西藏广播电视台高标清同播播出系统设计

王 强 刘中华 张 骥

（作者单位：西藏广播电视台）

《国家新闻出版广电总局关于加快推进高清电视发展的通知》明确要求“到2020年，省级和较发达地级台基本实现高清化，地级（含）以上台主要频道实现高标清同播”。目前，除西藏广播电视台外，全国省级电视台已全部实现高清制作与播出。现阶段，西藏广播电视台节目录制、播出还在使用标清技术，绝大部分设备为标清设备，不能兼容高清系统，无法满足高清节目录制的技术要求。

作为主流传统媒体，西藏广播电视台正进一步加强阵地建设，加快高清化改造进程，推动事业高质量发展，进一步丰富荧屏内容，提高节目质量，提升宣传效果，以更好地满足群众日益增长的高质量收视需求，高清化制播建设迫在眉睫、势在必行。

西藏广播电视台电视高清化制播建设项目重点在于电视高清节目播出频道系统的升级改造，本次新建1套3个频道的全高清数字硬盘播出系统，1套144×144规模的全高清数字总控系统以及相应配套的整备系统、网络安全系统、播出安全管控及监测系统、编码传输系统及监测系统等[1]。由于西藏广播电视台高清化建设起步较晚，与其他台前期设计的高清播出系统相比，西藏广播电视台采用了更为先进的ALLIN-ONE视频服务器作为信号链路的第三备份，同时增加自动化预播功能和一致性比对等技术[2]，大大增加了系统的安全性。

按照计划，该高清播出系统于2022年10月1日正式上线试播。

1 系统整体框架

高标清同播系统设计时[3-4]，根据广电总局62号令安全播出的相关要求，以“总体规划、分步实施、瞄准先进、平稳过渡”为总设计原则。节目播出的主要环节配备了安全可靠的备份系统，播出方式以全硬盘播出为主，充分考虑系统的安全性、可用性、先进性、兼容性和可扩展性等。

系统能够实现3个频道的在线高标清同播，具备整备系统、硬盘播出系统、分控系统、总控系统、传输系统等业务模块，具备全局监控系统和三级等保安全模块，具备完善的节目质量保障机制，同时，系统还能够通过介质、文件等方式实现节目整备和播出[5]。播出链路采用“主备+异构第三备（ALL-IN-ONE）”全冗余架构，核心设备采用主备、热备或镜像机制，系统无单一崩溃点，保证播出安全。

标清播出信号采用高清信号末级下变换的架构，下变换选用挤压方式，变换模式为标清720×576，画幅16∶9。

交换网络采用纯以太网形式，“核心层+接入层”按双层星形方式部署，核心层配备互为主备的万兆核心交换机，接入层交换机通过万兆链路连接到主备万兆核心交换机，系统内按业务分类进行虚拟局域网（Virtual LAN，VLAN）划分。

建设面向全台的文件化整备系统，由整备系统实现全台待播节目的汇聚，通过“自动+人工”相结合的方式对节目技术质量与内容进行审查。整备系统采用媒体处理资源池架构，除具备校验、技审、转码、迁移等基本能力外，还具备对计算能力、带宽资源的合理应用，以提升系统效率。系统整体架构如图1 所示：

图1 高标清同播系统架构图

2 系统主要配置设计

2.1 视频服务器冗余与应急播出设计

（1）系统配置2台进口的Harmoni MediaCenter视频服务器，作为3个频道的主备播出服务器，同时每个频道各配置1台国产AII IN ONE视频服务器，用于3个频道第三备异构高清播出。

其中，ALL-IN-ONE架构，具备独立控制客户端，内置台标与图文叠加功能，为每个频道输出叠加独立的台标，可对外来高清基带（HD-SDI）信号进行切换，也可在本地素材信号与外来信号间进行切换；支持HD-SDI、标清基带（SD-SDI）、网络三种信号格式同时输出，并支持内部自动上变换或下变换实时输出；支持高标清同步播出，支持MXF、MPG主流视频格式，支持MPEG-2/H.264视频格式编码，支持MPEG1-Layer2/AAC音频格式编码；配置浏览器服务（Brower Server，BS）管理客户端，在网络中任意实现监控、设置；配置专业的视频服务器监控页面，实时监控服务器运行状态。

（2）每个频道配置1台垫片信号循环播放器，提供垫片应急播放。

（3）配置1台T2-录像机，作为文件化应急设备，用于应急播出移动介质中的文件。

主、备、第三备AII IN ONE播出服务器链路信号通过3选1的倒换器进行信号切换，达到三路播出信号的自动切换，确保安全播出。其冗余关系如图2 所示：

图2 播出服务器链路冗余关系图

2.2 频道分控架构设计

播出频道分控系统采用主备切换器架构，主备服务器信号、录像机信号、直播/转播信号、应急/垫片信号以及总控调度信号分别同时接入主、备切换器，形成两条独立的信号主备路由，并采用主备键控器为两条链路分别上台标和字幕。第三备采用ALL IN ONE架构，末级采用主备高清3选1切换开关，同时接入主链路、备链路、第三备服务器信号，实现3路信号的应急切换功能。采用末级下变换的方式输出主备两路标清播出信号。对播出链路上的每一级有源设备前后端均配置跳线口。播出链路如图3所示（图中的DA为视频分配器，FRS为帧同步设备）：

