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SDI+IP播控系统安全性设计与实践

2023-09-30 王新熙 依马狮视听工场


【摘要】 宿迁台新建的SDI+IP高清播总控系统,既运用多种手段提升系统安全性,又对IP播出做了探索,在设备配置、信号源提供和运行策略上都符合安播要求,并做适当提高。结合系统设计与建设中的经验,以及后续实操情况,分享对播出安全和系统建设的思考。

【关键词】 播出  SDI+IP  系统  安全

 

2022年6月,总局《关于进一步加快推进高清超高清电视发展的意见》发布,文件要求“加快推进高清超高清电视制播能力建设”,“到2025年底,地级和有条件的县级电视台全面完成标清电视向高清电视的转化”。宿迁台在2021年建成了一套高标清同播的播总控系统,已经运行一年有余,希望能够给将要新建系统的市县台提供一些参考。

 

一.项目概况

该系统按照《<广播电视安全播出管理规定>电视中心实施细则》的三级保障电视中心要求进行设计,并且按照细则“有条件的电视中心应提升安全播出保障等级 ”精神,将部分设备提升到二级保障电视中心标准。

系统定位为高标清同播系统,3个频道,在末级下变换输出标清信号。我台现播出2个频道,保留1个频道用于日常测试播出节目,调试线路信号。系统是以SDI为主的SDI+IP混合结构,主备服务器输出SDI信号,三备服务器输出IP信号,通过IPG转换后进行切换。系统同时具有播出控制和总控调度、传输分发三种功能。

系统具有多重安全防护手段,各频道分控主备全程平行,无单一崩溃点,单个硬件故障时可在线更换修复,不影响整体播出业务。主备数据库双机热备,自动切换 ,保证安全播出需求。配备3个节点的集群作为二级存储,循环垫片播放器,蓝光录像机和播出一体机作为应急信号源。

系统具有合理完善的素材自动技审、迁移、管理、删除策略。节目采集上载为25Mb/s码率MXF文件,播出1.5Gb/sHD-SDI信号和IP无压缩码流。末端IP编码器输出高清信号有效码率8Mb/s,标清4Mb/s。

 

二.系统设计

1.完善的供电

为了提高供电安全,系统设计了双ATS切换、双路UPS,双路市电分别经ATS自动切换后送主备路UPS给播出系统供电。单路UPS供电能够满足负荷工作30分钟以上。设备间和监看大厅都是双路UPS电源,有双电源模块的设备分别接入主备UPS电源。单电源模块的主、备设备分别接入主备UPS。

台内自备一套800KW柴油发电机组作为应急电源,可以在2路市电全部停电时保证播出等节目生产系统和机房空调等设备连续运行。

 

SDI+IP播控系统安全性设计与实践

图1 双路供电

 

2.系统架构

总控以64×64路矩阵为核心,分控使用主备16×4路矩阵调度信号,末端分发高标清SDI和编码IP信号。总控可调度外台转播、现场直播、新闻演播室和智能化机房SDI信号,播出信号可以向电台、发射台、无线客户端和广电网络公司、移动、电信等单位分发。

系统设计时,考虑到SDI设备比较成熟,而IP播出设备尚未普及,讨论后决定分控主备通路使用SDI信号,第三备使用IP信号并通过IPG转换为SDI。主备通路均采用3选1作为应急切换设备。

SDI主备之外,增加IP三备通路,是在保障安全的前提下探索新技术。IPG提供净静切换功能,配备10G SFP+光模块接口,可转换无压缩高清码流。通过IPG接入线路信号,播出服务器节目或线路信号时,3选1都有3路信号供切换。

 

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图2 分控系统

 

3.分控主备信号全程平行

如图所示,凡是有主备的信号,主信号源在主分控矩阵作为主输入,备信号源在备分控矩阵作为主输入。主分控矩阵输出作为主3选1的主输入,备分控矩阵输出作为备3选1的主输入。在正常情况下,从信号源到编码器,主备通道信号全程平行。

4.监看监控监测

监看大屏分割多画面时将信号源子画面并列一排,分控矩阵之后画面按先后顺序排列,便于理解和快速查找。大屏子画面可提供音频静帧、视频静帧、视频黑场和视频丢失的文字提示,并在子画面使用闪烁的黄色、红色边框提醒值班人员。

单独配置一台iControl 服务器,监控和调整周边设备。在设备间单独配置16×4矩阵和监视器,用于技术人员监看、调试外来信号、分发信号。

预警和监测服务器通过汇聚各服务器信息,以图形化方式直观展示,帮助值班人员快速处理,提高应急操作效率。

 

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图3 监看大厅

 

