基于云计算技术的电视节目制作网设计与实施

摘 要 本文是以基于云计算技术为架构的制作网设计的理论为基础，对云计算技术的系统架构进行了分析，并指出它在电视节目制作中的作用，也就是实现了可在办公区桌面通过虚拟机进行高清电视节目网络化制作的功能。另外，还增强了电视节目制作中网络系统的安全性。

关键词 节目制作；系统架构；关键技术；安全性

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）187-0055-03

1 概述

云计算技术是目前最为先进的网络服务模式，改变了处理方式，把任务处理的方式从以桌面为核心转变为以网络为核心的模式，利用互聯网的网络资源，实现了按需计算，按量计费，人们能够通过互联网来完成一切任务处理。

随着信息技术的发展，我国电视台在原有节目制作网的基础上，不断深入发展技术创新，采用以云计算技术为基础的系统架构，运用电视台制播系统网络化发展的理念，来构建新型的电视节目制作网。通过互联网，实现了多种平台新闻类节目的高效生产与实时发布。通过搭建虚拟化云平台，将复杂、费时的操作在后台统一处理，将所有网络终端设备作为虚拟化非编终端接入，利用网络实现实时显示处理的结果，与过去相比处理的速度更加快速，完成的工作量更大。从而实现了用户可以在办公网和互联网生产区来完成精编工作，不在受到地理位置和终端类型的限制，提高了用户的工作效率，增强了新闻生产的灵活性与高效性。

本文引入了基于云计算技术的架构来制作网设计的理念，实现了节目的网络制作通过虚拟机可在办公区桌面进行。整个制作网络系统包括实体精编工作站、虚拟机服务器、分布式存储系统和内外网快速交互系统等，具有按需部署、弹性工作等的云计算技术的特点，实测虚拟机和实体机并存使用，在制作网架构设计方面具有创新性。采用分布式架构的UFS云存储系统，替换以往的存储系统，UFS云存储系统具有高宽带、易扩展、低成本等优势，从而解决了传统存储架构的弊端。简便的导入和导出功能，实现了内外网电视节目素材资料交互的业务流程更加安全和高效畅通。通过虚拟化平台提供的各种应用，用户可以在办公网、互联网进行随时、随地、随心的编辑，顺应了全媒体新闻融合生产的发展趋势。

基于云计算技术的电视节目制作网设计，有以下几点技术创新。

1）引入以云计算技术为基础的云架构的设计理念，将传统技术与全媒体技术相融合。

2）将分布式存储引入制作网建设中，以其高带宽、易扩展、低成本等优势替代传统存储，解决了传统存储架构的弊端。

3）非编工作站实体机和虚拟机并存，既满足传统节目精编制作要求，也易于增加虚拟机站点以提升站点规模，资源能够实现按需的弹性扩展，并能按需部署节目编辑制作工具。

4）内外网素材资料的交互，实现一键操作导入和导出，实现了业务流程的高安全和高效畅通。

2 系统架构及功能

系统采用万兆网络为基础架构，整体系统建设采用了实体机和虚拟机并存的虚实相结合的方式，全部有卡工作站可以直连存储进行网络编辑，同时部署高性能网络服务器，通过桌面虚拟化将服务器资源池化，为办公网提供虚拟化的非线性编辑的运行。

系统提供FAST高安全区，高安全区通过浏览器/服务器模式访问内网存储空间，工作人员可以在办公网通过一键操作，上传素材到核心存储区，并能快速通过虚拟化的非线性编辑找到上传素材，提高网络素材利用效率。

下面对系统中几个主要部分的结构和功能进行详细介绍。

2.1 虚拟化体系结构

虚拟化平台主要云硬件基础设施、存储系统、虚拟化应用软件组成。通过桌面虚拟化技术将非线性编辑应用到所有终端设备，其中包括手机、平板电脑、笔记本电脑等。虚拟化的平台对虚拟化终端的编辑和显示起到了支持的作用，提供随时随地访问、并能够得到更为广泛、安全快捷的计算资源。虚拟化平台采用更为简单的按需服务，与传统计算架构相比，极大地降低了成本。虚拟桌面的集中交付、管理和控制，使得网络技术部门大大地提高了节目生产的工作效率。并且，虚拟化平台的建设，对系统改造代价非常小，在原有设备的基础上进行扩展，就能实现办公网和移动环境下的业务处理，原有软件不需要改动。

2.2 虚拟化制作网结构

虚拟化主机资源池、虚拟机群形成了虚拟化平台，办公网、互联网生产区的各种工作需求都可以通过虚拟化平台来实现。办公网/互联网生产区与核心生产区之间实现了资源共享，如共享存储资源池和服务器资源池等，通过两个生产区的协作运作，并通过FAST高安全区的使用，从而确保办公网/互联网生产区与核心生产区之间消息、文件传递的安全性。

