IP播出控制系统在县级广播...——以海阳市融媒体中心为例_张清德.pdf

228应 用THE APPLICATION228IP 播出控制系统在县级广播电视台的运用以海阳市融媒体中心为例张清德 邵光江（作者单位：海阳市融媒体中心）摘 要：本文结合 IP 播出控制系统在海阳市融媒体中心的实际运用情况，探讨 IP 播出控制系统在县级广播电视台的实施情况及实施过程中遇到的各类问题与处理方案，以期为技术同行提供一定的参考。关键词：IP 播出系统；SDN 交换机；ODL 控制器1 I P播出系统的基本情况概述首先，所有串行数字接口（SerialDigitalInterface，SDI）信号源接入 16 进 16 出高清视频矩阵，方便信号调度。视频矩阵输入及输出分别经过视频跳线盘，确保即使视频矩阵出现故障也可以使用跳线盘完成信号跳转。视频矩阵的输出信号接入多通道信号转换网关（IPGateway，IPG），将使用同轴电缆传输的 SDI信号转换成使用万兆光纤传输的无压缩 SDIoverIP流信号1，然后接入软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork，SDN）交换机。主备视频服务器可以同时生成 SMPTEST2022-6 标准的视频流信号及 SDI 信号。经过 SDN 调度处理后的信号最终接入四选一自动倒换及键处理器（IPAutoKey，IPAK）并输出 SDI 信号，为保障系统在 IP 信号出现问题的情况下仍能够正常播出，主备视频服务输出的 SDI 信号接入 IPAK 倒换器的 SDI 输入接口中，该接口支持掉电直通，可确保设备掉电时仍能够正常传输节目。最终输出 SDI 信号再经过编码器编码复用后传输到运营商网络。IP 播出系统的信号处理流程如图 1 所示。网络技术在播出系统的运用解决了传统基带播出系统存在的系统结构复杂、设备使用量高、串联设备多等问题。通过一段时间的使用，山东省海阳市融媒体中心对IP播出系统的了解也不断深入，形成了如下几点认识：1.1 IP 播出系统中所使用的网络技术与普通办公网络的区别办公网络使用的 IP 网络系统主要使用的是单播技术，信息的接收和传递只在两个点之间进行，而 IP 播出系统采用的是组播技术。同时，IP 播出系统使用的交换机是 SDN 交换机，与普通办公网使用的交换机完全不同。SDN 交换机可以通过 OpenFlow 软件将控制部分与数据处理部分分离2，根据软件命令进行数据处理。传统播出中使用的同轴电缆传输信号，在 IP 播出系统中都通过转换网关 IPG 转换成了能够在 SDN 交换机中传输的数据流，每个流信号都需配置一个组播源地址、目的地址及相应的端口号。SDN 交换机根据控制器形成的指令对各组播流信号进行编组和转发，完成流信号的调度工作。流信号的源地址、组播地址及端口号可以理解成流信号的标签，通过识别组播目的图 1 I P播出系统信号处理流程图229229地址、目的端口就可以知道这个流信号是从哪里来的及要到哪里去。SDN 交换机完成的工作就是把输入的信号发送给需要这个信号的设备，同时要对信号的目的地址、目的端口进行修改，如此就完成了流信号的调度工作。1.2 网络技术在 IP 播出系统中发挥的作用现阶段的 IP 播出系统并没有将所有设备都实现 IP化，仍然有一部分基带信号处理的设备，主要是前端外来信源的信号处理设备及后端响度控制、编码器设备尚未实现 IP 化。卫星信号、机顶盒信号、演播室信号等都是输出的基带信号，需利用信号转换网关 IPG将其转化为 IP 流信号。另外，最终节目视频信号需要先通过转换网关IPAK转化成基带信号，再进行下变换、编码等处理。通过引入 IP 网络设备能够简化系统架构，节约配套设备。相较基带播出系统主要有如下几个方面的提升：一是信号 IP 化之后，信号调度、分配不再需要传统的板卡、切换器等设备，这些工作都由 SDN交换机完成。二是流信号的传输是双向的，一根光纤中最大可以传输上行 6 路、下行 6 路，最大 12 路信号，大大降低了线缆的使用量。