绍兴广播电视总台全数字硬盘播出系统

绍兴广播电视总台全数字硬盘播出系统
[作者：浙江省绍兴广播电视总台汪炜钢]
飞速发展的数字电视技术以及IT技术的融合、渗透，正在推动基于视频服务器的数字播出系统。

绍兴广播电视总台的全数字硬盘播出系统经过技术人员一年多考察、论证、安装、调试，于2006年9月5日正式启用，实现了三套播出系统全数字、多通道、多硬盘电视节目播出计算机网络化自动控制，解决了模拟播出各种因素造成的麻烦，极大提高了电视播出的安全性和画面的质量，系统技术指标达到广电总局的有关标准，顺应了广播电视数字化的发展趋势。

一设计要求
播出系统的数字化是电视系统整体数字化的一个重要环节。

绍兴广播电视总台电视播出系统需要三个频道，有5天节目的存储容量。

因此，除了对硬盘播出系统具有安全、可靠这一基本要求以外，多套节目集中播出这一方式对系统的存储容量、节目的输入输出通道数、数据的传输速率以及数据的读写速度等均提出了很高的要求。

我们在设计这一全数字播出系统时首先考虑了以下几个要求：
* 系统及技术指标应符合相关国家标准或行业标准，应满足GY/T165-2000、GY/T107-1992、GY/T152-2000标准；
* 支持多频道播出，实现三套自办节目的硬盘播出，并可扩展到四套自办节目的硬盘播出；
* 用MPEG-2格式传输、存储节目信号，采用12Mbps码流进行编码，系统内部一律采用SDI 数字信号（内嵌AES/EBU标准音频）；
* 为保证系统安全，系统内硬盘服务器、矩阵、播出控制机等主要部件均设计有备份，与主机同时工作，随时切换，并和主通道有相同的安全性能，做到没有单溃点（包括硬件和软件方面）；
* 能实现边播边载、应急上载、延时播出的功能，对上载的节目有审看和编辑功能，还具有紧急情况下的录像机播出功能；
* 系统使用界面简洁直观，操作平台采用Windows 2000中文系统。

操作要简单，输入量少，功能全面，安全可靠。

二硬件系统设计
数字硬盘播出系统的核心设备是存储容量大、基本带宽、输入输出通道多的高性能硬盘服务器。

多个输出通道共享视频存储服务器中的数据，多台视频服务器通过Fiber Channel相连。

我们的系统设计内部信号一律采用SDI，音频采用嵌入音频，外送信号采用SDI与模拟复合共存形式。

基于此，所有相关设备都选用数字格式。

视频服务器选用两台OMNEON、矩阵选用THOMSON 和播出切换台选用英国金钻QMC、数据网络及交换、监视系统、电源系统。

1. OMNEON视频服务器
OMNEON视频服务器是一款可扩展性的分布式结构模块化系统，用户可按照需求大小灵活地扩展通道数目、带宽和存储容量。

它由三种主要的硬件组成：视频编解码模块
MediaPort/MultiPort、管理编解码模块管理文件存储系统并提供IP连通能力的MediaDirector，以及存储数据的磁盘系统MediaStore。

Omneon服务器的最基本配置包含上述模块的各一个，但系统可以通过增加模块的方法将通道数扩展至数十个。

整个系统采用了主备完全镜像的结构，两个OMNEON视频服务器主机MCP2101（MediaDirector），每个主机分别控制5个上载模块（MIP1003A）和一个输出模块MIP3006（有6个输出通道），总共有12个输出通道。

具体输出路数：每个频道主、备输出各一路共6路、3个审看通道、1个垫片通道、2个延时播出、编辑通道、1个集中审片通道；输入路数：每个频道上载各2路共6路、主、备应急、延时上载各一路共4路。

视频服务器的主机使用嵌入式操作系统，服务器采用了Omneon公司为服务器性能及存储进行优化过的UNIX操作系统，没有系统盘，将操作系统存储在NV-ROM中。

这样有两个好处，一是避免了传统硬盘经常发生的机械故障，安全性极高；二是系统启动速度快，当主备机其中一方重新启动只需要55秒就可以实现启动完成并同步播出。

OMNEON视频服务器主机MCP2101（MediaDirector）是起着MediaStore的RAID控制器功用。

Omneon服务器采用被配置成JBOD（简单磁盘捆绑）机箱形式的MediaStore设备。

显然，对播出来说，素材必须受RAID阵列保护。

MediaDirector模块将信息“记录”到RAID3阵列中的驱动器上。

这完全是以软件形式完成的，因为软件型RAID系统的灵活性天生就大于硬件型解决方案的灵活性。

与存储系统采用双光纤链路进行连接，避免单点故障。

磁盘阵列具有双光纤连接模块（互为冗余），避免单点故障。

每个磁盘阵列具有16块光纤硬盘，每8块为一组，每组中7块作（6＋1）的RAID3，剩余1块作为热备盘，双重数据安全保证，确保数据安全，磁盘阵列中的硬盘支持热插拔。

