标清到高清的转化。结合新会广播电视台的高清化整体规划，对原有的综合频道进行了高清升级改造，达到高清数字化、自动化和网络化的效果。这个系统不仅满足了当地人民的视听需求和适应了行业发展的需求，还能更好地传播本地区特色文化，丰富人民的精神文化生活。

一、系统整体建设原则及内容

在广电行业规范标准的基础上，本次系统的硬件设备选择需要考虑已有的设备资源，以节省成本，并确保在同时处理多个外来信号的情况下能够进行信号转播。此外，还需要设计一个应急通道，以确保在紧急情况下能够快速响应和播出。为了确保播出多级链路安全，系统需要配置视频播出服务器、高清切换器、信号故障自动侦测倒换器、数据库服务器等设备，采用冗余热切机制，保障整个系统的网络与制作、三方业务系统之间的无缝连接。同时，系统还应支持播出信号监测、24小时录像以及图像预警等功能。此外，针对不同的播出需求和观看终端，高清信号需要输出到网络视频推流器上。此外，安全的数据传输和存储技术应被采用，以防止敏感信息被非法获取和利用，确保系统的稳定性和可靠性。

二、系统整体架构设计及流程实现

（一）系统整体结构介绍

整个播出系统主要包括综合频道播出系统和广播电视信号监测系统两个部分。综合频道播出系统是一个高清同播的播出系统，具备24小时不间断播出的能力。该系统使用服务器进行本地存储，可以满足30天的播出素材存储需求。同时，该系统与节目制作系统联通，实现采编播一体的数字化。高清播出系统由采集系统、播出系统和存储系统组成，其中视频播放服务器是核心设备。系统采用数据库技术管理信息数据，并通过万兆光纤网实现控制素材传输和高清节目的自动播出。高清播出系统包括两套视频播出服务器（一主一备）、垫片信号播出服务器、播出控制工作站（一主一备）、上传编单工作站、数据库服务器（一主一备）、高清切换器、信号故障自动侦测倒换器、播出交换设备、播出存储盘塔等设备。两台播出控制工作站通过网络控制视频播出服务器播放频道信号，并使用串口控制播出面板。同时，控制软件进行实时备份，以实现在控制器出现异常时自动热切接管功能。广播电视信号监测系统主要针对广播电视等传媒行业，对播出信号进行监测和转码录制。该系统具备实时监控的功能，能够将所有监测节目拼接显示在大屏幕上，方便广播电视工作人员随时了解节目播出情况。系统在监测过程中，会通过语音报警等形式提醒，一旦发现信号异常、节目画面等问题，为安全播出管理提供依据，保障广播电视的播出安全。

（二）综合频道播出系统业务流程实现

综合频道播出系统共配置4组高清转播信号，其中两组是外接直播节目主备信号，另外两组是由广电网络江门新会分公司提供的加密信号。这两组加密信号通过同轴线缆传输到2台PBI解码器上进行解码，解码后输出CCTV1和广东卫视的高清信号。转播信号随后输入到信号源调度矩阵中。该调度矩阵支持16路外部信号的输出转播。经过调度后，转播信号通过高清帧同步卡和视分卡被分别输出到主备播出高清切换器和应急高清切换器。此外，播出高清切换器还输出一路PST信号，该信号连接到视频播出服务器作为播出软件中的转播信号，并实现了台标、时钟、角标等图文信息的叠加功能。

主备视频播出服务器的输出信号首先连接到主备播出高清切换器中作为PGM输出，然后接入到应急高清切换器。同时，使用高清倒换器将主备视频播出服务器和播出高清切换器连接起来。主备服务器之间通过网络检测保持同步运作，当主服务器发生故障时，主备服务器会自动接管所有设备的控制权，实现主备信号的自动切换。这样可以保证播出系统的稳定性和可靠性。应急高清切换器接入的信号包括主备高清切换器的PGM信号、垫播信号以及经过帧同步卡处理的CCTV1源信号。当主备视频播出服务器都宕机时，采用人工应急处置方式，切换到其他应急信号，以实现信号无中断输出。播出信号经过音频处理和编码器等设备处理后，分别输出到广电网络江门新会分公司的前端播出系统和媒体编码器上，用于在电视端和移动端同步播出。此外，系统还采用了双模卫星校时钟，以确保整个播出系统的统一授时。所有关键设备，如帧同步卡、视分卡、切换器和倒换器等，都具备断电直通和双电源功能，大大提高了系统的安全性。同时，在系统的重要节点位置（例如解码信号、主备视频播出服务器播出信号、主备播出高清切换器的PST/PGM信号、垫播信号等），信号还会输出到广播电视监测系统，用于实时监看和监测，方便进行应急处理。

