浅谈高清数字电视播出系统建设

浅谈高清数字电视播出系统建设

林庭楠

潮州市广播电视台

摘要：随着电子信息技术的不断发展，以及观众对电视画面质量要求的不断提高，电视播出系统的高清数字化升级改造势在必行。本文从潮州电视台高清电视播出系统的总体设计建造和核心要点分析，探讨相关的设计和建设经验。

关键字：高清；电视播出；冗余

引言：在国家广播电视总局关于2025年底前实现全国地级及以上电视台和有条件的县级电视台全面完成标清到高清转化的总体目标大背景下[1]，做好电视播出系统高清化数字化设计建造，以实现更高质量的电视节目播出，具有重要的理论研究意义。

1、高清数字电视播出系统设计原则

本系统设计总体原则是：遵循标准、立足需求，以技术为基础，以节目安全播出为目的。主要遵循以下原则：一是安全性，系统在设备、节点、信号、电源方面具有完善的冗余备份，在网络化的同时具有多重安全防护体系，核心设备选用行业领先、安全稳定可靠的厂商设备，应急手段丰富，操作简化。二是高质量，通过选择合适的视音频文件格式、减少转码环节带来的质量损失、自动视音频幅度修正工具等方法，并建立完善的质量控制体系，配置素材技审、信号监测，保证视频幅度、画面清晰度、误码秒、夹帧、静帧、音频幅度、音质等方面的技术质量。三是高效性，面向播出、上载、编单、素材管理等应用，为满足相应需求，在网络带宽、存储容量、软件等各个方面对播出系统进行量化配置，优化流程，提高工作效率。四是兼容性，使用开放技术，不同厂商设备实现互连互通、协调工作，预留与全台制作网、全台媒资的互连互通。五是先进性，采用主流、先进的技术方案和设备，预留充足的升级空间，提高系统生命周期[2]。

2、高清数字电视播出系统总体框架分析

我台播出系统由播出部分和媒资部分组成，实现两频道的高标清同步播出，系统以高清为主，标清信号经下变换实现。整个系统框架可分为：

2.1播出部分

2.1.1服务器框架：配置视频服务器、数据库服务器、迁移服务器、技审服务器、接口服务器、监控服务器和垫片服务器。其中视频服务器配置3台相同的Harmonic服务器，实现三级备份。垫片服务器为系统提供垫片信号。其余功能服务器均各配置2台戴尔R730服务器，其中迁移、技审和监控服务器各组成集群，分工实现各自功能。数据库服务器采用主备架构，数据库作为重要设备，另外在监控服务器上配置了第三备数据库做为冷备。接口服务器设置一台工作，另一台作为冷备。

2.1.2信号框架：包括总控部分和两频道的分控部分。总控部分中，硬盘信号、外来信号、垫片信号以及各节点监测信号经64x64总控矩阵进行调度。两个频道分控部分的信号依次经16x4矩阵、键控器、3选1倒换器再到末级编码后传送出去，各节点设计主备冗余备份，形成两条独立的信号链路，通过3选1可进行主备链路的选择，确保系统框架不存在单节点。

2.1.3工作站：每个频道配置主备两台播控工作站，另有1台第三备播控工作站共同使用，形成主备第三备架构，主备播控工作站心跳实时检测，可自动倒换，第三备独立运行。配置3台网络字幕机，1个频道配置1台字幕机接入键控器第2路，剩下1台字幕机两个频道共用，接入键控器第3路，同时作为备用字幕机。另外配置6台MIG上载工作站、2台审片控制工作站和3台编单工作站满足节目上载、审片、编单和素材管理的需要。

2.1.4存储：配置两个高性能的精一F1S2000 NAS存储阵列形成主备架构，可满足两个频道2个月以上的高清素材备播。

2.1.5网络传输：播出系统内全部采用千兆以太网连接，万兆以太网连接主干网络，交换机均采用主备备份，网络边界采用网闸隔离。

2.1.6供电系统：供电作为系统运行的根本保障，配置了两路市电并接入两路UPS，经放电测试UPS电源可满足系统3小时以上的电力供应。播出系统设备选用双电源配置，两路UPS分别接入设备的两路电源，确保设备供电的稳定可靠。

2.1.7辅助系统：包括同步系统和时钟系统，均采用主备架构，自动倒换机制，为整个系统提供统一的同步信号和校时信号。

2.1.8监看监听系统：每个频道分控、总控系统和流程监控系统，共配置5块70寸液晶大屏分割成小屏监看；每个频道配置1台独立PGM监视监听器，频道放像机和三选一切换器均配备多联独立监视器；总控系统配置独立的信号技监设备。