2. 矩阵和切换台
我们的系统设计以硬盘为核心，以矩阵为中心，内部信号一律采用SDI，外送信号采用SDI 与模拟复合共存形式，传送及回传四楼网络公司的信号采用光缆传送。

系统采用了主备两套视频服务器并行工作的方式运行，主、备视频服务器完全镜像，一旦主视频服务器出现故障，就切至备视频服务器继续播出，应急播出能做到同步切换、无延时。

所有过程的检测、控制都由播控机实时完成。

硬盘的10路输出回送矩阵以便更方便灵活地调用。

硬盘输出、外来信号、测试卡均在播控机的控制下，依照节目单的次序进行播出。

（1）总控矩阵
总控作为电视台播出及全台信号的调度中心，其核心设备“矩阵”要求安全可靠。

我们选用目前国内电视台总控机房大量采用的THOMSON公司CONCERTO系列“32×32数字视频矩阵”。

本矩阵采用了独特的“软切换”或“V-FADE”切换方式，可有效地消除切换时由信号电平差异所产生的附加噪声。

遥控面板与主机连接，采用标准的ETHERNET，方便可靠。

矩阵输入：外来信号，演播室信号，同步机的测试，经帧同步锁定的信号等。

矩阵输出：16×8上载矩阵，帧同步（对非同步信号锁相），播出频道，台内各机房以及外部
门。

矩阵主机机箱电源采用双电源，控制软件采用THOMSON公司安全、可靠、先进的ENCORE 软件，并支持国际标准的报警系统SNMP协议。

（2）上载矩阵
绍兴广播电视总台现有播出节目为DVCPRO50（25）、BetaCam格式的录像带，设计以每套4台录像机（一套：2台UVW-1400AP +2台AJ-D930；二套：2台PVW-2600 +2台AJ-D930；三套：2台UVW-1400AP +2台AJ-D930），VTR信号12路+总控矩阵来的两路信号作为上载源信号。

每频道两路作为上载目的信号。

3种机型中除DVCPRO50直接接入外，BetaCam通过IQDEC0115-1A板卡AD转换和音频嵌入后接入，总控矩阵来的两路信号本身就是SDI可直接接入。

源信号经矩阵切换后进入MIP1003P模块输入口进行编码、压缩成MPEG-2格式后，存储进硬盘。

因此，上载矩阵选用ACAPPELLA 16×8的矩阵。

（3）播出切换台
切换台选用QUARTZ QMC，主要起到键混的作用。

它的4路切换源为：PGM、PST、EMERGNCY、BYPASS，其中PST可预监，通过Q-Link与播出切换器连接后，可直接调用播出切换器的源信号，等于是播出切换器控制面板。

它的两路键都具有软切换功能，分别用于控制台标与字幕，可由软件设置自动、手动控制上下。

QMC独有的两级备份，PGM、PST来自主播出切换器，EMERGENCY来自备播出切换器，当主播出切换器出现问题或需维护时使用，而BYBASS信号亦来自备播出切换器，可完全旁通QMC切换。

QMC亦能接受嵌入数字音频，可手动控制音量。

同时它的切换和显示面板可由软件实现个性化设计，依实际情况，选择适当的源信号。

主、备切换器选用ACAPPELLA 16×2 DIGITAL VIDEO MATRIX。

它的源信号：视频服务器主、备两路输出信号、总控矩阵的3路输出信号、1路循环垫片、4路VTR信号，其中一套的1路CCTV光缆信号、1路新闻演播室信号；二套的1路180演播室信号也直接接入各套的主、
备16×2切换器作信号源。

3. 周边设备
周边设备选用的是Snell & Wilcox产品，该系列产品已广泛用于电视台播出，转播车系统，高可靠性，高性价比。

它使用模块化设备，机箱均带备份电源，有较高的模块安装密度，有良好的散热、防尘功能，支持模拟、数字的视音频模块混插。

组件均为前装载式，均可热插拔。

配备设备远程控制监测软件，可通过TCP/IP网络监控，具有自动告警、出错记录、图例显示故障功能。

所有模块带控制接口，提供开放的底层，控制协议，可由电脑对所有设备进行状态监控和修改设置，可以为专用软件实施错误统计分析提供相关的信息和数据。

技术成熟、应用广泛，在国内、外有大量的应用实例，维修、维护方便。

4. 控制系统设备
控制系统由7台播出控制机（每个频道配主备+1台冷备机），3台上载工作站，1台应急上载工作站，1台延时上载、播出工作站，1台矩阵管理工作站，1台IQ机箱管理工作站，1台网络服务器管理工作站，两台网络服务器和两台千兆以太网交换机组成。

