北京电视台安全播出监录系统的技术创新与应用
贾玉升 赵江怀
(北京电视台)
摘要：为确保电视台安全播出技术质量，不断加大技术管理，北京电视台经过长期实践经验的总结和对新技术的不断研究探索，建设成一套全新的高标清实时监测监录综合服务系统。本文首先对系统进行了简单的概述，然后重点对系统中的技术创新与应用进行详细描述。该系统的建设为电视台数字视音频监测、监录、监播提供了有效、直观的监测监录发布机制，丰富了播后节目应用形式，提高了全台对播出质量的监管能力。关键词：安全播出 监录系统 CPI嵌入式架构 信息发布 节目去重1. 项目背景
安全播出是广播电视工作的重中之重，对电视中心播出信号进行实时监录是保障电视中心安全播出的有效手段。近年来，广播电视播出机构业务规模不断增大，数字化、网络化和智能化的深度应用使得广播电视系统较以往更加复杂和专业，其信号直观性越来越弱，这给广播电视监测带来了新的挑战。北京电视台多年来一直非常重视安全播出工作。针对广播电视的迅猛发展和安全播出所面临的新形势，以及台内频道多元化、监测要求精细化、信息需求广泛化等不断增加的业务需求，经过深度调研分析后建设北京电视台播出信号监录系统。该系统建设在兼顾先进性、高性价比的同时，满足系统运行安全可靠、结构简洁、良好扩展性、操作人性化、处理智能化基本原则，最终成为一套基于B/S架构，集统一管理、监播预警、收录发布、播后服务为一体的监测收录服务平台。2. 系统概述
北京电视台高标清监测监录综合服务系统主要用于台内数字电视信号的监测和收录，保障台内信号安全传输，提高监测收录资源利用率，降低随着数字化高速发展带来的资源重复投入带来的资源及成本浪费，监测更灵敏、收录存储利用率更高，播后收录节目做到资源最大化共享使用，为台内播后节目综合应用提供服务。该系统与原有标清系统高度融合，完成北京电视台传输至歌华有线、卫星地面站以及大塔的主备累计44路SDI和ASI高标清信源的监测、收录、电视墙实时展示监看、控制台终端控制实时展现、系统报警多点发布、播后节目收录存储、播后节目点播。为北京电视台数字视音频监测、监录、监播提供了更有效、敏锐直观的监测监录发布机制和播后资源综合应用服务。系统的硬件架构设计以高性能以太网交换机为核心数据交换中心、以高性能NAS存储为核心数据存储器的星型网络结构。系统分为数据总线和信息总线两条总线，相关服务器集群、客户端集群、服务应用设备等按照需求连接到两条总线上，实现系统的各种业务。图1.系统拓扑图
系统的应用架构按层次规划为四个大平台：前端核心硬件平台、监测报警平台、监录存储平台、三屏发布交互平台，平台之间通过业务流程有机的串联衔接和融合。3. 技术创新与应用
系统整体架构及各平台的建设中引进了一些新技术的创新与应用，使系统整体运行安全可靠、监测精度提高、展现方式多样、存储利用率大大提高。3.1 基于IP软交换技术及源流监测技术的CPI嵌入式架构该系统采用CPI嵌入式硬件结构，硬件模块中将源流监测和IP软交换融为一体，作为广播电视信号监测监录系统的核心模块。系统建设基于监测网络分布式系统架构。系统中硬件架构的主要技术特征：1） 前端选型采用高度集成为基础的全新硬件架构，单个模块融入嵌入式、源流监测技术及IP软交换技术，以监测模块为核心的硬件监测设备建立视音频信号接入和信号监测IP输出的硬件平台；接口协议统一标准化，持分布部署、独立监测、集中管理；2） 建立源流监测能够有效提高信号质量预警，降低传统监测系统中使用网管及软件技术环节过多导致的间接性故障增加，提高了故障监测精度。3） 采用CPI可编程模块化嵌入式架构，有效降低了空间的利用率，提高了系统维护的便利性，同时相对于传统机架式服务器降低了功耗和散热及其分散性部署带来的大量空间浪费和功耗损失，同时在集群管理方面保证了未来良好的扩容性。