江门市广播电视台播控系统高清化改造及应用

刘 超

（作者单位：江门市广播电视台）

根据《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》（新广电发〔2017〕250 号）和《广东电视频道高清化规划方案》等相关文件的要求，江门市广播电视台于2019年开始筹划播控系统高清化改造项目，2020年完成播控系统的设计、采购施工与调试，目前系统运行正常。

1 高清播控系统的总体设计

本次播控系统高清化改造能够满足江门综合、公共、教育三个自办频道的高清化播出要求，系统由视频服务器、数据库服务器、信号比对服务器、备播管理服务器、全媒体信号监测仪、二级存储、播控工作站、编单工作站、IP流编码器等设备组成。在系统设计中充分考虑安全性，播出通道核心环节上的设备、服务器原则上使用1∶1热备工作方式，减少单一故障点，保障系统不会因为某一设备或服务器出现故障而导致全部或部分瘫痪。通过信号比对服务器、全媒体信号监测仪等设备组成的信号内容一致性比对监控平台，实现高清频道播出主、备信号的视音频内容一致性比对与异态监测等功能，当播出信号产生不一致或有单路播出故障时，监控平台会根据故障现象产生相应的语音报警、大屏画面显示、自动切换至备路等多种应急处理，进一步减少因人为因素导致的安全播出事故，从而实现系统长期稳定、不间断运行。系统整体方案[1]如图1所示。

图1 高清播控系统整体方案

2 高清播控系统主要功能介绍

2.1 播控工作站

播控工作站将控制倒换器作为桥梁，通过直连控制倒换器对视频服务器、视频切换矩阵进行控制。一方面通过受控GPI卡（GPI为设备间的一种并行连接方案）实现主、备播控工作站自动倒换，当主播控工作站出现死机、断电、播控软件异常退出等故障时，可自动倒换至备播控工作站，备播控软件接管播出控制；另一方面通过DB-9F接口直连视频服务器、视频切换矩阵，支持播控工作站使用RS-422协议远程控制视频服务器、视频切换矩阵，播控工作站控制方案如图2所示，这样的设计架构优点是安全可靠、简洁实用，当高清播控系统数据服务器或网络发生故障时，播控工作站可以脱离数据库、网络环境继续运行，保障播出安全。

图2 播控工作站控制方案

2.2 视频服务器

系统配备了2台XOR Media Server C系列广播级视频服务器，分别作为主、备视频服务器，同时播出相同的节目视频，以达到安全播出要求。视频服务器支持4路高清/标清（HD-SDI/SD）通道输出，通道1、2、3分别对应江门综合、公共、教育三个自办频道，通道4配置为应急审看通道，每日的《江门新时空》《新闻共同睇》等重点新闻节目及重要播出视频素材均可通过应急审看通道进行播前检查。视频服务器内置10×2TB存储阵列，配置RAID6保护，可容忍两块硬盘同时损坏，安全性较高。

视频服务器具备三大功能软件：一是SMG Lite软件，在素材文件传输至MSVC的E:/Cache目录后，负责生成支持播放素材文件所必需的PD文件和VIX文件；二是Exdutil软件，一个基于Windows的监测、配置、测试和操作程序，是视频服务器主要的管理工具，且当播控工作站或播控软件出现故障，无法给视频服务器发送控制指令时，可应急操作Exdutil软件，手动添加节目，使视频服务器紧急播出；三是SuperDoctor5软件，图形化显示风扇、电压、中央处理器（Central Processing Unit，CPU）温度、机箱温度、内存、电源、硬盘的具体状态，有利于技术人员及时发现硬件故障[2]。

2.3 数据库服务器

数据库服务器是整个高清播控系统的核心，负责播控系统节目单、视频素材等重要数据信息的存储和管理，为播控系统的应用软件提供统一的数据调用和数据交互服务。为保障数据库稳定、安全、高效运行，数据库服务器采用主、备双机热备设计，合理配置数据库服务器备份计划任务，并通过集群软件实现主、备数据库的数据同步与自动倒换，防止数据库服务器故障导致丢失数据库，致使高清播控系统瘫痪，从而造成安全播出事故。

主数据库服务器和备数据库服务器上安装的软件 为 Oracel-OraDb11g、PlusWell HA V8.0和 PlusWell Mirror。Pluswell Mirror 是数据实时备份软件，选择“网络带日志备份”配置模式，将主数据库服务器的E盘以镜像实时备份至备数据库服务器E盘，实时比对主、备数据库服务器E盘大小，并进行数据整体性覆盖，使两台服务器E盘数据随时保持一致，且具有数据恢复功能，利用4个历史数据归档文件，可以进行相应的数据恢复。PlusWell HA V8.0是热备份软件，具备自动提供错误检测和现场恢复功能，通过三根心跳线（一根串口线、两根网线）将主数据库服务器和备数据库服务器相连，不同介质的心跳线和足够的冗余能够保证播出系统数据库的连续性与不间断性。当PlusWell HA V8.0自动检测到主数据服务器出现故障时，会在软件界面红色报警提示，并在短时间内将数据库自动切换到备数据库服务器。

