多格式、实时监播监录系统在播出中的应用

多格式、实时监播监录系统在播出中的应用广东南方电视台播出部助理工程师黄志江摘要：国家广电总局对安全播出的要求一直在不断提高，尤其是总局第62号令颁布以来，对安全播出的要求更加规范和清晰，对各级广电系统的技术体系提出了明确要求。此外，随着电视技术的不断发展，电视播出设备和播出格式也日益IT化和网络化，以往电视台播出部只需要对单一的基带信号进行监录，多格式的监录系统更多的是用在网络公司或者传输部门，如今电视台的播出和传输的信号格式也越来越多样化。所有这些变化都要求播出监录系统也必须进行相应的调整。为了能够实时记录、反馈播出通道的状态，南方台对现有的监录系统进行改造，使新的监播监录系统更适合播出发展要求。关键字：多格式磁盘预分配异态报警实时性一、改造原因和目标广电总局第62号令的实施细则规定：“节目集成平台应能对信号源、集成播出链路关键节点、平台输出点以及接收的自台播出信号进行视音频监看监听和主要技术指标监测；应配置信号异态声光报警设备；应采用录音、录像或者保存技术监测信息等方式对信号源、平台输出的广播电视节目及信号的质量进行记录，异态信息应保存一年以上。”根据总局对安全播出的要求，以及南方台的实际情况，2011年南方台播出部进行了多项工程改造，其中一项重要的内容就是对监播监录系统进行改造。与总局的最新要求相比，南方台原有的监录系统存在许多不足之处，主要体现在：1.旧系统只能录制模拟信号，无法支持多种格式信号的录制。2.软件功能单一，操作不方便。3.录像查询有滞后性，无法实时反馈播出通道的状态。4.播出信号监测功能的准确性较低。5.磁盘存储容量不足，无法长期保存录像文件。6.经过多年使用，系统老化，存在安全隐患。为此，我们对新的播出信号监播监录系统作出了初步设计，以满足总局第62号令要求，完善我台的监播监录系统，实现对我台播出全流程所有关键节点的实时监播监录。具体框架结构如图1所示：图1监播监录节点图二、系统总架构根据广电总局的要求，设计方案分别对三个重要节点进行监测录制：1.节目源信号录制；2.节目输出平台信号录制；3.受众接收端的信号录制。结合我台播出通道的实际情况，分别对主备播出通道的信号也进行实时监录。除此以外，新系统还增加了监播报警节点，主要是针对各频道的PGM信号进行异态报警，如上图1。综合以上情况，我们把整个系统规划成三部分：信号录制子系统、信号监测报警子系统以及录像检索回看子系统。为了确保系统整体可用性，我们要求新系统采用分布式架构，使用两套独立的软硬件平台，以减少故障影响范围，而且对每个子系统我们都制定了相对应的功能要求。三、系统设计指导思想随着广电技术的日益发展，播出信号格式也越来越多样化，包括有模拟信号、标清信号、高清信号、ASI信号、IP码流、TS码流以及QAM信号等等。这些信号包括台内应用的播出信号；满足直播或者转播需求的信号；适合远距离传输的信号；还有网络公司返送的解调信号。也就是说，按总局要求，对所有这些在播出系统内部各环节的信号，以及播出和传输的信号，都需要进行实时监录，以确保当信号出现异常时，能够及时排查故障原因，缩短故障时间，达到安全播出的要求。为此，根据南方台实际需求，系统设计要求能满足36路SDI信号，12路HDSDI信号，4路QAM信号，8路ASI信号和8路IP码流信号的录制。其中，2路ASI信号和2路QAM信号是分别包含南方台6套自办频道的复合信号。总而言之，整个系统要能满足60套节目的录制需求。另外，在存储要求方面，根据广电总局62号令的要求，我们对这60套节目的存储做了不同的规划：对播出异态信息要求保存一年以上；对重要节点的录像文件，要求能够保存6个月的时间；对非重要节点的录像文件，要求能够分别保存2个月或者1个月。信号录制格式要求是：H.264编码，码率大于等于1M，分辨率720×576。这样，存储空间大概需要30T，由于采用主备两套录制平台，所以需要60T的存储空间。图2新监播监录系统图四、子系统结构和功能1、信号录制子系统信号录制子系统，是监播监录系统的核心，也是考验整个系统稳定性和先进性的重要组成部分。如图2所示，系统由多格式的编解码板卡、多画面主机和录制服务器组成。其中，编解码板卡主要满足各类型信号的输入以及转码功能；多画面主机的功能是接收网络组播码流，实时解码数字电视节目视音频，进行实时监测和多画面组合显示。另外，系统还配置了2台录制服务器，主、备路各一台，每台配置32T存储空间，采用RAID5组建磁盘阵列。完成对节目24小时自动录制，可存储监测报警信息、异态录像/录音信息、实时录像/录像信息，中心系统客户端可实时远程调用这些数据等功能。