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本文由《广播与电视技术》杂志独家授权。本文刊发于2019年第1期。

作者:潘善伟(浙江广播电视集团)

【摘 要】

为了更好地适应媒体融合传播的需求,对广电传统的视音频总控进行信息化的改造,本文从硬件构成、软件开发两个层面阐述了可视化监控、一键式服务的智能总控调度系统设计,实现最广泛的全媒体信源实时汇聚分发。

【关键词】

全媒体,汇聚分发,智能,总控调度,SDI over IP,TS over IP,UDP TS

0 引 言

随着媒体融合的不断深化推进,以及传播技术、信息技术的发展演变,广播电视在传统的摄像机拍摄、卫星光缆传输的同时,无人机、手机、VR等各类信源采集工具,4G/5G、WiFi、互联网等各种传输手段,VOD、OTT、微信、微博、APP等各式发布途径层出不穷;一方面基带信号格式往更高码流的超高清4K、8K 发展,另一方面传输网络不断趋于IP 化,SDI over IP、TS over IP、互联网视频等多视频业务混合……无论是信源采集、传输汇聚还是转码分发、运维监控等各方面,都对传统的总控调度系统提出了巨大的挑战。

广电行业的媒体融合发展战略,迫切要求我们对原有的视音频总控架构进行信息化的改造,实现泛网络、大规模、集中式、智能化的全媒体信源汇聚分发,以更直观、更快捷、更开放、更通用、更灵活的方法提供传输、交换和处理的一键式服务,同时满足广播电视和新媒体直播、收录、分发等需求,并通过智能检测监控来保障安全、优质播出,实现传统广电与新媒体在内容、渠道、平台、工具、终端与管理等各方面的资源共享和深度融合。

1 建设目标

1.1 通过IP矩阵实现最广泛的全媒体信源实时汇聚分发

信源采集一类是传统演播室、播出用的基带信号,也包括一些外场信号输出SDI通过编码器转为SDI over IP后接入IP矩阵;一类是外场直播或卫星接收输出UDP TS流信号接到交换机中进行汇聚,再接入到IP矩阵;还有一类是各频道4G直播以及手机APP回传RTSP/RTMP或者私有协议音视频信号,推流到台内的回传接收服务器中,输出或转出UDP TS到IP矩阵中进行调度。

信源分发,IP矩阵输出信号通过不同的解码器一类调度到各个演播室进行播出,一类到云平台进行收录,还有一类用于网络视频直播或点播等。

1.2 通过流程自动化实现一键式调度,简化操作、提升易用性

由于中间环节设备较多,从预约到不同路由及转换设备的设置,完成一次调度前要进行繁琐的准备工作,过程复杂。方案设计一套完整的自动化流程,节目制播人员通过手机移动端实现自助式预约下单,后续调单快速展开,一键就绪,满足新媒体时代节目快速制播需要。

1.3 通过可视化智能检测监控,保障安全播出

通过全面的指标检测预警、实时大屏监看和数据分析,防患于未然,实现人防与技防相结合,从不同层面采集积累运营数据,基于数据统计挖掘的推荐和建议,持续优化流程和实践,控制直播质量、提升系统运营效率。

2 方案设计

智能总控调度系统基于IP网络构架,而SDN软件定义网络为解决带宽瓶颈、链路复杂度提供了可能性。无论从业务需求还是技术发展趋势考虑,方案设计都更倾向于信息化系统。我们把系统组成从硬件、软件两个层面来分解。

2.1 硬件构成

系统整体框架如图1所示。

硬件方面主要在于设备选型,IP矩阵的性能指标是关键,然后选择合适的编解码器、媒体网关设备。配置流媒体服务器或者媒体网关进行传输,综合考虑以下因素:可以自由进行流的互传、支持UDP TS/RTP、RTSP/RTMP/HTTP/HLS、SRT等流的接入、支持RTSP/RTMP/HLS 等的输出、具备流发布能力;支持SRT到UDP TS/RTP 的协议转换,除了传输各地市县制作的节目外,还可以拓展其他的应用如公网传输的流;最大支持1Gbps以上的流处理能力,评估接收、发送带宽,流的数量没有限制;提供优异的丢包补偿和超低延时功能,保障优质的传输质量。

2.2 软件开发

软件开发是本项目的重点,也是难点所在,在满足预约与排期、自动执行、监测监控、信号调度等功能需求的基础上,还要确保安全性,实现便捷、高效、智能化的要求,支持后继业务的扩展。软件系统组成如图2所示。

系统采用层次化的结构,最上层是预约和传输系统,同时信息发布等也在最上层;最上一层部署在公网上,与第二层和第三层之间会有防火墙/网闸/串口摆渡等网络安全措施做隔离。中间层是任务执行和资源调度分配模块;同时与任务执行相关的系统工作状态监看等模块也在这一层。底层是监控系统、矩阵控制系统等物理控制。