三是 IP 播出系统在可靠性、稳定性、灵活性方面优势显著，原先需要大量设备串联处理的设备被 SDN 交换机替代，设备用量大幅降低。1.3 部署运用 IP 播出系统并不需要掌握大量网络知识海阳市融媒体中心作为一个县级广播电视台能够成功实施和运用 IP 播出系统，充分说明了此类系统并不是难以掌握的系统。虽然部署的过程中会涉及组播地址、端口的分配，但这些工作都由实施人员完成，后期运行管理中基本不需要对此进行修改。IP 播出系统最核心的功能就是利用 SDN 交换机、OpenFlow 软件组成的系统替代原先需要使用切换器、视分板卡、键混器等众多设备才能实现信号调度的系统，通过这些新设备、新方法的运用大大简化系统结构。2 I P播出系统实施过程中遇到的问题2.1 视频服务器不同架构导致的控制问题为节约经费，海阳市融媒体中心 IP 播出系统主视频服务器采用哈雷视频服务器，备视频服务器采用的是北京中科大洋科技发展股份有限公司（以下简称“中科大洋”）的 VIPS 服务器，两种不同类型的服务器控制方式有所不同。哈雷服务器硬盘节目的播出控制与VIPS 服务器一样，采用的是视频磁盘通信协议（VideoDiskCommunicationsProtocol，VDCP），通过 RS422 串口控制线进行控制。但是切换外来信号时，哈雷服务器采用的是网口加端口号的方式进行控制，VIPS 服务器依然采用 VDCP 协议进行控制。此外，不同厂家控制方式不同，需要厂家根据实际情况修改播出控制软件。中科大洋在实施过程中，也是首次遇到 IP 播出系统主备视频服务器异构情况下的控制问题，通过研发人员和现场施工人员的密切配合与反复调试，此问题已经完美解决。同时需要注意的是，由于哈雷视频服务器的外来信号切换功能通过网络接口实现，为避免网络拥堵导致控制信号接收失败，启用了两个网络接口，其中一个接口用来进行节目素材同步，另外一个接口用来实现外来信号切换的播出控制功能。2.2 流信号的地址及端口定义规范化问题IP 播出系统转播外来信号时需要把外来信号通过SDN 交换机将流信号调度给视频服务器，然后由视频服务器进行转发播出。项目实施的过程中一开始只为流信号设计了目的地址、目的端口号，测试过程中大部分设备都能正常工作，但是当把信号调度给哈雷服务器时出现异常，服务器无法正常转发信号。通过抓取服务器运行日志，并查阅厂家文档发现，哈雷服务器对外来信号要求严格，必须为外来信号源配置源地址、源端口号、目的地址、目的端口号，否则系统无法正常识别外来信号源。中科大洋的 VIPS 服务器则没有此方面的要求，只需要通过外来信号源的目的地址及目的端口就能正常识别信号。为解决此类故障，后期调整组播地址规划时，为每一路流信号都配置了源地址、源端口、目的地址、目的端口，此故障得以解决。不同厂家的产品对流信号的规范都有不同的要求，国内产品要求相对宽泛，此类问题的出现也提醒相关人员在进行系统规划部署时须严格按照相关规范进行。2.3 信源名称不一致导致流信号调度失败问题在系统试运行的过程中发现系统运行一段时间后信号调度出现异常，需要调度的信号跟实际调度信号不对应。播控软件在进行流信号调度时是通过播控系统中信源名称及 IFlow 平台里面的流名称进行调度，需要两边的名称完全一致。播出控制系统各 IFlow 平台里面的信息全部是手动输入，存在人为失误导致输入名称不一致的情况，致使信号调度失败。只要出现一次调度失败，后续的信号调度就会出现混乱。要解决此问题需确保播控系统的信源名称与 IFlow 系统里面的流名称严格对应，并进行逐一测试确保无任何错误。另外，需要注意的是流名称尽量简明扼要，过长的名称会造成播控软件向控制系统发送的控制信号数据量变大，可能导致控制信息传送失败。2.4 SDN 交换机及数据库中的流表清除问题停机检修时，重启 SDN 交换机后，原先交换机内部存储的流表数据会丢失，需在 IFlow 服务器上进行流表清除操作，然后重建映射关系。