AFD高标清幅型变换.docx

AFD高标清幅型变换.docx

《AFD高标清幅型变换.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AFD高标清幅型变换.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

AFD高标清幅型变换

一、高、标清同播的解决方案

对于高标清同播的播出系统来说，如何正确完成标清与高清信号的上下变换，并保持画面内容的完整和美观，是系统设计中需要着重考虑的关键问题。

全流程应用AFD技术，可以保证高标清变换中幅型变化的正确性。

常见的高标清上下变换有以下几种。

图1、高清下变换标清的主要形式

图2、标清上变换高清的主要形式

其中14:

9在国内不常见，在欧美国家的电视节目中可能会遇到。

播出时面对两类不同的节目信号源：

直通HD/SD-SDI信号和MXF-op1a文件。

无论对于哪种类型，一种思路是采用两版节目分别对应，即高清一版、标清一版。

另外一种是通过嵌入AFD信息，依托视频服务器、上下变换器等设备实现幅型变换自动适应。

根据SMPTE2016系列标准，实现基于文件和基于信号嵌入AFD信息的技术已经成熟，也是未来的发展趋势。

AFD（ActiveFormatDescription）是活动图像格式描述的缩写。

它主要用来描述一个视频编码帧中，人们感兴趣的那部分活动图像的显示格式。

AFD可以嵌入在MPEG视频流、基带SDI信号的辅助数据区和MXF文件内的元数据区，实际播出中可以在HD/SD-SDI信号流和MXF文件中写入AFD信息，达到自适应选择宽高比变换方式的目的。

AFD在制作、转换的过程中不会丢失，可以被下一级设备识别。

在SMPTE2016-1至2016-5标准中，对于AFD的编码规范做了定义：

2016-1:

定义AFD和bardata元数据格式，解释每个bit位信息2016-2:

定义平移-扫描（Pan&Scan）元数据格式2016-3:

定义AFD和bardata元数据在VANC中的位置2016-4:

定义平移-扫描（Pan&Scan）元数据在VANC中的位置2016-5:

将AFD、bardata和平移-扫描（Pan&Scan）数据按KLV格式定义，写入MXF文件的规范。

注：

KLV（Key-Length-Value）是一种数据编码格式，常用于在视频数据流中嵌入所需信息。

AFD信息是用1个byte来标识的：

b7，b6，b5，b4，b3，b2，b1，b0。

其中b2表示当前编码的帧是4:

3（b2=0）还是16:

9（b2=1）方式；b6～b3代表了我们设定的1001、1010、1111等AFDcode。

每个编码帧对应一个AFD，它不但给出了本帧画面中人们感兴趣的那部分活动图像的幅型比，还标识了此活动图像处于本帧画面的什么位置，以及有无特殊的区域保护要求等信息；b7，b1，b0是保留位置，通常被置为0。

SMPTE2016-1标准中描述了所有AFD编码的含义。

BarData可以作为AFD的辅助信息使用。

当活动图像不能填满整个编码帧，而且AFD本身不能完整描述其范围（如幅型比既不是4:

3，也不是16:

9或14:

9）时，就需要用到BarData。

此时，BarData用来标识画面中未用区域的精确位置。

AFD和BarData按照上述方法组成的附属数据包（ANCpackets），可以放置在切换行后第二行与活动图像的最后行之间的任意行。

因此，对于625/50i系统，它们可以放置在9~23（322~336）行，对于1125/50i系统，它们可以放置在10~21（572~583）行。

当支持AFD信息的上/下变换器接收到带有AFD的视频信号时，它们能够自动解读出这些AFD信息所给出的活动画面的幅型比和位置信息，并根据这些信息来指导自己的上下变换方式。

例如当下变换器接收到AFD=1010的高清信号后，即可知道当前的视频信号为16:

9图像，活动图像位于全屏幕。

根据这些信息，下变换器在做下变换时就会按照预先设置选择上下加黑边的变换方式。

同理，当下一条节目变为AFD=1111的高清信号时，下变换器就会根据AFD信息，按照预先设置自动选择两侧切边的变换方式。

值得注意的是，当上/下变换器完成变换后，它会根据变换后的图像格式赋予新的AFD值，所以输出信号的AFD值与输入信号的AFD值并不一致。

表1、AFD格式转换描述

播出系统中AFD解决方案

∙在文件备播过程中，根据节目单信息，AFD在迁移过程中嵌入MXF文件中。

∙在总控矩阵接入AFD嵌入器，对需要加入AFD值的信号预设相应信息。

∙播出下变换中，有AFD按AFD变换，没有按缺省方式default变换。

播出通道设计

从方案设计上，我们做了三种选择，分别对应图3、4。

图3、高标清同播模式A、B

A.频道1、2按图3方案建设，标清通道配置了标清16X2切换开关，可以实现标清外来、彩条与测试图的播出。

该方案实现自动控制复杂，播控机要控制高清切换台、切换器、主备标清切换器、高清标清键控器等多个设备。

B.频道3-6，缺少图3中的虚框内设备，实现高、标清同播，标清通道无法切入新的信号。

图4、高清播出模式C

C.频道7-10，按图4方式，只有高清链路输出。

二、备播的策略

新播控平台的建设，定位在全台网的架构下，着眼于黑龙江台全台网系统的发展，从全局角度出发，使得播控平台既能满足目前节目播出业务需要，也能适配全台网架构下的互联模式。

系统设计重点是文件备播系统，承担着节目文件的缓存及安全备播任务。

该系统包括接口缓存部分和备播存储部分，接口缓存部分是系统对外的门户，用于接收外部系统的备播提交；备播存储区主要用于文件备播过程中的存储，用于向播出服务器推送文件。

在黑龙江台的设计中，采用了两台EMCCelerraNS480统一存储作为备播存储，CelerraNS-480为多协议环境提供了高级故障切换和完全自动化的存储分层功能，支持NAS、CIFS、iSCSI、SAN等多种协议，使用了经验证的后端EMCCLARiiONCX4阵列技术。

