IPTV集成播控平台直播系统播出安全的设计与实现
芮浩 冯澈
(北京电视台)
摘要 本文以北京地区IPTV集成播控分平台方案为例介绍了直播频道安全播出系统建设的需求、设计及实现,满足了信源、网络设备的实时监看、监测,同时从故障的发现、准确的定位到最终的处理给出了一套解决思路。
关键词 IPTV集成播控平台 安全播出 应急切换
1.引言 在北京地区IPTV集成播控分平台的试运行阶段,根据广电总局下发的《广播电视安全播出管理规定》以及《IPTV集成播控平台实施细则(试行)》的相关要求,针对整个系统IP化程度高的特点,确定了利用IT技术手段达到直播安全播出要求的工作目标。本文结合北京地区IPTV集成播控分平台在直播系统建设过程中的经验,对一套适用于IPTV集成播控平台的安全播出解决方案进行初步的探讨。 2.需求分析 北京地区IPTV集成播控分平台在北京IPTV业务流程中起到了承上启下的作用,向上对接中央集成播控总平台,向下与运营商CDN传输分发网络相对接。整个系统接收北京电视台自办节目SDI信源和CNTV(中国网络电视台)节目IP流信源,经过编码、汇聚等流程通过传输网络将节目最终分发到联通处,如图1所示: 2.1信源监测 在IPTV系统中节目采用TS格式封装H.264编码视频和AAC格式封装的编码音频,因此对于播出节目的监测涉及视音频层面和码流层面。对于视音频的监测主要是对视音频的异态进行监测,在视频出现黑场、马赛克、色彩格式异常和音频出现丢失、过高或过低、劣化等情况下要能够及时发现问题,准确定位。对于码流的监测主要是对MDI-DF、丢包率、MLT-15、MLT-24等关键码流传输指标和同步丢失错、同步字节错、连续计数错误、传输错误等指标进行实时监测。 2.2链路监测 目前北京地区IPTV集成播控分平台直播源主要是北京电视台自办节目和CNTV中央播控平台的节目,包含75套标清、12套高清。北京电视台自办节目在最终推送给联通之前需要经过SDI信源接入、编码与TS打包、节目汇聚乃至最后输出等多个环节,每个环节都存在着出故障的可能。比如输入SDI信源中断、编码器故障引起的编码质量下降、交换机故障导致的网络传输异常等。因此对于整个传输链路中的各个环节的监测、保证节目从进入到输出的各个环都正常运行就显得至关重要。源自CNTV的节目传输虽然不像自办节目那样复杂,同样需要对其输入、输出进行监控,从而确保在出现问题的时候可以判断出是来自CNTV的信源有问题还是播控平台传输链路出现问题,继而能够快速准确的定位问题。 2.3设备监测 除了对信源进行实时的监看、监测外,对作为组成安全播出系统的各类设备的监测也极为重要,只有在这些设备工作正常的情况下才有可能保证播出的安全。因此建设一套设备监测系统对系统内各种设备进行实时监测显得必不可少。 2.4应急处理 根据实际的经验,节目传输过程中难免不出现异常现象。在出现音视频异态、网络传输异常或设备故障的情况下,要能够及时的恢复正常播出并对故障进行排查解决。 3.解决方案 根据北京IPTV集成播控平台系统、网络现状和整体安全播出保障体系的规划,我们将整个安全播出系统设计了6个子系统:信源监看子系统、信源监测子系统、设备状态管理子系统、全景调度子系统、切换子系统和集中管理平台。其中,信源监看子系统负责所有直播信源的直观展示,便于值班员第一时间发现问题。信源监测子系统负责所有信源的质量监测。设备状态管理子系统负责采集并呈现IPTV集成播控平台的网络和服务器等设备的性能状态。全景调度子系统负责依据监看监测结果定位故障点。切换子系统主要负责当出现问题时第一时间恢复播出并排查故障。集中管理平台负责全系统的业务配置,并能够清晰直观的展示节目在整个传输链路中的状态,同时负责播出人员排班、交接班、安全播出异态报警信息处理记录等功能。 3.1系统构成 3.1.1信源监看子系统 信源监看子系统主要负责所有直播、轮播信源的直观展示,包括SDI信源和IP信源的展示。系统包含了SDI信号监测网关和多画面监测系统。 SDI信号监测网关,负责监测输入SDI信号质量并同时将SDI信号编码后IP化,用于和编码器进行比对监测以及发生故障时排查定位。SDI信源监测网关的监测内容包括信源是否符合SDI信号标准、图像制式、信号格式等。同时提供以太网接口,支持基于网络接口的远程设备管理。 多画面监测,基于TS Over IP技术,提供了对电视节目的内容监测、多画面组合显示等功能,在显示监看的同时可对所有在监节目进行画面质量分析、判断,对故障画面信号进行故障收录触发,并通过语音提示、画面闪烁、短信等多种手段将报警信息及时、有效的传达值班员、运维人员与管理者,提高对故障处理的响应速度、保障节目播出的安全。 3.1.2信源监测子系统 信源监测子系统通过码流监测仪等设备负责所有IP信源的质量监测,实时分析码流传输指标。在本方案中主要关注的指标包括:媒体传输质量(Media Delivery Index)指标中延迟因素(DF)媒体丢包速率(MLR),网络带宽利用,TR101 290三级错误中同步丢失错和连续技术错,视音频播出异态中色彩格式错误、静帧故障及音频劣化等。对各类指标异常情况能够实时报警,最大限度降低故障带来的恶劣影响。 3.1.3设备状态管理子系统 设备状态管理子系统作为IPTV安全播出方案中不可或缺的一部分,对系统内各种设备状态、报警信息及设备之间因软件控制相互关系所提供的运行状态、报警信息进行采集、分析判断、智能处理,实现对系统的信号、流程、设备等状态进行监控,提供详细日志管理,为播出工作人员提供应急操作判断的辅助依据。