陳云志

【內容摘要】隨著高清化的普及，高清播出已經成為現(xiàn)階段電視臺播出的常態(tài)。中國教育電視臺具備高清總控矩陣和高標清同播數(shù)字播出系統(tǒng)，該系統(tǒng)自2016年正式運行至今，播出系統(tǒng)運行穩(wěn)定、節(jié)目播出安全順暢。本文結合CETV早期教育電視頻道播出系統(tǒng)高清化改造進行了探討，并對系統(tǒng)設計思路進行了分析和小結。

【關鍵詞】高清播出;高清播出總控;系統(tǒng)改造

隨著高清電視的推廣和普及，高清電視技術已成為廣播電視技術發(fā)展和進步的必然趨勢。①中國教育電視臺具備高清總控矩陣和高標清同播數(shù)字播出系統(tǒng)，并順利實現(xiàn)了主頻道CETV-1和早期教育頻道高、標清同播。本文結合CETV早期教育高清電視頻道（簡稱“早教高清頻道”）播出系統(tǒng)改造進行探討，并對系統(tǒng)設計思路進行詳細的分析和小結。

一、早教高清頻道改造方案概述

CETV現(xiàn)有的早期教育標清播出數(shù)字付費頻道，其播出系統(tǒng)為1主1備（1+1系統(tǒng)級備份）高標清兼容的系統(tǒng)配置模式，各系統(tǒng)內可同步播出主、備兩路標清節(jié)目，可實現(xiàn)自動、手動播出控制方式，具備主備應急墊片及4路標清應急硬盤放像播出能力。

早期教育高清電視頻道計劃由現(xiàn)有高標清兼容的早期教育標清頻道播出系統(tǒng)改造實現(xiàn)。為保證現(xiàn)有早期教育標清播出系統(tǒng)及改造后的高清播出系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行，將利用備份系統(tǒng)、備份路由完成播出改造、試運行工作。改造內容主要包括調整視頻服務器相關通道及周邊處理設備配置、部署高清鍵源設備、存儲擴容等。

二、早教高清頻道改造方案設計

電視頻道高清播出系統(tǒng)主要包含總控信號調度、視頻服務器、播出分控、監(jiān)視監(jiān)聽、信號檢測、二級存儲等系統(tǒng)。核心設備包括主備編解碼通道、主備控制、主備切換及周邊處理、主備存儲、主備總控矩陣及衛(wèi)星接收解碼、信號分配/轉換、延時、時鐘、同步、數(shù)據管理等設備。早教高清頻道將利用上述系統(tǒng)設備對主備高清信號源進行控制切換，在完成音頻響度控制及字幕、臺標的疊加后，高清信號通過主備三選一選擇后輸出至高清編碼復用傳輸系統(tǒng)。

（一）總控系統(tǒng)設計

總控系統(tǒng)按照主、備兩個矩陣的結構設計，主、備矩陣擁有相同的輸入信號，輸出信號采用同目的主備矩陣各輸出信號總量1/2的原則，任意一個下游系統(tǒng)均同時接收來自主、備兩個矩陣的信號，且每個矩陣各接收輸入信號總數(shù)的1/2（詳見圖1）。進入總控系統(tǒng)的外來信號均經視頻、音頻接口板轉換接到系統(tǒng)，矩陣的輸入與輸出端口均由跳線板連接，便于臨時用人工方式進行信號跳接，或某一部分設備出現(xiàn)故障時，用跳線跳過故障設備，從而保證安全播出。