在信号录制这方面，旧系统最大的缺陷是，录像文件每半小时生成一次，当播出故障发生时无法及时回看，必须等待录像文件完整生成后才能够检索查询。而新系统能够很好的解决这个问题。因为新系统采取了磁盘预分配的录制方式，也就是根据录制通道数量（60套节目），预先把磁盘阵列划分成60个分区，并且在每一个分区中建立多个文件夹。磁盘分区对应的是某个录制通道，而分区中的文件夹对应的是该通道一定长度的录像文件。原有传统的文件存储的方式下，长期的分配和删除文件会导致磁盘损坏，以及磁盘碎片会导致存储写录像速率的下降。所以新系统通过文件管理机制，对存储录像进行时间和完整性的管理，也就是根据不同节目的存储时间和码率要求，对存储进行了预先的分区存储。这样做的好处是录像检索回看速度很快，不会受到文件的大小和长度影响。2、信号监测报警子系统南方台播出部现有播出信号报警系统主要依靠分割器来实现：分割器监测画面状态，通过第三方软件发出语音报警。由于分割器的主要功能还是多画面的显示，所以对信号异态的监测功能还不够完善，特别是对静帧故障的报警，经常会出现误报。所以，这次监录系统改造的其中一个目的就是要加强对播出信号的监测报警功能。因为播出信号的异态报警是确保安全播出的重要手段，也是辅助值班人员工作最重要的方式。为此，我们要求信号监测报警子系统在硬件上必须独立于其余两个子系统，即使当录制系统出现故障时，不会影响到播出信号的监测功能。具体要求是：1.能够对高标清数字信号进行监播，采用硬件嵌入式结构，以减少响应时间和提高稳定性。2.能监测常见的视音频异常状态（包括静帧、黑场、静音、视音频丢失等），配备信号异态声光报警设备，并能够把故障信息写入数据库。3.对视频信号的监测要求精确到帧；对音频信号的监测要求精确到1dBFS。因此，我们选用的报警系统是每个频道对应一台信号监测器和远程报警器，如图2中的信号报警子系统，监测器接入播出信号，实时监测信号状态，当发生信号播出异态时，通过控制线触发远程报警器发出声光报警。与此同时，监测器通过网络将故障信息写入数据库，供终端用户检索查询使用。另外，新配置的两台多画面显示服务器还附带视音频监测功能。可任意选择TSoverIP组播码流，任意选择节目，进行画面组合监听、监看和监测，在画面上显示监测信息和故障报警信息。支持清晰语音、日志、OSD状态灯报警、图像边框和标题变为红色等多种方式的同时报警，并可以扩展短信、电话等更多报警方式。经过反复测试，以上两套报警系统各有优缺点，硬件式的报警器准确度更高，能发出声光报警，提示性较强。而且可以通过远程报警器，使值班机房和设备机房同时报警，既提醒了播出值班人员注意监播信号，又给播出设备在线维护工作多增加一层安全保障作用。新监播监录系统中的报警软件也有其自身的优点，能够在一个大屏中显示各路信号的实时状态，且报警信息直观明了，除了有语言提示以外，还可以加上文字显示和颜色变化，可用于总控机房监控，再加上原来每个频道分割器提供的报警状态，组成“2+1”的信号异态报警系统。这样的报警系统组合，进一步完善了对播出信号的安全监控，有效地减轻了播出值班人员的压力。3、录像检索回看子系统录像检索回看子系统也是这次系统改造的一个新亮点，针对以往终端用户查询录像时，需要手动查找故障点，这样做不但费时费力，而且故障点往往只是一闪而过，容易造成漏查。所以，我们要求集成商对各个监测器提供的故障信息准确写入数据库形成日志，并将信息整理归档，对入库的故障报警数据可按前端、节目、故障类型、故障开始时间、故障结束时间等条件灵活组合查询，对于查询出的故障记录可直接查看历史故障视频，并可进行故障状态更新操作。简而言之，用户查询故障时能够自动找到故障录像的入点，不但提高了故障查询的准确性也提高了查询速度。另外，系统还配置2台数据库服务器，完成主、备两套系统的集中监管。通过前端监测主机对节目进行转码，并经过网络回传，实现对前端的实时音视频监听监看，以及对历史音视频的查询和下载。提供完备的系统运行日志记录及查询，方便对系统运行进行跟踪。五、系统实际使用效果2011年9月，经过3个月的测试调整及试运行后，新系统正式投入启用，至今已在线运行半年时间，各项技术指标和功能达到预期目标，总体运行效果良好，特别是自动找故障视频的功能，让用户查找故障录像更便捷，定位故障原因更迅速。再配合新报警系统的使用，为播出值班人员提供准确可靠的报警信息，实现了实时记录、反馈播出通道的状态，从而减轻了一线值班的工作压力，提高了安全播出保障能力。但是，由于新系统需要录制的节目数量较多，保存时间要求也较长，因此在录像存储方面也遇到一些问题，由于采取磁盘预分配的方式录制节目，当录制节目的数量需要修改时，必须对磁盘阵列重新划分，这样对已经保存好的