（三）广播电视监测系统流程实现

广播电视监测系统主要监测综合频道播出系统的4路SDI信号和乡镇播出系统的4路ASI信号。在播出系统输出播出信号后，采用专业的采集设备 “综合监测仪”进行信号接收和码流层面监测，符合TR101-290三级监测的数字电视信号码流监测标准。监测仪能够接收信号并进行监测和分析。信号通过多画面监测系统输出DVI信号，并在4块屏幕上按照2*2的排列方式进行拼接显示。这样可以实现对综合频道播出系统和乡镇播出系统共计6套高清（HD）和30套標清（SD）共36套节目的音视频质量监看，同时进行转码和收录（至少持续15天）。在监测过程中，如果出现黑屏、视频丢失、音频丢失、静帧、彩条、音量过高/过低、音视频不同步、解码异常、马赛克、台标丢失等问题，系统会以语音、弹窗等多种形式进行报警提醒，及时通知相关人员进行处理。此外，广播电视监测系统还提供数据管理平台，采用B/S架构，用于对检测数据进行统计分析和图形化展示，还支持生成统计报表并导出查询结果。用户可以通过数据管理平台方便地查看监测数据，及时发现问题并进行处理，进而提高电视播出系统的质量和效率。

三、系统主要硬件设备及技术选型

整个高清播出系统硬件主要由主备视频服务器、第三备视频服务器、主备播控工作站、主备数据库服务器、高清切换器、数字音频处理器（带直通功能）、高清倒换器、上载/编单/审片工作站群、播出存储盘塔、文件摆渡网关等组成。

（一）视频服务器

在传统的播出系统中，为了满足特定的播出需求，需要配置大量的外围设备，如按键混音器、字幕机、徽标机、帧同步器等。这样会增加设备数量，使系统变得复杂，链路也变得复杂，增加了故障发生的可能性，从而降低了系统的稳定性和安全性，播出信号的质量也无法得到保证。在本次系统升级中，选择了“中广上洋”视频服务器，它配置了双电源、双风扇、双网口等冗余设计，支持断电直通、板卡无响应直通、操作系统无响应直播等应急措施。该视频服务器还集成了部分外围设备的功能，如时钟、台标、字幕多层叠加等，减少了存在隐患的节点。同时为了实现节目数据的可靠存储，视频服务器计划采用两块容量为8TB的企业级硬盘，预计能够满足至少30天的节目播出时长。同时，采用RAID1技术进行硬盘数据备份，提高了数据的安全性和冗余性。

（二）高清切换器

本系统采用了一款名为“SY-1604-K-HD”的高清切换器，它是一款专门为广播电视播出场合设计的节目播出型切换器。该切换器支持16路SD/HD SDI输入和4路模拟音频输入，内置CVBS信号帧同步器和模拟音频加嵌器。它支持2路PGM输出和3路PST输出，其中PGM输出支持静/净切换。此外，该切换器还支持信号状态检测，通过指示灯颜色显示信号状态，并支持输入信号检测、误操作保护和Bypass直通功能。它还配备了冗余电源、3个RS-232串口（DB9）和1个RS-485串口（DB9），并带有本地控制面板。

（三）高清倒换器

在本系统中，选用了型号为“F1C-SAC”的高清倒换器，它是专门为主备架构播出安全而设计的。“F1C-SAC”采用靈活的帧处理技术和同步技术，能够实现主备之间的无缝切换。该倒换器有三路输入，分别是主信号、备信号、垫播信号，并能够根据各路信号的状态，自动或手动选择某一路输出，可以实现画面切换平稳过渡。同时还具备双电源冗余设计，保证设备的稳定运行。此外，它还具有RS422等控制接口，可方便地通过外部设备控制和监控。它的应用能够在提升播出质量和可靠性方面发挥重要的作用。

（四）播出存储盘塔

播出存储盘塔是播出系统中的基础支撑部分，主要用于存储和保护大量的播出素材。本次所使用的存储系统采用了RAID6技术进行硬盘数据备份，总容量为60T。假设每个播出文件大小为2GB，按照固定使用率不超过70%的要求，该存储系统大约可保存21000个文件。这意味着它能够满足至少60天的播出素材播放需求。此外，该存储系统还配备了双电源和高速SAS接口，读写速度可达到600MB/s以上，能够满足高清视频的播出需求。同时，存储系统还具备硬盘插拔功能，即在不影响播出的情况下可以进行硬盘更换，以确保系统的稳定性和可靠性。