總控矩陣系統(tǒng)選用主、備兩臺主機型號為Miranda NV8144的設備，其最大規(guī)模為144×144數(shù)字輸入輸出，目前系統(tǒng)配置為99×108輸入輸出規(guī)模。主備矩陣具備相同的HD/SD SDI輸入輸出通道，分別承擔主路信號和備路信號的調度。每臺矩陣輸入按鏡像分布，兼容高標清輸入99路，兼容高標清輸出108路。與總控矩陣配合使用的交叉變換器、幀同步器、固態(tài)延時器等設備環(huán)接在矩陣輸入、輸出端口間，可實現(xiàn)對其他所有接入矩陣系統(tǒng)的信號自由進行格式變換、信號同步及延時處理等。矩陣采用模塊化設計，可根據需要插入板卡，信號的傳輸采用嵌入式音頻方式?？偪丶夹g監(jiān)測系統(tǒng)使用高標清多格式數(shù)字波形監(jiān)測儀及專業(yè)音頻監(jiān)聽設備以及專業(yè)液晶監(jiān)視器，完成對總控各個信號源的技術監(jiān)測與監(jiān)視。由于總控部分需要監(jiān)看的信號較多，總控信號顯示與監(jiān)看系統(tǒng)配置3臺高標清32畫面分割器與大屏相結合顯示的方式，進行信號監(jiān)看。經總控矩陣調度的信號如下：

1.總控矩陣輸入信號

（1）中央電視臺CCTV-1高標清信號主備8路：用于中央電視臺《新聞聯(lián)播》及其他重要時政要聞的轉播，信號分別來自有線光纜傳輸解碼和衛(wèi)星接收，高清解碼器采用符合廣電總局行業(yè)標準、支持ASI/UDP/RTP傳輸協(xié)議、具備2路HD-SDI輸出的AVS+解碼設備，然后通過高標清兼容的幀同步器接入主備矩陣。

（2）主備4路演播室信號、8路外來節(jié)目信號：用于中國教育電視臺新聞類欄目的直播以及平時臨時性的直播活動，這些信號都是通過光纖送入總控系統(tǒng)，然后通過高標清兼容的幀同步器接入主備矩陣。

（3）自環(huán)信號：自環(huán)信號共有三種，第一種是高標清上/下變換的自環(huán)信號，通過上/下變換器實現(xiàn)全臺信號格式的轉換，總控系統(tǒng)最多支持8路信號同時完成上/下變換功能，通過信號的上/下變換可實現(xiàn)高清與標清系統(tǒng)的信號交叉調度;第二種是延時信號，通過高清延時器實現(xiàn)在直播過程中對節(jié)目的延時播出，高清延時器支持高清信號延時60秒播出，可通過設備本身的應急通道實現(xiàn)應急信號墊播;第三種是幀同步處理器的信號，即通過幀同步設備對信號進行相位校準與鎖定等處理，主要用于我臺各頻道間并機播出。

（4）高標清應急信號：由視頻服務器解碼通道輸出應急信號源，經過高標清視分分配給高清矩陣的四路信號。

（5）高標清頻道的播出信號：有兩類高標清頻道的播出信號接入總控矩陣系統(tǒng)，其中一類是無臺標字幕的凈信號，可用于并機播出;一類為帶臺標字幕的末級播出信號，主要用于節(jié)目收錄、直播演播室播出信號監(jiān)視回采、其他監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)看等。

2.高清矩陣的輸出信號

（1）播控矩陣信號：送給各個高標清播出頻道的4路（每頻道4路）播控矩陣信號，用于頻道直播時，從相關演播室（部門）調入所需的信號源。

（2）監(jiān)視信號：48路監(jiān)視信號，每臺矩陣送入總控畫面分割器24個信號，可用于對所需信號源的調度監(jiān)看。

（3）全臺信號共享輸出：送各個演播室、收錄室及導播間用信號。

（4）環(huán)路信號：統(tǒng)一信號處理的信號，包括信號幀同步處理器、上下變換、延時等。

為確保播總控系統(tǒng)的信號同步，同步系統(tǒng)在設計時，采用主備2臺泰克TG700同步信號發(fā)生器及主備同步信號倒換器ECO422D，具有手動和自動倒換功能，ECO422D是同步自動倒換的核心，通過模擬分配放大器組成同步分配網絡，為總控、各播出分控系統(tǒng)及臺內各相關機房提供高精度、高穩(wěn)定性的基準同步信號。

