电视台SDI和IP播出系统技术架构

■ 北京广播电视台：毛红静 王鑫淼

播出系统建设应该遵循国家广播电视方面信息系统建设3.0的安全要求。在系统建设中必须保证主备路两条播出链路系统互相保障。若主播出系统出现故障，需紧急切换备信号，保障播出安全。随着播出技术、播出设备、IT设备的飞速发展，4K、8K的技术要求等原因，使得大部分电视台在原有的主备路系统中加入第三备信号源播出系统，并且第三备信号源的选择一般采取IP化播出系统与原有的基于SDI基带信号的播出系统构建链路异构。互不影响，保证安全降低与主播出系统的耦合性和同构性。

1.传统SDI主备路播出系统

传统的播出系统设计严格保证通道安全，保证播出信号具有主备路输出，并具备主备路应急倒换的功能。主备链路采用SDI基带播出系统搭建，即要求所有输入信号源按规定要求嵌入节目音频。采用高清下变换的方式实现高标清同播，综合考虑播出安全可靠，主备路采用相互独立的架构，全系统信号通路不能有单一崩溃点。播出切换台、净切换矩阵作为播控的切换核心。系统具备播出主备切换功能，保证播出信号不中断的能力。

系统链路主备视频服务器、外来SDI信号、应急信号等经切换台或者16×2 切换器，然后过键控器将键混信号送到SDI末级2X1应急倒换开关，主输出到传送系统，如图1。若主播出链路出现故障，手动切换2X1开关切出备信号。保障播出安全。

由此可见，传统SDI播出主备路系统的设计思路是最简单的两条链路的镜像构建。虽然这种架构技术成熟稳定，但是在极端情况下由于工控机软件故障、链路设备升级故障导致两条链路同时出现问题的情况发生，此时这种简单的镜像链路很难经过2X1切换解决播出安全的问题。随着播出设备，IT网络设备的日益发展，为进一步加强安全播出，提高播出系统的健壮性和安全性，建设一套较完整的基于IP的第三信号源播出系统必要性尤为突出。

2.IP化播出系统

2.1 第三信号源IP流服务器设计

第三信号源播出系统旨在为主播出系统提供安全、稳定且独立于主备信号源存在的第三路信号选择。建设的第三信号源播出系统采用当前最新的ALL IN ONE一体化播出模式，采用集成化的系统建设思路，使其更加简洁和易维护。

第三信号源播出系统是主播出系统在功能方面的完整镜像，要求能够完整地实现主播出的相应能力，采用IP流服务器架构实现。如图2所示。

IP流服务器架构设计：流服务器节目来源可以是外来SDI信号、本地媒体文件、外部IP流。IP流播出服务器内置解码、切换处理、CG处理包装渲染、图文叠加及编码模块，流服务器输出的流可以实现字幕叠加功能，叠加的字幕内容可以是简单的文字或图片，支持跑马和动态图标，支持文字替换。台标字幕叠加功能省去了传统播出系统中的台标机、字幕机和键控器，即视频服务器将SDI信号、IP流、素材文件、字幕文件解码成所需要的格式流，并在所需要的时间帧上插入台标和字幕，系统设备性能及关键模块指标支持外来信号与硬盘输出信号净切换。支持2022-7标准确保播出信号安全。

2.2 IP播出链路系统

IP播出系统主要由 SDN矩阵、IP流服务器 IPG网关、编解码器等设备组成。通用化IT设备，采用无压缩SDI/ IP技术、SDN控制技术、虚拟化技术，实现基于SMPTE2110协议标准的无压缩视音频码流播出控制管理。IP化链路系统中外来SDI信号、和演播室SDI信号经过IPG网关转换成无压缩视音频IP流，IP流采用SMPTE ST 2022-7 标准将视音频IP流输入SDN交换机进行流之间的控制切换，最终输出的IP流进行编码送到传送系统。如图3所示。

IP播出链路系统建构于通用的计算机服务器硬件平台，基于虚拟化技术，实现自动化播出控制、系统提供了在通用IT环境下构建网络化的广播电视视音频播出解决方案，优化减少了系统构建和维护成本，并且有极好的扩展能力。

3.SDI和IP播出系统架构

图1：SDI主备播出链路图

图2：IP流服务器架构

图3：IP播出系统

主备SDI链路加IP链路异构的建设模式既保留传统 SDI的稳定性，还可以发挥IP化高带宽、高扩展、高可靠的优点，采用主备链路异构的解决方案，架构如图4所示，主备播出系统采用传统主备 SDI 链路的建设模式，第三备采用IP 化备播系统。主备路SDI信号和第三备IP流信号经转换的SDI信号以及垫片信号共四路播出信号，经末级4X1倒换开关进行应急切换。另外，在系统中加入视音频监控系统，在某一链路发生视频黑场、静帧、视频丢失、彩场、彩条等播出故障时，根据视音频技审和一致性比对结果进行信号异常判断，并能自动触发四选一切换面板控制4X1（主、备、IP第三信号源、垫片）切换开关准确切换至正常链路信号。

图4：SDI和IP播出系统架构

SDI和IP系统相融合的混合播出系统的设计将传统的SDI播出系统与All in One IP流播出服务器IP化播出系统组成架构，实现新的播出系统设计优化。完全不同技术不同设备的系统异构，不仅增加的整体系统的鲁棒性，保障安全播出。而且IP化播出技术也为未来4K、8K全IP化提供新的设计思路。

4.总结

根据广电总局62号令要求，电视台播出最重要的就是安全。要严格保证播出信号的不间断高质量，不管是传统的SDI主备路播出系统，还是SDI+IP第三信号源播出系统架构都旨在为播出系统提供链路安全。随着技术的发展进步，播出系统 IP 化已经成为新的发展趋势，混合架构播出使系统具备更高的安全保障能力，并能够降低播出系统的耦合性和同构性。即便未来播出系纯IP化甚至是云化，新的播出系统架构也会孕育而生，更好地为广电的播出安全服务。