（五）文件摆渡网关

为了满足电视台内部节目制作系统与播出系统的高效传输需求，并确保传输的安全性，我们选用了 iGate8 文件摆渡网关。这是一种软硬件一体化系统，具备多种功能，包括格式检测、高效传输、逻辑隔离、流量管理、行为管理、防火墙、日志审计等。它能够使电视台内各生产网络之间的视音频文件等数据进行快速传输。同时，它还能够保护不同网段之间的数据传输安全，确保敏感信息的保密性。

四、软件介绍

广播电视播出系统的软件是整个系统的核心，它承担着确保广播电视的安全播出和系统的稳定运行的重要任务。该软件需要满足多种需求，包括智能审核、素材上载、节目播出、在线编单等功能，并且需要具备简单直观、易于操作的界面。该系统运行在Windows操作平台上运行，并支持Windows10、WindowsServer2012等多种操作系统。数据库方面采用Microsoft SQL Server 2012数据库服务器软件，以确保信息管理和存储的高效性和稳定性。除了支持本地运行，系统也可以基于网络化运行，以方便内部管理和控制。播出素材采用国际标准的MPEG-2压缩格式，并且都使用高清格式，分辨率为1920x1080。这样可以方便地实现播出素材的制播一体化。另外，该系统的软件主要包括配置管理模块、素材管理模块、节目编单模块、节目播出模块等。

（一）配置管理模块

配置管理模块的主要作用是将各种参数配置集中起来管理，从而提高系统的管理效率和运行稳定性。同时该模块还提供了各个子模块的管理和配置界面，方便管理员进行相关设置和调整。其主要功能包括系统参数设置、用户权限管理、频道管理、设备管理、日志管理等。

（二）素材管理模块

素材管理模块是广播电视播出系统中的重要组成部分。其主要功能包括素材上传和信号采集的管理。素材上传功能是指将制作好的节目素材上传到系统中进行管理和存储，并在需要时进行调用。这样可以方便地管理和存储节目素材，并且能够快速检索和调用。信号采集功能是指通过各种录像机或线路信号采集到的视频、音频等素材，采集后自动生成文件并入库。这样可以将来自不同渠道的素材采集到系统中，为后续的节目制作提供丰富的素材资源。素材管理模块还可以对这些素材进行分类、整理、编辑和检索，以便于后续的制作和播出。同时，它也支持素材的备份和恢复，以确保素材的安全性和可靠性。在电视播出系统中，素材管理模块的作用非常重要。它能够提高节目制作和播出的效率和质量，并保证素材的安全和可靠性。

（三）节目编单模块

节目编单管理模块是播出系统中最重要的模块之一，其目的是对节目进行编排和排期，包括设置节目的播出时间、播出顺序、时长等，以确保资源和时间的合理利用，从而使节目制作和播出更加高效和精准。该模块具备支持在线编辑（提供定时播、顺播、手动触发等多种调度方式）、预设节目单和字幕模板，节目单逻辑校验、批量查找替换、智能同步素材等功能，另外还配置反推定时播发功能，可以保证所选素材完整播出。

（四）节目播出模块

节目播出模块是电视广播系统中最核心的模块之一。它负责控制整个播出过程，实现编排好的节目自动播出。播出模块能够在特定的时间根据节目计划协调各种设备的工作，确保节目能够及时地播放、切换、暂停或恢复。同时，播出模块还能够监控和管理播出过程，确保音视频的质量流畅且正确。在节目播出前，它会对节目文件进行一系列的处理和调整，例如解码、渲染、音量调整以及字幕叠加等，以保证播放效果和观赏体验的质量。另外，播出模块还能够在突发事件、广告投放或技术故障等情况下进行紧急插播或暂停，以确保播出的及时性和准确性。这使得节目播出更加稳定可靠。

五、结束语

此次的系统建设不仅为新会广播电视台提供了高效、稳定、可靠的节目播出服务，还为广大用户提供了丰富多样、高质量的节目观赏体验。同时也体现了广播电视播出系统在电视广播行业中的重要性和必要性，为电视广播行业的发展提供了强有力的技术支持和保障。

作者单位：梁超华 江门市新会区融媒体中心（新会广播电视台）

参  考  文  献

[1]林征.高标清同播系统的设计及应用[J].中国有线电视，2020（11）：1326-1329.

[2]谢惠群.汕尾广播电视台高标清同播系统升级改造探析[J].视界观2021（12）：444-446.