播出系统节目文件全方位质量保证体系

张丽娜

（中央电视台）

摘要：在电视台文件化网络化制播的大环境下，电视台播出系统的播出对象由传统的录像机磁带转变为待播的媒体节目文件，只有通过针对节目文件格式选择、整备策略以及质量检测等方面全方位质量保证体系的建立，才能有效解决网络化制播生产环境下节目文件质量可控的问题，提高节目技术质量，确保节目安全播出。 关键词：网络化制播 播出系统 节目文件 质量保证

1.引言

随着信息技术的进步和广泛应用，信息产业快速发展，信息化正在引发一场深刻的产业革命。受此影响，全球广播电视行业的发展正在呈现一种媒体跨平台化、产业多样化的总体发展趋势。在这种大环境下，电视台数字化网络化建设成为构建广播电视数字化体系的龙头和关键，电视台建设以内容管理为核心的数字化网络化平台，可以丰富节目制作的手段和水平，方便版权内容的网络集成和交换，对拓展广播电视服务领域和发展空间、加快现代信息服务业的发展具有极其重要的意义。 中央电视台以新台址建设为契机，以现代信息技术和数字电视技术为基础，以计算机网络为核心，实现了台内全域的资源整合和流程再造，全面建成了集电视节目的采集、制作、存储、交换、播出以及相关管理功能为一体的文件化网络化制播系统。顺应此种全台架构的巨大变革，中央电视台新台址播出系统的定位发生了很大变化，功能不断丰富，规模不断扩大，出现了“大播出”的概念。新址播出系统最多可支持40个高标清同播系统的全自动播出，播出域内不再设置录像机，所有节目以文件形式通过网络整备至播出系统的二级存储，系统末端使用大规模集群化的数字硬盘播出系统进行节目播出。 文件化、网络化给台内节目的制作播出和媒体资产的充分利用带来了极大的便捷，提高了节目制作水平，但与此同时由于生产流程的改变，原有的节目制播质量保证体系已不能完全发挥作用。作为IT技术与广电技术相结合的产物，新台址播出系统既具有传统系统未有的优势，也面临传统系统未有的难题。传统播出系统多为封闭式的，与外系统之间采用磁带进行数据交换，安全风险比较确定，故障不易扩散。新址播出系统在传统视音频设备的基础上，大规模使用IT设备，与全台其他业务板块之间又需要互联互通进行节目文件交换，系统结构更加复杂，带来了更加多元化和动态多变的安全问题。新址播出系统从深化设计到系统实现都极其关注系统运行的可管可控，把提高节目文件质量放在突出位置，针对网络化制播的特点制定了行之有效的质量保证技术和手段。

2.节目文件全方位质量保证体系的构成

在文件化网络化制播架构下，播出系统的节目文件均是通过全台基础网络传输到播出系统的，节目文件的整备是整个播出业务的关键阶段，直接关系到后续的安全播出。 在传统的线性编辑应用时代，节目技术质量控制的方式和方法都比较明确。线性编辑的同时即可输出基带信号，通过示波器等测试仪器进行信号分析，确定图像、声音质量。制作完成的节目用磁带送播，在播出前可用录像机、监示器、示波器等进行技术审查。当节目制播数字化、网络化以后，原有的质量控制手段面临巨大的挑战。由于收录、制作、播出等各个业务板块之间的视音频传输通过媒体节目文件方式进行，传统测试设备无法对节目文件进行检测，容易造成质量控制环节的缺失。如果解码成基带信号采用传统手段检测，只能实时回看，效率很低，无法适应目前越来越高效的生产流程。因此，在目前网络制播系统成为主流趋势的形势下，质量控制体系必须采用全新的思路和技术，实现技术质量控制手段的革命性进步。 中央电视台新址播出系统将系统设计和系统运行相结合，针对待播节目文件建立了全方位、全流程的质量保证体系，可以有效的解决网络化制播生产环境下节目文件质量可控的问题。节目文件质量保证体系的建立具体体现在以下几个方面： 1） 新址播出系统在设计之初就确定了统一的播出节目文件格式，并制定了台内播出格式视音频文件规范，从而保证播出视频服务器对节目文件的兼容性，降低视频服务器解析节目文件的复杂度和不确定性，确保播出安全。 2） 在节目文件整备的架构流程方面，新址播出系统采用了分级存储的设计理念和基于播出单的智能节目文件全域整备技术，通过不同功能的迁移集群实现了节目文件在播出域与外部系统间的即时交换和节目文件在播出域内各存储体之间的流转。 3） 为了弥补传统播出系统对节目文件质量控制环节的缺失，新址播出系统在整备流程中针对待播节目文件加入了必要的传输校验、文件转码、自动技审、人工复检、头尾检测等业务功能，进一步确保了待播文件的可用性和可靠性。