2.1.9智能监控系统：由2台监控服务器实现对服务器、工作站设备状态和关键信号的画面声音的实时监控和网页报警，另有Fresco监控软件对重要信号进行声音报警提示。配置2台监录工作站对8路信号监录，并能保存3个月以上的监录素材。

2.2媒资部分：包含服务器、应用平台、存储三部分。

服务器采用戴尔R730服务器，配置2台数据库服务器（安装MySQL数据库）、4台CRE集群服务器（运行媒资应用平台）、2台接口服务器和2台归档服务器。媒资应用平台实现播出素材的高效管理，方便检索查询及分发播出节目，可进行素材的上下载、审核、编目。配置约2年时长节目存储容量的在线分布式存储，另配置一台近线蓝光盘库（约500TB级别的光盘槽位），6台有卡上载导入工作站，2台编目工作站，2台外部素材安全拷贝工作站，2台网闸作为网络边界安全设备。系统服务器群具备200MBps以上的网络传输能力，8台转码服务器可实现10倍速以上的转码效率。

3、高清数字电视播出系统核心要点分析

3.1 数据库服务器：数据库服务器在整个高清数字电视播出系统中处于核心地位，负责除了视音频文件和图片文件以外其它所有元数据文件的存取，包括媒体文件的描述、用户认证信息、用户权限、操作日志等。一旦数据库出现问题，将严重影响整个播出系统的稳定运行。主备数据库安装成熟的SQL Server2008 R2和热备同步镜像软件NEC ExpressCluster，实现主备数据库系统的自动切换和数据实时镜像。配置数据库维护计划，实现每日数据库的自动备份。配置同步软件，同步数据库备份文件到冷备第三备数据库所在的服务器上。通过多种手段，提高播控系统的安全性和稳定性。

3.2 视频服务器：视频服务器为系统提供最主要的视频来源，必须有足够的稳定性和冗余手段，满足高清视频播出的存储容量和带宽要求。配置1+1+1冗余备份完成2个频道的播出，素材完全镜像，主备视频服务器受2个频道的主备播控工作站控制，第三备视频服务器独立只受第三备播控工作站控制。单台Harmonic视频服务器安装4块4TB硬盘，采用RAID方式构成冗余阵列，有效容量12TB。按照MPEG-2_IBP_50Mbps编码、MXF封装的高清视频文件以及存储容量使用最高70%计算，单台视频服务器可存储约400小时的高清视频文件。

3.3 素材存储系统：我台高清数字电视播出系统设计了四级存储，包括视频服务器的播出主备存储域、主备同步的二级存储、分布式媒资在线存储和蓝光盘阵近线存储，设计容量依次递增，可满足实时电视节目播出、短期电视节目备播、长期电视节目管理和远期电视节目离线存储。每级存储均设计冗余备份，近线存储具备存储扩展空间及无限扩展的离线素材容量。

3.4 播出控制：播出控制结构采用422倒换器实现主备播控工作站对主备视频服务器、蓝光录像机、播出矩阵、切换开关、键控器等设备进行控制，实现按照播出串联单自动播出。主备播控工作站通过心跳线实时通讯，在主播控工作站出现故障时，备播控工作站控制422倒换器切换获得设备控制权。配置的第三备播控工作站独立运行，控制第三备视频服务器播放，在主备播控工作站都出现故障时，可通过切换矩阵切换到第三备视频服务器信号播出。通过播出工作站主备+三备冗余架构提高系统运行的安全性和稳定性。

4、建设后的高清数字电视播出系统特征分析

我台高清数字电视播出系统经权威机构测试，高标清视音频特性、图形质量、播出系统功能、备播系统功能、素材迁移性能、转码效率、网络传输性能、存储读写性能、网络布线性能、冗余可靠策略均能满足相关的技术标准和规定，满足系统安全、稳定、高效和高质量的播出目标。

5、结语

地市级广播电视台推进全台制播网络的高清化数字化是顺应技术发展和观众对视音频更高质量需求的必然趋势，同时也是一项不小的挑战。从设计之初就要充分地考虑系统的安全稳定性和实用性、先进性，从系统的设计建设运行中获得的技术积累和宝贵经验，对未来其他技术的建设发展具有重要的指导和借鉴意义。

参考文献：

[1].国家广播电视总局关于进一步加快推进高清超高清电视发展的意见[J].广播电视信息,2022,29(07):7-8.

[2]何韵怡.广东电视台播出中心高清系统设计与技术应用[J].现代电视技术,2012(07):62-65+69.