首先，前端设备在系统结构上采用分布式架构，即一个管理中心，任意多个监测前端系统，监测前端可以与监测中心部署在同一局域网中，也可以部署在网络可达的任意地点，这为今后系统扩容提供了便利。分布式架构中，管理中心作为指挥中枢，通过网络向各个监测前端发送监测指令，比如监测指标，监测门限等；监测前端将监测到的各种异态通过网络传送到监测管理中心，同时将视音频流通过IP化封包后传送给管理中心，可以有效的避免由于IP网络抖动丢包等原因造成衍生错误报警；前端设备与中心管理系统进行互联时，采用标准化的协议，为此，有针对性的设计了一套互联协议，该协议中不但包括了对已经使用的SDI、ASI信号检测，而且包括了DVB-C、DVB-S等多种射频信号的监测协议，协议采用XML格式，易于扩展和解析，通用性好。在监测前端硬件结构的设计上，每个机箱可以插10块监测板卡，每块板卡独立供电、独立工作、独立与外界网络连接，且机箱内背板采用无源设计，双冗余电源，使机箱整体不会产生单一故障点。板卡之间独立工作，基于IP软交换技术，中心任何一块板卡出现问题，都不会传导到其它板卡，通过分布式系统架构，可以随时启动前端机箱中的任何一块相同型号的板卡，接替故障板卡的工作，所有工作参数全部从中心复制到前端板卡。3.2 基于三屏融合业务的智能终端信息发布体系三屏融合，是指充分利用现有的平台和资源，以用户为核心，在电脑、电视、和手持终端三屏之间形成很好的业务互补和服务统一，从而推动彼此的价值提升。该系统采用三屏智能发布，电视屏幕实时监看、电脑屏幕实时预警及其手机终端实时查询，通过短信及APP移动终端实时查看发布的信息有效性及播出故障预览。1) 电视墙多画面显示值班人员可通过多画面实时监看所有监测域内的播出信号。多画面显示系统建立时采用业内主流多画面及拼接屏幕矩阵双层分割技术保障多种信息快速准确的投射到电视屏幕的指定区域，更加灵活实现了屏幕分割多画面显示，相比传统的同类系统，大大降低了多画面服务器的投入成本2) 电脑屏幕实时预警电脑客户端可快速查看系统中检测到的报警信息，实现报警提示、报警处理、视音频故障信息预览，值班人员可根据报警提示快速处理对应的故障信息，故障信息回放确认。3) 手机终端发布查询预览手机短信APP终端的推送查询预览技术，在发现异常时能够第一时间通过移动网络将预警信息推送到相关责任人手机终端，保证各级责任领导能够第一时间查看到故障信息及故障视频。从使用的角度看，信息发布主要有两大类的应用，一类是实时性要求较高，一类是用于事后研究分析。对于节目播出过程中出现的异态报警，需要实时进行发布，立即通知到相关责任人。对于监录的节目内容，总编室、研发部、广告部等各播后节目应用部门一般是事后定期查询相关数据和视音频节目，进行分析研究，相对实时性不高。系统采用不同的策略和处理流程满足上述不同应用场景。对于实时性要求，当异态报警发生时，系统自动触发录制故障视频并经值班人员确认后，按三屏的媒体播放码率并行转码，向三屏推送即时报警信息。相关责任人可以通过台内网接收报警信息，查询播出异态视频，也可以通过手机3G网络接收相关报警信息，回放相关视音频内容。相对于以往同类系统只能发送简单的文本信息，该功能的实现使得故障级别判断、原因判定更加直观、及时、有效。对于实时性要求不高的场景，系统将根据准确的播返单，对收录的播后节目进行分类、剪辑、转码、发布、归档，为播后节目使用者在PC终端和移动终端提供准确的检索、快捷的输出、流畅的点播。