2.3 UFS云存储系统

近10年来，信息科技的高速发展，与之相关的文化产业也在飞速发展，文字、音频、视频等大量的数据需要储存，云存储应运而生，并得到了广泛的应用。云存储的特点是高带宽、易扩展、低成本，从而代替了传统的存储系统，解决了传统存储架构中体现出来的弊端。云存储系统的构建，采用了分布式文件系统进行组建，它的主要优势表现为以下几方面。

1）大容量，高性能。支持的存储节点非常多，一般在1 000个以上，数据库的存储容量高达数百PB之多，能够对各存储资源使用情况进行自动化的检测，实现了对存储资源动向的时时掌控从而提高了利用效率，系统负载均衡，对系统性能的提高起到了重要作用。

2）高带宽、高聚合力。网络传输数据快速，级别越高的高带宽，传输的速度就越快，存储节点的数量在不断增加的同时，带宽在系统的聚合力也在逐渐呈线性增长。

3）数据集中、简单管理。数据的集中管理，可以消除信息孤岛现象的出现，便于数据的共享、传递、交流、挖掘等操作，通过中文互联网界面进行统一管理。

4）数据存储的灵活性。根据需要所处理的业务也不尽相同，可以通过灵活调整数据切片大小来进行。

5）数据保护。云系统对数据采取了多种保护模式，采取冗余保护策略，也就是将元数据保存9份进行备份，避免因突发故障时造成数据损失而无法修复的现象产生，从而保证数据的安全性。

6）易于维护和升级。系统采取自动定期维护，从而减少了人工维护的成本，并采用支持磁盘漫游技术，即使在升级时，也可以不终止业务的办理，在线就能升级系统，从而确保了业务的连续性。

7）非对称分布式云架构。UFS是创新科存储技术有限公司自主研发的分布式文件，采用非对称分布式架构使得数据路径与控制路径相分离，结合负载均衡，运用普通硬件来构建出大规模存储集群。所以，在同一存储空间下，具有海量的存储容量和顶级品质的聚合带宽，而且云储存系统具备可用性高、扩展灵活、管理简单、使用方便等特点。

分布式文件系统与单机的文件系统不同，不是由上层操作系统对放在一块磁盘上的所有数据进行管理，而是将数据放在许多个存储节点上，并且对其进行集群形式的管理，这些存储节点有着各自不同的工作任务，通过协调合作，为整个文件系统提供优质快速的服务。UFS分布式文件系统采用非对称分布式系统架构，主要包括元数据节点、数据节点、客户端和管理节点4个部分。

（1）元数据节点。元数据管理是对元数据的收集、组织和维持的管理，其中包括元数据的创建、查询等，并且还对存储数据的大容量空间进行管理。元数据是一种电子形式的目录，具有数据检索的功能，其中目录结构数据是元数据中的文件系统，包括每个文件的信息和数据存储信息等。元数据节点是对每个数据节点进行管理，并收集各个数据节点的信息，掌握整个数据节点的情况，然后在进行分配任务，并指导各数据节点的协调工作，最终到达为系统服务的目的，可以说它是整个文件系统的大脑和中枢。

（2）数据节点。数据节点主要对集群构建进行管理，负责对数据冗余保护，承担了对数据访问的负载均衡，从而提升系统的性能。数据节点的主要职责是向元数据节点定期进行汇报它的运行现状，等待系统给予的命令并进行处理，进而实现了数据高效、安全读写。在UFS中，可采取副本或者磁盘阵列技术对数据文件进行保护，另外数据切片是可以通过调整其大小，来满足不同用户对存储数据文件的不同要求对其进行设置。

（3）管理节点。管理节点主要是保障系统稳定、顺畅的运行，方便系统工作人员对云系统进行管理和维护。

（4）客户端。客户端以数据库的模式存在，为用户提供了文件读写、目录操作等。当用户需要使用分布式文件系统进行文件读写的时候，把需要使用的快速文件系统的服务器安装在客户端上，就可以使用快速文件系统提供的所有服务。

2.4 数据摆渡高安全区

高清电视节目制作网络系统对整个网络系统的安全性有着严格高的要求，对于外网数据导入电视节目制作网内的需求，目前使用的方法是安装杀毒软件在外网的拷贝专用工作站上，允许外网通过防火墙访问内网服务器。通过FAST数据摆渡服务器能够实现外网和内网之间的业务交互，通过指定的专业过滤机制严格控制与防范病毒入侵到系统中来。因为电视节目制作网需要与外部网络相连接，为了能够阻止所有潜在的威胁，所以在物理链路的设计上严格把IP链路阻止在制作网络系统之外。

3 系统架构的关键技术

3.1 服务器虚拟化技术

服务器虚拟化是服务器对虚拟化技术的应用，也就是通过虚拟化技术更好地帮助服务器进行合理的资源分配。将一个物理服务器虚拟化成若干个独立的逻辑服务器，服务器虚拟化后可以运行多个虚拟服务器在一个物理服务器上。另外还可以将若干个物理服务器虚拟成为一个大的逻辑服务器，用户可以支配这些物理服务器，从而达到资源最大化的利用。服务器虚拟化对抽象硬件资源在虚拟服务器上的应用起到支持作用，包括虚拟处理器、虚拟内存、虚拟设备等。还可以通过虚拟化软件对虚拟服务器进行管理，并为虚拟机提供隔离和安全的保障。