这里对CelerraNS-480不做过多的介绍。

图5、备播存储架构

二级存储体（即备播存储，相对于播出服务器的存储称为一级存储）设计为主、备方式。

文件传输时，播出系统的主存储通过EMB总线读取一次节目文件，两个存储体之间由镜像服务器做校验，镜像到备存储体。

只有校验一致的节目文件才能够显示迁移成功，充分保障节目文件的传输安全。

接口缓存区是外部系统节目文件传输至播出系统的过渡区域，所有进入播出系统的节目文件在接口缓存区域等待进行符合性及质量性审核，不符合规格的文件直接删除。

备播缓存区是只有符合迁移策略，且通过MD5校验、技审及人工复审的节目文件才能够进入备播缓存区，因此备播缓存区定位为合格的待播节目存储区。

对于文件读取，我们采用冗余读取、负载均衡方式，即根据负载情况，将读取按照客户端分布由应用策略负载均衡读取，带宽分担方式；

备播存储区与接口缓存区是业务逻辑的区别，并不是物理存储的划分，依靠数据库和元数据的标志进行逻辑分区。

图6、存储访问策略

备播业务流程设计

1.制作网与备播流程设计

图7、节目制作网备播流程图

流程说明：

o制作系统准备好一个备播节目后，会调用播出系统的“节目备播就绪通知”服务；

o通过ESB将申请发给播出GMP（全域备播策略），告知播出系统一个节目已经备播就绪；

oGMP收到申请后，先对视频服务器、二级存储、媒资内对该素材进行查重；

o如果没有该素材，则回复制作系统可以上传该节目；

oGMP通知EMB将素材迁移至播出二级存储体；

o技审服务器对进入播出备播库的文件进行文件技审和人工复检

o技审和复检通过的素材将被播出同步服务器将素材按照播出备播主存储迁移到主视频服务器、播出备播备存储迁移到备视频服务器的原则进行迁移，至此完成整个备播流程。

o该流程全程支持监控；

2.媒资系统备播流程设计

图8、媒资系统备播流程

流程说明：

o各频道向播出发送节目单，播出接收到节目单后，将节目单保存到播出数据库中，同时，通知GMP服务器。

oGMP服务器到播出数据库中检索节目单，对节目单进行分析和拆解，对播出系统系统内没有的素材生成迁移任务。

oGMP服务器向媒资备播库发出节目单备播请求，媒资备播准备好素材后，通知GMP服务器。

oGMP接收到备播回复通知后，调用FTPclient通过主干EMB向媒资备播的FTPServer下载素材，下载素材后，对素材进行MD5校验。

o技审服务器对进入播出备播库的文件进行文件技审和人工复检

o技审和复检通过的素材将被播出同步服务器将素材按照播出备播主存储迁移到主视频服务器、播出备播备存储迁移到备视频服务器的原则进行迁移，至此完成整个备播流程。

GMP备播系统是文件备播的主要途径，播出文件经过质量审核等环节后，最终被统一传送至播出服务器。

3.广告备播流程设计

广告串编系统与播出互联，采用直接连接方式。

不经过ESB+EMB总线，这样做的好处是减少了中间路由，对业务调试、维护都精简。

广告系统主要提供各频道的播出广告节目单和广告素材两部分，下面对这两方面业务流程进行详细介绍。

广告节目单

播出串联单由各频道制作的播出节目单和广告部的广告播出单组成，各频道通过编单软件编辑每天的播出节目单，预留广告段落。

各频道广告播出单由广告部提供，编辑完成的广告单提交到备播。

频道节目单和广告播出单在备播合并成播出串联单，经审核后，提供给播出播控机。

图9、播出串联单流程示意图

广告素材

广告素材的传送与媒资、制作网不同的是，广告素材按段传送，每一段落包中包含若干个子素材。

因为广告素材的特殊性，在播出部二级存储为广告素材设一个共享区，广告系统可以将待播出广告素材上传到共享区，播出备播系统根据广告串联单到共享区获取广告素材，并迁移到播出视频服务器进行备播。

图10、广告段落包示意图

备播传输中，如果广告条目n已经在备播中存在，则这一条广告不再传输，只传输备播中不存在的、新增广告条目。

这样的策略可以大大减少每天的传输量。

三、网络互联设计

播出系统的网络连接也是设计的核心重点，要确保带宽充裕、性能稳定，避免单故障点，本次设计中我们对播出的核心交换机，采用两台H3C7506E交换机，通过IRF2技术实现虚拟化集群，并内置防火墙板卡，实现统一管理。

对于基础网络来说，虚拟化技术同服务器虚拟化一样，也有相同的体现：

在一套物理网络上采用VPN或VRF技术划分出多个相互隔离的逻辑网络，是1:

N的虚拟化；将多个物理网络设备整合成一台逻辑设备，简化网络架构，是N:

1虚拟化。

H3C虚拟化技术IRF2属于N:

1整合型虚拟化技术范畴。

IRF2（IntelligentResilientFramework）是H3C推出的第二代智能弹性架构，具有以下优势：

1.让网络更简单：

网络简化需要解决网络结构的简化，网络业务的简化，以及管理维护的简化这三方面的问题。

通过在从核心到接入的整网部署IRF2技术，多台物理设备虚拟成一台统一的逻辑设备，不但网络结构简单清晰，原先需要每台设备逐一配置，现在只需配置一次即可，大大简化了设备的管理维护。

此外，相比传统网络生成树+VRRP的部署方式，启用IRF2以后，二层不再需要配置生成树，也不再需要复杂的生成树多实例的规划，三层不再需要配置VRRP，不再需要复杂的路由规划和大量的IP地址消耗，从而简化了网络业务。

