高清播出系統的在線改造實施

譚 麗，唐 舜

（長沙廣播電視技術中心，湖南 長沙 410014）

0 引 言

為滿足受眾對高清晰度電視節目視聽的需要，國家廣播電視總局多次出臺關于促進高清電視發展的有關通知和目標要求。長沙廣播電視臺在2016年新大樓“數字硬盤高標清播出系統”投入使用后，電視播出信號在播出系統內部已實現了高標清兼容，五個電視頻道中的三個頻道先后實現了高標清同播。為落實盡快實現另外兩個頻道高清播出的工作要求，并確保標清播出安全，長沙廣播電視技術中心團隊在線實施了這次高清播出系統改造。

1 系統概述

長沙廣播電視臺高清數字硬盤播出系統的視頻服務器、矩陣、鍵控器、分配器等所有硬件設備全部為高標清兼容設備，經過國家廣播電影電視總局計量檢測中心檢測，各項指標達標。

總控系統配備兩臺滿配的144×144矩陣，做完全主備。視音分、幀同步、分控切換器、3×1倒換器、臺標鍵控器、下變換以及板卡機箱等均采用了加拿大Miranda品牌產品。

播出系統接入電源分別來自兩個不同工藝專用變壓器的獨立低壓回路，并且兩路都為專線。兩路外電在大樓配電間通過兩個獨立的專用變壓器隔離開關后，再經過大樓東西兩頭強電井進入播出區不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）機房[1]。

2 頻道播出情況

2.1 頻道播出收視分析

女性頻道作為長沙廣播電視臺的專業性頻道，主要通過有線電視網、電信運營商網絡交互式網絡電視（Internet Protocol Television，IPTV）等方式覆蓋長沙市內地區，相關的網絡傳輸單位都已實現了高清改造，用戶收看使用高清機頂盒比例較高。

嘉麗購物頻道為長沙、株洲、湘潭共建的專業購物頻道，需要對全省進行覆蓋傳輸，網絡運營商高清化改造的情況不同，用戶高清機頂盒比例有待提高。

2.2 播出系統架構分析和安全保障

長沙廣播電視臺高清數字硬盤播出系統全部達到國家廣播電視總局62號令二級保障等級要求，部分達到一級保障等級要求。女性頻道、嘉麗購物頻道的播出系統采用的是高標清兼容設備，播出系統架構如圖1所示。

圖1 播出系統架構圖

2.2.1 播出視頻服務器

播出視頻服務器作為播出系統的核心、關鍵設備，必須符合國家廣播電視總局62號令的以下規定：

（1）三級應配置主備獨立的播出視頻服務器；

（2）二級在符合三級保障要求的基礎上，播出視頻服務器應配置雙電源；播出視頻服務器的播出存儲部分應有存儲保護和冗余措施；應配置播放機，實現應急播出功能[2]。

女性頻道、嘉麗購物頻道視頻服務器采用的是Omneon Mediadeck 7000視頻服務器。每臺視頻服務器配置安裝了兩塊視音頻解碼模塊，配置4塊2 TB SATA硬盤，組成RAID3陣列，有效存儲空間為6 TB；FTP遷移帶寬不低于80 MB·s-1，前液晶面板可以顯示模塊識別、狀態和報警信息。服務器采用冗余電源、風扇[3]，配置三臺松下P2卡播放機，實現應急播出功能。

2.2.2 播出切換和控制

播出切換系統采用主備切換開關的模式，通過播控軟件實現自動切換；支持靜/凈切換功能，支持HD/SD-SDI信號切換，分別配置1個全功能切換面板，支持RS-232，RS-422協議；主機和控制面板都配置雙電源，可實現斷電直通功能。

播出控制系統配置了主、備兩臺播出控制工作站和RS-422倒換器。系統采用主+備方式設計實現控制共享，由主播控工作站控制主受控設備，包括主視頻服務器、主切換開關、主鍵混器等；備播控工作站控制備受控設備，包括備視頻服務器、備切換臺等[4]。同時，通過Pluswell軟件，實現了主備數據庫的數據同步，保障播出系統的安全運行，確保播出軟件按照播出串聯單自動播出。

2.2.3 供配電系統和應急保障

配電間在保障兩路外電的基礎上，同時配置了一臺800 kVA的發電機作為電視播出系統的專用后備電源。并且，播出系統配備了兩套UPS系統，電池組后備時間實際可滿足全部負荷工作2 h以上。

3 高清播出系統改造方案與實施

3.1 高清播出流程

為確保網絡安全，高清播出系統采用了傳統的SDI信號上載模式，播出網與其他網絡嚴格物理隔離，從物理上和邏輯上封閉上載工作站的數據接口。高清播出流程是：兩個頻道總編室送帶人員將所有節目通過P2卡送至播控中心，上載員將節目經錄像機上載至播出服務器，并回遷至二級存儲；根據總編室節目單制作播出節目單和字幕，播出系統根據頻道播出節目單遷移相關素材。