设备监测主要包含如下两个方面: 服务器设备监测。对系统所使用的服务器、主机的进行实时监测。主要包括CPU、内存、硬盘等的实时使用状态以及核心应用软件的运行状态。 网络设备监测。对整个IP链路上使用到的主备编码器交换机,核心交换机、监测交换机的运行状态进行实时监测,清晰明了的展示某一节目的路由状态。 3.1.4全景调度子系统 全景调度子系统依据信源监看子系统、信源监测子系统和设备状态管理子系统在各点监测的数据生成信号传输拓扑链路,便于快速、直观判断定位故障点。该系统与集中管理平台系统联动,通过点击报警正文能够进入集中管理平台并将视音频或码流异常情况的详细信息呈现出来。同时还具备路由查询功能,对播出的信号按码流、节目等查询信号的路由链路,提供设备、端口、线路位置,并可以快速寻点,同时可以一目了然的查看信号的流程。 3.1.5安全播出切换子系统 安全播出切换子系统是安全播出保障的一个重要环节,采用直接控制编码交换机和核心交换机访问控制列表的方式进行组播码流通断的应急切换,从而达到对单一节目、单一编码器的快速上下线。当信源或传输链路出现问题时,该系统可辅助值班员第一时间恢复播出并排障。应急处理包括两个部分:应急切换控制和直播垫播。 应急切换控制主要是在发生故障时进行信源选择和传输链路的选择。目前的系统无论自办节目还是来自CNTV的节目都采用主备冗余的方式接入,在主路故障的情况下能够及时的切入备路信源保证播出的正常。传输链路中采用主备热备的交换机交叉级联模式,也为在某一交换机发生故障的情况下进行链路的自动或手动选择提供必要的网络支持。垫播系统则是在某一或多个节目的主备链路信号短时间全都丢失的极端情况下循环播放垫片保证播出的正常。 3.1.6集中管理平台 集中管理平台主要包括业务配置、报警历史查询、值班管理和系统配置等功能,系统管理员通过该系统能够对信源监看系统、信源监测系统和安全切换系统进行集中配置;同时通过值班管理功能进行排班,安排交接班工作。值班人员通过该系统能够查询视音频异态、码流异常报警及故障内容的查看,同时能够查询码流实状态及详细指标。 3.2业务流程 整个业务流程根据输入信源展开,不同的信源业务流程有所不同,形成了一套“信源接入→监测调度→配置管理”的业务流程。 3.2.1业务说明 信源接入:信源包括SDI和IP信源。信源通过SDI分配器将SDI信源分配出来并传递给SDI视频网关进行SDI信源的监测。IP信源主要是经编码器编码后的节目,包含北京台自办节目和来自中央集成播控总平台的节目。 监测调度:包括解决方案中涉及的信源监看、信源监测、设备状态、应急切换等子系统。这几个系统之间相对独立又互相关联,通过全景调度子系统进行统一的调度管理来实现监测业务的开展。 配置管理:通过集中管理平台为系统管理员和值班人员提供了必要的系统管理、配置接口,用于报警处理、日常维护、值班管理等业务的开展。 3.2.2监测流程说明 SDI信源信号首先进入SDI信号监测网关,SDI信号监测网关开始对SDI信号进行监测,将SDI指标数据传输给全景调度子系统进行展示,接着将SDI信号编码并打包形成TS节目流进入多画面进行比对监测。IP节目再经由以太网络进入系统后,由码流监测仪、多画面监测等设备在编码交换机和核心交换机两级交换机的端口上设置监测点进行码流与视音频正文内容的监测,码流监测仪将码流监测分析结果实时的传给全景调度子系统,多画面监看除了将监测分析获取的视音频异态报警结果传给全景调度子系统外还会实时的在大屏上显示视音频内容以及告警信息。 全景调度子系统将从SDI监测网管、码流监测仪、多画面监测获取的实时状态集中的展示,在发生告警的时候进行智能归并,确认故障发生的根本位置,在全景调度子系统链路上将故障位置清晰无误的标注出来,从而实现了故障快速定位,同时对于已发生的故障告警可以进行历史查询。 3.2.3应急切换流程说明 应急切换系统与监测系统进行联动,提供自动和手动两种切换方式,通常情况下在某路节目主信源中断的情况下进行自动的切换:首先由码流监测仪进行码流的实时监测,在判定某一路节目中断的情况下将中断节目的相关信息通过TCP通信的方式传递给应急切换子系统,切换系统则根据获取得到的中断节目信息进行相应的切换操作。通常切换时间控制在2秒以内,且不影响其他节目的正常播出。 整个系统根据实际使用情况来看,有以下几个特点: 整个系统符合《广播电视安全播出管理规定 IPTV集成播控平台实施细则》指的总体要求,能够在第一时间发现问题、第一时间定位问题、第一时间解决问题。 监测全面无盲点,无论SDI信源、IP全链路还是设备,全部纳入监测、管理范围内。 全链路传输监测展示,出现问题能够直观清晰的展示出来。 采用双机热备模式,系统具有高度可靠性。 各个子系统之间集成度高,集中管理方便。 结束语 北京地区IPTV集成播控分平台中直播系统的播出安全方案设计体现了网络化的技术特点和IPTV的实际业务需求。这一方案所能起到的作用必将随着今后IPTV的进一步应用推广得到验证。同时,也需要随着使用的深入逐步总结出最佳实践,保障IPTV业务稳定运行和持续发展服务。 参考文献: 余成伟,IPTV业务监测技术方案,现代电信科技,2011(01) 王瑾,浙江IPTV集成播控平台监看监控系统,广播与电视技术,2012(03)
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