扬州电视台数字化总控调度与播控切换系统设计

 
徐俭
江苏省扬州广播电视总台  

【摘要】 本文从系统设计原则、总控调度系统设计、播控切换系统设计等方面，介绍了扬州电视台数字化总控调度与播控切换系统设计体会。
【关键词】 总控调度系统  总控矩阵  播控切换系统  播控切换台

　　作为扬州电视台数字化播控系统重要的组成部分，数字化总控调度与播控切换系统是以总控矩阵和主备播控切换台为核心设备，加上周边设备和技术通话设备等组成。数字化总控调度系统是全台信号调度的枢纽，负责台内所有演播室信号、台外卫星信号、光纤信号、微波信号的集中处理、调度和管理。数字化播控切换系统是全台4个自办频道播控切换的核心，负责全台4个自办频道所有专业光盘录像机信号、视频服务器信号、演播室信号、台外卫星信号、光纤信号、微波信号等播出信号源的控制与切换。

　　一. 系统设计原则

　　1.安全可靠性原则

　　对数字化总控调度与播控切换系统最重要的要求是确保系统运行的安全、可靠、稳定，因此安全可靠性原则是本系统设计时应遵循的首要原则。系统设计时应注意选用工作稳定和性能可靠的设备，并进行必要的设备级和系统级备份冗余设计。

　　2.先进性原则

　　在设计数字化总控调度与播控切换系统时，要充分考虑技术的先进性和前瞻性，设计者要有一定的超前意识，以适应广播电视技术的发展趋势。

　　3.高技术指标原则

　　要求数字化总控调度与播控切换系统视音频传输通道的技术指标应达到国标或行标甲级标准，系统设计时要严格把握视音频传输通道技术指标，应尽量选择技术指标高且技术指标可调的设备来构建数字化总控调度与播控切换系统。

　　4.易操控性原则

　　在满足数字化总控调度与播控切换系统必要功能的前提下，应尽量兼顾信号调度和播控切换的灵活性、合理性以及功能使用的方便性，系统结构应尽量简明，设备操作与控制应尽量方便、快捷，应急操作应简单、快捷、有效。

　　5.可监管性原则

　　设计与建设数字化总控调度与播控切换系统，必须确保系统可监控、易管理，便于建立数字化播控系统的全系统一体化智能监控系统，对全系统设备运行状况进行实时精细化监控与管理。

　　6.可扩展性原则

　　设计与建设数字化总控调度与播控切换系统，应尽量选择性价比高的设备，系统主要设备如总控矩阵、播控切换台、周边设备等，应具备一定的灵活扩充能力或留有一定的扩展余地。

　　二. 总控调度系统设计

　　1.总控调度系统主要功能

　　（1）对台内演播室信号、台外信号进行帧同步、延时等技术处理后提供给各个自办频道播控系统。（2）为台内各个演播室提供直播所需的外来信号。（3）为台内各个演播室和各个自办频道播控系统提供同步基准信号和标准时钟信号。（4）采用16×2SDI切换矩阵对台外多场点现场直播信号进行二次切换和预选后，提供给台内各个演播室。（5）监测各个自办频道在播信号技术质量。（6）监测进出总控矩阵的信号的技术质量。

