CN114727118B - 一种实现轻量化播出的电视台超高清播出架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，属于电视台超高清播出架构领域，包括外来信号设备、信号转换设备、总控设备、图文叠加服务器、制作系统和存储服务器，所述图文叠加服务器包括超高清图文叠加服务器、监视器图文叠加服务器、高清图文叠加服务器、大屏图文叠加服务器中的一种或多种；外来信号设备与信号转换设备连接，信号转换设备与总控设备连接，总控设备设有多路信号输出端，并与超高清图文叠加服务器、监视器图文叠加服务器、高清图文叠加服务器的输入端连接、大屏图文叠加服务器连接；制作系统与存储服务器连接，存储服务器与总控设备连接。本发明实现播出服务器轻量化部署，提升安全性及稳定性，支持功能扩展。

Description

一种实现轻量化播出的电视台超高清播出架构

技术领域

本发明涉及电视台超高清播出架构技术领域，更为具体地，涉及一种实现轻量化播出的电视台超高清播出架构。

背景技术

IP化是当前电视台的一个主要发展方向，基于SMPTE ST 2110-20协议的4k50p超高清的IP化，每一路信号就需要约10Gbps的带宽，8k更高。因此，当前国内外商业化超高清IP播出采用一种“All in One”的一体机架构形式，即集信号解封装、图文包装、推流等功能于一体的播出服务器，服务器内部数据交换能力相对充裕，从而降低设备之间的超大数据通信需求。这种架构同时也带来一些问题：由于需要同时处理解码、图文加工、编码、推流等运算，性能要求被集中在播出服务器上，随着超高清频道向着更高的8k和更多的频道发展，对性能的要求更加苛刻，成本也会随着服务器性能和网络带宽的要求而直线上升，直至不可承受。同时，多种功能在一个设备上运行，功能之间容易相互干扰带来隐患，进而影响播出安全。

现有的电视台超高清播出架构采用“All in One”的一体机形式，即集信号解封装、图文包装、推流等功能于一体的播出服务器。例如，具体结构为图1所示的传统“All inOne”超高清播出架构，由图1可知，电视台目前主要采用两种超高清信号来源：外来信号、播出服务器文件播出信号。其中，外来信号流在通过All in One一体播出服务器并在基带信号上叠加图文后，输出IP基带信号；播出服务器文件播出信号通过制作系统文件化送播，制作系统将后期制作完成的视频文件保存至播出存储服务器，在播出服务器需要开启播出任务时，读取播出存储中的视频文件进行播出，将媒体文件推送到All in One播出服务器后，在All in One播出服务器中对文件进行解码、图文加工、编码成基带信号后输出。

目前现有的“All in One”架构存在如下问题：由于需要同时处理编解码、图文加工、推流等功能集于一身，播出服务器的性能要求被提高，随着超高清频道对超高清内容播出的需要，这一性能要求更加苛刻，成本也会随着服务器性能和网络带宽的要求而直线上升。同时出于对电视超高清频道的播出控制的安全稳定性要求，该机器性能存在一定瓶颈，为了保证电视台超高清节目播出安全，需采用多套备播方案，进一步提升了设备成本。此外，过去的“All in One”功能无法扩展，仅能适用于电视台的播出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，实现播出服务器轻量化部署，提升安全性及稳定性，并可支持功能扩展；并且，基于本发明的架构构成一种可伸缩的多设备协作网络，核心的信号控制部分功能大大削减以保持高稳定性，各图文叠加服务器各自独立为不同目的系统渲染不同内容，风险可控。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，包括外来信号设备、信号转换设备、总控设备、图文叠加服务器、制作系统和存储服务器，所述图文叠加服务器包括超高清图文叠加服务器、监视器图文叠加服务器、高清图文叠加服务器、大屏图文叠加服务器中的一种或多种；外来信号设备的信号输出端与信号转换设备的信号输入端连接，信号转换设备的信号输出端与总控设备的信号数据输入端连接，总控设备设有多路信号输出端，总控设备的第一路信号输出端与超高清图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第二路信号输出端与监视器图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第三路信号输出端与高清图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第四路信号输出端与大屏图文叠加服务器的输入端连接；制作系统的数据输出端与存储服务器的数据输入端连接，存储服务器的数据输出端与总控设备的数据输入端连接。

