广东广播电视台高标清同播系统特有技术点分析

国家新闻出版广电总局的第62号令《广播电视安全播出管理规定》实施以来，广电总局对高清电视台频道安全播出的重视与日俱增。加上电视观众随着4K电视机的普及对高清电视的日益需求，高清电视系统的安全播出要求任务日益增重，本文对广东广播电视台（以下简称广东台）的高标清同播系统进行介绍，从多方面分析该系统特有技术点对安全播出的作用。

一、高标清同播系统建设的原则和架构概述

    2012年，广东台在原只有一个高清频道播出系统的基础上进行改造扩建，建设了一个新的具备3个高清频道的播出规模高标清同播系统。该系统现在运行播出的频道有上星的广东卫视高清频道以及广东体育频道。该系统的建设遵循安全稳定性、先进性和实用性原则，具备技术先进性、可扩展性和高兼容性。根据广东台的播出流程规范和成本，高标清同播系统在视频存储、编播和播出等方面上也有其特有的技术特点，这些所有工作站的建设、完善和运行的最终目标是节目的高清优质播出、安全播出。

    所谓高标清同播，指同一套节目同时以标清和高清两种格式播出，主要是输出分离模式和信号源分离模式。而广东台的高清系统则支持输出分离模式，支持下变换标清同播。该同播系统用一个高清素材版本，就可以实现高清（HD-SDI）和标清（SDI）两路信号，其架构如下：

  图1  高标清同播系统架构

从架构可以看出来，整个系统是HD-SDI数字通道为基本的播出系统，实现全硬盘自动播出，同时采取共享录像机调度矩阵来磁带播出应急；架构中，通过迁移服务器与视频服务器通讯，视频文件从上载服务器系统迁移到播出视频服务器，实现自动控制播出。该系统必须要求所有的源信号必须是高清信号，如果外来信号是标清信号，则需要在传输系统前采取两侧加边（Pillar Box）的模式上变换为高清信号。该系统没有引入有效活动图像格式描述AFD（Active Format Description）信息的应用，只是在下变换板卡上设置下变换方式，系统中广东卫视频道的高标清同播的下变换模式为左右切边（Edge Crop），广东体育频道的高标清同播的下变换模式为左右挤压（Squeeze）。按照播出流程，该系统必须要求节目源为高清的节目源，从而实现节目的安全播出、完整播出。

二、高标清同播系统特有技术点

广东台高标清同播系统改造和扩建，不仅要增加两个新高清频道视频通道以及周边等设备，还要进一步加强系统的链路安全播出技术。根据广东台的播出流程规范和成本，为了节目的高清优质播出、安全播出，该系统在改造扩建时对播出倒换、视频存储等方面上也有其特有的技术特点，下面就介绍这些特有的技术点的设计和实现情况。

（一）播控主备工作站之间的自动倒换

当前主流的硬盘播出系统为了安全播出，必须给播出控制工作站和视频服务器增加设备的冗余度配置，还要重点保证播出设备之间数据交互渠道的畅通。如图2所示，广东台对高清播出主备控制工作站进行了冗余设计，采用的完全主备的方式，主备控制工作站之间通过网络和串口进行心跳检测，以及用422倒换器连接受控设备（主备视频服务器、主备切换台等），422倒换器是一个针对串口通讯的2选1开关，通过GPI触发来控制倒换。

正常播出时，422倒换器接通主控制通道，备控制工作站通过心跳线检测主控制工作站通讯，判断是否正常运行；而当备控制工作站发现主控制工作站异常时，会立刻通过安装在备控制工作站的7250卡发出GPI命令触发422倒换器，将其倒换到备控制通道，备控制工作站为主控状态，接管主备视频服务器等所受控设备，确保节目的安全播出。待主控制工作站恢复正常时，人工手动倒换主播控机接管设备。而主备控制工作站都出现异常时，系统设备会维持当前节目状态播出，但是播出完后不会切到下一个节目，会出现定帧，所以平时应保持主控制工作站为主控状态，这样才能处于级别最高级的安全状态。

