一 系统设计

    广西电视台数字播控系统设计以“网络化数字播出”为核心，兼顾现有的模拟设备和模拟信号源，系统结构合理、功能齐全、技术先进，自动化、网络化程度高，易于扩展和升级，运行稳定可靠。

    播控系统设计成全数字格式，所有外来的模拟信号，包括各演播室的信号均经过总控系统统一进行A/D(模/数)转换成SDI信号后再送入播控系统。系统选用嵌入音频传输方式，这种方式提高了音频信号的抗干扰能力，彻底避免了由于视音频延时差造成系统的视音频不同步的现象，在播控系统内部也省去了模拟视音频矩阵和数字音频矩阵等诸多音频处理设备，简化了系统设计，节省了大量的资金。系统非常简捷清晰，易于维护及监控，大大提高了系统的稳定性和播出的安全性。

    播控系统完成广西卫视、文体、生活三个频道节目的数字播出。考虑到系统的安全性和资金的合理投入，播控系统设计采用了以视频服务器播出为主、传统的录像机播出为辅的盘带结合播出方式。系统的工作流程如下：正常情况下，系统以视频服务器为核心，在播出网络中通过上载终端控制录像机将节目素材上载至视频服务器中存储待用；由节目单编辑工作站完成节目单的编辑及播出表的生成；在播出工作站调出每天的播出表，通过数据库服务器访问视频服务器，按播出表顺序播出通过审核的节目素材，完成每天的节目播出。一旦视频服务器播出系统出现任何故障，则将播出切至录像机播出系统，采用传统的节目带播出方式，在信号处理流程中，将信号送至播出矩阵，通过A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，通过切换台切出播出信号，完成信号的数字播出；考虑到设备的备份及播出安全性，系统中的上载录像机可兼做播出录像机使用。

    二 系统设备的选型

    1、视频服务器 系统中选用了三台美国GVG公司生产的Profile XP 1000系列视频服务器，该服务器采用MPEG2 4:2:2 @ Main Level 压缩格式，传输码率从4Mbps～50Mbps可调，支持数字音频、嵌入音频等多种音频格式，有32×32的内部矩阵和帧存储器，支持帧精度剪辑和流传输，通道数最大可扩展到8个。系统配备了40个73GB的SCSI硬盘，可存储128小时的高质量的节目(12Mbps码率)，支持带电热拔插。由于硬盘阵列采用了RAID 3数据冗余备份方式 ，即通过奇偶校验的方式来修复丢失的数据，从而保证硬盘阵列中的任意一块硬盘出现故障时，不会造成停播事故。在更换坏硬盘后，硬盘阵列会自动将数据恢复到新硬盘上，从而提高了数据存储的安全性，保证了播出安全。三台服务器共配备了10个输入通道和14个输出通道，完成三个频道节目的上载、存储和播出工作，并为今后增加频道留下扩展空间。

    2. 播出主切换台

    结合广西台播出量大、播出方式复杂的特点，我们选择GVG公司生产的M-2100数字切换台作为我台三个频道的主切换台。该切换台可实现单面板控制多频道播出（为安全起见和操作、应急方便，我们没有采取此播出方式），兼容标清和高清两种数字电视格式，支持嵌入音频、数字音频和模拟音频等多种音频格式，有专门的音频调整和监听模块，非常适合在播出中对音量进行调整，方便音频监听，有利于提高播出的质量。M-2100内建4路无极调节半透明的数字键控器，在播出中可方便实现台标、时钟、滚动字幕、广告角标等的自动上下键，还具有一个可设置级别的clean输出端口，方便我们在播出中的一些特殊应用。M-2100是一款功能强、操作灵活方便、稳定性好、性价比高的播出切换台。

    3. 录像机

    由于广西台现有的节目带以Betacam SP模拟格式为主、少量BVU格式和DVCPRO 50格式、Digital S格式，还有一些DVW格式的节目带，因此在播出系统中必须配备相应格式的录像机才能保证多种格式节目内容的上载和播出。系统中我们选用了8台SONY DNW-A65P编辑放像机和2台SONY MSW-M2100多格式放像机作为节目上载和播出的主用机型。两种型号的录像机均可向下兼容重放Betacam SP格式的节目带，且内置音频嵌入器，可直接输出SDI信号，符合系统设计要求，节省了A/D设备及嵌入器的使用，节约了投资，简化了系统线路；系统中还配置有4台DVCPRO 50录像机和少量Digital S、BVU—950P录像机，使系统得以正常运转。

    4. 矩阵

    播控系统内部配置了一台TALIA 32×16的数字视频矩阵，用于各频道信号源的调度，实现三个频道之间的设备和信号源的共享。

    5. 周边设备

    系统中周边设备采用了以史诺维思的智能IQ模块为主、TALIA视音分为辅的设计思路，史诺维思的智能IQ模块具有指标高、性能稳定可靠、可通过终端机对其进行参数的配置和调整以及在线监控等优点，是目前世界上最先进的周边设备产品之一；而部分选用TALIA产品，是考虑系统整体性能要求和系统造价等综合因素的结果。