　　2.总控矩阵选型

　　总控矩阵选用了1只Miranda NV5128的64×64标清SDI矩阵，数字视频采用加嵌音频的标清SDI格式，总控矩阵与主备播控切换台采用相同品牌的相同机箱、输入板卡、电源、风扇等模块，便于总控矩阵与播控切换台相关模块互相备份，并共享备品备件库，且总控矩阵与主播控切换台共用1个NV5128机箱，主播控切换台能够与总控矩阵共享所有信号源及其名称。NV5128矩阵的主要特点：（1）模块化多格式结构，所有板卡包括电源、风扇均采用前部热插拔。机箱中具有8个输入槽位和8个输出槽位，每个槽位支持16路输入信号或16路输出信号。输入、输出模块各自独立，以16路为步进，支持从16到128的所有配置，可以配置80×64、96×80等异型矩阵。（2）机箱中无128×128交叉点模块，而是在每个输出模块上集成128×16交叉点芯片，形成分布式交叉点结构，有效地降低交叉点故障风险。（3）矩阵本机控制模块采用主备设计，RS-422串口和以太网端口均采用冗余双端口控制，并采用外置独立的主备2台装载NV9000矩阵控制软件的服务器对矩阵进行控制与管理，确保矩阵与矩阵控制系统的连接链路冗余。对矩阵各个控制面板采用并行链路管理，支持在矩阵正常工作的情况下在线增加矩阵控制面板，并支持第三方软件自动控制。利用NV9000提供的矩阵配置管理软件工具NV9000-SE，可以逐个面板地编辑配置各个硬件面板及其按钮功能，设置矩阵及面板的路由、权限、源名等。NV9000-SE也可以作为独立的GUI软件面板使用，对矩阵交叉点进行切换控制和显示。（4）选用1只NV9601 X-Y64×64矩阵控制面板作为总控调度面板，可以设置为XY模式或多目的模式。选用2只直切型NV9602单母线64×1矩阵控制面板作为总控机柜和总控控制台处的技监切换开关。所有面板均通过标准的RJ-45连接器与矩阵控制网络的交换机相连。（5）机箱采用主备2组独立电源，每组包含5个冗余子电源，所有子电源共同为所有板卡供电，可有效地延长2组电源的使用寿命。机箱内部设计有独立的散热风道，采用工业级长寿命涡轮式冗余风扇，室内空气从机箱正面吸入、从后面排出。（6）机箱采用双路视频同步输入和双路AES音频同步输入，支持对SDI信号进行电缆均衡和时钟再生，保证信号最佳质量。

　　3.周边设备

　　总控调度系统的周边设备与播控切换系统的周边设备采用了相同品牌和相同型号，周边设备中的数字视频分配处理器、帧同步处理器、音频加嵌器、音频响度自动控制器、B.B同步信号模拟视频分配器等选择了Evertz7700系列产品，ASI解码器、ASI编码器、数字视频延时器、台标时钟机、测试图信号发生器、多画面分割器、控制台用小屏幕监视器选择了国产品牌产品，电视墙大屏幕监视器选择了三菱LDT461V 46英寸液晶监视器。

　　4.光传输系统

　　光传输系统选择了Evertz7700系列光传输设备。（1）面向无线发射台的光传输设备：配置1个发射机机箱、1个接收机机箱、2块-7dbm发射功率、输入ASI信号的光发射模块、2块-32dbm灵敏度、输出ASI信号的光接收模块，发射机机箱和接收机机箱均配置双电源。在接收端配置5台可以输出SDI信号和模拟复合信号的ASI解码器。（2）面向台外现场直播场点的光传输设备：配置14个紧凑型单模块发射机机箱、1个双电源发射机机箱、16块-7dbm发射功率、输入SDI信号（嵌入音频）的光发射模块。配置2个接收机机箱，每个接收机机箱均配置双电源、16块-32dbm灵敏度、输出SDI信号的光接收模块。 [Page]

　　5.ASI切换系统

　　由于我台数字化播控系统具有多路外来SDH或卫星的ASI信号输入，我们配置了1只Miranda 16×16ASI矩阵及1个16×16ASI矩阵遥控面板，对所有进入数字化播控系统的ASI信号进行切换选择，选出4路ASI信号进入ASI解码器，解出SDI信号，再进入总控矩阵。

　　6.台外多场点现场直播二次切换系统

　　采用1只LEITCH 16×2SDI静净切换矩阵及1个16×2SDI切换矩阵遥控面板，对台外多场点现场直播信号在台内播控机房进行二次切换和预选，然后提供给台内各个演播室，以满足规模较大的现场直播活动比如在台外多个场点进行并行或串行直播、在台内进行二次切换的信号处理需求。

