所获奖项     BIRTV奖
评委点评     
附件  
项目名称     中科大洋-广东广播电视台-4K超高清播控管理平台
项目名称(英文)     
项目属性     应用项目
项目研制生产单位     北京中科大洋科技发展股份有限公司
项目申报推荐单位      北京中科大洋科技发展股份有限公司
申报联系人      安冬
电话     13811301775
E-mail     andong@dayang.com.cn
邮编     100193
申报单位通信地址     北京市海淀区中关村软件园11号
项目构成情况综合介绍     广东广播电视台无压缩4K超高清播出控制、管理及监控平台以简洁、可行、高效为建设原则,根据目前国家和行业技术标准,结合已成熟的最新技术设备现状,选择安全可靠、科学先进的技术架构,确保技术方案的可行性,以及技术系统的安全性、先进性和兼容性,同时确保系统核心架构符合未来技术发展趋势。本平台能满足频道节目上载、调度、播出、监控等功能需求,适应4K超高清电视播出发展规划,并确保系统在今后相当长的一段时间内留有扩充的余地。系统采用同构主、备和异构二备共三套播出视频服务器,以上载工作站的形式进行上载。主、备播出视频服务器系统选用共享存储方式构成,采用热备份的架构方式,播出视频服务器设备确保文件的兼容性和应急状态下功能互备性。此外,系统配有异构的二备播出视频服务器。播出系统系统数据库配置 3 台,主备数据库采用双机热备份软件实现数据库的镜像同步,保证安全播出需求。 系统配备一套二级存储系统,保证素材经导入、技审后自动迁移到播出二级存储系统,再由播出二级存储系统迁移到主、备及二备播出服务器进行播出。 系统配备支持净静切换的四选一倒换设备,支持同构主、备和异构二备和带台标紧急垫播信号四路4K超高清电视信号进行倒换,倒换设备支持远程面板控制,支持四路信号任意一路一键倒换,支持断电旁通主路。 系统配备信号一致性比对系统,其中三条信号链路(主路、备路、三备)画面内容在正常情况下应完全相同,通过对三条信号链路(主路、备路、三备)画面内容进行一致性比对,并结合自动技审KPI报警,系统可智能给出切换建议供人工切换,必要情况下也可自动控制切换面板进行切换。
项目主要技术参数、系统指标     1)播出系统参数 UHDTV基带信号传输能力:4根铜缆传输4路Quad-Link 3G-SDI信号 高分辨率:3840×2160 高帧率:50P帧率 HDR:HLG标准 宽色域:BT.2020 2)文件转码能力 4K超高清电视的编码规范,我们遵循制播同源的原则,在制作域及播出域均采用XAVC 50P,码率500Mbp,转码效率高达1倍速。 3)监控参数 4K一致性比对:结合技审结果进行比对:审核内容包括视频中的黑场、彩条、蓝底、绿底、静帧、台标、Y\U\V 超标等项目和音频中关于静音、破音、VU、电平、不可听、相位等项目。除画面内容的一致性外,本比对仪还可对信号延时、插帧、倒序输入、亮度、声音内容的一致性做出判断,如实际业务情况需要可及时上报相关一致性问题。 4)静净切换 可以针对50P的素材进行低延时静净切换。
项目技术及工艺创新要点     1)全媒体处理分布式架构设计 LeoVideo视频转码与处理系统是大洋最新一代的全媒体服务能力平台,参考了Hadoop 1.0技术框架和视音频处理的特点设计了LeoVideo全媒体处理分布式框架,采用了1主Commander N备Commander 的standby工作机制,能力节点workers采用集群多并发处理。另外,LeoVideo全媒体处理分布式框架还采用分布式的消息队列、分布式数据库、分布式存储等技术手段,保证了系统的高安全性和高并发能力,软件模块可方便的进行水平扩展。 经过充分的测试和验证,LeoVideo全媒体处理分布式框架可以支持到500个能力节点的分布式并发处理,轻松实现视音频处理50倍速以上的高效服务能力 2)5种帧频变换模式(包括提供线性(LINEAR)、帧重复(REPEAT)、快速运动补偿(FMC)、运动补偿(MC)4种转换算法。) 因为本项目参照最新国家标准采用50帧播出,为统一播出格式,需要对其他帧率的节目源进行变换后播出。在变换转换过程中,帧率的转换最为复杂,转换质量和转换效率是一对矛盾体。为了解决这个问题,项目中使用了“多种帧频变换模式”技术,通过对不同类型的媒体文件采用不同的变换方式,达到转换效果和效率的兼顾。 普通模式-线性/帧重复; 运动模式-快速运动补偿/运动补偿; 智能模式-自适应模式 3)播出码率高效率转码 用不同格式的4K文件作为源,针对1800秒和600秒素材两种长度进行转码,得到极高的转码销量(一倍速左右),如下表:(详见图片) 4)基于50P的时码控制技术 在播控端和服务器端两个层面,对播出控制逻辑进行50P适配改造,使播控软件和服务器均能正确识别播出单中关于50P文件的相关入出点。 