2.4 二级存储

本次高清播控系统采用的是同有科技研发的ACS 5000系列二级存储，单盘存储容量为6 TB，24个盘位，总存储容量达到了100 TB以上，采用RAID6磁盘阵列模式，存储系统为iSCSI挂载存储方式，iSCSI的基本思想是在传输控制协议/互联网协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）网络上传输小型计算机系统接口（Small Computer System Interface，SCSI）组。它采用客户—服务器体系结构，其实现形式是作为一个设备驱动程序安装在操作系统中，是一种基于TCP/IP的传输协议，通过在标准的TCP/IP网络上传输SCSI请求和应答，SCSI命令、响应和数据都被封装在TCP/IP组中传输，最终实现二级存储作为iSCSI服务端映射为一个存储空间提供给已连接认证后的客户端（即直送迁移服务器）[3]。同有科技二级储存系统中主、备控制器同时接入主、备直送迁移服务器，互为备份；具有硬件监控、磁盘管理、数据备份等功能，实时图形化显示控制器电压和温度、机箱电源模块和风扇模块、闪存模块、硬盘等的健康信息，并对有故障的硬盘、风扇等硬件进行故障预警，播控技术人员依据预警能够快速发现硬件故障并及时维护处理，很好地保障二级存储正常运行。

2.5 迁移服务器

系统中迁移服务器分为主、备直送迁移服务器与主、备同步迁移服务器，新闻中心、节目中心等制作部门通过隔离网关将MXF格式（MXF是一种通用的文件交换格式，主要用于设备之间的文件交换）的播出文件传输至二级存储共享区[4]，直送迁移服务器负责将播出文件从二级存储共享区迁移至二级存储；同步迁移服务器负责将已经完成人工复审的播出文件按照播出节目单从二级存储同步迁移至主、备播出视频服务器。

2.6 编单工作站

编单工作站主要实现对自办频道节目单的编辑、发送，主要功能特点是多种信号源混合编辑、节目单的细化编辑、节目单的逻辑校验，实时检测节目单错误，有效降低编单出错的概率，支持多频道共享播出编单，支持共享工作站编单；本系统采用“主+备+共享”的编单架构，备编单工作站布置在总编室，供编单人员日常开展频道编单业务；主编单工作站布置在播控值班室，保障编单业务模块功能正常，且可用于应急修改节目单；共享工作站用于编单人员与播控人员共同修改频道当日在播节目单，且各编单工作站可以互为备机，频道节目单会同时发送给数据库、主备播控工作站保存，安全性和稳定性极高。

2.7 人工复审工作站

人工复审工作站负责对播控系统所有电视频道播出节目的播前审核，对整个播出系统中二级整备素材的技审信息、入出点编辑、内容审看等方面进行人工复审确认，确保播出素材的格式、内容、出入点正确，保证播出的安全性，二级存储中的素材必须经过人工复审，才能进入三级备播流程。

2.8 值班工作站

值班工作站主要用于播控值班人员对高清播控系统素材管理、迁移任务等环节的日常检查，由值班客户端与备播检查模块组成，值班客户端主要负责汇聚频道的节目单播出、设备控制信息、影响频道播出的服务模块（例如消息服务器、共享设备控制等）的状态信息，并对频道的播出节目单和日志进行管理。节目单管理包括直播信号管理、节目信息管理，当频道即将播出的节目出现素材缺失的情况时，会通过值班客户端发出报警信息，提醒值班人员应急处理；日志管理可以对播出频道日志进行安全审计，及时发现问题并发出预警。备播检查模块由任务监控、直送管理、素材管理等组成，可以实时监控播出节目的直送迁移、同步迁移等相关状态，可以按播出日期、频道名称、节目单类型、检查模式等查询节目的备播状态，值班人员通过值班工作站能够方便快捷地完成日常播出检查工作。

2.9 卫星授时系统

卫星授时系统主要架构是由青岛广播电视科学研究所研发的TVZ6100型北斗2代/GPS双模卫星校时钟、TVZ3100Ⅱ型GPS卫星校时钟作为主、备母钟，接收GPS、北斗卫星时钟信号，经过TVZ3002时码选择器、GS-2B型高稳时钟、TVZ3612FⅡ型时码分配器、TVZ3400Ⅱ型时码发生器将时钟信号传输至高清播控系统。卫星校时钟接收天线安装于广电大楼22层楼顶，空间开阔，无干扰，北斗卫星接收星颗数稳定在9个，GPS接收卫星颗数稳定在11个，能够很好地提供准确、稳定的时钟信号。

2.10 同步系统

为充分保证同步信号的安全和可靠，同步系统设计为主、备不同品牌同步发生器加自动倒换的主体架构，主Tektronix SPG600 同步发生器、备奥视BG50D同步发生器分别提供两路BB信号至同步信号倒换器，倒换器输出的同步信号再经过模拟视分卡分配到各个播出设备，完成高清播控系统同步。