　　7.同步与技监系统

　　同步系统选用了2只Tektronix同步信号发生器SPG300及1只Tektronix同步信号倒换器ECO422D。在总控机柜和总控控制台处分别配置1只Tektronix WFM6120数字视频测试仪，将总控矩阵的2个输出端口接入2只Tektronix WFM6120的一路输入端，对总控矩阵任意输入信号的技术指标进行监测。将矩阵的MON输出端口接入1只Tektronix WFM6120的另一路输入端，对总控矩阵输出信号的技术指标进行监测。总控控制台处音频监听器选择了1只WOHLER/AMP1-VSA，4个自办频道播控控制台处音频监听器选择了4只国产品牌产品Monler-FM。

　　8.时钟系统

　　时钟信号作为播出控制和切换的参考信号，对播出业务而言十分重要，我们设计了完备的时钟系统。主备GPS卫星校时钟通过天线与卫星校时，通过时钟倒换开关进行主备热切换后的时钟信号再通过时码分配器和RS-232接口分别送给子钟、播出控制网络及字幕网络。

　　在播出控制网络内部设置主备时钟服务器，由主备数据库服务器兼任，向数字化播控系统各个服务器和各个播控工作站广播时间信息，各个播控工作站通过以太网与时钟服务器实现校时，当主时钟服务器出现故障时，各个播控工作站会立即报警，可手动倒换到备时钟服务器。

　　时钟信号通过RS-232接口接入网络字幕服务器，网络字幕服务器通过以太网对字幕网络中各个字幕播出工作站进行网络校时。

　　9.通话系统

　　数字化播控系统的通话系统主要服务于现场直播切换业务，由直播切换导演通过通话系统与现场直播人员进行实时通话。为便于节目总导演对各制作点的指挥，在总控控制台处切换工位配置了1台车载式无线通话基站（设置为对讲状态）和1台4通道Party-line制作通话主站（含鹅颈话筒），与各演播室的通话系统联通。

　　三. 播控切换系统设计

　　1.播控切换系统主要功能

　　（1）对多路SDI视频（嵌入音频）信号源进行自动或手动切换，每个频道播控切换系统参与切换的信号源包含主备专业光盘录像机、主备视频服务器、主备CCTV、各演播室、垫片、测试图以及卫星、光纤、微波直播等12-16路SDI信号。每个频道配备独立的操作面板，操作面板能够提供12-16路SDI信号的直切型切换，便于应急操作时快速响应。（2）至少具备二层外键，将字幕、台标和时钟信息键入主播出信号的指定位置，能够受自动播出软件控制自动上键和下键。（3）对播出信号的音频响度进行手动调整和自动控制。（4）播控切换设备具备基于外同步基准的校正功能，自动矫正窗口至少为±1/2行。

　　2.播控切换系统技术架构

　　构建播控切换系统通常有三种方式：（1）采用矩阵+键混器。（2）采用切换开关+键混器。（3）采用切换台。

　　由于多数矩阵不具备静净切换功能，所以采用矩阵+键混器实现播控切换的方式并不多见。

　　采用切换开关+键混器实现播控切换时，每个播出通道通常采用1只16×2切换开关与1只键混器串联，优点是系统成本相对较低。缺点是：（1）不便于实现信号源共享，需总控矩阵为每个通道均预留矩阵输出端口，以实现共享信号调度。（2）不便于实现多频道共享备用字幕机。（3）无法节约视频分配等周边模块数量。（4）增加了系统串联故障点。（5）不便于实现嵌入音频响度调整。（6）若主备播出通道都采用切换开关+键混器实现播控切换，则需配置2×1主备 SDI切换开关。

　　采用切换台实现播控切换时，缺点是系统成本相对较高。优点是：（1）便于实现信号源共享。（2）内置多通道键混器，便于实现多频道共享备用字幕机。（3）可节约视频分配等周边模块数量。（4）系统结构紧凑简单，减少了系统串联故障点。（5）便于实现嵌入音频响度调整。（6）若主备播出通道都采用切换台实现播控切换，利用切换台Bypass输入功能，则无需配置2×1主备 SDI切换开关，主备播出通道可共用1个切换台面板，且可配置软件面板作为切换台硬件面板的备份。

