播控系统信号交叉安全设计
李皓晖
(广西电视台)
摘要：为了应对可能出现的因设备故障而发生大面积停播事故，降低大面积停播的可能性，同时提高出现事故时的应急速度。我们在原有播出系统的基础上构筑了一个从信号源到播出通道再到编码输出系统的多层面交叉系统，在铺以一定的安全设计。实现播出系统中总控和分控两个部门应急点的集中和应急动作的简单化、标准化，在花费较低成本下对播出系统安全保障性能和应急处理时间性能的较大提升。关键词：播控系统 交叉安全设计 总控 分控 应急简单化标准化1 绪论
播控系统是电视台播出系统的核心部分，其运行稳定程度和故障率直接影响电视台节目播出质量和播出率。我台新播出机房运行数年来已成功展示出其相对于旧系统的优越性。在应用过程中我们对系统的不足之处不断的进行改进，其中就有本项目。为了能够有效降低因播控系统内部故障造成大面积停播或关键直播事故的风险，同时提高系统内部在单个非关键设备出现故障时的稳定程度。我们探索尝试并实现怎样在不破坏原有系统整体性和稳定性的原则上，通过对内部系统和通道等的优化来提高整个系统的稳定性，降低节目播出的故障率。通过积极探索，努力实现，我台技术人员于是在原有系统基础上对播出系统的信号源，信号源分配，播出应急通道以及编解码通道进行交叉安全设计，通过信号源以及信号在通道中传输的交叉应用，并辅以独立演播室通道，第三备硬盘，循环复用等安全设计，成功的提高了系统的稳定性。使得整个播出系统实现了播出事故应急点的集中化和简约化，最大限度的缩短播出事故时技术人员应急反应时间，降低事故的影响。整个改造设计在系统的稳定性和应急的及时性有了极大的提升。2 项目技术方案
2.1 项目技术设计播控系统信号交叉安全设计分为四个层次的改造：第一层次是播控系统硬盘信号源的交叉设计，消除SAN服务器故障可能引起所有频道停播的风险隐患，并在主备硬盘信号以外增加第三备硬盘信号做备用应急，增强视频服务器环节的安全性；第二层次是信号源分配环节的交叉安全设计，将负责信号源分配的视频分配器分散到不同的视分机箱，避免机箱故障时出现信号源在分配环节完全中断的情况，为了进一步提高应急速度，每个视分机箱将预留一块备用分配板，单个视频分配器故障时可以迅速替换；第三层次是应急通道上的类型信号交叉设计，其中硬盘信号，外来信号，矩阵信号，上下变换信号分别交叉，大部分的播出故障都可以简化为一个按键便可应急；第四层次是在总编码系统通道进行通道交叉和循环复用设计，实现对任何编码器或复用器故障都自动向下游单位提供正确的信号。图1 交叉安全设计四个层次
四个层次的交叉安全设计使得系统结构更加合理，更具有分散风险，降低播出系统故障率，简化初步应急步骤的作用。同时四个层次组成的网络再从宏观降低系统的故障率，提高系统的正播率，通过对系统的优化设计来达到应急步骤的简化，缩短故障时间。2.2 播控系统信号源的交叉设计和独立信号源设置在播出控制系统中，播出信号源是整个视音频播出系统的起始部分，保证播出信号源的稳定性是保障播出安全的重要组成部分。对于硬盘信号而言，通常是由一个播出服务器进行多路信号的播出，播出服务器一旦出现故障，极容易造成多频道大面积的停播，形成重大安全播出事故。为了分散硬盘信号源集中形成的故障风险，故对硬盘主备SAN的信号源进行交叉设计。即主SAN上播出高标清卫视、影视、公共频道的主播出信号；备SAN上播出综艺、都市、乐思购、资讯、国际频道的主播出信号。通过两个SAN的播出信号交叉实现对播出服务器故障时频道停播风险的分散。图2 SAN服务器信号交叉和独立第三备硬盘信号
虽然主备san的对各频道的主备信号进行分散交叉，但为了进一步提高安全性，我们为硬盘信号环节提供了独立的第三备硬盘信号跟播，进一步保障硬盘信号源的安全。对于直播信号而言，由于直播节目的重要性和影响力，必须保证能够在任何情况下信号源的不中断，因此播控系统在常规的主备外来信号外，对最为重要的高清600平米演播室设置了一路从演播室直通播出系统的直通信号，通过减少所过设备提供一路最为稳定的备用信号。再通过播出通道往后的通道交叉保障直播信号播出。通过信号源的交叉设置和独立信号源的配置，有效的降低因信号源引起的重大事故发生率和危害性。2.3 信号源资源分配中的交叉设计信号源资源分配中各个视频分配器器是播出系统中重要的信号枢纽，是播出安全保障的重要节点。一个四分板卡的稳定性往往就决定了一个频道上一路信号的稳定性。为了避免出现因由视频分配器的故障引起一个频道上多路信号同时出现故障，在系统中将同一频道不同信号源的四分板卡设置在不同的机箱上相互交叉分散。图3 信号源分配的交叉安全设计示意图
