下一代播出系统架构设想

吴云志

(黄山市广播电视台，安徽 黄山 245000）

1 云播出背景

当今所有电视台的播出业务工作大致雷同，主要分为播出前的播出单整备、播出素材的整备和播出过程中的实时在线播控等部分。整个播出过程中在线播出控制是重要环节之一，主要包括播出控制工作站、播出视频服务器及矩阵、切换器、台标机、字幕机等周边设备。其中，播出视频服务器根据播出单完成迁移并存放最近需要播出的各类节目素材。播出控制工作站中需提前存放编辑完成的播出单，播出单中有播出节目的唯一ID，通过播出单中的唯一ID与视频服务器中的播出素材文件准确地自动相匹配。播出单和素材匹配完成后，播出控制工作站根据该节目的唯一ID向播出视频服务器发出指令，播出视频服务器接到指令后将执行播出解码通道操作，同时还需控制台标机、字幕机的信号，将所有信号合成后输出给信号切换矩阵等设备，信号切换矩阵接到切换指令后准确无误地将播出信号安全输出。

2 背景技术

在前述的节目播出业务中，播出前的整备工作主要可以分为两个步骤，第一步骤是元数据准备即数据库准备，也就是播出单的准备过程；第二步骤是播出素材准备，也就是将准备好的播出素材迁移至视频服务器中等待播出。节目单的准备过程实际是将播出单在播出时间轴上填充素材并精确到帧。播出素材的准备是一个音视频素材的准备过程，包括电视台内自办的节目和外购节目的素材，最终要将所有素材迁移到播出系统的二级存储器和播出视频服务器中，在此过程中还可能涉及不同格式的素材转码，必须将素材转换为符合播出服务器格式[1]。在素材准备过程中还有一个不可或缺的步骤就是素材自动技审，此步骤通过复杂的技审算法，自动技审素材是否有黑场、彩条、卡帧等问题[2]。广告素材打包是将片段独立的广告素材打包合成为一个广告包等一系列播出素材的准备步骤。在准备素材的同时需将所有播出素材转码成符合播出视频服务器格式的播出素材。而在此流程中，自动转码、自动技审、广告打包、自动迁移等涉及播出素材的编解码过程、复用过程和解复用过程等多个步骤，整个过程需消耗计算机的很多物理计算资源和存储资源[3]。

播出过程中同样重要的在线控制步骤主要涉及主播出控制工作站、备播出控制工作站、主播出视频服务器、备播出视频服务器以及相应的字幕机、台标机、矩阵切换器等主备周边设备。其中，主备播出视频服务器中存放着当天以及近期播出所需的各类素材。播出控制工作站中存放着当天完整的播出单，播出单中有播出节目的唯一ID，节目单中的唯一ID与播出视频服务器中的素材自动相匹配。播出控制工作站根据该节目操作的唯一ID向播出视频服务器发出播出指令，播出视频服务器接到播出指令后立刻执行播出解码通道操作，播出控制工作站还同时控制信号切换矩阵、台标机、字幕机、4选1自动切换矩阵等周边设备，将台标、字幕等信号合成到视频播出信号里，整合完成后将播出信号输出。传统播出需建立一个完整的播出频道，由播出控制工作站、播出视频服务器、二级存储、视音频专业周边设备、视音频线缆等组成，根据播出要求，每个频道都是需要至少建设一套备份播出频道，尤其重要频道还需要建立二备播出频道甚至异构播出频道，因此建设传统播出系统成本投入相当之大。

3 云播出

云播出有效利用了云计算的计算资源、云存储的能力，使用云播出服务器完成播出单、播出素材整备阶段的流程，减少各大电视台的资金成本投入，提高了工作效率，有时还可为异地备份播出提供有力的安全传输支持。云播出系统平台主要由云播出服务器和本地播控系统组成[4]。

云播出服务器用于播出单编辑和播出素材的整备，并将播出控制信号或指令发送给本地播控平台。云播出服务器包括存储播出单和播出素材等元数据信息的数据库、存储节目素材的管理子系统、节目单编辑子系统、各种素材整备子系统、在云服务器中控制节目素材和数据库信息的内容管理子系统、向云播出服务器内输入或向云播出服务器外输出播出的素材和播出单。

本地播控平台从云播出服务器接收到播出素材和播出控制信号或指令后，执行并控制本地播出设备和信号切换矩阵、台标机、字幕机、4选1自动切换矩阵等本地周边设备完成整个播出的工作。本地播控系统包括本地播控设备，其与云服务器通信，接收云服务器发送来的作为播出控制信号或指令的播出单。根据播出单控制本地播出设备和本地周边设备完成节目的播出。

综上所述，云播出主要是在云播出服务器中完成费时费力的播出单编辑工作以及播出素材的整备工作，利用强大的云计算资源、云存储的存储能力，在减少电视台资金投入的同时，提高工作效率。借助云计算和云存储的技术，本建设方案资金投入成本低、建设周期缩短、非常便于电视台播出系统的升级及维护，并且对操作业务人员及所在办公场所要求也降低很多，具备基本的私有网络条件和必要播出视频设备的机房条件都可以完成建设[4]。

下一代云播出将以IP化和虚拟化为主要趋势。随着各个省级广电平台媒体云的建立，通过媒体云融合技术实现在线录制、编辑生产和安全播出的同步进行，以满足当前和未来的安全播出需求，并推动播出事业的发展。相较于传统播出架构，下一代云播出显著提高了工作效率，同时减少了操作人员的投入。IP云播出主要是在云播出服务器中完成播出单编辑工作以及播出素材的整备工作，利用强大的云计算的计算资源、云存储的存储能力，在减少电视台资金投入的同时，提高了有效工作效率。同时，操作业务人员将播出单和播出素材的整备工作放在云播出服务器上也便于多点协同操作。