　　我们对4个自办频道的主备播出通道均采用了切换台实现播控切换，具体做法是：(1)4个主通道与1只总控矩阵共享1个机箱，安装1只64×64总控矩阵+4个主播控切换台对应的4块主播出处理卡，播出处理卡具备独立的交叉点模块，可以直接调取总控矩阵所有的输入信号源，实现所有的信号源(包括视频信号源和键源等)在4个频道主备通道之间的共享。(2)对总控矩阵的控制和每个通道切换台的控制采用了完全独立的控制链路。4个备通道共享另1个结构相同的机箱。两个机箱内部主备通道硬件设备能够实现互换。(3)每个频道配置1个切换台面板，控制该频道的主通道和备通道，同时配置1个软件面板作为所有硬件面板的备份。(4)主备切换台的机箱均配备热插拔冗余主、备电源，主、备电源可单独负荷正常工作。（5）4个频道主备切换台的输入、输出端和周边设备等信号传输通道设备的输入、输出端均设置有跳线。

　　3.播控切换台选型

　　4个自办频道的主备播控切换台均选择了Miranda NV5128机箱，每个频道主备播控切换台共用1块（4个频道共4块）Miranda NV5128紧凑型全功能硬件控制面板NV5128-MC-CFCP，另外配置了1只PC平台全功能软件控制面板作为主备播控切换台硬件控制面板的冷备份。4个频道主备播出通道选择了8块NV5000-MK-SD紧凑型标清播出处理卡，每块NV5000-MK-SD占用NV5128机箱的1个输出插槽，在1个机箱内构架相互独立的4个频道的4个播出通道。主备播出通道采用完全相同的物理结构，便于进行系统维护和使用操作，每块播出处理卡集成有独立的128×16交叉点模块。4个主播出处理卡与总控矩阵共享1个NV5128机箱，4个主播出通道能够与总控矩阵共享所有的64路信号源，不仅减少了相同信号所用的视频分配设备，而且减少了设备连接环节，也减少了系统故障点。主备通道均具备PGM输出、PST输出、Clean(净信号)输出、Bypass in(应急旁通输入)等端口，我们将4个频道4路备播出处理卡的PGM输出接入对应的4路主播出处理卡的Bypass控制开关的Bypass in应急输入，让4路主播出处理卡的Bypass控制开关担当为4个无源的2×1主备SDI切换开关。每块NV5000-MK-SD播出处理卡具备3路线性外键、1路内键Logo，3路外键分别输入Logo信号、CG信号、备用CG信号，具备双路视频同步输入端子，并可共享NV5128机箱输入的双路AES音频同步输入信号。每块NV5000-MK-SD对于所有视频输入都能进行最大±1/2行的自动时基校正。4个频道主备播出通道均能共享第5台字幕机(备用CG)的KEY和FILL信号。机箱本身为无源设备，且机箱配置双电源、双控制卡。每个频道主备播出通道均可对嵌入音频响度进行手动调整和自动控制。具有良好的可扩展性，只需增加播出处理卡便可增加播出频道。2个机箱4个频道主备8个播出通道的8块播出处理卡均具备独立的输出接口和控制接口，每块播出处理卡可通过以太网、RS-422同时被控制面板和自动播出软件控制，8块播出处理卡完全独立工作。 [Page]

　　四. 结束语

　　扬州电视台数字化总控调度与播控切换系统设计建成投入使用后一年来的运行实践表明，该系统的安全可靠性非常高，视音频传输通道的技术指标达到或超过了国标或行标甲级标准，日常的值机工作和技术维护与技术保障工作比较容易做到规范化，不仅满足了台内所有演播室信号、台外卫星信号、光纤信号、微波信号的集中处理、调度和管理等需求，也满足了全台4个自办频道所有专业光盘录像机信号、视频服务器信号、演播室信号、台外卫星信号、光纤信号、微波信号等播出信号源的控制与切换等需求。2010年4月25日在扬州市区举行了“中国扬州第五届鉴真国际半程马拉松比赛”，中央电视台联合厦门电视台和扬州电视台对该项赛事的赛况成功进行了全程现场直播，其间中央电视台与厦门电视台的技术同行对我台数字化总控调度与播控切换系统的技术架构和整体功能给予了充分肯定。B&P