3 信号内容一致性比对监控平台

高清播控系统的信号内容一致性比对监控平台硬件应用架构方案如图3所示，主要由全媒体信号监测仪、信号比对服务器、内容比对管理平台组成，具备高清自办频道关键节点的信号帧级异态监测、多通道信号节点之间的内容一致性信号比对、主备路间信号自动倒换控制、IP信号收录与监测、报警通知等功能，能够有效帮助播控技术人员自动分析信号异态，并报警语音提示、大屏显示，若是主备路信号出现故障可实现自动倒换，进一步降低因单链路故障、素材问题、人为因素导致的安全播出事故发生的概率。

图3 监控平台硬件应用架构方案

3.1 全媒体信号监测仪

信号内容一致性比对监控平台支持对综合、公共、教育播出频道的异态监测和信号比对，采用的是北京维鲸视界科技有限公司研发的AD988AM全媒体信号监测仪，其机箱为3RU工业机架式机箱，内置6块监测采集板卡，每个频道配置两块监测采集板卡，主要负责对播出频道主、备切换器输出后监测节点信号、末级视分输出监测节点信号的基础信息采集处理，自办频道的信号比对监测节点架构方案如图4所示。基础信息采集处理包括信号的接收，提取视频和音频信息的特征值，同时进行视频和音频特定异态的监测，并将视频和音频的特征值数据和监测到的异态信息发送给信号比对服务器。监测采集板卡采用受控执行的工作方式，受监控管理平台的控制，按平台下发的配置参数，执行相关的异态检测任务，在运行过程中定期与平台进行心跳检测。全媒体信号监测仪对播出信号的视音频异态监测采用逐帧检测的方式，目的是以最快速度发现异态，达到最高灵敏度。异态监测分两类：一是视频异态检测项目有静帧、信号丢失、黑场、主区域黑场、彩场、彩条、熊猫眼、主区域彩条等；二是音频异态检测项目有静音、音量过高过低、噪声检测等，异态监测项目的开关和门限值通过管理后台进行策略配置，并下发至监测采集板卡，系统是按频道配置的报警策略，报警门限分为秒和帧两种精度，管理平台检测到视音频质量或者比对异态超过预设的门限时，会以语音、大屏显示、日志等方式报警提示播控值班人员，同时报警信息也会存入数据库，通过管理平台进行报警信息的查询和处理。

图4 频道信号比对监测节点架构方案

3.2 信号内容一致性比对管理平台

管理平台采用“BS+CS”架构设计，安装于信号比对服务器，其中 BS 客户端主要用于管理平台配置工作，包括异态监测项目配置、信号比对策略配置、用户权限配置等，同时系统管理员可在客户端界面查询历史的异态和比对告警事件、运行的比对任务信息、系统设备资源告警等相关数据。CS客户端主要给播控值班人员日常使用，能够实时展现自办频道的监测报警信息，包括以图文、语音、大屏显示等方式对传输信号链路以及二选一的工作状态实时展现，具有传输信号链路倒换开关控制、报警记录查询等功能。

3.3 信号比对服务器

AD988AM全媒体信号监测仪通过频道监测节点实现视音频异态检测的同时，完成特征值提取，并通过网络将特征值输出到信号比对服务器，为信号比对提供数据支撑。信号内容一致性比对的实现通过三个步骤：特征值提取、比对关系建立、信号比对报警与自动倒换。具体过程如下：一是特征值提取。首先全媒体监测仪采集板卡对播出信号进行识别，判断信号是否为高清，视频格式是否为PAL，接着对信号进行区域划分，用专利算法对每一个区域的特性进行逐帧提取计算并生成代表该区域的特征值，确保信号比对的精度。二是比对关系的建立。管理平台依据播出频道主备切换器输出信号、末级视分输出信号3个监测节点配置信号比对策略，并下发信号比对任务给信号比对服务器。三是信号比对报警与自动倒换。信号比对服务器接受管理平台下发的比对任务，对提取到的信号特征值进行逐帧比对，对3个监测节点相互之间进行视音频内容一致性比对，当出现视频比对不一致、音频比对不一致、辅助区域（台标、字幕）不一致等异态时，信号比对监控大屏界面会出现红色报警，触发语音实时报警提醒，记录故障日志并用文字显示[5]。当信号比对服务器对异态监测、内容一致性比对以及监测节点的关系进行综合处理与判断后，发现频道主路信号故障（例如黑场、彩条、彩场）而备路信号正常时，会触发控制3选1倒换器，做到1 s内完成自动应急倒换至备路，实现播出主备路的自动倒换。

4 结语

本文主要对江门市广播电视台播控系统高清化改造及应用进行了详细介绍。本次改造实现了江门自办频道的高清化播出，且通过应用信号内容一致性比对、异态监测等新技术，提升了设备、人员、信号监控多方协调联动的能力，有效帮助播控技术人员及时主动发现信号异常，快速定位到故障点，并在主路信号故障而备路信号正常时实现主、备路自动倒换，进一步减少因人为因素导致的安全播出事故。