云播出主要特点如下：①按需计费，随时开通；②提高效率，降低成本；③将播出内容快速共享和快速发布到新媒体平台；④可无限扩展存储容量；⑤提供弹性的服务，可以根据情况，按存储容量和播出流量来计费；⑥本地播出和云端播出互为备份，保证播出过程的完整性和安全性；⑦实现云端和传统的整备融合；⑧本地与云端平滑迁移过渡。

4 云播出应用场景

4.1 云直播服务

主要特点：①系统支持双机热备，可保证7×24小时不间断安全播出；②支持1920×1080、1280×720、720×570、640×480、640×320等各种分辨率，满足不同显示尺寸终端屏幕显示需求；③实时切片处理，支持HLS协议；④集中式管理，提供远程管理界面；⑤支持丰富的编码格式（H.264、MPEG-4、MPEG-2、MPEG-1等）；⑥封装格式支持（MP4、FLV、F4V、AVI、TS、MKV、3GP、3GP2）；⑦音频格式支持（MP3、AAC、AAC+、AC3、MP2等）。

4.2 轮播服务

主要特点：①完全采用云架构实现，支持远程编单；②支持1920×1080、1280×720、720×570、640×480、640×320等各种分辨率，满足不同尺寸终端屏幕显示需求；③支持大文件快速迁移；④采用智能编单系统，操作高效快捷；⑤完全弹性管理，规模灵活设置；⑥支持主备切换，实现7×24小时不间断服务。

4.3 云播出服务：垫片

主要特点：①完全采用云架构实现，支持远程编单；②支持1920×1080、1280×720、720×570、640×480、640×320等各种分辨率，满足不同业务需求；③可以灵活设置规模，完全实现弹性管理；④支持主备切换，实现7×24小时不间断服务。

4.4 云播出服务：个性化直播

主要特点：①完全采用云播出架构，支持远程播出单的编辑、字幕单的编辑和广告差异化的播出；②支持主备切换，7×24小时不间断服务；③可以灵活设置规模，完全实现弹性管理；④可以将播出内容快速发布到新媒体平台、网站终端等，增加电视台节目和广告投放的覆盖面。

4.5 云播出服务：播出整备

主要特点：①随时开通、按量付费，大大提高使用效率；②多点备份机制，可以保证系统数据完整性和安全性；③可以将内容快速发布到新媒体平台；④无备品备件费用、无电费支出；⑤冷素材归档。

4.6 云播出服务：异地灾备

主要特点：①完全采用云播出架构实现，支持远程播出单的编辑和导入；②异地容灾备份播出、7×24小时不间断播出服务；③可以灵活设置放大或缩小播出规模，完全实现远程的弹性管理。

5 云播出服务

云播出服务系统完全以云架构的方式实现，支持远程播出单和字幕单编辑、广告与其他台差异化的播出，提供集中式管理和远程管理界面。可以灵活设置放大或缩小规模，完全实现远程的弹性管理。云播出服务系统都支持双机热备，可保证7×24小时不间断播出。支持7680×4320、3840×2160、1920×1080、1280×720、720×570、640×480、640×320等各种分辨率，可满足不同终端分辨率的播出需求。同时支持丰富的编码格式（如H.264、MPEG-4、MPEG-2、MPEG-1等）。封装格式支持MP4、FLV、F4V、AVI、TS、MKV、3GP、3GP2，音频格式支持MP3、AAC、AAC+、AC3、MP2等。

6 云播出构架

云播出可在云服务器中完成播目单和播出素材整备工作，并根据播出单，将播出控制信号或指令发送给本地播控工作站。本地播控工作站从云播出服务器接收播出素材和播出控制信号或指令，然后根据播出控制信号或指令控制本地播出视频服务器和周边设备完成播出工作。云播出服务器也可以根据播出单将相应的播出素材编码成TS流，推送到指定IP地址，可以方便并有效地实现IPTV播出。

综上所述，云播出服务器的处理环节包括以下重要组成部分。

（1）数据库：用于存储播出单和播出素材等元数据信息。

（2）管理子系统：负责存储和管理播出素材，确保其安全性和完整性。

（3）编辑子系统：用于编辑播出单，包括选择播出素材、调整播放顺序等操作。

（4）素材整备子系统：提供各种功能来处理播出素材，例如转码、剪辑、加密等。

（5）内容管理子系统：控制播出素材和数据库信息在云服务器中的存取，确保内容的正确性和权限管理。

（6）数据接口：用于向云播出服务器内输入或从中输出播出素材和播出单，以及与云播出服务器内外的其他系统进行数据交互。

7 结束语

云播出平台依托于电媒体云的融合技术将特别费时费力的播出单编辑工作和播出素材的整备工作移到云播出服务器中完成，利用云计算的计算资源和云存储的存储能力，在减少电视台资金投入的同时，提高了工作效率。基于现代技术，降低云播出平台的建设成本、缩短平台建设周期，同时便于系统平台升级改造和维护。除此之外，云播出平台可以作为电视台频道备播系统使用，方便实现远程和异地播出工作。同时，对电视台内的播出业务操作人员和所在岗位的工作人员要求大大降低；具备基本的网络条件以及必要的视频播出专业设备机房条件都可以完成云播出架构的建设。■