播出服务器的发展

万 剑

（武汉广播电视台 播出传送中心，湖北 武汉 430015）

1 Grass Valley视频服务器发展历程

从1995年，视频服务器诞生，至今已经走过了15个年头。PINNICAL，Seachange，Sony，GVG，Harris，Omneon这些国外的巨头都曾经涉足这一市场，并有成功的播出应用产品。笔者作为长期工作在播出第一线的技术人员，以Grass Valley产品为例，总结了服务器的发展轨迹，并提出未来的播出服务器的展望。

无论是15年前独立的GVG，还是并入Tektronix和Thomoson，还是今天的Grass Valley，视频服务器一直是Grass Valley的核心产品线之一。10余年来，Grass Valley一直不断地发展自己的视频服务器产品，GV的产品具有服务器发展的代表性。Grass Valley服务器发展历程可简单表述为图1。

这条发展轨迹是应用拉动，技术推动，相辅相成，相互促进，自然形成的。回顾过去是为了服务未来，希望能从发展轨迹中从筛选出一些有用的信息，摸索出一些规律性的东西。

2 Grass Valley第一代视频服务器——Profile PDR系列

1995年Grass Valley公司设计制造了全球首台视频服务器，拉开了硬盘播出探索的序幕。如今硬盘播出系统经过多年的发展，传统的磁带录像机从主力播放源退居其次，服务器成为绝对的主力播放源。经过了十几年的发展，硬盘播出系统已经从探索和尝试变得成熟理性。随着技术轨迹的推进，作为播出系统核心设备的Grass Valley视频服务器历经了三代产品的更迭。

Grass Valley第一代视频服务器产品为Profile PDR系列，其PDR100硬盘服务器最早将计算机服务器技术引入视频工业界，引发了整个广播电视行业的技术革新，并因此获得艾美奖。PDR系列视频服务器支持双向的录制/播放通道，在一定程度上可以说是当时相对成熟的非线性编辑技术和传统录像机功能融合的产物，被看作是一种多通道数字硬盘录像机。Profile PDR系列视频服务器如图2所示。

早期的视频服务器应用并不明确，不同台根据自身情况在演播室、新闻、广告、垫片等的播出和节目插播、转播车慢动作回放、后期制作等领域均有应用。多数台只是把第一代视频服务器作为节目源和播出之间的桥梁，所播节目在整个节目播出量中占据比例不大。因此，此时的视频服务器还是充当类似信号源的角色。

Grass Valley第一代视频服务器的主要特点有：

1）编解码方式。编解码方式的更替是Profile PDR系列最主要的特点，从PDR100和PDR200的JPEG，PDR300的MPEG 4∶2∶2，到PDR400的DVCPRO，编码效率越来越高，每种产品采用专用的编解码芯片，低级的产品可以通过板卡组件升级到更高级的编解码方式。随着编码效率的提高，视频服务器每通道的成本和硬盘存储成本都有很大程度的降低。

2）带宽存储。除最早的PDR100带宽和存储相对较小，第一代Grass Valley视频服务器带宽均为30 Mbit/s，内置存储采用SISC接口，存储容量为18 Gbyte。可见，这一时间受限于计算机和存储技术的水平，存储容量小，虽然随着编解码效率的提高，存储时间有所提高，但存储素材时间仍然比较短，所播节目在整个节目播出量中占据比例并不大。

3）通道构成。因为此时的视频服务器并没有成为播出系统的核心设备，更多是充当类似录像机信号源的功能，所以人们习惯用视频服务器可以替代的录像机来衡量视频服务器的价值，因此，通道数也就成为这一时期视频服务器取胜的一个重要指标。Grass Valley第一代视频服务器最多支持8个视频通道，支持16～32路AES/EBU嵌入数字音频，可选多种灵活的配置方式，且可根据需要选配模拟或数字视音频接口，模拟与数字可共存在同一体中，非常适应我国当时由模拟向数字过渡的现实。

4）网络接口。这一时期的视频服务器兼负上载与播出的工作，通过上载控制机和播出控制机共同控制视频服务器完成上载和播出，主备视频服务器之间通过服务器之间的光纤网络拷贝素材，需要合理安排主视频服务器的不同频道向备视频服务器发送素材。整个播控网络采用百兆以太网进行互联。虽然第一代视频服务器存储容量低、价格昂贵、且受传统工作流程和使用习惯的限制，但是因为它在处理切换频繁的短节目时，能保证自动播出的精确，将操作人员从手忙脚乱的操作中解放出来，因此在一定程度上降低了播出工作得压力，所以较快获得了用户的认可。

