新一代智能播出系统的关键技术——2013年亚广联年会成员专题报告

许钢鸣

（中央电视台）

摘 要: 中央电视台新址播出系统是基于全高清、全文件、网络化、信息化的原则建成的，为了提高整体的制播效率，以及确保节目播出的安全可靠性，该项目取得并应用了多项关键技术。由于当前国内外众多电视台的制播系统同样面临高清、文件化制播等技术革新，因此2013年亚广联特地邀请中央电视台、NHK、KBS等成员单位就全文件化制播、超高清等前沿技术进行专题报告。本文摘取了中央电视台在此次报告中所述的关键技术供大家参考。关键词: 分布式转码、全自动技审、高标清同播、高可靠技术、信息安全 中央电视台新址播出系统承担了节目、广告、频道包装等多项播出任务。从2012年6月份开始启动频道播出搬迁，历经一年共3个批次，目前此项工作已全部完成，并且整个过程确保了安全播出。新址播出系统及其所应用的关键技术经过实际运行考验，证明了它们对于新一代智能播出系统的重要性，具体包括：智能媒体文件整备技术、分布式转码、自动质量管控平台、高标清同播中自动幅型变换技术、不间断控制、克隆机制等。下文详细介绍了其中几项关键技术。

1 分布式转码

文件化制播的整体业务流程包括：采集、收录、编辑、播出、归档等，收录产生的素材文件一般为高码率多格式文件，编辑、合成之后产生的成品节目文件也是高码率多格式文件，而在播出域中，文件必须依照视频服务器的要求转码为统一的播出格式文件，通过格式的归一化及降低码率，降低了视频服务器的选型要求及播出域内传输带宽、存储量的要求，从而也提高了迁移效率，减小了关门时间。为此，我们在媒资系统及播出系统之间部署了一个高效的转码平台。

图1：文件化的制播的整体业务流程图

为提高转码效率，转码平台采用了分布式转码技术。

图2： 分布式转码系统

如上图所示：在文件系统中，节目文件被逻辑切分为N段，转码任务管理软件将每段分派给相应的执行器（Actor），切分的策略主要基于节目本身的时间长度及其任务完成的时间要求。转码完成之后，这些片断再合并成为完整的文件，写入对应存储区中。执行器数量越多速度越快，当有10个Actor同时参与转码时，转码效率能够达到55.8倍速。

2 全流程技术质量保证体系

节目技术质量检测是确保安全播出及保证节目技术质量的关键环节之一，对于磁带制播系统，传统的节目技审通常是在节目播放的同时，使用波形示波器及音频监听单元，进行1:1的声音和画面监听监看，人工判断节目是否存在视音频技术故障的技术检查办法，但这种手段存在可能出现人为差错、技审效率相对偏低、劳动强度大等缺点。对于全新的全程网络化制播系统，由于文件封装、视频编码的结构、语法及元数据都是标准化的，因此有条件研究快速准确的节目技术质量检测办法，构建统一的质量保证体系，以满足网络化制播的高效率、无差错、可传递的技术质量检测的需要。

图3：QC的两个检测点

图4: 媒体文件QC流程

经过不断研究、测试验证，构建一个统一的技术质量自动检测平台完全可行。在这个检测流程中，自动检测软件对入库媒资系统的成品节目进行质量验证，并产生一份QC报告，若此QC报告中关键检测项（必检项）不合格，则媒资系统一般情况下不予接收，制作岛需要进行修改，并再次提交检测；播出域转码之后，也会对转码产生的播出格式节目文件进行检测，此检测产生的QC报告将和成品节目的检测报告进行视音频层面检测结果比对，然后对于转码额外产生的错误项或者报告中存在的长时间视频或音频异常进行人工复核，从而保证播前能够检测出节目故障。基于文件的自动技审实现的前提是需要有企业级节目文件规范，以及技术质量检测规范。技术质量检测主要面向文件封装、视频压缩编码、视音频技术指标三个层面，文件封装及视频编码检测主要关注结构的完整性、语法的准确性和元数据的有效性，视音频检测主要关注技术指标是否合格。提高检测效率的方法包括并行处理和分布式处理，并行处理指的是文件封装、视频压缩编码、视音频三个层面的检测同步进行；分布式处理原理类似分布式转码。检测布点在入库前和转码后，检测项分为基本项和扩展项，基本项面向安全播出，扩展项面向格式兼容。