清除流表时需要230应 用THE APPLICATION230先清除 IFlow 系统中的流表信息，然后在 IFlow 系统中重新建立流信号的映射关系。如果不进行此项操作会造成 IFlow 系统与 SDN 交换机中的流表信息不对应，导致控制失败。IP 播出系统中的 SDN 交换机及 IFlow平台中的流表信息必须是严格对应的，如果在运行维护的过程中其中一方的数据发生变化，那么它们的对应关系就会被打破。在日常管理维护的过程中一定要避免设备突然掉电或者异常关机。日常检修时如果需要对系统进行停机，那么重新启动后必须进行一次流表清除工作，以保证两边的数据完全对应。在对 IFlow系统里面的流表进行清除时，需要对数据库执行相应的 Sql 脚本，将存储流表信息的表格清空，同时，在执行流表清除工作的过程中需要将播控软件都关闭，因为播控软件运行时可能会向系统发出命令导致清除流表不彻底。3 I P播出系统未来要解决的问题3.1 转播外来信号需通过视频服务器转发目前，海阳市融媒体中心建设的 IP 播出系统采用的是 SMPTEST2022-6 标准，该标准定义了 SDI 信号的 IP 封装协议，统一了数据映射格式3，这使得不同厂家的产品可以相互兼容，应用在同一个系统当中。但是，当前的 SDN 交换机在信号切换时不能达到净静切换的要求，如果使用现在的 SDN 交换机进行信号的最终切换并输出给下端设备，那么信号切换时会出现短暂中断或黑场。为避免出现上述情况，现在的处理方案是将需要切换的外来信号先调度给播出服务器，由播出服务器完成信号的转发，这样可以避免产生黑场。将来，首先要解决的是 SDN 交换机无法实现净静切换的问题。只有交换机达到净静切换要求并且价格在合理范围内，才能更好地简化系统结构，提高系统运行稳定性。3.2 从设备冗余到数据冗余目前使用的 SMPTEST2022-6 标准无法达到数据流层面的主备切换，如果将来达到 SMPTEST2022-7的标准，那么整个 IP 播出系统的稳定性会得到进一步提升4。现有标准下的 IP 播出系统的冗余仍然是通过设备层面的冗余实现。基带信号转换成 IP 信号的网关配置了两个万兆光纤接口，分别接入主备两台 SDN 交换机，两个万兆光纤接口分配的是不同的组播地址，后端的视频服务器及 IPAK 网关也都配置了两个万兆光纤接口。虽然设备层面都做到了主备冗余，但是主备视频服务器及其他流信号处理设备使用哪个交换机发送过来的流信号仍需要人工手动指定，无法实现两个主备数据流之间的自动切换。未来如果平滑过渡到SMPTEST2022-7 标准，能够实现数据流的主备自动切换，那么将会是播出系统从设备冗余向数据冗余的转换，系统的健壮性、稳定性都将有质的提升。3.3 流处理设备替代传统基带设备现在仍然有很多设备需要使用传统的基带信号处理设备，比如响度控制器、下变换器、台标机、字幕机等，未来期待更多的流信号处理设备被研发出来。基带信号处理设备的硬件设备根据功能的不同，需要单独进行设计安装，流处理设备处理的是数据流，未来可以使用现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）搭配不同的程序来实现不同的功能，为流信号处理提供更多简便高效的解决方案5。3.4 从信源到后端处理全面实现 IP 化在解决了前端信号接收设备、SDN 交换机净静切换问题，后端设备全部 IP 化之后，未来的 IP 播出系统会极大的简化，只剩下信号转换设备、SDN交换机、视频服务器及播出控制等设备。播出系统信号调度、字幕叠加、信号质量检测、多画面信号监控可全部使用 IP 流处理设备完成。4 I P播出系统在县级电视台的应用前景IP 播出系统目前主要运用在中央台、省台等级别的电视台，在地级市电视台的运用较少。通过一段时间的使用，工作人员对 IP 播出系统的认识逐步深入，其带来的技术革新及使用便利性相对传统的基带系统具有质的提升。播出系统的 IP 化是广播电视技术发展的一条必由之路，只有学习新技术、掌握新技术，才能在广播电视技术发展之路上走得更好更远。通过海