系统配置上载工作站控制录像机播放和编码器的输入，完成节目的上载工作，也可控制解码器进行节目的预监和下载工作。

上载工作站也可用于节目播出表的编排工作。

上载工作站控制两个编码器和两路信号（录像机、线路信号）进行上载，以及1个解码器审片。

应急上载工作站、延时播工作站控制录像机、两路线路信号进行上载，并可以通过调度矩阵完成上载信号的自动调度。

两台播出控制机组成播出控制系统，采用互为主备的方式，分别控制主播任务和备播任务，主备控制机均能独立完成全频道播出的任务。

为了确保控制的安全性，控制信号配置一个RS422倒换开关，完成信号倒换任务，正常情况下由主机控制所有设备，如果主播出控制机发生故障，可及时用备播控制机接管全部控制任务，实现热备份和热切换。

数据库服务器系统存储各种数据，在各种网络中共享。

用来管理用户账号、用户操作权限、数
据备份与恢复、日志管理、视音频节目的一致性检查等工作。

为了确保数据库服务器的安全性，采用双机结构，确保任何情况下核心数据库的安全。

上下载控制机，播出控制机，设备服务器和系统管理机通过以太网交换机连接在一起，构成完整的计算机网络体系。

5. 监看系统
整个系统监看采用5块松下50英寸等离子显示，播出三个频道每个频道采用1块16分屏显示。

总控矩阵输入输出监看使用1块16分屏显示。

另外一块主要用于网络用户端三套数字、模拟节目的监看及显示时钟。

画面分割器采用美国AYITECH公司生产的MCC8000系列，其采用模块化结构组合使用，每个模块都有自己的风扇、电源、CPU及双输出，分辨率最大为1600×1200，支持模拟音频、数字音频及嵌入音频，支持SNMP报警。

在断电或单个模块故障情况下，数字DVI信号可跳过下一模块正常输出，以确保在16分屏显示时不会出现整屏显示黑屏现象。

此外MCC-8000系列还有一个最大特点是该分屏器可支持THOMSON CONCERTO矩阵控制系统实现动态源名跟随显示。

总控只采用一块等离子16分屏监看，但总控输入输出为32×32，信号路数远大于16路，故只能通过控制面板调整监看。

6. 电源系统
为保证播出系统电源安全可靠使用，采用播出设备电源与照明、空调电源分别供电。

电视播控系统采用两路供电，一路是外电，一路经UPS供电。

在机柜的设计方面，电源是两路供电，把主电源由UPS供电，备电源由外电供电。

在外电正常工作时，经过DC/AC(整流)，向蓄电池充电，同时经过DC/AC（逆变）向负载供电，当外电停电时，后备蓄电池开始工作，蓄电池电压通过逆变器变换为交流正弦波电压供给负载，如UPS故障通过手动调节旁路开关，向系统设备供电，如再有问题，系统也可以利用在设备的备电源（因直接接外电）正常工作。

7. 时钟、时码系统
时钟系统采用山德公司MCG-300系列产品。

GPS时钟系统采用GPS授时，主钟输出带有帧信息的标准EBU时码作为系统时码，分配到录像机、硬盘等设备。

考虑到EBU时码的重要性，我们采用双GPS时钟自动倒换系统。

8. 同步系统
全台的同步基准由播控机房来提供，考虑到需24小时不间断工作，同步系统采用主备TEKTRONIX的SPG600同步黑场信号发生器（带2路数字测试信号）和ECO433D 同步信号倒换器，锁定整个硬盘播出系统。

当发生故障时，便能自动倒换至备同步机，同时发出报警信号，从而保证同步不中断。

9. 监测与提示系统
作为一个完整的系统，需要对其中的各项指标进行监测，我们配置了波形监视器和矢量示波器，对整个系统进行监测。

同时，还配置了提示系统，能直观地告诉值班员哪路信号工作，哪路信号待播，以防误操作。

10. 节目监播系统
根据节目监播系统需要，按照要求节目录制码率64K-2M自由选择中以VCD质量标准，配置1套3路监播服务器，采用68K码率录制和一个0.8TB磁盘阵列东方前线监播监录服务器，实现3路同时监播监录，每个通道独立运用，互不影响。

它具有数字视音频（DVR）和数字视音频服务器（DVS）的功能，完全脱离PC平台，建立在嵌入式处理器和嵌入式操作系统上，具有视频信号和音频信号的H.264硬件同步压缩、实时压缩码流记录硬盘、实时视频和音频监视、监听、视频信号和音频信号的切换、本地录像文件回放、实时网络传输、远程文件回放和下载、支持流协议和IE浏览。