进一步地，所述总控设备包括信号控制计算机。

进一步地，所述制作系统包括后期制作非编集群。

进一步地，所述外来信号设备包括摄像机设备。

进一步地，所述外来信号设备包括推流服务器。

进一步地，包括第一IPTV设备，所述IPTV设备的数据输入端与超高清图文叠加服务器的超高清信号推流输出端连接。

进一步地，包括监视器，所述监视器的输入端与监视器图文叠加服务器的超高清监看信号输出端连接。

进一步地，包括第二IPTV设备，所述第二IPTV设备的输入端与高清图文叠加服务器的高清信号推流输出端连接。

进一步地，包括移动终端，所述移动终端的输入端与高清图文叠加服务器的高清信号推流输出端连接。

进一步地，包括户外大屏，所述户外大屏的输入端与大屏图文叠加服务器的输出端连接。

本发明的有益效果是：

本发明将传统的“All in One”超高清播出架构替换为信号转换设备+播出服务器+图文包装推流服务器的架构，基于该架构可实现播出服务器仅解封装无需编解码，实现播出服务器轻量化部署，提升安全性及稳定性，并可支持1+abcd…模式的功能扩展。其中，设备之间以新型的SUVC或SMPTE ST 2110-22低延迟压缩方式进行实时数据传输，从而构成一种可伸缩的多设备协作网络。核心的信号控制部分功能大大削减以保持高稳定性，各图文叠加服务器各自独立为不同目的系统渲染不同内容，风险可控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的“All in One”超高清播出架构示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：

若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

本发明实施例旨在解决播出服务器性能要求高、网络带宽要求高、建设成本高、功能无法扩展的问题，提出一种实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，该架构包括外来信号设备、信号转换设备、总控设备、超高清图文叠加服务器、监视器图文叠加服务器、高清图文叠加服务器、大屏图文叠加服务器、制作系统、存储服务器。

外来信号设备的信号输出端与信号转换设备的信号输入端连接，信号转换设备的信号输出端与总控设备的信号数据输入端连接，总控设备设有多路信号输出端，总控设备的第一路信号输出端与超高清图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第二路信号输出端与监视器图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第三路信号输出端与高清图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第四路信号输出端与大屏图文叠加服务器的输入端连接；制作系统的数据输出端与存储服务器的数据输入端连接，存储服务器的数据输出端与总控设备的数据输入端连接。

如图2所示，本发明实施例由虚线框中多个设备组成的结构带代替了传统UHD播出架构，并可实现传统“ALL IN ONE”播出服务器无法实现的高扩展性和高安全性功能。具体而言，在组成结构上利用信号转换设备，能够代替传统播出服务器的信号转换功能，信号转换设备可以接收SDI、SDI Over IP、NDI和主流IP协议信号等外来信号，经过编转码处理后，输出IP流，最终以TS Over UDP、HLS、RTMP、RTP、SRT、NDI等方式一次性输出到后端系统，也可以输出HDMI/SDI流到指定端口，满足IPTV、电视、电脑、移动终端(平板、手机)、大屏等多终端视频直播的需求。信号转换设备支持SUVC、JPEGXS、MPEG2、H.264、H.265、AV1等视频编码格式，并支持标清、高清、4K/8K格式编码。在实际应用过程中，超高清图文叠加服务器、监视器图文叠加服务器、高清图文叠加服务器、大屏图文叠加服务器均可选用现有服务器实现所述架构，例如DELL R740-OEM、DELL R740XD-OEM、H3C UniServer R4900 G5、H3CUniServer R4700 G5等。

在本发明实施例提供的架构中利用了总控设备，能够替代传统播出服务器核心的播控功能，且利用总控设备相比传统架构中播出服务器只用于实现较单一的功能，总控设备通常可以选取安全性较高但配制要求较低的计算机设备，在本发明的架构中由于总控设备功能单一，仅根据权限负责控制信号的输入输出流选择，从而能够保持较高的稳定性。