5.分布式集群存储

单台播出播出服务器内置RAID,存储容量达到12TB以上,可以存储1000小时节目文件。近线存储是3个节点的分布式集群,单个节点24块8T硬盘,可用存储空间436TB。节点内物理磁盘虚拟化为 OSD,分组后创建虚拟存储池,提供存储资源。通过管理软件可以监测集群健康状况,及时发现主机异常。与单个RAID盘阵比起来,分布式集群存储增加了冗余度,提高了安全性。

6.异构主备

主备服务器是采用linux操作系统的Harmonic SpectrumX,三备服务器是采用windows操作系统、配备RB8播出板卡的R740XD。主编码器是Harmonic CP6000,备路编码器是数码视讯EMR 3。授时信号源使用北斗/GPS 双模卫星校时钟。

主备异构,由于操作系统、设计思路、工作方式等方面的差异,可以避免同时出现、同样错误导致系统瘫痪。工作中就遇到过节目文件出错,主备服务器播放节目声音只有单声道,而三备有双声道的情况。

7.多种信源

信号源尽可能配置不同来源。比如CCTV1,提供中星6B和中星9号、广电网络公司光缆3个信号源。对于演播室信号,考虑到跨楼层后接地点不同会引入杂波干扰,电缆过长带来畸变、抖动,SDI信号有崩溃风险,提供了主备电缆和主备光缆。重大活动现场直播时提供不同路由的主备光缆和5G传输的三备信号。

系统提供多种应急信源,包括垫片播放器,蓝光录像机,播出一体机。垫片播放器循环播放风光片作为热备应急信号。日播类节目生成文件时,为防止打包故障,同时下载一份蓝光盘作为应急。其他节目若文件损坏、无法及时上载,也可用蓝光录像机应急播放。播出一体机与整个制播网络物理隔离,可在网络无法传输等状况下拷贝文件并播放。

8.与演播室互连

台内现有400平米新闻演播室,250平米演播室和1200平米演播大厅与播出总控连通。只有新闻会日常直播,所以只对新闻演播室的授时、通话、同步进行了互连,其余提供光缆备用。新闻演播室系统自备授时、同步设备,以总控授时、同步信号作为参考基准。考虑到电缆比较长,同步信号相位可能偏移,SDI信号通过帧同步进入总控、分控矩阵。

9.收录与回放

播出系统配置专用工作站,收录末级主、备路高标清SDI信号,用于自台监看、事故调查。在编码器之后,有线电视提供综合频道标清节目回看。播出主备信号还分别送给移动、电信网络电视平台,能够避免两家同时中断。移动、电信的网络电视可以提供2个播出频道的高清节目回看。通过对比自台收录和节目回看,可以追溯播出状况,判断故障点和事故原因。

10.帧同步配置

考虑到日常主要使用的线路信号是CCTV 1、现场直播、演播室,所以配置了6块帧同步卡供其主备通路直连到总控、分控矩阵。另外提供2块帧同步、2块变换器板卡,可以经总控矩阵调度使用。变换器可以上变换标清信号,也具有帧同步功能。

11.播出信号分发

主备路播出信号在末级经下变换后输出标清SDI信号,经光缆送发射台。末级主备路高标清SDI信号分别进入主备编码器,与电台编码信号一起,通过传输交换机光模块单向发送到有线前端,进入DCM平台后可以主备自动切换。

主备传输交换机各送2路光信号到广电网络公司,因此市县平台也有主备光信号。目前使用1路光信号,通过交换机转换为电信号后进入市县传输平台,各县区台接收后解码为SDI信号。将来增加1台交换机和IP码流2选1切换设备后,就具有主备自动切换功能。

 

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图4 市县传输

 

12.网络互连

系统配置主备核心交换机,通过万兆电缆堆叠。单独配置一台监控接入交换机用于设备监控,技术人员可以通过网络在监看大厅集中巡查设备。使用通用交换机作为IP控制矩阵,连接IP播出服务器和IPG,具有48个SFP Plus端口+2个QSFP端口+4个100G QSFP28端口(可兼容40G)。制播网络统一部署等保系统,播出与制作网络间通过万兆防火墙互连,安装杀毒软件。应急上载使用USB安全隔离器接入。

13.人机工程

机房分成设备间和监看大厅2个部分。值班人员与机器共处一室时,身体冷暖感受和机器要求有较大差别;机器也容易因环境开放造成灰尘聚集,引发故障。为了提供舒适的工作体验并保护设备,播控站等设备都安装在设备间机柜内,保留遥控面板、显示器键鼠在控制台。设备间安装精密空调,采用通道式设计,提供恒温恒湿和较少灰尘的环境,保障设备运行稳定可靠。  

 

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图5 设备间冷通道

 