图3 播出链路图

2.3 播出控制系统设计

播出控制系统采用主备相互接管模式，为每个频道配置了主备2台播出控制机和2台RS-422倒换开关。正常情况下，主播控软件通过主RS-422倒换开关控制主视频服务器、主播出切换器和主键混器等设备，备播控软件通过备RS-422倒换开关控制备视频服务器、备播出切换器和备键混器等设备，实现主备分离镜像控制结构。主备播出控制机和主备RS-422倒换开关之间控制线路全部采用交叉连接，当主控制机出现故障时，备控制机可接管所有设备的控制权，备控制机出现故障时主控制机具备同样的应急功能，每频道配置1台第三备播出控制机，控制第三备播出服务器解码通道。最大化保证系统的高安全性和灵活性。

将应急录像机等设备全部接入主RS-422倒换开关，正常情况下受控于主播出控制机，当出现主控制机故障时，备控制机可接管全部应急播放设备的控制权。

播出控制机采用高度为1 RU（1RU=4.445 cm）的机架式工作站平台，并配置冗余双电源。所有的播出控制主机均部署在设备机房，并通过鼠标、键盘、显示器延长器将鼠标键盘、显示信号和音频信号延长至播控机房操作台工位，以保证控制机主机能够得到最好的环境制冷效果，降低故障率，延长主机使用寿命。

播出控制架构如图4所示：

图4 播出控制架构图

2.4 自动化预播技审设计

为提升播前质量管理水平，实现全自动预播流程，本次设计引入了自动化预播技审技术。通过建立完备的播前质量审核和自动化预播，对所有新到达播出视频服务器的本地播出文件进行监控，将新到达的文件列入预播节目单，实现播放任务自动分配，并按播出时间的紧迫程度进行自动化排序，多个频道占用1个播出服务器通道，根据节目类型对该节目进行1∶1或者头中尾自动化播放，7×24小时自动运行，离开播时间越近的排单优先级越高，不需要人员长期值守。同时，将播放信号传送至信号技审系统，能够实时监测信号异态，对预播节目进行信号检测，记录黑场、静帧、信号丢失等故障，并提供人工审看流程功能，可实现显示预播状态与文件技审状态，验证最终播出文件的可播性。有严重故障直接报警，没有严重故障则将所有异态记录。在视频服务器审片时，可以调用该预播信号技审结果和文件自动技审结果，预播复查工作站可以集成“文件技审”和“信号技审”两次检测的结果，合并进行审核检查。在目前部署条件下，上载人员只需要去上载机房复查预播结果即可一次性完成终审。

2.5 一致性比对检测系统设计

为稳步推进播出系统智慧化建设，本次设计为高标清同播系统配置2台多路HD/SD-SDI信号一致性比对检测服务器，3只控制面板，智能监管与应急辅助软件模块，组成“安全播出智能监管与应急辅助系统”，实现播控值机“哨兵”，应急处置“参谋”等功能。

针对HD/SD-SDI信号一致性比对检测的取点位置，选择每个频道高清3×1倒换开关前级的主路、备路、第三备信号进行循环比对，检测出信号故障后向播出值班人员迅速、准确报警，并提示具体切换动作或通过控制面板直接控制3×1倒换开关进行自动切换，提高播出应急速度。

针对播出末级PGM信号监录的取点位置，选择每个频道的主备2路高清末级PGM信号进行实时检测和监录，实现7×24小时不间断监录和检测报警功能，采用2 Mb/s码率H.264编码，支持分辨率转换，支持传输流（Transport Steam，TS）封装，录制文件保存在检测服务器本地硬盘中，保存时间不少于6个月。一致性比对系统架构如图5所示（图中HDA为高清视频信号，SDA为标清视频信号，GPIO为通用输入/输出口）：

图5 一致性比对系统架构

一致性比对服务器提供信号检测、比对、监录、报警信息推送、视频流推送等功能。一致性控制面板提供自动、手动控制倒换开关切换、在播状态显示、声光报警等功能。客户端工作站接收服务器推送的视频流并实时显示视频画面，接收报警信息并提供语音报警。

视音频一致性比对的自动切换功能具备快速响应能力。对于帧级故障的自动切换任务（如彩条），实现1 s内完成故障监测及自动切换；对于延迟生效的自动切换任务（如黑场），实现2 s内完成故障监测及自动切换，或根据设定的切换阈值自动切换。

由于需要7×24小时运行且执行自动切换，本系统采用高端品牌机架式服务器平台和广电专业输入/输出（ I/O ）卡，以确保系统稳定性和硬件的售后服务。采用“CPU+IO卡”技术，在服务器内完成信号一致性比对、信号异态检测、故障判断、报警、切换命令发送等任务，采用线程级通信以规避通信延迟和丢失风险，提高故障判断的准确性、稳定性。

一致性比对面板采用通用输入/输出口( General Purpose Input Output，GPIO）控制4×1设备，可以通过通用输出口（ General Purpose Output，GPO）获取设备状态确定是否正确切换，且切换返回有日志记录。面板掉电时依然可以通过通用输入口（General Purpose Input，GPI）触发4×1模块。同时，软件系统关闭不影响面板操作，软件掉线或者4×1切换器掉线，面板会立刻声光报警。

3 结语

西藏广播电视台为达到国家广电总局关于省级台实现高清化、主要频道实施高标清同播的相关要求，在2022年3月完成了西藏广播电视台电视高清化制播建设项目的立项、招标等工作。目前项目建设推进顺利，已于2022年10月1日正式上线试播。本项目新建一套高标清同播播出系统和一套全高清数字总控系统，同时拥有相配套的整备系统、网络安全系统、播出安全管控及监测系统、编码传输系统及监测系统等，通过高清下变化的方式实现高标清同播。