北仑电视台硬盘播出系统的设计与实现

2012-08-18叶建建黄汇宇

中国传媒科技 2012年21期

关键词：编解码硬盘服务器

文｜叶建建黄汇宇

为了加强用户体验，从数字电视技术不断发展的浪潮来看，标清向高清的转换是必然的，但需要有一个过渡期。为了适应当下趋势及满足台内节目播出的需求，北仑电视台的这次硬盘播出系统建设除了2个标清频道之外，还具备了一个高清测试频道的同播能力。

系统设计原则

在设备选型上充分考虑了系统的安全性，先进性，应急能力，播出功能，扩展能力。整个系统要求配置灵活，易于操作，维护方便。

1）高可靠性

播出系统要求有极高的运行可靠性，同时系统设计中加入完善的应急方案。

2）先进性

系统设计保证与国际技术发展潮流同步，在播出的各个环节均能达到数字化的技术要求。

3) 经济性

对系统进行统筹规划，所有设备具有最佳的性价比。

4) 可扩展性

保证系统功能清晰，简洁，扩展灵活，满足系统的扩展需求。

5）易于管理操作

播出系统主要用于电视播出，因此要求系统易于操作，应急快速，便于管理，维护方便。

系统构成

本高标清数字硬盘播控系统，遵循成熟的系统架构，核心设备视频服务器采用1+1主备方式，负责节目的上载和播出。控制系统、视音频系统中的主要设备，也按频道均采用1+1主备方式，保证系统无单溃点，任一设备出现故障，播出业务不中断，避免播出事故。系统网络及控制如图1所示。

1. 视频服务器

图1

视频服务器是播出系统的核心设备，且一旦上线，将长时间不间断进行编解码工作。因此，播出解码工作的稳定性至关重要。因此我们本次采用了硬件芯片编解码的视频服务器。

图2

图3

服务器的通道配置如图2所示：

系统共配置2台视频服务器，4块编解码卡。其中2块5001板卡为3通道标清编解码模块，包括1个半双工编解码通道和2个独立解码通道；5321板卡提供2个半双工编解码通道；5501板卡双通道独立解码，支持高清上下变换，用于高清节目播出。根据图示，实际使用中，2个标清频道均配置1+1主备播出通道，高清测试频道配置1个通道，一共有2个标清上载通道和2个高标清兼容上载通道用于播出节目上载。这种配置方式功能齐全，单台视频服务器即可完成上载、审片、播出的全流程，可以应对系统崩溃的极端情况。

节目素材在上载/审片系统完成编码后，根据通道的配置迁移到主或备视频服务器；近日不播，但将来可能使用的节目素材如电视剧，根据相关策略迁移到二级存储，在一定时间范围内重播将不需要重复上载。

我们要求播出视频服务器支持15天的节目存储量，这样可以应对节假日期间无人上载或内容管理系统出现问题无法迁移的情况。为此，视频服务器配置了6T有效存储，可以存储12Mbps节目约920小时，即2个频道可以存大约20天全天节目，完全满足需求。

此外，我们配置的播出的视频服务器还具备RAID6双校验；各编解码通道，风扇，硬盘等关键部件支持带电热插拔等特性，十分安全可靠，出现问题后在线维护也十分方便。

2. 上载系统

上载信号主要分为两类，第一类是外来信号包括CCTV信号，各演播室信号，其它信号；第二类是4部录像机及2台DVD信号，所有的信号进入矩阵后，经调度分别送往各个上载通道进行上载。

本次在上载系统设计了一套上载调度矩阵，所有上载通道可以共享系统的4台录像机信号、CCTV信号、各演播室信号等，可以丰富上载的内容和形式，比如通过视频服务器的上载通道对演播室的直播节目进行编码上载，并通过打点、审看等环节后，可以迅速的进行重播。

同时，该模式也可以使上载录像机可以作为播出信号源，为播出信号源提供更多选择。

上载系统如图3所示。

3. 二级存储

由于硬盘播出系统完全采用的是文件化的节目准备过程，节目文件的可管理性、安全性都是重中之重。因此，我们为播出系统设计配置了一套大容量二级存储系统。一方面为播出节目文件提供一个集中存储池，方便统一管理、调度；一方面在播出视频服务器与上载、外部接口等节目输入环节间增加一个环节，支持通过自动技审、MD5校验、软审片等功能对节目的质量、内容做审核，避免有问题素材直接进入播出视频服务器，提高了安全性。

二级缓存配置了14块2TB的硬盘，其中包括2块热备份硬盘。做RAID校验后，实际有效空间为13.5TB，按30%冗余计算，可得出以下结果：

1小时标清素材占用空间为

13.5 Mbps×3600sph/8/1024=5.93GB

二级缓存共可存储标清素材：

13.5 ×1024/5.93=2331小时

4. 播出和制作交互介绍

台内拥有一套节目制作系统，两套系统运行于独立的两套网络中；播出系统要兼顾到与节目制作系统的互联互通，实现从节目制作系统到播出系统的文件化传输，提高效率。在实现播出和制作互联的情况下要全面保证播出系统的安全，保证节目制作系统出现故障或者感染病毒时，也能确保播出系统不受破坏，保证安全播出。

图4

本系统中，我们在DMZ区部署一台接口服务器，制作系统与播出系统通过WEBSERVICE方式和接口服务器迁移程序通信约定文件传输细节，接口服务器通过双网卡独立工作的方式，全面保证从制作网到接口服务器和从接口服务器到播出网都具有千兆的极速传输能力。该接口服务器通过IPSAN的方式挂载存储确保接口处存储容量不会成为瓶颈。具体文件交互流程如图4所示。

