基于视音频显控系统的应用与研究.pdf

视音频技术Video&Audio1 引言智慧广电从概念到构想，再到具体应用实践，不断推动着广播电视行业的高质量发展。其中，视音频监测系统在广播电视安全播出领域工作中的地位极其重要。搭乘高新技术的快车，特别是使用我国自主可控的产品，监听监看效果较之以前大幅提升，在安全性上也得到了充足的保障。例如，国内某卫星地球站采用博汇科技公司生产的画面云视音频显控系统，在安全播出领域给予技术支持，为值班维护人员第一时间发现异态、采取应急措施、处理故障等提供了可操控的依据。该系统支持多种视频信号的接入，包括传统复合类型信号、数字信号、IPC 摄像头、高清流媒体等。系统基于 IP 网络建设，功能上可以方便地与现有第三方视音频系统（视频会议、监控等）、业务系统平台等进行集成，在减少信号衰减、保证信号质量的同时真正做到了“网络互通、显示互联”，是集监控监测、调度、运维等于一体的视音频保障体系，本文基于视音频显控系统做详细介绍。2 技术概述及重要节点功能2.1 系统架构系统采用先进的 IP 网络化、分布式架构，具有低耦合、高稳定、扩容方便、施工简单等特点。通过网络技术将所有的视频源、传输系统、显示设备组成一套大的网络交换系统，在保障传输质量的同时，实现了系统内所有设备的网络互通、视频互联。针对机房内各类高清视频源，选择相应的信号接入设备，再将其进行IP 化处理，同时再对传输流的三级错误指标和末端射频信号的质量指标进行监测，将其融入自动调度系统的判断机制当中，实现应急处置的自动化。在管理配置上也可以通过在移动互联设备上安装管理控制程序，实现可移动的便捷管理。针对不同设备间的工作站、服务器等，采用 KVM 进行远程连接控制，具备较为完善的报警和故障提示功能，发现问题也能够更快更及时地加以处理。系统整体上实现了视音频设备集中显控的目标。分布式画面云视音频显控系统架构如图 1所示。2.2 重要节点介绍2.2.1 画面云画面云主要分为画面云配置管理子系统、Easy Cloud 画面云主控终端子系统和 IP 解码云终端 3 个部分。其中，画面云配置管理子系统主要通过Web 方式，完成对屏幕墙和设备的管理配置，对用户信息的授权维护，对信源的管理维护，对数据库、系统日志等的查询工作，并具备内置的会议管理功能。因为是基于 IP 化的技术路径，所以能够很好地支持跨平台、跨浏览器的操作。Easy Cloud 画面云主控终端子系统能够实现“所见即所得”的操作体验，对视音频画面提供基本的控制功能，根据业务的不同需要，设计不同的调度展示方案。例如，将某星某一转发器的全链路节目分为主备源、切换出、大天线、小天线为一组的方案，将某星另一转发器的监控画面制定为另一组方案。利用该主控终端完成对监看画面在预览区和展示区之间的调度切换、声音大小的调节、摄像头云台控制和信源的搜索、基于视音频显控系统的应用与研究文/国家广播电视总局二二二台 陈忠平摘要：本文聚焦视音频显控系统的应用与研究，对该系统的整体架构和重要节点进行了介绍，阐述了系统基于 IP 网络，采用 B/S和C/S相结合的架构之优势及其在跨平台、跨浏览器访问等方面的特点，说明了该系统在充分有效利用现有LCD拼接屏实现任意开窗漫游、缩放、跨屏、分割等操作环节上较传统分散管理的视音频系统所具有的显著优势。该系统使更多的画面能够在电视墙进行展示，并突出重点监测，以减轻值班运维人员的压力，从而更好地服务广电安播工作。关键词：视音频系统 画面监测 远程操控 跨平台制播技术 Production and Broadcast Technology2023年7月 月刊 总第375期轮巡、管理工作。IP 解码云终端采用箱体散热、嵌入式、低功耗、无风扇的设计，能够自动识别 H.264、H.265、MPEG-2 等视频格式和 AAC 等音频格式并进行解码，输出 HDMI 的高清视频信号。2.2.2 编解码设备系统采用 BHIP102 KVM 高标清编码器，利用 H.264、High Profile Level 5.1 或 H.265、Base Profile Level的高画质低带宽压缩编码方式，输出 1080P60Hz 的分辨率，可以实现300kbps25Mbps 可变带宽自适应输出，能够满足绝大多数视音频画面的需要，并且自带串口网关能力，采用POE 与适配器冗余供电，保证了系统的供配电可靠性。在 4K 业务中需要选用BHIP106 4K 超高清编码器，可以做到4K 38402160P60Hz 的分辨率输出。