3 Grass Valley第二代视频服务器——Profile XP系列

进入2000年以后，随着高清晰度平板电视的普及，高清晰度电视离人们越来越近，美国、日本等国家走在了高清电视的前列，视频领域逐渐开始大规模启用高清设备，在世界广播电视领域高清俨然已成为不可逆转的大趋势。中国因为2008年奥运会的契机，也开始关注高清电视，具备高清晰度电视节目的制作和播出能力这一必备条件，使得2008年奥运会成为中国高清发展的推动力。Grass Valley公司作为全球著名的广播系统和服务的供应商，以其敏锐的技术前瞻性，在20世纪90年代就开始了高清领域的研发，到这一时期已能为市场提供从节目采集、制作、存储、管理到传输各环节成熟的全线高清晰度电视产品。Grass Valley第二代视频服务器PVS系列Profile XP高标清兼容媒体平台就是视频服务器步入高清时代的代表之作。Profile XP系列视频服务器如图3所示。

第二代视频服务器的主要特点有：

1）高标清兼容媒体平台。第二代视频服务器最显著的特点就是在同一台服务器、同一时间线兼容标清信号和高清信号，支持自动上

下变换，成为真正意义上的多格式视频服务器。使电视台在面临高标清同播的复杂情况时，只需1台服务器即可实现，而不再需要使用额外的服务器通道、管理软件和切换设备，大大降低了系统的复杂性以及用户从标清向高清过渡的系统投入。

2）存储技术。这一代服务器均采用高效的MPEG-2编码，支持长GoP结构，再加上硬盘存储技术的发展，存储容量和存储时间均大幅倍增。采用可靠的RAID方式保障存储数据安全，在出现硬盘故障时通过热插拔更换硬盘即可恢复素材数据，利用虚拟存储技术，由RAID控制器把多个物理硬盘组织在一起，建立文件系统，使用维护方便。存储部分采用高速光纤接口进行视音频数据传输。单机、分布和SAN架构都成为可能。

3）高可用/可靠性。素材可以通过LAN，WAN，IP，Fibre Channel，Ethernet，Gigabit等多种途径进行传输，兼容GXF，MXF等多种素材文件格式；支持SNMP远程监控，可对设备进行集中管理和检测，提前关注系统的状态变化，并在服务器故障时进行声光报警，在一定程度上保证系统的安全性；开放控制协议，全面支持第三方应用程序，为服务器的多种应用提供了有力的基础；服务器采用易于维护的架构，支持热备份，提供冗余电源、系统盘、风扇等，支持热插拔，大大提高了系统的稳定性和可靠性。

4）ASI接口。配备了ASI异步串行接口，为MPEG传输流的上载、播出提供了方便，减少了节目上载前的多代编码、解码、记录和存储操作，减少了因多次信号处理对图像质量带来的影响。

4 Grass Valley第三代视频服务器——K2系列

不可否认视频服务器进入播出系统带给用户便利的同时，仍然存在一些问题。上载和播出一体使播出系统成了“公共场所”，不同部门人员聚集在播出部门，对播出安全是一个很大的隐患。随着广播电视的不断发展，节目质量在不断的提高，播出时间也在不断的增加，而且在全台网建设和三网融合的大背景下，节目素材量的越来越大，使用服务器的上载通道进行上载和仅靠服务器内置存储已远远无法满足新时期的系统需求。如何强化视频服务器有利的一面，避免其不利的影响，自然成了用户和厂家都在思考的问题。播出和上载分离的思路由此而来。

随着IT技术和网络技术的迅猛发展，异地上载模式越来越多的采用。这一阶段，对播出系统和视频服务器影响深远的就是上载工作站的引入，上载工作站的引入将节目端和播出端真正隔离开来，使节目人员只和“自己的”机器打交道。上载工作站自带存储，可实现简单节目串编，播出服务器只需处理“成品”，只专注于播出。上载工作站还具备格式转换功能，除了传统的模拟或数字AV信号外，上载工作站还可以接受多种格式的数据码流或文件格式。上载工作站的上述功能简化了视频服务器的I/O配置，释放了视频服务器通道，以让昂贵的视频服务器发挥更大的效益。为后来的“上载—存储—播出”的流程和“融合”、“异构”模式奠定了基础，硬盘播出系统向成熟可靠和实用化迈出坚实的一步。

在解决了上载与播出分离的问题后，视频服务器的硬盘和存储成为越来越突出的问题。为了存储和处理大量的高码率视频数据，必须采用高速大容量硬盘，还要采取RAID技术保证安全。与并口硬盘相比，速度高，连接方便，适合组建RAID阵列的SATA硬盘的出现给解决这个问题带来机会，一些厂家提出了二级存储（也有称近线存储）的概念。视频服务器继续采用昂贵的高速SCSI“专用”硬盘，但保持适当容量，从而降低费用。而需求越来越大的备播数据则由廉价的SATA硬盘阵列构成，可以用较少的投资获得海量的存储空间。采用冗余备份技术保证数据的安全性。二级存储和视频服务器之间采用智能迁移。二级存储开辟了互联互通的接口，播出系统变得豁然开朗。通过二级存储“文件化传输”，既可以和前端的制作域沟通，也可以和后端的存储域连接，实现了“粗颗粒、松耦合”。