3 兼容主备的不间断控制模式

全文件化播出的节目文件长度可能是极短的，我们的播出系统支持最短为5秒的文件播出，对于这种情况，当播出控制机出现故障时，想要用类似录像机播出时代的手动播放方式来进行应急播出，几乎是不可能的。传统播出系统在控制上一般采用主备控制机倒换控制所有在线播出设备的模式，这种控制方式如果主控制机在两条节目播出衔接时间点附近的极短时间区间内故障时，会同时导致主备播出服务器失去控制；此外，传统的播出系统会导致播出值班人员在出现故障时首先需要判断故障点，然后再采取相应的措施，必然延长故障处理时间，扩大播出事故的影响。为此，我们提出了兼容主备的新型播出控制模式，实现了节目播出和控制链路中任意节点出现故障，均可通过最终的倒换设备首先确保节目信号的正常播出，然后再检查是何种设备、哪个环节出现的问题，实现了“先应急、再查因”的应急处理模式，大大缩短了故障处理时间。兼容主备的播出控制模式链路如下图所示：

图5：播出控制模式链路

从图中可以看到，常态下主控制机通过主422倒换器实际控制主链路的设备，备控制机通过备422倒换器实际控制备链路的设备。当主机发生故障时，备机可以控制主422倒换器发生倒换，从而实现备机接管主备链路的所有设备。采用新的链路控制方式后，为了让主机和备机都能完全获取到主备链路上所有设备的连接状态，软件增加了通过心跳发送设备状态的功能，主机和备机都会通过心跳向对方发送本地控制设备的状态改变消息，同时在设备状态中增加了两种状态来代表非本机控制设备的连接状态。配合兼容主备的不间断控制方式，我们进一步在视音频链路设计上，采用主信号链路输出主视源信号，备信号链路输出备视源信号，主备信号链路均配备2选1“净静”切换器实现快速应急恢复。采用这种控制模式后，针对单一设备节点故障，可以不用进行任何故障点的判断，直接通过切换末端2选1设备，达到跳过故障点，立即恢复正常播出的目的。

4 克隆播出技术

传统的播出系统备份机制通常采用1:1或N:1的方式来解决计划性停机和系统故障应急倒换的不间断播出问题，1:1冗余备份方式成本很高，设备空间占用和电力的无谓消耗明显，而N:1的方式对于多通道集群化播出的系统来说，难以支持整个系统组的计划性停机工作。因此，在多频道播出系统的整体结构设计上，我们提出了分组备份的解决方案，即基于多通道视频服务器系统形成系统组，在此基础上，设计一个统一备份的系统组，通过采用完全代播方式，分别解决其余播出系统组计划性停机维护时的不间断播出；通过采用部分代播方式，解决系统组中单个频道播出系统故障时的应急代播，在系统维护和应急方面，既有安全性，又有经济性。为实现系统的便捷代播，我们提出了克隆播出技术方案，其本质上是实现克隆系统在节目单数据、节目文件、设备状态等信息与母频道系统完全一致，从而实现同步的克隆播出与快速不间断倒换。克隆播出原理如下图所示：

图6：克隆播出实现框架

5 可触发自动倒换的监控系统

当前监控系统对于信号事件的产生及处理，通常是由画面分割器系统对播出视音频链路进行逐级检测，再将产生的信号异态事件报告给上层应用系统，由上层应用系统进行逻辑处理后完成故障定位及报警信息发布，这种方式存在两个主要问题，其一是，一般不基于异态事件触发播控系统进行主备视音频链路的自动倒换处理，因为如仅依据异态事件触发自动倒换，存在依据不足，因而隐患较大；其二是，为了降低误报率，报警延时通常设置为较大数值（5秒-7秒），造成报警提示不及时，报警提示后再由值班员进行应急处理，必然造成故障处理时间较长，一定程度影响了安全播出。为解决这个问题，我们基于视音频异态监测及内容比对等关键技术，提出一种监测信息智能处理算法，从而实现异态情况下，播出系统主备路播出信号可靠的自动倒换，大大缩短信号异态事件的处理时间，从而大幅提高节目播出安全性。自动倒换的原理如下图所示：

图7：智能监控倒换系统

总结：对于全文件化播出，通过采用分布式转码及技术质量保证体系、兼容主备的不间断控制模式、克隆播出、自动倒换等多种技术手段，系统可靠性大幅提高，可达到99.99999%的播出可靠率，构建出新一代的智能播出系统。 编辑：中国新闻技术工作者联合会