3.2 播出鏈路

3.2.1 高清播出鏈路

視頻服務器信號、外來信號、演播室信號等信號源分別進主備切換開關。主備切換開關輸出的播出信號經視頻分配后，進入三選一自動倒換開關（第1路和第2路可實現信號檢測自動倒換），并實現響度控制。三選一自動倒換開關輸出的播出信號進鍵控器，實現字幕的外鍵疊加，臺標為鍵控器內部存儲卡產生并疊加；疊加了臺標、字幕的播出節目視頻信號（Program，PGM）經末級分配器分配后送相關高清編碼、傳輸設備。

3.2.2 標清播出鏈路

技術人員對MIRANDA LGK3901鍵混板的相關功能進行測試發現，其輸出接口預覽畫面（Preview，PVW）口可自定義播出信號疊加的鍵信號。嘉麗購物頻道為高標清同播頻道，直接取鍵混板PVW輸出口信號送下變換器，實現高標清同播。

3.2.3 臺標、字幕疊加方式

高清播出的名稱、呼號、臺標及鍵控方式與原標清頻道一致，高清頻道播出時在屏幕右上角標“高清”字樣。臺標和高清水印通過MIRANDA LGK3901鍵混板自帶的臺標內鍵功能實現疊加播出，字幕信號通過外鍵功能實現疊加播出。

3.3 改造方案與實施

3.3.1 視音頻鏈路和配置

視音頻鏈路改造主要是增加一個標清播出鏈路，并根據實際情況調整監看監聽鏈路。

視音頻設備需要進行高清配置的設備有視頻服務器、切換開關、鍵控器、字幕機等，全部配置成高清模式。鍵控器制作高清臺標和“高清”水印。高標清同播頻道為實現標清信號不帶“高清”水印，將字幕設置在第一層，臺標設置在第二層，“高清水印”設置在第三層，鍵控器PVW輸出口設置成只輸出第一層和第二層鍵的播出信號。三選一板卡需配置報警和自動倒換模式的參數。

3.3.2 播出軟件配置

數據庫、播出、上載、編單、播出后臺服務相關軟件的功能主要是控制和信息數據處理，同頻道、同系統改造時不需要做任何更改。但因為高、標清的技審參數不同，需對軟審軟件相關參數做簡單配置，將相關標清參數更改成高清參數。

4 編碼及傳輸技術方案分析與實施

4.1 現有編碼及傳輸系統情況分析

節目在采集制作環節，包括攝像機拍攝、非編網制作、演播室錄制等環節，碼流速率均為100 Mb·s-1。拍攝采用松下的DVCPRO HD編碼格式，記錄介質為P2卡；演播室錄制基于高清數字分量串行接口（High Definition-Serial Digital Interface，HD-SDI）基帶信號，同樣采用松下的DVCPRO HD編碼格式，記錄介質為P2卡；后期制作基于索貝公司非編的編碼格式，待播節目為素材交換格式（Material eXchange Format，MXF）封裝的高清MPEG2編碼文件，使用P2卡下載。

4.2 視音頻編碼方案

根據國家廣播總局《廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南》有關要求，在業務覆蓋和終端支持方面，采用“增量優先、兼顧存量”的原則，針對不同終端和不同的傳輸方式，分步驟、分批次地推進AVS+的規?；瘧肹5]。

長沙廣播電視臺根據實際情況，在不改變其他頻道編碼設備、編碼參數、傳輸架構的情況下，新購置兩套支持AVS+編碼標準的編碼器與原有編碼設備進行復用。原有三個高標清同播頻道的高清信號和所有頻道的標清信號的編碼參數和編碼格式不變，視頻編碼格式為高清H.264、標清MPEG2。新改造的兩個頻道高清信號同時編碼傳輸AVS+和H.264兩種編碼格式的流信號，滿足湖南省內相關網絡公司傳輸標準。

4.3 節目傳輸系統

節目傳輸系統將主、備高標清編碼復用后的異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）流信號通過光端機經兩個不同路由光纖專線送湖南省有線網絡公司長沙分公司。網絡公司同時將兩路ASI流轉為網際協議（Internet Protocol，IP）流，通過IP流切換器實現主備熱備份。主高標清編碼復用IP流信號通過電信光纖專線送IPTV快樂陽光集成播控平臺。

5 結 語

這次高清播出系統在線改造項目從長沙廣播電視臺（集團）提出要求到高清信號入網測試，只用了12 d時間。除標清鏈路改造外，實際其他用作施工改造的時間全部集中在停機檢修的短短5 h，技術中心以最優的方案、最小的成本、最安全的播出保障實施了這次技術改造。