基于以上因素，本系统提供的三屏融合智能终端信息发布功能，为台内众多管理和研究部门提供了统一的技术支撑平台，最大化的做到了播后内容的多部门分享，而分享手段是多样化的，随时随地通过我们身边常用的通讯链路，就可以进行节目查看。而且基于底层的视频数据支持，可以为不同部门的不同应用场景进行定制化的研发，最大限度的满足需求。3.3 电视监视墙多画面双重分割处理技术该系统电视墙监视采用两级系统分割处理，将定制化的多画面发布服务器和拼接屏幕矩阵分割技术整合，保障实时播出信号和多种外部信号同屏显示，高效率任意组合，同时降低了多画面发布服务器的资源堆叠，有效降低了系统造价。在系统设计中，多画面主要完成所有被监测节目信号的组合，定制化的节目信息OSD显示功能，以及故障画面叠加报警；拼接屏矩阵控制器主要负责不同来源的图像信号如何在拼接屏上组合显示。这两种专业产品属于不同的领域，由不同的专业厂商来制造，尚未有相对成熟的一体化产品。但在实际应用中，由于最终的屏幕输出涉及这两级控制，特别是进行信号调度时，很容易出现误操作，因此有必要提供一种一键式的操作模式，使值班人员在需要进行信号调度时，可以快速准确的执行。图2 多画面双重分割图
在本系统中，多画面服务器完成IP输入的视音频信号预警的同时进行画面分割并完成同屏显示输出，监测模块输出的IP信号在保障源流不变的情况下快速解码，画面合并DVI输出多套节目完成向拼接屏幕矩阵的同屏显示信号推送。拼接屏矩阵，完成多画面输出的DVI信号、其它客户端输出的VGA或HDMI及CVBS等信号能够快速接入，并将收到的多画面信号、客户端输出的信号、CVBS传送的信号快速的投送到屏幕各个区域，并在信号投送时支持接收到的多画面信号与其它类型信号混合拼接显示，做到了快速、任意、丰富的电视墙信号显示。有效的将北京电视台针对出台点的各个节点信号同屏显示、统计预警信息与监视画面同屏信息显示，大大提高了屏幕使用的灵活性。3.4 节目多节点/全局去重技术该系统采用全新去重技术构建北京电视台信号监录系统，有效降低了因多个节点重复收录和重复节目/栏目播出带来的素材重复存储问题，可实现节点之间的负载均衡并且可避免峰值过高的问题，在不减少自身价值的情况下大大降低台内成本，提高了存储空间的有效利用。在播后节目收录过程中，相同节目在同一频道不同时段重播、相同节目在不同频道重播、、同一节目在不同节点且没有异态发生等情况都造成了重复转码，大量占用存储空间。鉴于存储容量的要求，需要进一步考虑存储空间有效利用，降低上述情况带来的存储浪费问题，系统建设考虑了去重机制。去重主要针对播后节目在线点播所需的节目文件，作为节目播出质量最终核查的原始依据，日常24小时录制的文件不做去重处理，同一内容节目，高清版和标清版认为是两个节目，不做归并去重。系统去重主要基于准确播返单，可支持频道内、跨频道按照周/月进行去重及自定义周期进行去重工作。为防止误操作，系统去除重复内容的媒体文件时需要进行严格的节目相同度确认，确认的实现通过以下几种策略：1) 根据节目名称判断是否是相同节目；2) 对比节目时长，如果相同才认为属于相同节目范畴，在计算节目时长时，如果有广告时段要扣除后计算；3) 针对媒体文件的内容抽样，即在节目开始、中间、结束阶段分别抽样几分钟的片段，对比相同抽样时段所抽样片段的视音频是否一致，一致才最终认为是相同的节目，防止出现节目重播时进行了调整修改的情况发生。由于视音频比对要消耗大量的资源，因此我们这里采用片段抽样的方式，即降低的了对资源的消耗，也能保证结果的正确性。按照目前重播量和存储计划平均能够节约20%---40%的存储空间，以30%计，去重后系统节约的物理存储容量为约为50 TB。
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