由于二级存储的介入，硬盘播出形成了“上载—存储—播出”的科学合理的播出流程。通过把上载功能提取出来，把高昂的硬盘费用剥离出来，减轻服务器负担，简化服务器结构，实现灵活配置，深刻影响着视频服务器定位的回归。与此同时，IT技术的日新月异，也在深刻地影响着视频服务器的设计理念和功能，集合先进的IT技术于一身，集可靠性、质量性、功能性、开放性、灵活性、扩展性、兼容性、易用性及全面性于一身，Grass Valley第三代视频服务器闪亮登场，如图4所示。

Grass Valley第三代视频服务器的主要特点有：

1）服务器IT化。Grass Valley第三代视频服务器在Profile系列媒体服务器的基础上，采用了独具创新的开放式架构，将Grass Valley公司丰富的视频专业经验和IT业成熟的解决方案完美地融合在了一起。第三代视频服务器采用iSCSI（Internet SCSI）网络协议，可在标准以太网连接上传输素材和进行存储局域网络（SAN）的操作，支持文件传输协议（FTP）和公用互联网文件系统（CIFS）协议，依托成熟的网络技术和存储技术，实现内容存储和文件服务，可以基于千兆以太网实现交互通信和实现资源共享。以IT为中心、文档为基础的播出和传输工作流程，大大简化了安装和操作过程。同时由于采用IT通用部件，在很大程度上降低了整个系统的成本，性价比高。

2）存储带宽。第三代K2以及最新的K2 Summit视频服务器采用媒体客户端与媒体服务器分离的全新系统架构，媒体客户端将原服务器系统的编解码通道独立出来，保证了媒体客户端与媒体服务器相对独立性，各自故障不会相互影响，而且客户端采用定制的专用编解码芯片及FPGA编解码技术，对文件有着广泛的兼容性，利于多格式编解码的应用以及存储容量和带宽的扩展。媒体客户端可以内置媒体服务器阵列系统，作为独立的系统单独使用，也可以通过独立的媒体服务器来完成文件系统管理及控制、FTP迁移等功能，连接外置RAID存储，便于系统扩展，可成倍的扩展存储容量和系统带宽。另外，在在线系统的素材盘选取上，草谷公司没有选取SATA，而是选取了目前最高性能的SAS专业硬盘，从而满足系统无论在视/音频满负荷运行状态、在硬盘修复状态、还是同时在超级慢动作变速播放状态，均能保证稳定的系统带宽及FTP素材迁移带宽。

3）高可靠性。新一代的视频服务器机箱采用全新的工业架构，模块化设计，总线通信，机箱内部无一根可见互联线，更小巧的机箱实现更多的功能，关键硬件为防震设计。采用CF卡嵌入式操作系统方式，系统启动更快捷、更安全；配置了冗余电源并支持热插拨操作以及冗余以太网接口；通过采用双iSCSI和双FC接口的设计提供更多的冗余链路，真正实现整个系统的完全冗余，确保整个架构无单一崩溃点。RAID采用了单机为RAID10，外置为RAID5或RAID6（双校验盘）配置。为满足高安全级别的用户需求，系统还配备了SSD固态硬盘供用户选择。

4）制作扩展功能。最新的K2 Summit视频服务器增强了直播和现场制作功能，通过简单的控制即可完成即时回放和混合特技效果功能，并且内置多画面分割器支持实时4分画面VGA输出，可在直播或制作时方便的监看所有输出通道。为直播和现场制作工作流程提供了完美的解决方案。草谷公司还配置慢动作控制面板Dy⁃no便于现场转播工作，另外，系统配置了多种支持第三方系统的插件选件供用户选择，通过插件，用户可以直接在苹果或Avid非编系统直接访问、调用K2数据库中的节目素材，并可实现边录、边编、边传等现场制作工作，极大程度地满足了现场节目制作的需求。

第三代视频服务器将趋向于紧凑化、模块化设计，不再强调通道的数量和存储空间的大小，而是更加强化软硬件的可靠和安全。更加强调组合能力，而不是“集成”的能力。强调故障快速恢复能力，以及高标清兼容等高级功能。同时在应用方面提高了产品的开放性，架构更开放更透明，可以更好地为全台网络一体化的发展效力。

5 小结

回顾视频服务器发展的历程，视频服务器作为播出系统的核心设备，其发展与播出系统的发展是相辅相成、相互促进的，随着全台网的数字化网络化的发展，不难推断架构更开放、更透明、功能完备、支持高清的视频服务器将逐渐成为主流。从应用角度对未来的播出服务器做些预测：更大的网络带宽，组网方式更为灵活；更强的处理能力，支持多种编码方式的输出；架构更灵活，无论单机式、分布式满足客户需要的工作流程；系统升级将更为便捷，无须更换硬件，而是通过软件实现升级；系统操作界面更加简洁、直观。