在信号源资源分配过程中对四分器的配置进行分配交叉，能够在物理上将同一频道的主备两路信号的四分器这个关键节点进行隔离。能够保障当某个四分机箱出现因电源或其他原因出现重大故障时，对单个频道而言，只有一路信号源受到影响，而热备信号能够一键应急，迅速处理，最大限度提高播出系统稳定性。在此环节中采用的备用卡设计，则能保证某一视频分配器故障的情况下马上更换，消除视频分配环节单卡故障的隐患。2.4 应急通道类型信号交叉安全设计广西电视台的播控系统中，所有的信号都经过主备的切换台播出，切换台是播出通道中的核心设备。主切换台为主通道输送信号，备切换台则为应急通道输送与主通道同样的信号，一般的设计中，在主通道的设备出现故障时，应急通道通过2*1切换器接管，为下游设备输送本就正确的信号。但如果送到主切换台的信号原本就故障，利用2*1切换应急通道接管则无用。在此种情况下，绝大部分的应急必须在主切换台上应急，需要判断是哪个方面的故障，该切换什么信号，在分秒必争的安全播出领域中处于极为不利的状况。为了改善此种情况，做到利用2*1一键应急也能切掉故障信号送出备用的信号，我们在应急通道上将类型信号做交叉安全设计，极大地简化故障判断，即使出现重大故障，多个频道同时停播也能迅速应急，避免技术人员再面对播出事故时过于紧张出现顾东忘西的情况。播控系统连接到切换台上的信号有多重种类型，例如硬盘信号，矩阵信号，外来信号，上下变换信号等。我们对应急通道各类型信号都进行了交叉安全设计。2.4.1 主备硬盘播出信号的交叉设置对硬盘播出信号故障的应急时值班技术人员最有可能遇到的故障应急内容。在应急通道设置中，在备切换台上，将硬盘备的信号设置到主路上。当频道主路信号源出现故障时，值班技术人员只需切换至应急切换台播出，就能恢复正常播出信号。省去技术人员在切换台上一堆按钮中寻找的过程，缩短应急时间。图4 应急通道硬盘类型信号交叉安全设计
同时将备硬盘信号源设置到备切换台的主路上，还能够在监视墙上看到备路信号在到达切换台时的信号情况，当播出备硬盘信号出现故障时为故障点的快速判断提供依据。2.4.2 直播播出时的信号交叉设计各种直播节目是电视台播出的重要组成部分，保障直播信号的安全正确是电视台安全播出的重中之重。在切换台应急通道交叉设置中，针对实时直播信号，将备切换台上将外来主路和外来备路互换；针对延时直播信号，将备切换器上矩阵1和矩阵2互换，矩阵3和矩阵4互换。当直播节目主路出现故障时，只需切换到备切换台即可恢复直播信号的正常播出，缩短技术人员因判断不同直播模式和大量键位而产生的判断时间。极大的缩短故障应急时间。图5 外来和矩阵类型信号交叉安全设计
通过切换台上信号路由的交叉设计，将信号传输通道引起的播出事故的应急手段极大的简化，将其集中到对应急切换器的切换，极大的提高应急切换的效率。2.4.3 高标清卫视信号源交叉保障设计卫视频道是电视台播出中最重要的频道，同时高清卫视是电视台未来发展的重要方向。为了保证这两个频道的安全播出，在各自的主备硬盘信号交叉以外，针对通过下变换通道和上变换通道，还进行了相互互保的交叉设计。图6上下变换类型信号交叉设计
即将高清卫视下变换信号作为标清卫视的两路应急信号，将标清卫视的上变换信号作为高清卫视的两路应急信号。增加高标清频道的应急手段，以此进一步提高高标清频道信号安全性。2.4.4 应急通道交叉设计应急通道交叉设计即是以主备切换台信号输入设置为核心，分别针对硬盘播出信号，直播信号和高标清同播信号进行交叉设置。对播出信号源通过在播出状态下主备切换器输出信号源的差别，实现利用2选1进行备用信号的一键切换，简化应急步骤；对高标清同播通过上变换交叉复用来进一步提高卫视频道播出信号的安全性。图7 应急通道类型信号在主备切换台上的配置逻辑图
2.5 总控SDI编码通道交叉转IP循环复用总控编码系统作为电视台对下游输出信号的最终节点，尽最大可能的提高系统的稳定性，提高系统的自动修复能力，实现对下游信号的不间断传输室系统设计的重中之重。2.5.1 由于建设历史关系，广西电视台有两个编码复用系统，形成系统间的冗余备份。对单个编码复用系统而言，通过编码通道的交叉转码，经过转码中介打包后送入复用器和再利用循环复用功能对分控系统末级SDI信号进行中断自动修复保护。大幅提高系统的安全性，可扩展性和自愈能力。图8 SDI编码通道交叉转IP循环复用