5)4K静净切换 由于现阶段4K播出的基带IP相关产品尚不成熟,因此本项目中部分采用了4线3G-SDI基带信号的方式来进行4K信号的传输,为解决4线信号静净切换问题,我们采用了大洋最新研发的基于4线基带信号“4K 4*1静净切换”设备,保障了在不同的四线4K信号之间切换时4路基带信号能够完全同步静净切换。 本项目中4台切换设备本身自带帧同步,支持静净切换;同时,4台设备在接收到GPI切换指令时,都在视频切换行处进行切换,此时切换发生后所有信号的切换均基于同步的帧精度,即实现了基于Quad-Link连接的4K基带信号的静净切换。 6)4K信号链路监控 播出安全永远是播出系统的重中之重,而本项目中的4K信号又是采用4线基带信号的方式进行传输,链路相对复杂,出现故障的风险点更多,人员监测难度更大。为了保障项目的安全,我们采用了大洋最新研发了“4K链路一致性比对”模块,对系统中不同链路的4K信号进行统一内容比对和技审,当任何一路链路出现画面异常时可以及时提醒值班员采取处理措施。 7)4K画面内容比对 单纯使用KPI进行画面问题自动判断,可能存在KPI报警时间阈值过长导致报警延迟,此情况可通过画面一致性比对辅助改善。本系统中三条信号链路(主路、备路、三备)画面内容在正常情况下应完全相同,使用画面内容自动比对技术可让系统立即判断并报出一致性比对结果,辅助操作人员快速判断画面是否存在问题。 通过对三路备选画面的一致性比对,并结合自动技审KPI报警,系统可智能给出切换建议供人工切换,必要情况下也可自动控制切换面板进行切换。 8)4K All in one异构播出方案 为保证安全播出,本项目从服务器、图文包装方式、数据库三个维度上做了异构设计。 9)4K送播流程设计 审核环节前移,减少由于素材质量问题导致的无效素材迁移过程。 文件导入环节智能分流、依据节目单合理安排素材转码迁移优先级等技术以达到高效高质完整节目整备的目的。
项目与当前国内外同类产品或
同类技术的比较情况
  
  由于该项目是全国首个也是唯一一个无压缩4K超高清播出控制、管理及监控平台项目,所以这里选用国内其他压缩流4K项目对比。如下表(详见图片)
项目的配置特点和功能特性     1)系统安全、可靠性设计 可靠的质量保证体系:在整个备播流程中,节目文件的传输和存储共涉及到前端节目生产系统、播出备播系统、视频服务器、第三备播服务器等几个环节,为确保节目文件从做好到无误的播出,就要保证以上几个环节的传输处理过程中,都不出现问题。在业务上如果全部采用人工手段是不可行的,因此在每个环节都设立了自动的技术保证措施,保证每个环节的文件安全: MD5校验、自动技审(质量检查、封装检查、编码检查)、人工复检/人工审看、头尾检测/播前审看等。 高效率实时转码:4K超高清电视的编码规范,我们遵循制播同源的原则,在制作域及播出域均采用XAVC 50P,码率500Mbp,转码效率高达1倍速。 完善的监控体系:大洋通过不断的控索,把播出系统由原来的人防转变为现在的智防,极大的减少了系统维护的工作量,提高了系统维护的工作效率,并且降低了故障对播出系统运行的影响时间,减少因为故障而造成的电视台的经济损失。对播出系统内各个环节的设备、信号、业务流程、软件运行状况、环境、供电、网络等监控。 2)系统先进、高效、灵活性 4K信号一致性比对系统:主备路信号不一致,或单路信号故障,通过一致比对报警。通过设置画面比对仲裁策略,对三路备选画面的一致性比对,并结合自动技审KPI报警,系统可智能给出切换建议供人工切换,必要情况下也可自动控制切换面板进行切换。 4选一静净切换技术可以保证拼接画面的同步性:本项目中4台切换设备本身自带帧同步,支持净静切换;同时,4台设备在接收到GPI切换指令时,都在视频切换行处进行切换,此时切换发生后所有信号的切换均基于同步的帧精度,即实现了基于Quad-Link连接的4K基带信号的静净切换。 播出PGM母线保护技术:防止由于切换设备误切故障造成的播出事故。 在线待播素材检查技术:隔5分钟(时间可设)通过VDCP检查2小时(时间可设)内的待播素材,播出视频服务器是否有此部分素材。 播出多线程控制技术:保证帧精度播出问题。 “一键应急”特殊功能键技术:播出控制工作站通过422串口与该特殊功能键连接,在播出控制方面可以实现如下快捷“一键式”功能:紧急/应急操作、快速调整、控制权快速倒换。 3)系统开放性 系统提供开放式和标准接口,可充分满足与台内其它子系统、业务支撑平台和基础网络平台无缝衔接。本系统具备成熟的互联合作经验,与国内业界知名公司均有过成功的互联案例。该项目目前为整体面向IP设计、局部(播出系统)以基带形式实现,4K播出标准成熟后,可以无缝升级为IP系统。 4)充分的行业经验 大洋公司在播控系统建设方面,互联经验丰富,具备良好的技术底蕴,大洋公司目前省级台市场占有率为75%以上,省级台高清频道占有率为90%。