播出系统和制作系统实现网络连通以后，由于制作系统的安全级别较低。因此在网络安全的角度会为播出系统带来相应的安全风险，为了保证播出系统的安全，在该系统中配置了专门的硬件防火墙来做NAT转换和链路隔离，只允许指定的端口和相应的业务传输，禁止其他业务传输。

5. 播出监看与系统监控

为了实现对播出有关信号的实时监看，我们采用了多画面分割器和大屏幕显示器的集中监看方案，共配备5块55英寸的液晶大屏，其中3块用来监看各个频道播出情况，1块监看录像机及外来信号源，最后1块用作系统监控，监看各个重要节点。另外还为上载与审看，字幕机，技监等配置了9英寸小监视器，既方便了操作也更加人性化。

本系统设置了1台设备状态监控工作站，1台设备状态监控服务器，如图5所示。系统采用分布式的结构，分布的信息采集服务器，统一的核心服务器，以及分布的显示客户端。分布式结构满足跨网络设备采集的需要，以及多客户端显示的需要。

采集服务器的功能是与具体的设备通过SNMP协议进行通信获取状态信息并随时刷新；服务器，二级存储，交换机，画面分割器，工控机，字幕机，台标机等播出线上的主要设备通过SNMP协议将设备重要的部件信息和相关软件服务信息以二进制的方式交互到采集服务器，采集服务器实时将信息通知给核心服务器。核心服务器负责接收采集服务器发来的设备信息，进行数据分析，并将客户端订阅的设备信息发送给显示客户端。核心服务器同时支持一些必要的服务，如获取播出节目单，设置报警的自动屏蔽等。最后显示客户端用来集中显示所有的设备信息以及报警信息，管理用户可以进行系统设置。同时显示客户端具有声音报警功能，将当前正在发生的故障通过声音或语音报警提示给用户。

图5

通过采用专用的监控系统对播出系统中使用的设备、软件的工作状态进行统一监看，满足值班人员对当前设备、软件工作状态了解的需要，并将播出系统运行过程中出现的错误及时通知给值班人员。系统同时具有声音提示、日志记录等功能，将出现的故障信息及时通知给用户，并记录下来以供事后查询的需要。

6. 同步系统与时钟系统

系统配置了2台同步信号发生器和1台同步信号倒换器，2台同步信号发生器互为主备。系统配置了1台GPS时钟，后新增1台北斗时钟，1台时钟倒换器，既利用了现有设备，又提高了安全性。

7. 供电与环境

为了保证播出系统所有的设备24小时不间断供电，中心机房每个机柜和上载编单、播出控制都分别安装了主备2排插线板，一排是由UPS供电，一排是市电供电，所有双电源设备均以UPS为主电源，单电源设备均挂载在UPS上，这种方式在一定程度上保证了用电安全。将来在资金允许的情况下，再改造为双路UPS供电，以支持播出系统的不间断稳定运行的需求。

机房内配置了通信机房专用空调，安全稳定，制冷效果好，保证了机房恒温恒湿，这样一方面可以降低设备故障概率，另一方面也可以延长设备使用寿命，保护投资。

系统安全性及应急措施

在该系统中针对节目的安全性，引入了节目内容的自动技审，自动检测节目中的黑场，静帧，彩条，爆音等视音频指标，既能有效提高节目的审片效率，又能充分保证节目内容的正确性。针对节目传输过程的安全，我们引入了MD5的校验机制，保证节目通过网络传输过程中不会被替换或者修改，保证节目传输前后的一致，提供节目在传输过程的安全。

播出系统的设计还应考虑到系统在特殊情况下的处理措施，比如情况紧急，设备故障等等。经过分析，我们把这种情况分为两类，其一是紧急情况的处理，这种情况下系统没有故障，只是时间紧急造成的；其二是应急情况下的处理，在这种情况下主要是某个软硬件设备的原因造成的。

第一种情况主要指的节目准备的工作中，即在播出前较短的时间内需要播出的还没有准备好，这种情况往往以新闻类节目居多。从制作网通过网络文件化的传输到播出系统的过程虽然会比传统磁带上载审片会更快捷，但是，文件化的传输同样需要时间。因此在播出系统中需要对文件传输的节目设置相应的“关门时间”，即播出前最后可以提交传输的时间；目前台内制作网到播出网文件的传输日常采用松耦合的接口方式,对于时间紧急的播出,通过管理来严格控制关门时间,在紧急的情况下，采用磁带等介质直接播出，对于更加紧急的情况，只能考虑在线直播的方式，但受制作设备较播出系统的播出服务器安全稳定性较低等因素的限制，会使播出的安全性失去保障，所以一般不建议通过编辑设备做在线直播。

第二种情况一般系统仍能够进行正常的播出，在本系统中核心设备已经采取了主备冗余的配置，出现故障时能进行及时的切换，保证播出的不中断。若是在系统视音频系统内的某个环节出现故障的情况下，系统可以通过跳线将该环节跨过去进行应急播出。

在平时播出设备维护中，对数字硬盘播出系统的指标在实际测试和运用中发现，如果单纯地以技术指标作为衡量数字播出中图像质量的标准，必定存在一定的误区，只有做到指标与主观判断相结合，才得以保证数字电视信号“高效优质安全”地播出与传输。