3标准化的节目文件封装格式和编码格式

MXF作为媒体交换格式是SMPTE的标准格式，是一种媒体数据打包结构，文件本体可以是多种格式的视音频或元数据，非常适合于系统间的节目文件交换。从目前的趋势来看，MXF格式正在被越来越多的国内外厂商采纳。因此，中央电视台新址工艺系统直接采用了MXF作为视音频文件的封装格式。 目前，SMPTE等国际标准化组织虽然已经制订了很多视音频MXF文件的相关标准，但这些标准相对宽泛，而新址工艺系统中采集、制作、存储、播出等各技术系统涉及的参建厂商和设备厂家众多，各个厂家的MXF文件格式对应于不同的应用场景，所产出的节目文件的编码格式各不相同，文件的封装格式在关键参数项目以及具体参数方面有一定差别，文件结构和元数据描述也不尽相同。考虑到新台址播出系统除了要从媒资系统获得待播节目文件外，还需从台内各个制作系统直接接收直送播出的节目文件，有必要对播出系统所使用的MXF文件的各项技术参数进行规范和统一，以便其他系统按照同样规格生成播出格式MXF文件，确保播出质量和播出安全。 考虑到为了便于交换，与紧急播出介质可兼容，支持网络化传输、断点续传、边传边播、随机索引、关键元数据交换等技术要求，并能被广大主流播出视频服务器设备厂商所支持，新址播出系统选择了相对简单的视音频一体化的MXF Op1a作为播出MXF封装格式。在充分参考SMPTE MXF系列标准、AMWA AS03等标准以及对各厂家的MXF Op1a文件进行详细分析比较的基础上，对高清播出格式MXF的文件结构、操作模式、结构性元数据、实体数据、索引表等必要的关键参数给出了进一步的约定和规范，包括采用基于整分钟的多body结构、头部元数据中包含幅型变换信息、时码连续首帧为零等具体技术要求。 在高清视频压缩格式和码率选择方面，由于播出系统在工艺上无需考虑与前期设备格式兼容而要保证绝对的安全性，所以播出域适合采用统一的编码格式和固定的码率。另外，考虑到主流视频服务器的支持以及质量优先、兼顾效率，尽可能降低码率等前提，新址播出系统采用了目前所有高清压缩算法中最为成熟、算法相对简单、编解码效率较高的MPEG-2。对于MPEG-2 高清编码来说，也有很多参数可以设置，其中采样方式的选择、GOP 的大小以及码率的高低都会对压缩后的画面质量产生明显的影响。通过对多种应用场景测试序列进行的不同码率、不同采样方式、不同GOP长度的MPEG-2编码质量主客观测评，MPEG-2 IBP GOP=12 Ref=2 4:2:2码率在50Mbps-80 Mbps之间时，对应MPEG-2 I帧码率在100Mbps-130Mbps之间的质量，所以新址播出将视频编码格式统一设定为MPEG-2 IBP GOP=12 Ref=2 4:2:2，码率50Mbps。