（二）視頻服務器系統(tǒng)設計

高清視頻服務器系統(tǒng)為每個頻道配置物理上獨立的主、備解碼通道，具備獨立的主、備墊片通道。高清視頻服務器I/O處理控制運行在非Windows操作系統(tǒng)下，編解碼模塊采用非Windows操作系統(tǒng)。服務器中凡能提供在線備份的部件全部配備完整，服務器與存儲管理、千兆以太網交換機、存儲控制單元、電源等具有冗余設計，并支持熱插拔;其他關鍵設備均采用冗余備份，系統(tǒng)網絡通道無單一崩潰點。

視頻服務器采用Omneon高清視頻服務器，整個系統(tǒng)分為1-5頻道主播出服務器部分和備播出服務器部分，6-10頻道主播出服務器部分和備播出服務器部分。每個主播出服務器部分配備1臺主機模塊、3個解碼模塊用于高標清頻道主播出及備墊片，1個編解碼模塊作為高清、標清上載/審看及外來信號上載模塊，2臺存儲盤箱。每個備播出服務器部分配備1臺主機模塊、3個解碼模塊用于高標清頻道備播出及主墊片模塊，3個解碼模塊作為預播及播前審看模塊，1個編解碼模塊作為外來信號上載模塊，2臺存儲盤箱。編解碼通道采用全硬件的模塊化設計方式，與視頻服務器主機之間采用千兆以太網線進行連接，各模塊間相對獨立，單獨替換時不影響另外模塊正常運行?？蓪崿F(xiàn)節(jié)目播放零幀精度。

兩組視頻服務器系統(tǒng)共滿足了10個高/標清頻道的播出任務、2個通道的墊片解碼任務、4個通道的信號上載任務、5個預播解碼任務、2個預播回看任務。單臺存儲模塊共含有24塊900GB企業(yè)級SAS硬盤驅動器，能提供16Tbytes的存儲空間，可存儲639小時50M碼流高清素材。每套系統(tǒng)均有兩臺存儲模塊，能提供32Tbytes的存儲空間，可存儲1278小時50M碼流高清素材。主備視頻服務器的存儲系統(tǒng)采用Raid 6雙奇偶方式，可滿足早期教育頻道72小時在線節(jié)目存儲容量。

（三）視音頻系統(tǒng)

早期教育頻道分控系統(tǒng)具備主、備雙路高清節(jié)目的自動播出和切換控制，屬系統(tǒng)內外雙主備結構。系統(tǒng)中各關鍵設備前后設置跳線口，具備主、備播控機及軟件的手動和自動倒換功能。具備播出節(jié)目信號監(jiān)視監(jiān)聽和技術監(jiān)測能力，能夠實現(xiàn)在應急情況下以高清節(jié)目文件方式直接播出?？蔀楦咔孱l道分控系統(tǒng)的主備兩路高清播出信號提供圖文字幕、“高清”字符及臺標鍵信號的疊加（詳見下頁圖2）。

周邊設備機箱具備主、備雙電源，周邊板卡支持熱插拔，具備通過網絡集中監(jiān)測和控制調整功能，支持通過PC機對周邊設備中每一模塊進行參數(shù)調整、狀態(tài)設定、發(fā)現(xiàn)錯誤即刻報警等功能，能夠實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控。

1.播出切換、控制系統(tǒng)

高清頻道的播出控制系統(tǒng)采用混合主備模式，即同時采用“主控主、備控備”獨立控制和RS422倒換器進行交叉控制的方式。正常情況下，主備播出控制機分別給主備切換設備和主備視頻服務器發(fā)送控制命令，從而實現(xiàn)主備機分別控制主備設備的模式。當某控制機出現(xiàn)故障時，可通過RS422倒換器切換至另一控制機，從而實現(xiàn)一臺控制機全面接管所有設備功能。

播出控制軟件安裝在播出工作站中，支持各類切換臺、放像機、視頻服務器等設備，支持多種控制協(xié)議;對各相關設備的控制能夠達到幀精度。播控軟件中可查看信號切換設備任務隊列信息，如切換設備的任務執(zhí)行時間、輸入輸出、設備名稱信息。支持按不同的信號源設備查看播出任務信息，顯示視頻源名稱、播出時間、時長、文件ID信息。播出在線響應關聯(lián)素材信息，軟件實時循環(huán)檢測，發(fā)現(xiàn)播出線上遷移就緒的素材，立即發(fā)出通知提醒并可實現(xiàn)素材自動關聯(lián)。采用與數(shù)據庫松耦合設計，在節(jié)目單已加載情況下數(shù)據庫服務器或網絡出現(xiàn)故障時，播出控制軟件可繼續(xù)正常運行。