2.2.1 功能模块

1. 预约排期平台:主要用来给终端员工预定信号传输申请等,其中包含控制平台数据交互,项目管理,设备、资源使用数据分析,预留接口为今后商业化运营准备等。

2. 监控平台:主要针对调度传输域所有设备以及设备环境进行监看管理记录。包含链路,信号,设备状态,机房环境信息,告警及设备故障知识库沉淀,并且在未来采购的设备中,监控平台都可覆盖。提供值班日志管理,设备数据分析等。

3. 控制平台:主要针对信号传输调度域所有设备(包含但不限于基带和非基带、IP、SDI over IP)的控制管理,包含参数修改,信号调度,设备资源调度(包含板卡等);将预约系统的申请生成可执行任务,让控制系统自动执行。系统应设置合理的人为干预机制,能提供模版或者快拍功能,可基于快拍,让故障复现进而排障,提供合理的控制逻辑。大数据分析及设备控制协议的工具开发,抄表系统方便后续数据分析及对资源充分利用率。

4. 信息发布系统:主要用于控制中心内屏幕的信息发布、告警发布,公共区域及显示展现控制,与内外人员工作交互和其他宣传作用,预留好相应接口推送实时新闻等。此外,为了应对后续未来商业化,所有功能模块提供相应接口,方便从中调取数据、展示数据等。

2.2.2 系统特点

提供浏览器为代表的多样化客户端,包括移动端的开发,支持随时随地系统访问。

调度任务的生命周期如图3所示。

任务的Web申请管理模块提供给使用部门使用,主要是用来编辑申请单,并完成审批流程。

任务管理分配模块根据Web申请模块提交的申请单租订线路,分配路由。授权使用部门使用设备及路由。

任务执行模块主要功能是根据管理模块生成的任务单完成执行时应做的切换及设备调整操作。

2.2.3 挑战及应对措施

1. 资源的调度与分配

分配资源的策略和算法,资源的利用率,资源争用、冲突的化解;可用性设计,确保有资源余量以对应设备失效和部分链路中断;预约排期,任务优先级和和服务质量的设定,如何在任务执行中得到落实。

2. 多样化的设备控制需求

适配多家、不同接口、不同协议的设备;设备、信号虽有不同,但是应融于系统完整的业务流;制播分系统工作设置快照的获取和应用,模板的建立,模板复用。

3. 不同的用户视角

外部用户的视图,关注自己的排期预约和节目制播的任务完成;运营人员的视图,全局的视野,关注的是系统的工作状态和系统运营工作的持续优化和提升。

2.2.4 安全性设计

1. 网络安全设计

预约系统与任务执行系统(含监控系统)实现有效的网络隔离;建立多层次的防护纵深,提升系统核心控制部分的安全性;串口摆渡,将预约数据同步到执行系统,同时避免了网络互通;可在网络隔离的前提下实现信息的单向发布。

2. 数据流完整性设计

预约节目单的数据采用非对称签名,避免数据被仿冒和篡改; 业务数据,包括预约单等加密,避免信息泄露。

3. 系统访问安全设计

分权分域,支持更大规模的组织机构的安全运营;具备日志和审计功能。

挑战一:系统规模、复杂性和安全性的保证;当系统规模和使用人数达到一定范围时,从访问安全的角度考虑,往往需要给予使用者不同的权限层级以简化系统运维管理;反之,若所有账户权限扁平甚至是相同,会造成资源访问上的冲突和管理的混乱;

挑战二:跨地域的系统;当被控设备和使用分别位于不同地点,就需要按照所在区域划分权限,当地用户只能拥有本地设备资源的访问权。

3 小 结

综上所述,整个全媒体汇聚分发的智能总控调度系统方案非常复杂,设计环节要考虑的因素很多,不是靠采购现成的设备就能搭建完成。从地域范围考虑,支持分区分段部署,建立防御纵深和有阶梯的跨地域分布式部署,通过就近访问设备保证系统安全性;从多平台异构考虑,实现多家不同类型、不同协议的设备接口适配,提供标准、统一的接口给上层的流程自动化系统;从智能化调度考虑,通过链路建模工具寻找最短路径实现信号的全流程打通,以更好地适应业务和规模的扩展。

参考文献

[1]毕江. 电视台视音频技术系统IP 化转型发展之路[J]. 世界广播电视,2015(11).

[2]王洪涛.IP流播出技术发展解析[J]. 广播电视信息,2018,(7):29-30.

作者简介

潘善伟,男,1960年生,学士,高级工程师,浙江广播电视集团广播电视制作中心录制部主任,主要从事广播电视技术方面的研究,曾参与过浙江国际影视中心大型演播室集群建设等重大项目。

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