3.2 VGPU技术

VGPU（虚拟图形处理单元）是对大图形进行处理的应用程序。GPU（图形处理器单元）虚拟化技术之后，可以让虚拟服务器上运行的数据共享使用，多个虚拟GPU处理器度图形进行运算，使得桌面访问方式变得安全高效。

VGPU技术在虚拟化平台中应用，对加速卡起到了内置支持的作用，虚拟机可以访问多个VGPU，分辨率更高并且性能更好。操作系统的服务器及其会话的桌面支持专用的直通GPU的运行。在多个虚拟桌面之间共享真正的GPU硬件加速，对图形的操作体验不会发生影响，VGPU技术的使用不会影响应用程序的特性与兼容性。

3.3 网卡虚拟化技术

网卡虚拟化是把一个物理网卡通过采用虚拟化技术虚拟出多个虚拟化网卡，虚拟化网卡能够独立地接入到不同的虚拟机上，区分虚拟机之间流量的差异，从而提供合理的安全策略。在使用方法上，“虚拟接入”技术和“虚拟通道”技术。在虚拟网卡上都得到了有力的支持，“虚拟接入”技术利用标签，区分出所有虚拟机流量的差别。“虚拟通道”通过物理网卡虚拟出多个物理通道，每个通道都具有独立的输入和输出的功能。

3.4 桌面虚拟化技术

桌面虚拟化依赖于服务器虚拟化，正是因为服务器虚拟化才生成了大量独立的虚拟桌面操作系统，同时根据专有的虚拟桌面协议发送给终端设备。用户终端通过以太网登陆到虚拟主机上，只需要记住用户名和密码及网关信息，即可随时随地通过网络访问自己的桌面系统，从而实现单机多用户。

4 电视节目制作中的网络系统安全性

为了避免对备份系统造成危害，文件备份系统和备份通道必须具有独立性，以防止系统出现故障时，备份系统受到影响。为了让网络系统安全的在运行，就必须对各种不安全因素进行严格管理和监控，针对各种可能状况准备完善的应急方案，进而保障网络在安全的环境下顺利的工作。

随着信息技术的发展，云计算技术的应用，在UFS云存储系统中采用三台元数据节点，不但可以起到对元数据的冗余保护，而且对系统负载起到了均衡的作用，从而提升云存储系统性能。新科技的注入，对传统系统的架构发生了重大的变化，虚拟技术、云计算技术等在网络系统上的应用，实现了网络资源更为合理、高效的利用，同时安全性也得到了提高。高清电视节目制作网络系统对整个网络系统的安全性有着严格高的要求，对于在内、外网进行数据的导出与导入，都设置了严格的安全措施。同时，对于文件系统数据保护的要求也是非常严格的，通过数据节点对集群构建进行管理的功能，负责对数据冗余保护，也就是对文件数据的保护，一般1个存储文件会有9个备份，充分地保证了数据的安全性。

数据安全、链接途径安全、模块安全和设备安全是电视节目制作网络系统安全的四要素，还必须对可能出现的风险设置相应的防御措施。网络系统采用热冗余、高可靠性设计，并且对可能出现的故障设置了相应的应急措施。在网络安全方面，电视广播节目的安全性，取决于网络系统的安全。在网络系统设计中，安全系统设计和网络设备的设计是其最为重要内容。在安全性设计中，可靠性是网络安全运行的关键，能够对网络系统进行自动检查，及时发现其中存在的问题并且妥善解决问题。网络系统对突发事件的应急方案，也是保障网络安全的重要手段。为整个网络系统提供了安全保障，有效地降低发生故障的几率，使网络系统能够持续运行，保证了用户观看节目的质量。

5 结论

综上所述，采用以云计算技术为基础的云架构系统进行电视节目制作网设计，实现了电视节目的网络制作通过虚拟机可在办公区桌面完成工作。与传统的电视节目网络制作相比，摆脱了地理位置和终端类型的限制，实现了随时随地都可以工作。运用云架构系统进行电视节目的网络化制作，使用的信息资料更广泛、更丰富，传递的速度更快速，使用更安全，利用非线性编辑能够提高电视节目制作的工作效率，使工作变得更简便、更高效。随着我国现代化信息技术的发展，网络系统得到了广泛的应用，目前来看，云存储系统已经逐渐代替传统的存储系统，极大地提高了电视节目网络制作的效率。采用云计算技术对电视节目进行网络化制作，已经成为全媒体新闻融合生产的发展趋势。这种由云架构构建的新型网络系统，能够极大地提高节目质量，对节目安全的保障具有重要的作用。

參考文献

[1]徐智娟.广播电视台节目制作网络系统设计与应用[J].电子技术与软件工程，2015（14）.

[2]唐锋.四川网络广播电视台新媒体生产管理系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.

作者简介：姜殿宇，研究方向为网络运维管理研究、新媒体技术应用、电视网络技术。