其中IP交换服务器对所输入的编码信号进行判断，默认使用编码器1和编码器2。当其中一路编码器出现故障时，自动切换响应备编码器。一共有编码器1和2，编码器1和4，编码器2和3，编码器2和4四种组合方式，对前端信号编码工作顺利进行进行保障。复用器的循环复用功能对IP交换服务器输出进行保障。复用信号重新输入到复用器中信号进行暂时停留，当前端主用IP交换服务器输出信号出现故障时能够进行自动切换。SDI编码通道交叉转IP循环复用使编码通道形成多个无单溃点，具有极佳扩展功能的优质信号组合，任何编码器故障，都保证有多路冗余的优质信号提供，而复用器在使用主用信号的同时将冗余的优质信号循环复用，则可实现任何一路信号故障时，都能够在秒级别内自动，快速应急，向下游信号提供正常信号。极大地提高SDI信源编码的安全性。2.5.2 对编码系统间的输入信号源进行改造，编码系统一主用分控末级主路信号，而编码系统二的主用信号源改为分控备用末级视分输出的信号。两个编码系统在输入信号源上形成交叉。相对于原系统中两个编码通道都使用分控末级主路信号，原来的设计一旦末级主路信号出现故障，下游的所有8频道编码复用信号都将中断，对下游单位的影响将非常的重大。而编码通道输入源的交叉设计使得只要有其中一个末级四分存在信号输出，就能保证其中一个编码通道能够正常输出信号，加强编码系统的冗余保障能力。2.5.3 总控SDI编码通道于单个编码系统内利用编码通道交叉和IP循环复用，构建出一个对内的无单溃网络，使对任一设备的故障都有冗余的信号路由；对两个编码系统来说，输入信号的主用交叉则是加强整个8频道编码复用系统的信号冗余度，能够极大的提高对下游单位信号的安播率。3 系统特点
3.1 系统无单溃点，风险分散，降低，双重保障通过相互联系又保持一定独立性的四个层次的交叉安全设计，将系统硬盘信号源全部停播的风险消除，即使发生SAN服务器重大故障，也只会一半频道可能同时发生停播，风险经设计后分散；又通过进一步增加第三备硬盘信号，从而使系统无信号可播的可能性进一步降到极低的程度。同样的特点也体现在直播信号系统中，拥有多路不同的信号源，即使主备外来信号都中断，仍有独立演播室信号可供播出。日常播出工作和重大直播，重大延时直播都可以得到双重保障。3.2 系统交叉安全设计新颖全面，成本节约，效果突出，适于推广播控系统信号交叉安全设计主要利用原有设备进行改造，对多个环节进行交叉安全设计，极大地降低了项目成本，同时施工量不高，节省人力，避免施工可能对播出造成的影响。该项目应用后效果突出，不但能大幅降低系统崩溃风险，而且规范技术人员应急手段，增强对安全播出的信心，具有较高的适用性，利于推广。3.3 单个编码系统内具备多种优质信号组合，抗故障能力强单个编码系统内部的编码器交叉转IP设计和循环复用，使得系统有多种优质信号组合，通过自动或者手动方式应急。能承受任何一个编码器，转码中介服务器，复用器故障而自愈，不需人工处理仍能正常播出。部分环境下甚至能承受两个编码器故障而不影响正常播出，具有非常高的抗故障能力。3.4 编码系统在系统级别冗余，安全可靠编码系统利用原有设备和新系统分别搭建了一个7+2自动备份信源编码和1+1自动备份信源编码，。经对输入信号源的改造，将两个编码系统间输入信号交叉设计，只需分控末级视分有一路正常，就能保证设备故障时对下游单位最少有一路的正常的输出信号。图9 编码系统冗余
单个编码通道的无单溃点设计最大限度保障单个编码通道的稳定性。两个编码通道的输入信号交叉和点对点输出信号主用第2编码系统实现了整个编码系统的无单溃点设计，保证在存在一路分控末级输出信号的底线下，SDH信号和点对点信号总有一路是可行的。3.5 播出系统主要故障应急手段简单化、标准化从上面第一点将总控编码系统简单故障应急点前移到分控系统，而分控系统信号源和传输通道的交叉设计，就将整个大播出系统简单故障的初步应急集中到操作切换台保证分控末级四分信号这一工作上。同时结合主备切换台上应急通道交叉设计和几个独立通道的设置，将整个大播出系统的简单故障应急动作集合到以下两点：3.5.1 硬盘播出时切换到备切换台动作或切垫片信号动作3.5.2 直播播出时切换到备切换台动作、切换到直通信号动作或最终切垫片动作由此实现播出系统简单故障应急动作的标准化和简单化，当出现故障时跳过事故原因判断而直接进行应急，将故障应急的切换时间极大的缩短，并且减低技术人员进行应急时的错误率，从而缩短故障时间，减低因播出故障对电视台造成的负面影响。
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