    三 系统的功能和特点

    1. 视频服务器的配置使用

    按实际应用，我们给每个频道配置了两个上载通道、两个播出通道、一个回看通道。另设两个共用上载通道、一个共用回看通道、四个远程上载通道、一个远程上载回看通道和一个公用的垫片通道。

    系统中采用上载、播出由同一服务器完成的工作模式。三台服务器以两两互为备份的方式连接，通过内嵌的FC(Fiber Channel)网实现视音频数据的实时镜像备份存储，如图1所示。

    


    该连接方式具有以下特点：

    * 三台服务器中任何一台出现故障，仍可保证两个频道正常的主、备镜像播出，第三频道也有一个通道保证正常播出，将单台服务器出故障时对系统安全播出的影响降至最低。

    * 当多台服务器或外挂硬盘阵列发生故障，而无法立即恢复的情况下，我们可以将三台服务器凑成两台能正常工作的服务器做主用，通过网管系统对其进行通道重新配置和改接线路，重新恢复三个频道的主、备镜像播出。多套应急方案通道参数可预先配置好，保存在应急系统中，一旦出现故障则采取相应措施，完成系统应急播出。整个应急过程简捷清晰，可迅速完成，大大提高了播出的安全性。

    * 这种连接方式是将各频道的素材分别存储在主、备两台服务器的硬盘中，当另一频道也需要使用同一节目素材播出时，需要在原节目播出频道将节目素材设为共享，因此增加了素材管理的难度，但我们在软件控制系统中完成节目素材管理，很好地解决了这一问题。

    此外，我们还对Profile的主机硬盘进行了热备份，即将主机硬盘数据完全克隆到备份硬盘上，并将备份硬盘通过RAID控制卡并接在Profile的主硬盘上。一旦主硬盘坏掉，则RAID控制卡启动备硬盘自动接管系统，大大缩短Profile主机系统的恢复时间，为安全播出提供了更大的保障。

    2. 节目上载系统

    本系统中每个频道配置两个上载通道、三台上载录像机。上载录像机和各外来信号源由数字矩阵统一调度，实现各个频道间信号源的共享。上载时，利用上载终端控制录像机或矩阵信号进行上载，可实现按节目单上载、批上载、定时上载和手动上载功能，上载后的素材可通过分配给相应频道的回看通道对已上载的节目素材进行审看和简单的编辑。另外，从保障安全播出的角度出发，各频道的回看通道配置在相应频道的主服务器上。

    


    系统中配备了两个广告远程上载通道，一个广告回看通道；两个新闻远程上载通道和一个新闻回看通道。方便实现广告素材和新闻节目的远程上载，提高了工作效率。

    3. 播出系统的功能特点

    在播出系统中，主备服务器、播出录像机输出信号、外来信号、矩阵输出信号、垫片信号送到主切换台M-2100和12×1应急切换开关，由播控终端自动控制主切换台和12×1应急开关同步切换完成日常播出工作。通过倒换控制开关，可实现上载录像机的上载/播出功能的切换。

    图3为播出系统连接结构示意图。

    


    播出过程中可实现定时、自动程序上下键信号，为实现某些特别要求的应用，我们充分利用M-2100切换台的clean输出端口，通过对clean输出端口的配置，合理地安排几路键信号源的顺序，从该端口送出一路带字幕、不带台标的播出信号到总控，方便节目部门收录直播过的有字幕而无台标的节目以备，如图4所示。

    


    本系统未采用专用的延时播出通道来实现延时播出功能，而是直接利用各频道原来的主备播出通道来实现。实现的原理是：在播控程序中预先设定好需延时播出节目的参数，播控终端通过上载终端控制本频道的两个上载通道提前上载将要延时播出的信号源节目，节目播出时间一到将会自动播出提前上载的素材，实现延时播出。理论上延时量可做到5秒～无穷大可调（视硬盘容量定）。此方式的优点是：无须设置专用延时播出通道，节省了设备的投资。所有延时播出的各种操作可在播控终端处一次性设置好，可以灵活方便地实现三个频道同时进行不同节目的延时播出。

    32×16数字播控矩阵平时只用于上载信号源的调度，不直接参与播出，只在延时播时才直接参与播出，如遇故障，可采取跳线方法解决问题，遇到重要的延时播时，也可预先跳线，做到安全播出万无一失。

    另外，各频道的播出信号都返回一路至播控矩阵，方便地实现播出回采功能，在一年多的应用中，大量的新闻节目播出自动回采的实现，方便了多个频道进行新闻节目重播时使用，减少了重复上载和录像机的磨损，极具实用性。