                  图2  高标清同播系统主备控制机自动倒换

（二）以UML为核心的高清存储系统

广东台高标清同播系统采用Seachange视频存储系统，该视频存储系统是以UML（Universal Media Library）集群为核心的。高清中央存储UML集群配置两台Head镜像服务器，与一个单独72块3.5英寸1TB的热插拔硬盘组成的冗余磁盘存储阵列连接。两台镜像服务器同时对存储阵列进行管理控制，互为备份，当一台服务器出现故障，排除故障重启后可从另一服务器恢复原有系统。磁盘存储阵列采用RAID6类型冗余存储，拥有独立机箱，其中有两块硬盘用来存储校验位，增强了容错功能，72块硬盘平均存放在6个抽屉式刀片存储盘箱中，所以竖向允许一个盘箱中2块硬盘坏掉，横向只能允许坏2块（RAID6），硬盘可在系统运行时拔出。

相对于Seachange传统的BMC(Broadcast Media Cluster)和BML(Broadcast Media Library)视频服务器，UML将Codec（编码板）分离，同时将主机服务器分离，硬盘存储更加独立安全，应用服务器对可用性存储阵列影响较小。就架构而言，BMC和BML使用传统的NAS(Network Attached Storage )网络存储架构，就是应用服务器通过CIFS协议访问NAS文件系统；而UML使用SAN（Storage Area Network）的网络存储架构，就是应用服务器以IP地址通过Block协议直接访问硬盘阵列。因此，UML把文件系统放在主机服务器上，更容易地实现对系统容量扩充，给存储设备提高稳定性，实现负载均衡。

                   图3  高清Sea change视频存储系统架

如图3所示，广东台高标清同播系统是以UML集群作为核心的存储框架，还有两个播出存储服务器BMLex集群，一主一备，互为镜像。素材在MCL-6111或MSV-1200上压缩编码上载为MXF格式文件，写入到UML时，素材也会迁移到自动技术审看服务器上进行技审，确保上载到UML素材文件的视音频技术质量；从UML迁移到播出存储服务器BMLex的素材，则采用MD5校验技术来保证素材文件数据传输的安全。

（三）软件的三级切换

图4 软件的三级切换

广东台高标清同播系统硬盘节目播出时，自动播控工作站对于主播出服务器、备播出服务器和应急源（风景片CYC）之间切换，设置了三级自动软件切换。如图4所示：

⑴第一级，正常时自动播出控制工作站的播控软件通过RS422倒换，控制切换台信号输出PGM为主播出服务器播出；

⑵第二级，通过监测器画面发现主播出服务器出现故障，输出信号均为黑屏或静帧多秒，设备连接状态会显示“未连接”，备播出服务器输出信号正常，节目正常播出下，自动播出控制软件会通过RS422倒换，自动将信号PGM切换到备播出服务器播出；

⑶第三级，通过监测器画面发现主、备播出服务器同时出现故障，输出信号均为黑屏或静帧多秒，自动播出控制软件会通过RS422倒换，自动将信号PGM切换到应急源CYC播出。

软件的三级切换能给予高清系统安全播出坚实保障，减轻值班人员的工作压力。如果出现故障时信号没有自动切换，现场操作人员需要手动控制，将切换台切换安全的播出源。同时值班人员检查故障具体原因，排除故障，待主或备服务器完全恢复正常后，手动切换为主播出服务器的输出通道，处于最高安全播出级别。

三、总结

根据各个电视台播出侧重点不同和操作习惯传承，每个电视台播出系统有着其特有技术点。这些特有技术点无非就是为保证电视节目安全优质播出。广东台的高标清同播系统时有3个高清频道高标清频道同播的播出规模，其特有技术点在原有系统结构上进行优化，提高该系统的数据链路稳定性、存储冗余的可扩展性以及播出安全性。广东台高标清同播系统运行至今，广东卫视高清频道和广东体育高标清频道节目播出安全、优质可靠。该系统特有技术点也为今后新的高清播出系统设计提供有益的参考。

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