4分级存储的体系架构和智能全域整备

文件化整备是新址播出系统与传统播出系统的最大区别，绝大部分待播节目都是通过文件的方式传输到播出系统的。为了保证这些节目文件的存储安全，新址播出系统采用了分级存储的设计方案，并针对不同的应用场景设计了不同的存储策略，无论哪级存储损坏，均有应急补偿措施。 新址播出系统的存储系统主要由二级存储、应急备播库、近线带库和视频服务器存储组成。二级存储是播出节目整备的主要存储体，可分为A、B两簇，是两套独立的IP架构存储体。需要整备至播出系统的节目文件均衡的传输到A簇或B簇上。而对于更为重要的广告文件则在AB簇上镜像存储，任何一个二级存储单簇故障，不会影响到广告的整备和播出。应急备播库是另一套IP架构存储，作为二级存储的备份存储使用，采用循环冗余备份迁移策略，解决了短期内临近播出节目文件的冗余备份。近线带库是用于播后归档和重播回迁的数据流磁带库，可存储一年的节目量，满足长期海量节目文件的冗余备份要求。而视频服务器存储是视频服务器SAN架构的共享存储，每个系统组有主备两套，供每组十个频道的主备在线播出视频服务器使用。每级存储体在架构上都具有数据冗余保护措施，常见的单体设备故障（如单个硬盘损坏等）均不会影响数据的连续性。 所谓节目文件的智能全域整备就是根据播出单按照临近播出的时间顺序对待播节目文件进行自动整备的过程。新址播出的全域整备分为二级整备和三级整备两个阶段，具体工作由各类迁移服务器集群完成。二级整备主要是指将节目文件整备到二级存储的过程，主要包括通过转码迁移集群从媒资系统整备的正常入库节目文件，通过直送迁移集群从各制作岛、现址播出及广告备播系统整备的直送文件，以及通过容灾归档迁移集群从近线带库回迁的重播文件。三级整备主要是指将节目文件从二级存储整备到视频服务器的过程，主要由同步迁移集群完成。由于迁移服务器采用分布式集群设计，任意一台服务器故障时会将其负责的任务自动分配给其他服务器，不会对现有业务造成影响。新址播出系统的分级存储及迁移集群架构见图1. 该存储架构既实现了设备级的冗余备份，也满足了数据级的冗余备份；既能做到短期的应急快速响应，又能实现长期的海量数据储存；加上在此基础上开发的面向多存储区对象的GMP（全域媒体整备）存储管理软件，可以实现针对不同节目来源和整备方式的任务分配调度、系统存储区容量均衡及带宽均衡、任务负载均衡和大任务量持续并发场景下的优先级排序、故障存储区自适应调整以及节目文件在不同存储区内流转及删除的生命周期管理等功能，满足了播出系统对于复杂整备场景下的节目文件智能调度管理需求，提高了节目文件整备的及时性和可靠性。

5全流程的节目文件质量保证手段

文件化制作以后，播出系统的节目文件绝大部分是从媒资系统整备来的。作为全台的媒体资料库，为了保证媒体文件被多次利用时的节目质量，新址媒资系统存储的是制作码率和制作格式的节目文件，而播出视频服务器播放的是播出格式的节目文件，所以播出系统在对媒资系统正常入库的节目文件进行整备的同时还对其进行了自动转码，完成编码格式和码率的统一转换。为了确保整备完成的节目文件，特别是经过转码的播出格式MXF文件的可用性和正确性，新址播出系统建立了一套全流程的节目文件质量保证手段，包括传输校验、自动技审、人工复检、头尾检测等多项业务功能，实现了对待播成品节目文件多手段、多角度的质量检测，如图2所示。

图2：全流程节目文件质量保证手段

新址播出的传输校验采用了MD5校验。根据MD5这个简单有效的算法，任何一个媒体文件都有且只有一个独一无二的MD5码。通过对文件传输前后MD5码的对比，可以获知节目文件在传输过程中是否出现更改，从而保证节目文件在传输过程中的安全性、完整性和不可篡改性。 另外，新址播出在转码环节加入了软件的自动技审功能，依据台内制定的高清播出格式视音频文件的自动技审规范，在转码的同时对节目文件的视音频内容进行检测，如遇黑场、静音等节目内容问题即可给出帧精度的告警，解决了人工技审标准不一、效率低下等问题，实现了技术质量检测的自动化和标准化。节目文件转码完毕即可出具自动技审检测报告，并提供给后续的人工复检环节，作为人工审核的辅助依据。 人工复检主要是对即将播出的节目文件，特别是未通过自动技审节目文件的播出质量进行进一步的人工核实，从而确保整备到二级存储的节目文件的可靠性。人工复检时由人工复检工作站直接播放位于二级存储上的节目文件，由操作人员对输出的声音和画面内容进行人工审看并借助检测仪器对视音频指标进行检测，从而判断节目文件是否存在质量问题。 对于三级整备，新址播出系统设置了头尾检测环节，按照节目播出时间的先后顺序对已经整备到视频服务器的待播文件自动快速播放开头和结尾，从而验证视频服务器中节目文件的合法性，确保其能正常解码播放。在最后的播出环节，新址播出还采用了不同品牌的视频服务器产品进行异构，用来避免由于某一品牌视频服务器的软件缺陷而造成系统级瘫痪。

6小结

面对全新的全程网络化的制播系统，新址播出系统从待播节目文件的格式选择、整备策略以及质量检测等方面构建了全方位的质量保证体系，以满足网络化整备高质高效、高可用、高可靠的系统需求。

参考文献：

1 国家广播电影电视总局科技司电视台数字化网络化工作组.电视台数字化网络化建设白皮书.2007