    4. 控制系统的特点

    系统的控制有两种方式，一种是使用局域网对素材上载、矩阵调度和网络管理，包括节目单编辑和数据库维护，传送数据， 实现各种信息的交换、检测和控制；一种是点对点422接口方式，主备播出控制终端直接用422控制线控制视频服务器和切换台、录像机等主要设备播出，避免了因为网络故障而影响到安全播出。

    系统中的主、备播控终端，主、备播出切换器，以及录像机的播出/上载控制倒换采用了继电器422控制倒换箱进行控制信号的倒换，且主要设备控制端接在422控制倒换箱的常闭接点上，避免了因控制倒换箱故障造成无法控制播出的情况，这是保证安全播出的另一项重要措施。

    


    整个系统实现了全网络化控制管理，采用了主备数据服务器，节目单、播出表、播出素材的各种信息等存储在数据服务器。以太网正常连接时，节目单和播出表从数据服务器读取。网络服务器操作平台是Windows 2000 Server，数据库运行环境为SQL Server，主备数据服务器利用Steeleye公司的Lifekeeper软件实现自动双机热备份，保证网络控制的安全运行。

    网络控制系统图如图6所示。

    


    5. 同步系统的特点

    同步信号在播出系统中至关重要。一旦同步丢失，将会造成播出信号不同步，无法加键号。因此除了总控机房的主备同步机，播出机房还自备一台同步机做备份，并利用一个同步倒换器分出两路同步信号给两个同步分配器，一路只提供给PROFILE和M-2100、时钟台标机、字幕机，另一路给矩阵、录像机、键混器和12×1切换开关。示意图如图7。

    


    6. 时钟系统的特点

    系统搭建好后，必须建立一个精确的授时系统让系统的时钟精确运行，让各演播室的时间和播出系统时钟保持同步一致，实现精确播出。我们采用了山东青岛广电所生产的TVZ系列GPS卫星时钟系统对整个播出系统和各主要演播室的授时和锁时，锁时精度优于1微秒。示意框图如图8所示。

    


    由图8可见TVZ3100校时时钟产生的SZ时钟信号经天线接收到的GPS标准时钟信号锁定后，输出的SZ时钟信号送到TVZ3612F时码分配器处理放大后去驱动播控机房、总控机房和各演播室的显示子钟用于机房的标准时钟显示，同时还分配两路SZ时码信号到两台TVZ3400时码发生器，转换格式后输出422格式的时码信号，用于锁定所有播控终端的时钟，输出232格式的串行时码信号，用于锁定所有上载终端和矩阵控制终端的时钟，还送出EBU格式的时码信号去锁定各频道的台标时钟发生器，从而实现了整个播出系统和演播室系统时钟的精确同步，保证了系统在直播、延时播和转播时的时间一致性，提高了播出的精度。万一接收的GPS时码信号出现中断时，TVZ3100校时时钟仍能利用自身内部的晶振产生的时码信号进行系统锁时。

    7. 供电系统的特点

    由于数字设备对电源的要求较高，尤其是计算机控制网络在工作时，如果电源不稳定，将会对系统造成灾难性的后果。因此。我们采用了一台80KVA UPS和一台40KVA UPS互为主备的供电方式，根据设备电源的不同配置，采用不同的电源接入方式，双电源设备的两组电源分别接入B路和C路电工作，单电源设备则接入能自动倒换的A路电工作，主、备控制终端（单电源）则分别接入B和C路电工作，保障设备的正常供电。具体实施如图9所示。

    


    四 系统的可扩展性

    系统设计考虑了将来的系统扩容，视频服务器预留了编码和解码通道，机柜也预留了设备位置，在基本未增加投资的情况下2004年6月份我们顺利地完成了广西电视台公共频道节目开播，为台里节省了大量的资金。

    2005年3月，成功利用视频服务器系统内预留的一个光交换机接口完成了节目近线存储系统的安装与调试，目前正在试运行。

    五 系统的安全性

    * 设备选型：系统所采用的视频服务器、主切换台、播出通道上的所有设备（IQ模块等）均为目前行业内较为先进、可靠的产品，易于监控和维护。

    * 系统配置：整个播出通道中视频服务器、播出切换开关、输出视分，以及播控终端、数据库服务器等均采用了主、备热备份。

    * 跳线：系统中的所有关键环节均设置了跳线，保障了在极端条件下的应急播出。

    * 服务器连接：采用了独特的两两镜像连接和应急配置预案可大大提高播出的安全性。

    * 电源：采用了合理设计的供电系统以及科学的接入方式，保证系统内各设备供电的正常。

    * 音频工作方式：选用嵌入音频工作方式，简化了系统，提高了系统的可靠性。

    广西电视台数字播控系统经过一年多的运行检验，优质顺利地完成了播出任务，证明该系统播出质量高，功能齐全，操作方便，运行稳定可靠，可扩展性好，工作效率高，应急手段齐全，达到了区内最高水平，在全国省级电视台属中上水平。