在 解 码 端 通 常 选 用 BHIP100-BHS IP 解 码 云 终 端，即 插 即 用 的视 频 接 口，能 够 轻 松 实 现 主 流 的19201080P60Hz 的分辨率要求，单节点可以做到 16 路 1080P30fps高清视频解码，并可任意缩放、拖拽、分割显示，端到端的解码延时低于80ms，同样采用 POE 与适配器的冗余供电保证运行的可靠性。BHIP100-BHS IP 解 码 云 终 端 能 够 做 到 4K 38402160P60Hz 的分辨率解析。在音频端一般选择能够对输入源自动过滤音频数据的 BHIP118 音频混音器，可以在 Web 页面进行快速配置。2.2.3 视频分发服务器BHCA92-Pro IP 视频分发服务器负责第三方的信号汇聚，支持接入 IPC 摄像机的信号，可实现信号的转码分发，节省网络带宽；支持符合ONVIF 协议和 GB28181 协议的设备接入，可以进行页面任务配置；支持第三方协议控制，可作为独立的流媒体服务器应用。在规模较大的业务中可以采用设备集群管理，支持多设备级联应用、设备在线备份。2.2.4 录制节点视音频录制功能是系统必不可少的部分，一般都要求 724h 不间断运行，采用具有组播堆叠技术的综合录制服务器，可网络化扩大录制任务数量，管理存储硬盘空间，支持 SAN 存储/阵列，具备 TS over IP 码流录制和任务异常信息自动上报功能。能够完成录像录音任务在线查看、编辑（如指定起止时间）、删除；支持通过页面（免插件）方式对录像录音文件进行预览、下载，对录像录音任务进行点播预览和预览任务的进度调节；在录制模式上可选择录像文件是否自动覆盖，录制机制一般采用磁盘预分配，以提高磁盘使用寿命和利用率。2.2.5 运维监测节点（1）多画面监测服务器（Trini-tyAres-Display）采用集群式刀片服务器，每一个刀片对应一个 Display，基于 TS over IP的技术提供了对图像的内容监测、多画面组合显示、转码录像等功能。具有强劲的解码能力，支持 H.265、AVS+、H.264、MPEG-2、AVS、MPEG-4图 1 分布式画面云显控系统架构 视音频技术Video&Audio的多格式高标清视频解码和 MP2、MP3、AC3、AAC、DRA 的音频解码。对视音频进行实时异态监测，包含视频马赛克、解码异常、静帧、黑场、视频丢失，以及音频丢失、静音、音量过高、音量过低、音频解码异常等。利用声音、画面、OSD 等方式自动报警，节目故障类型如图 2 所示。（2）链路监测系统（TrinityAres-eLink）主要监测码流经过关键节点后视音频的播出状态，并且可以在链路图上对编解码器等设备的在线情况、信号锁定、运行时长、CPU、内存等状态进行实时监看。可对接多画面监测报警系统，对信源传输质量进行监测报警，包括视频马赛克、解码异常、静帧、黑场、视频丢失。此外，音频丢失、静音、音量过高、音量过低、音频解码异常等信息，也可以在链路图上以报警的方式显示出来，并快速定位报警信源的具体设备。3 系统特点首先，输入、输出节点机采用嵌入式架构，更加稳定可靠，能够保证724h 不间断工作；使用业内成熟的技术，容错能力好，不会因为用户误操作或外部原因导致系统不可用的灾难后果；具有较强的可靠性，系统能够实时监测各信号和设备的运行情况，提供语音画面报警机制，能够详细记录各类报警日志，便于后期分析汇总和故障排查工作。其次，在系统安全性方面采用账户密码的登录机制，阻止非法人员登录；管理员可以按照最小特权原则对不同用户授予不同的角色权限，确保不越权非法操作；系统具有数据备份和恢复功能，能够自动或者手动备份恢复数据。最后，系统面向第三方可以提供API，采用开放的技术标准，具有高兼容性，有利于系统的进一步扩展。4 主要功能优势画面云视音频调度运行中心采用B/S 架构，能够更好地发挥其灵活性和可移植性的特点。具备强大的画面处理能力，支持高清标清视频图像实时在多组大屏开窗、漫游、缩放、叠加显示。硬件板卡采用 FPAG，能够做到精准的帧同步，使得画面无波纹和撕裂现象，在设备接口上通常使用 HDMI2.0接口，实现与 LCD 电视墙的无缝对接，视频分辨率采用 19201080P60。在信源接入上囊括了监控 IPC、NVR、监控平台等流媒体数据，能够使第三方 IP 流媒体信号跨网络接入和跨网输出，并进行多级管理和网络控制。利用 IP KVM 进行远程终端控制，通过账号、密码进行登录，获取可控制设备的使用权，真实还原受控主机桌面情况，方便运维人员进行多个设备的集中管理控制，也避免了在每次使用工作站或服务器时必须跑到本地的麻烦。