2.文件化互聯(lián)接口系統(tǒng)

文件化互聯(lián)系統(tǒng)支持接收備播消息自動遷移及內部自動拷貝等模式。提供MD5校驗、自動技審等功能，并根據設備資源實現(xiàn)任務的自動分配。

可實現(xiàn)節(jié)目單系統(tǒng)對外的串聯(lián)單接收;提供文件導入接口，播出成品文件的遷移入庫;能夠支持節(jié)目代碼、節(jié)目狀態(tài)等查詢服務。

互聯(lián)互通設備均采用非TCP/IP等通用網絡協(xié)議進行數(shù)據交換。支持雙向通訊，必要時可以應用為單向通訊提高安全級別，并支持白名單過濾機制。

播出域與外網連接，包括元數(shù)據、媒體文件，均實現(xiàn)網絡協(xié)議隔離，網間無TCP/IP等通用協(xié)議連通，徹底阻斷播出系統(tǒng)被攻擊的可能。

3.預播及信號檢測報警

配置高標清兼容信號檢測單元，信號檢測精確到幀，報警信息能夠及時體現(xiàn)在相應的軟件界面上。具備播出信號主備一致性監(jiān)測、末級播出信號的監(jiān)測功能，播出信號的監(jiān)測精確到秒，并能夠產生聲、光報警提示，引導播控應急操作。

預播軟件獲取各頻道播出節(jié)目單，按照離播出開始時間倒計時排序，將節(jié)目通過視頻服務器通道解碼播出。同時通知信號檢測儀進行播出信號檢測;可獲取文件技審信息與人工復審信息，匯總后顯示。

4.播出信號一致性比對

播出信號一致性比對針對播出末級三選一切換器的主備2路輸入信號進行比對，通過檢測信號狀態(tài)來實現(xiàn)更準確、及時的報警，采用的專用面板支持聲光報警，可提示值班人員進行手動應急切換，也可實現(xiàn)極端異態(tài)自動切換。

三、改造方案實施與小結

早教頻道的現(xiàn)有分控系統(tǒng)設備以及視頻服務器均為高標清兼容，通過修改配置參數(shù)和調整彩條、墊片接入信號格式即可實現(xiàn)高清播出。系統(tǒng)在升級改造過程中，對三部分信號路由進行修改：

一是將原有早期教育標清至編碼矩陣的路由信號改為高清信號，原有的4臺標清編碼器換成AVS+高清編碼器，現(xiàn)有播出分控系統(tǒng)去編碼矩陣的物理線路不變，只將鏈路信號改為高清信號。

二是新增2條臨時過渡的標清信號鏈路，進入早教標清編碼器，經下變換輸出后分別進入編碼矩陣及畫面分割器，待標清頻道停播后再將標清信號鏈路拆除。

三是分別將原有的標清彩條信號、墊片信號及CQX應急信號源更換為高清信號。

對上述信號及路由修改完成后，將首先對備份系統(tǒng)進行配置部署并測試，待備份系統(tǒng)運行正常后，利用停播檢修時間完成標清向高清播出頻道的切割工作，此后完成主用系統(tǒng)高清改造工作。改造后的早教高清頻道仍為數(shù)字付費頻道，其播出系統(tǒng)保持原標清系統(tǒng)架構，主備外來信號由高標清兼容的兩套矩陣調度系統(tǒng)分別提供，節(jié)目素材通過主備獨立配置的視頻服務器系統(tǒng)解碼播出，可實現(xiàn)主備高清墊片循環(huán)播放及4路高清應急硬盤放像播出。

注釋：

①郭全中：《“十四五”時期傳媒業(yè)的新機遇與新挑戰(zhàn)》，《傳媒》2021年第12期。