三.建设经验

1.提前和全面介入

系统设计之初,我们就把以往经验教训、设想和注意事项告知售前工程师。系统建设中,与项目工程师一起查看施工现场,检查图纸、设备和线路信号,不断完善整个系统,以使其符合实际工作需求。有些设备的功能、性能不反复检验就发现不了问题,一定要仔细检查、反复测试。

台内系统维护工程师对本单位实际情况最了解。对于系统技术要求,运行机制、配置调整,不能让项目工程师单方面决定。比如新闻类节目,为保证时效性通常定稿较晚,提交播出时已经距离播出时点很近,如果因为技审耽误时间,很容易造成播出事故。因此取消新闻上传时的技审环节,由制作部门审片同时负责技审即可。系统设置方面,比如上载账户是否要拥有管理员权限,全体上载人员是否共享单一账户,节目交播关门时间留多长为好,不同节目如何实现定期自动删除等等。硬件细节方面,比如有些机器是侧进风,安装机架L型托板时要保证竖边向下,避免堵住风口,防止灰尘聚集造成温度升高、机器损坏。

2.片源准备

标清播出迁移到高清系统前,要准备一定数量高清节目,做好过渡期衔接。原有标清节目要继续播出的,需要重新制作为高清节目,注意声道、幅型比等要符合要求。现在高清播出系统可以通过设置AFD,自动进行幅型变换。但为了避免设置错误造成播出事故,我们都重新制作后播出。在新老播出系统同时运行期间,要分别提供高标清文件。

3.上下游演练

通过上下游演练,能够发现新系统对外衔接是否正常,有利于消除安播隐患。主备路编码信号在有线前端DCM平台可以自动切换,即检测到主路视频或音频码流中断后切换到备路,前提是备路视音频码流都要正常。我们演练发现,播出测试图无伴音情况下,编码信号内没有音频码流,主路中断时不会切换到备路。后将备路编码器设置为重新采样,即无音频时填充数据包,保证视音频都有码流,解决了DCM平台自动切换问题。

4.传输线路安全

到有线前端、无线发射的传输是租用某通信企业光缆线路,已经考虑了不同路由以提高安全性。但该企业外包给第三方维护施工,对于电视播出安全的重要性理解不到位,认为中断后只要修复就可以,与广电安播分秒必争的要求差距太大。后来主备线路都改用广电网络公司线路,因为双方都重视安播,有效提升了安全性。

5.设备资料及时汇集

一个播出系统包含的设备种类是多种多样的,说明书包括纸质和电子文档,既有进口设备的外文文档,也有国产设备的中文文档。将来时间久远,人员流动,如果资料不完备,就很难做到良好的维护。对于只有纸质文档的,我们及时进行扫描保存。对于进口设备文档,及时翻译成为中文。所有资料集中存储,共享给技术人员学习和使用。

 

四.几点思考

(1)本系统为了在主备路3选1处能够切换三备信号,第三备IP播出服务器信号经IPG转换为SDI送到分控主备路。IP播出服务器具有字幕叠加等一体机功能,如果将三备IP信号单独编码,在编码器之后配置3选1,就形成全程3通道切换。

或者取消3选1,IP信号编码后直接送给有线前端,则DCM平台具有三路可以切换的已编码信号。进一步考虑,三备可以选择不同于主备的传输路由、方式,播出安全就得到了更大的提高。

 

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图6 系统改进

 

(2)本系统设计时从质量、稳定性、成本等方面考虑,主要设备选择了哈雷服务器、编码器和GV周边。从产品设计思路、使用情况、售后支撑、沟通的及时性方面看,进口与国产设备各有千秋。国产设备有自身的一些优点,比如使用中文界面,价格低,售后服务快,沟通及时等。究竟是使用国产设备还是使用进口设备,需要结合自身实际情况,对运维成本和替代成本等方面进行综合比较。

(3)系统正式开播后一般不会再进行各种破坏性试验,很难知道紧急情况下的细节及如何处理合适,一旦遇到重大事故等突发情况,很难应对。因此,应当在系统建设完成后,正式开播之前即对掉电直通等功能予以检验,进行系统重启,应急演练,制定应急预案。对于应急演练涉及的线路、软件、设备和相关单位出现的状况都要全面予以总结,形成详细的书面资料,留待以后查询参考。

 

五.结语

播出系统从手动到自动,从模拟到数字,技术日新月异,但对安播的要求从未降低。无论技术如何先进,都需要落实到工作实践中,才能够保证安全播出。展望未来,随着社会发展技术进步,播出系统的形态可能出现更多、更大的变化,我们需要密切跟踪媒体技术的发展,不断学习,让新技术和实际工作紧密结合,才能更好地服务于节目生产和传播。

播出 SDI+IP 系统 安全

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