在本发明提供的架构中利采用了多种图文叠加设备，能够代替传统播出服务器解码、图文叠加、编码、推流等功能，这些图文叠加设备通常为配制性能较高的工作站设备，由于从传统播出服务器独立，总控输出的多路信号能够扩展至不同用途，如超高清信号包装推流、超高清信号监看、高清信号包装推流、户外大屏信号推流、网络直播推流等，也可根据不同需求，选择不同配制的图文叠加设备，满足不同使用场景。且在实际应用过程中选择支持SUVC分层编解码的图文叠加设备，由于设备支持SUVC分层编解码，图文叠加设备也可降低编辑侧成本，并使用较低配置对原超高清视频文件基础层进行操作，对配置要求更低。

本发明实施例的播出架构中，采用支持分层编码技术(SUVC,Scalable VideoCoding)的信号转换设备进行转换和编解码，可以实现将8K画面通过可逆缩放变换，分解为4K基本层和8K增强层，在输出8K画面时，达成降低带宽和硬件性能需求，不增加系统额外的存储和计算开销。

本发明实施例的播出架构，相比传统架构，将信号转换的工作及后期图文包装部分与中心播出总控服务器分离，在编辑制作端使文件压缩格式与浅压缩信号压缩格式一致，使得播出总控在文件播出环节，播出服务器用于文件与信号播出，由于仅解封装无需编解码，可以实现轻量化部署。

对比传统架构，本发明采用了支持SMTPE 2110-22协议与JEPG XS、SUVC格式的设备实现的架构解决方案，促使在编辑制作文件压缩格式与浅压缩信号压缩格式一致，使得在文件播出环节，可以实现仅做解封装，无需编解码，减轻播出服务器性能压力，增强其稳定性。这种架构的优势还包括：由于后期图文叠加设备分离，则可根据实际需求进行无线扩展，提升或降低机器配制，又由于这种架构采用可以适配SUVC分层编码使技术的相应设备，使得网络带宽处理超高清视频压力降低，从而降低建设成本。同时，播服轻量化，有利用云部署。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本发明的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术。

Claims (10)

1.一种实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，包括外来信号设备、信号转换设备、总控设备、图文叠加服务器、制作系统和存储服务器，所述图文叠加服务器包括超高清图文叠加服务器、监视器图文叠加服务器、高清图文叠加服务器、大屏图文叠加服务器中的一种或多种；外来信号设备的信号输出端与信号转换设备的信号输入端连接，信号转换设备的信号输出端与总控设备的信号数据输入端连接，总控设备设有多路信号输出端，总控设备的第一路信号输出端与超高清图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第二路信号输出端与监视器图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第三路信号输出端与高清图文叠加服务器的输入端连接，总控设备的第四路信号输出端与大屏图文叠加服务器的输入端连接；制作系统的数据输出端与存储服务器的数据输入端连接，存储服务器的数据输出端与总控设备的数据输入端连接。

2.根据权利要求1所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，所述总控设备包括信号控制计算机。

3.根据权利要求1所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，所述制作系统包括后期制作非编集群。

4.根据权利要求1所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，所述外来信号设备包括摄像机设备。

5.根据权利要求1所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，所述外来信号设备包括推流服务器。

6.根据权利要求1所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，包括第一IPTV设备，所述第一IPTV设备的数据输入端与超高清图文叠加服务器的超高清信号推流输出端连接。

7.根据权利要求1所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，包括监视器，所述监视器的输入端与监视器图文叠加服务器的超高清监看信号输出端连接。

8.根据权利要求1所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，包括第二IPTV设备，所述第二IPTV设备的输入端与高清图文叠加服务器的高清信号推流输出端连接。

9.根据权利要求1或8任一所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，包括移动终端，所述移动终端的输入端与高清图文叠加服务器的高清信号推流输出端连接。

10.根据权利要求1所述的实现轻量化播出的电视台超高清播出架构，其特征在于，包括户外大屏，所述户外大屏的输入端与大屏图文叠加服务器的输出端连接。

Images