项目实际应用案例和用户评价意见     广东广播电视台无压缩4K超高清播出控制、管理及监控平台实施情况 4K超高清播出系统采用ALL IN ONE方式,播出视频服务器集成图文叠加和外来信号切换功能,节省了传统的切换器和键控器,使视音频系统架构更加简单。视频服务器采用主、备和第三备的方式,主备是Harmonic SpectrumX服务器,第三备采用异构的大洋VIPS-4K服务器,极大的保证了播出安全。 4X1倒换器采用大洋的Phoenix-ACO-4K-4X1,配置主备两套,4X1倒换器做为播出系统的核心设备之一,能够支持帧精度的静净切换。 对于4K视音频信号质量(静帧、黑场、静音)检测,采用3台大洋的Fresco-Supervisio,可对12路4K信号进行实时分析检测,对各种信号异常情况设定阈值,超过阈值则进行声音报警。另外配合大洋睿御监管系统,以视音频监控系统图的形式,显示各信号检测点实时4K图像画面,有问题则声光报警,便于快速定位故障点,值班人员进而及时做出应急处理。 根据广东广播电视台4K频道制播节目需求,节目整备业务流程,支持不同格式素材安全进入播出系统,支持导入、审片、签播、转码、迁移和技审。外来素材可经导入、审片、迁移、转码和技审流程进近线存储备播。 用户评价 1)该项目的广东广播电视台4K电视播控系统包括播出控制、管理及监控子系统,系统输出4K超高清基带信号,项目完成了预定的建设目标 2)该项目实现了4K超高清节目从审片、上载、迁移、技审、播出、监控等完整的播控流程,经测试通路的4K信号采用3840x2160/50P、10bit、BT.2020色域格式,符合国家新闻出版光电总局GY/T 307-2017 《超高清晰度电视系统节目制作和交换参数值》的要求。 3)该项目所测通路的4K信号通过4x3Gbps SDI 链路进行传输,采用LEVEL A 映射级,链路内的数据格式和输出接口特性符合 GB/T 32631-2016 的要求。 4)该项目经测试,文件转换效率和质量符合要求 5)该项目提供的验收技术资料齐全,符合验收要求
项目获奖和获得专利情况     1)项目获奖:申请报奖过程中 2)获取专利情况: 一种超高清电视播出多路静净切换的系统和方法。 一种高帧率播出控制的系统和方法
项目经济评价分析     1)项目社会价值: 4K 超高清电视是电视技术发展的必然。高质量的内容是广电核心竞争力,对完美图像和画质的不断追求,是广电技术演进的重要目标,也是行业发展的一条主线。从模拟到数字、从标清到高清、再到 4K,都是为了更好地满足受众的视觉需求。十九大报告中强调,中国特色社会主义进入新时代,我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾,表现在广电领域,更多的是指人民日益增长的高品质的视听需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。为此,广电通过技术体系的改造,将有助于使观众享有更好的沉浸式的收视体验。 2017 年底全国首个 4K 超高清电视试验频道在广东广播电视台正式开播,成为我国 4K 发展史上的一个里程碑。广东发展 4K 超高清电视在技术、产业、市场等方面具有先天优势,特别是产业基础比较好,产业链较为成熟完整,具备发展 4K 电视的前提条件。同时广东上至省委省政府,下至台方都将 4K 超高清发展作为“一把手”工程高度重视,调配优势资源优先发展,天时地利人和等诸多因素的共同作用,广东成为了全国 4K 超高清电视发展的排头兵和先锋队,一举创造了令人惊叹的“广东速度”。 广东 4K 播出项目中,大洋 4K 播出视频服务器、4K 视音频能力处理平台、 4K 画面一致性比对、 4K 四选一静净倒换设备等一系列创新研发的自主知识产权产品打通了 4K播控方案的关键环节,为 4K 播出方案从想象变为现实立下了汗马功劳,相关设备全部通过了总局机构的测试验证。 2)项目经济分析: 消费者对极致体验的需求增长强烈,4K电视的国家标准已在3年前颁布执行,截止2016年底,4K电视市场占有率达到24.7%,而目前国内4K节目源供给是产业中的短板,缺乏提供常态化节目制播能力的机构。4K超高清电视直播频道还处于空白状态。本项目在2017年底的成功实施,填补了4K超高清电视直播频道的空白,将带动全省相关产业的快速发展,对全省经济建设具有重要意义。同时,4K广播电视频道的正式播出,也将从内容制作的角度推动包括4K电视销量在内的4K全产业链的发展。