三软件系统设计
软件是整个系统的重要组成之一。

优质可靠的硬件设备选定后，播出系统的先进性、可靠性以及播出质量、播出实效往往更大程度地取决于自动播控系统软件。

播控软件系统主要完成播控、上载、系统管理、设备控制、节目单编辑和素材管理等基本功能，在每项主要功能之内又分为若干功能模块。

1. 节目上载、审片
支持录像机上载，可通过TC/CTL码帧精度控制录像机，使节目的播放更为准确和平滑。

也支持线路信号手动/定时上载，并可同时控制多个录像机、多个上载通道完成视音频信号的录制，使每条上载的素材按照预定义的规则自动生成素材文件，确保素材的惟一性和便于查询、管理。

节目素材通过审核后可手动/自动执行同步任务，使两台视频服务器的素材始终保持一致，保证播出程序的主从机的正常运行和节目的质量和内容符合播出的需要。

2. 节目编单
可以先编单后上载，也可以先上载后编单，对于节目单中还未上载的素材，可生成上载任务单并提交给上载工作站。

节目单编单必须要按照用户权限严格进行审核、审批制度。

3. 节目播出
可实现定时播出、顺序播出、绝对时间插播、相对时间插播、定时插播、连续插播，保证帧精度切换。

播出控制机互为主备，当主播出机（主播程序）出故障时，由对应的备份播出程序自动接管主机工作。

在紧急情况下提供边上载边播出、应急上载的紧急播出和延时播出的功能，还可以提供双路上载功能，以保证播出主备路同步播出。

播出单可进行在线编辑，对条目的各种属性（时间、长度、类型等）可进行实时修改，可以即时插入、删除、追加节目。

当节目播出正常时，
可以锁定正在播出的节目单，其涉及的素材不能被更改和删除。

当数据库发生故障或紧急情况下，可以直接在播出程序中编排播出表，保证播出的正常运行。

4. 系统管理
提供权限管理、素材管理、设备管理、系统配置、日志记录功能，实现对系统全流程的人员管理、设备管理和播后统计等功能完善、丰富的后台管理。

管理工作站负责管理系统中的用户、素材和对系统进行设置，采用统一的网管软件。

四安装集成工作总结
本系统设备由北京山德视讯科技有限公司负责供货及整体集成。

由于该公司雄厚的技术力量及在国内外各类系统集成项目中积累了丰富的经验，所以本系统在设备及安装工艺上都达到国外先进水平。

通过这次数字播控系统的设计、安装、调试工作，取得了许多宝贵的经验，主要有：
第一，对OMNEON视频服务器在绍兴广播电视总台的实际应用和各项功能有了具体的了解和实践，特别是它可扩展性的分布式结构模块化系统，用户可按照需求大小灵活地扩展通道数目、带宽和存储容量以及今后方便的扩展性能。

第二，QMC最大的优点是可以根据用户系统的规模来配置不同大小的外挂视音频矩阵，为系统的扩展和日后的升级非常方便。

在QUARTZ设备中的Q-LINK的连接方式以及灵活的面板设置，在实际播出中也得到了充分的体现。

第三，用Snell & Wilcox产品，可通过TCP/IP网络远程控制监测监控，具有自动告警、出错记录、图例显示故障功能，可及时了解板卡的运行状态，确保设备正常运行。

第四，信号格式采用嵌入数字音频格式，这是在全数字播出系统中图像和声音协调一致的好方法。

因嵌入音频与数字视频在电缆具有同步传输的特点，所以可以解决声音、画面不同步问题，而且可以减少对音频设备的购置，节省了设备的投资，使系统结构简化，增加了播出安全性和稳
定性。

第五，采用1+1热备份播出工作站。

主备播出工作站通过网络互相检测。

通常情况下主播出工作站处于主控状态，备播出工作站处于热备状态，当备播出工作站检测到主播出工作站出现故障时，备播出工作站自动接管控制，并成为主控状态。

主播出工作站在正常情况下也会检测备播出工作站的工作状态，当备播出工作站出现故障时，会给出提示。

最大限度地保证了播出的安全性。

第六，信号监视系统全部采用多画面分割器并配合50″等离子电视的监视，打破了传统的监视器墙方式，而是采用多画面分割器并配合等离子电视监视系统，所有需要监视的信号源均送入多画面分割器中，通过连接在分割器上的等离子电视进行显示。

每一台等离子电视上显示画面的数量和布局都可以通过设置软件自动调整，也可手动调整。

第七，充分认识到软件在播出中的重要性。

优质可靠的硬件设备选定后，播出系统的先进性、可靠性以及播出质量、播出实效往往更大程度地取决于系统软件。

大洋软件稳定可靠，功能强大，但笔者觉得操作不够简单，智能化程度还有待提高。

第八，新系统与以往的播出系统相比，无论从灵活性，稳定性，播出质量以及可靠性上都有很大的提升。