远程连接架构如图 3 所示。整个画面云视音频显控系统采用B/S 与 C/S 相结合的体系结构，利用开放式操作系统、开放式网络结构及其协议，从而实现资源共享。管理人员可以自定义管理平台界面，通过固定终端或者移动终端下载安装调度软件实现无差别的使用，有效衔接了现行可用的多种终端，同时也形成了多个终端的相互冗余，避免一个终端宕机影响到整个业务调度使用工作。为保证系统运行的可靠性，可以在输入、输出节点机及核心调度转发服务器配置双网络备份，每台设备具备 2 个网口，可接入不同交换机双网络运行，其中一台交换机出现问题，可自动识别使用另一网络正常工作，保证应用服务不中断。在设备冗余上也采用热备方式实现双设备采集同一信源，并输出给显示端，主备编码器同时运行。其中，主路编码器出现故障时，可自动切换使用辅路编码器信号，保证系统信号 724h 无中断；当主路解码器出现故障时，系统迅速自动切换辅路解码器接管大屏。5 案例介绍国内某卫星地球站承担着央视高清外宣节目的安全播出工作，系统需要监测的上下行视音频信号较多，多种类型的信号需同时监测，而且信号采集设备分散在引接机房、监测机房、安防消防室及各个功放小室内，视音频系统需要集中显示控制，以减少值班运维强度。2018 年起，该卫星地球站采用画面云视音频显控系统，实现了播出视音频画面及安防监控等的统一管控，改变了监测系统之间相对孤立运行的状态，节约了运维人员人力成本，提升了安全播出和应急保障能力。数年来，该系统安全稳定可靠运行，图 2 节目故障类型制播技术 Production and Broadcast Technology2023年7月 月刊 总第375期具有良好的集中统一性和交互性，发挥着至关重要的作用。该卫星地球站在系统整体架构和配置上与前文所述基本一致，以下对其显示效果做展示性介绍，仅供参考。5.1 画面云主控终端在画面云主控终端可按照 MCS管理器中本站管理员设定的方案将任意画面拖曳上屏，并进行任意调度切换、更改声音大小、搜索信源等操作。5.2 TrinityAres-eLink 全景链路监测系统通 过 TrinityAres-eLink 全 景 链路监测系统，可直观看到分布在该卫星地球站不同位置的关联设备和信号的运行状态，并保持有完善的报警日志功能，便于运维人员精准发现故障点，及时排查安全播出隐患等。TrinityAres-eLink 全景链路监测实现了在视音频层面上对播出系统进行链路监测，有效配合了网管等自动调度系统，为值班维护人员发现故障点，进行综合分析研判提供了更加充分的判断依据。5.3 TrinityAres-eControl 画面展示通 过 基 于 B/S 架 构 的 Trini-tyAres-eControl 控制系统，该卫星地球站实现对了对监测画面的布局配置和监测显示。值班人员能够自由调度所有监听监看的视音频内容，该系统联动 SOP 运维系统，对子系统进行集中统一管理和配置，能够实现信号相关配置、告警门限设置、监测选项管理、电视屏幕墙的布局等。Trini-tyAres-eControl 监测系统布局配置如图 4 所示。系统所需的编码器、解码器、录像存储服务器、工作站、调音台等设备通过网络交换机连接在一起，利用网络和IP KVM 实现视音频监测系统的集中管理配置和维护，各个分系统和设备也因此形成有机的统一整体，从而在安全播出工作中为值班维护人员提供技术上的有力支持和工作中的极大便利。6 结语在广播电视行业迎来新时代的大背景下，视音频显控系统在广播电视领域有了更加成熟的表现，依靠传统的单屏管理、布线复杂、功能老旧的视音频管理系统已经难以满足时代发展的需求。通过理论分析和实践工作的检验，画面云视音频显控系统有着卓越的性能表现，把总体功能分成各个功能模块和服务，并使其有机协调配合，形成集中统一管理控制，将多个拼接的 LCD虚拟成一整块屏幕进行任意开窗漫游，无级缩放、组合、分割，使得大屏资源得以充分利用；采用密码验证、分级授权的方式确保其网络的安全性。总体来看，该系统提升了台站广播电视安全播出、运行维护、调度管理等方面的能力，值得分析研究。同时，它也将在时代和科技的发展中取得更大的进步。参考文献：1冯云.自主开发一体机在广电新媒体上的创新与应用J.科技传播期刊,2017,9(17):47-49.2 张慧鹏.浅谈基于画面云实现高清频道的监测J.广播与电视技术,2015,39(8):76-78.图 3 远程连接架构图 4 TrinityAres-eControl 监测系统布局配置