2.让网络更可靠：

IRF的高可靠性体现在链路级、协议级和设备级三个方面。

链路级：

成员设备之间的物理端口支持聚合功能，IRF系统和上、下层设备之间的物理连接也支持聚合功能，这样，通过多链路备份提高了链路的可靠性。

协议级：

IRF系统提供实时的协议热备份功能，负责将协议的配置信息备份到其他所有的成员设备，从而实现1：

N的协议可靠性。

设备级：

IRF系统由多台成员设备组成，Master设备负责系统的运行、管理和维护，Slave设备在作为备份的同时也可以处理业务。

一旦Master设备故障，系统会迅速自动选举新的Master，以保证通过系统的业务不中断，从而实现了设备级的1：

N备份。

相比传统的二层生成树技术和三层的VRRP技术，其收敛时间从N秒级缩短到毫秒级。

3.让网络更高效：

对高端交换机而言，性能和端口密度的提升会受到其硬件结构的限制，而IRF系统的性能和端口密度是IRF内部所有设备性能和端口数量的总和。

因此，IRF技术能够轻易的将设备的核心交换能力、用户端口的密度扩大数倍，从而大幅度提高单台设备的性能。

此外传统的生成树等技术为了避免环路的发生，会采用阻断一条链路的方式，而IRF2可以通过跨设备聚合等特性，让原本Active-Standby的工作模式，转变成为负载分担的模式，从而提高整网的运行效率。

播出系统网络架构设计

按全台网主干核心、播出核心、播出接入三层设计。

图11、播出系统网络架构

由于历史原因，台里的核心交换机由Cisco7609和H3CS12508组成，S12508交换机做为核心主用设备，Cisco7609交换机作为核心备用设备（该设备目前没有安装万兆端口板）；

S12508和C7609之间使用4条1GE链路聚合成1条4GE链路；S12508和C7609之间采用三层IP连接，运行OSPF协议。

两台播出核心S7506E交换机使用IRF2堆叠成一台逻辑汇聚设备；台备核心C7609和S7506IRF堆叠组之间使用4GE链路跨设备链路聚合成一条4GE的链路；台主核心S12508和S7506IRF堆叠组之间使用2条10GE链路跨设备链路聚合成一条20GE链路；

S7506IRF堆叠组与两台核心设备之间采用三层IP连接，运行OSPF协议。

播出接入交换机连接比较简单，2台S5500交换机组成一个IRF堆叠组交叉接入到S7506E堆叠组中，S5500作为2层设备，路由设置在S7506E中。

图11、播出系统网络架构

图12、播控网络拓扑图

系统中的两台核心备播存储EMCCelerraNS480存储，每台配置4个X-Blade刀片，采用3+1主/备模式部署（3个主刀片，1个共用的故障切换刀片），以实现灵活的硬件可用性保护（即X-Blade故障切换）。

每个X-Blade包含4个千兆以太网接口，做端口汇聚后达到4Gb，连接到S7506E交换机。

每台NS480共16个千兆以太网接口，统一接入一台H3CS7506E交换机。

两台NS480分别接入两台S7506E交换机。

系统中的数据库、转码、迁移、应用、时钟等服务器采用HP380G7服务器，每台服务器使用2个千兆以太网接口，做端口汇聚，分别接入两台H3C7506E交换机，在交换机上通过IRF2同样做端口汇聚。

Omneon播出服务器只有单千兆以太网接口，每个频道按主备方式，分别接入两台S7506E交换机中。

H3CS5500接入交换使用两根上行链路，做端口汇聚，分别接入两台S7506E交换机。

播控工作站、头尾检测工作站、编单工作站等在系统中多数都是主备配置，每台工作站单千兆以太网接口，分别接入独立的S5500交换机。

通过以上连接策略，达到最大的链路优化，实现负载均衡和高可用性。

四、总结

高清播出系统不是简单的标清升级，要解决对标清系统的兼容以实现高、标清同播，还要满足网络化制播的新流程。

通过对播出系统关键点的重点考虑，我们完成了黑龙江电视台新的播控系统设计。

在本方案中，我们从高标清同播、安全、效率、互联等方面进行了多重思考，希望我们的努力给同行以借鉴。