嘉定区广播电视台高清制作网的设计与实现

沈嘉麟 上海市嘉定区广播电视台

嘉定区广播电视台于2004年在电视节目制作方面推行数字化改造，引入非线性编辑软件进行日常节目的制作，极大的提高了节目制作的效率。随着台里节目制作量的增加，原有的站点和存储空间已经无法满足需求了，于是在2008年又对非编网进行了全面的升级，并且加入了媒资系统，实现两个系统的互联互通，大大提高了节目素材存取的效率。随后广电总局和上海市文化广播影视管理局先后发文，要求各级广播电视机构要全面推进高清电视发展，加强高清节目制播体系建设，加强高清编导、制作、摄录、技术等人才培训。因此经过几年的调研和准备，嘉定台于2014年下半年开始了高清制作网升级改造项目。

一、系统建设目标

嘉定台决定建设一个成熟、安全、稳定的非线性编辑网络，提高台内节目制作效率，提升节目质量。系统建设的总体目标：建设一个支持全高清视频文件的系统，具有素材的上下载、文件导入导出、视音频编辑制作、文稿编辑功能的新闻非编制作网络；该系统应包含媒资系统，拥有编目功能，能够实现高清素材的管理、存储和调用；同时要兼容早期的标清媒资系统，可以导入原来标清媒资系统中存储的素材和编目信息，在节目制作时能够查询和调用；具有较高的网络安全性，在办公网可以实现文稿的撰写、编辑和审核功能；存储系统应具有极高的安全性、稳定性和充足的存储空间。整个系统的设计和设备应符合国家制定的相关高标清数字电视规范。

二、系统设计

(一)系统架构

嘉定台的标清系统一直是采用FC+以太网的双网结构，因此高清系统也沿用了这个网络架构，整个网络由服务器、在线存储、近线存储和工作站组成。其中，FC网络主要用于系统中高码率素材的访问和传输，而以太网主要用于用户管理和控制信息的交换，支持各节点之间的通信和提供数据库服务。

(二)系统需求

(1)网络带宽

嘉定台新闻拍摄采用的摄像机是SONY的PDW-680，存储在专业蓝光盘上，采用50Mb码率。拍摄完成直接通过U2导入到非编中进行编辑，同时非编的采集也使用50 Mb码率。那么非编中每一个视频轨的码率也是50Mb。根据节目制作量的需求，整个高清非编网络共设计站点15个(包括配音站)，平均每个站点按照3轨实时编辑来计算，那么整个网络需要的带宽为15×3×50Mb=2.25Gb。根据以往的经验，一般实际使用带宽是极限带宽的70%左右，加上预留的余量，因此整个系统需要提供约3Gb以上的带宽，才能满足系统满负荷运载的情况。

(2)存储容量

这个系统中的存储分为2个部分，一个是在线存储，准备采用FC高速存储设备，用于高清非编网日常节目的制作。素材时长按照1：10的成片比来计算制作成片所需要素材的存储空间，嘉定台的新闻节目总时长为15分钟，要求在线保存2周，共14期。在高清非编制作网中高清视频素材的码率为50Mbps，音频为1.5Mbps，每个小时占用的存储空间约为25G，故新闻节目所需的存储空间约为(15+150)×14/60(小时)× 25(G)≈0.96T。其他节目平均每期30分钟，每周3期，要求在线保存1个月，所需存储空间约为(30+300)×12/60(小时)× 25(G)≈1.65T。而要保证盘阵的正常运转，一般需要预留25%的空间，加上运行中间会有一部分损耗，实际使用的空间约为总空间的90%左右，因此在线存储实际需要的空间为2.6T÷0.9(有效空间)÷0.75(预留空间)≈4T。第二个为近线存储，用于存储媒资的相关素材，对于带宽的需求相对较低，因此采用了NAS的存储设备。嘉定台每天的新闻是保存一版无字幕的成片，设计使用10年，那么每年所需要的存储空间为15/60(小时)×25(G)×365(天)≈2.3T×10=23T。加上原有媒资15T的素材，满足需求的存储空间至少为(23+15)÷0.9(有效空间)÷0.75(预留空间)≈56T。

(三)媒资系统

嘉定台的高清媒资系统需要存储历年来的所有视音频资料，用于支撑高清节目的制作。该系统要能实现日常素材的存取，能遵循《国家广播电视音像资料编目规范》按需求对节目素材进行编目，要实现多种条件的查询，有独立的管理系统、数据库系统和存储系统。由于要兼容历年的标清素材，因此该系统还需要有转码的功能，可以在高清制作系统调用标清的素材时自动进行上变换的转码，顺利完成素材的调用。同时转码功能在存储日常的节目素材时，也要能自动生成相应素材的低码流版本，用于可视化检索。

(四)系统互联

嘉定台高清制作系统和媒资系统的互联也是沿用了标清时代的面向服务的体系结构SOA(Serverice-Oriented Architecture)，将业务转化成一组互相连接的服务，在需要时选取其中的一部分进行组合，完成特定的任务。这种架构主要由ESB企业服务总线和EMB企业媒体总线组成，其中ESB完成系统交互的接口和调度管理者，而EMB是媒体数据的迁移、转换的执行者。前者发指令，后者实现数据搬迁。

(五)文稿系统

文稿系统是嘉定台此次新增的一个子系统，根据我台的节目制作流程，需要实现文稿的编辑和多级审核功能，串联单的编辑以及相关查询功能。系统应采用BS架构并能通过网络安全设备实现在办公网访问该系统。

(六)系统安全

要保障整个系统的安全，主要是包括以下三个方面：

(1)网络结构的安全

嘉定台的高清非编网络采用的是FC+以太网的双网结构，因此在系统中要配备两台光纤交换，交换机之间进行级联，当一台发生故障时也不会影响全部的设备，可以手动将光纤接到正常工作的交换机上继续运行。同理，在以太网中也采用了相似的方法，级联了多台以太网交换机来保障整个网络的安全。所有的交换机均要采用双电源供电，杜绝电源故障引起的网络问题。系统中的关键服务器和重要设备都要采用主备机的配置，避免中心服务的中断。所有的存储设备都应有较高的冗余机制，保证在部分硬盘损坏的情况下还能正常工作。

(2)重要数据安全

高清非编网络的数据安全主要是指数据库的数据安全和系统中视音频文件的安全。数据库的备份机制需要采用热备和冷备相结合的方式，通过数据库软件每天定时进行备份，然后再结合人工的检查，进行异地的冷备份。当数据库服务器出现故障时，热备份可以直接接管相关业务，或者也可以将冷备份直接恢复到备数据库服务器上，然后启用备数据库服务器进行接管。

视音频文件是存储在磁盘阵列上的，对于近线的存储阵列，需要配置主备机，定时进行双机的同步，能够极大的保证数据的安全性；而对于在线存储的光纤盘阵，虽说也是双电源、双控制器，但是发生故障时仍然可能影响到当天节目的制作，因此通过可以通过第三方软件定时备份部分素材，确保当天节目制作的安全。

(3)计算机病毒的防治

随着计算机技术的不断发展，广电行业也越来越多的使用数据文件来交换节目，因此嘉定台的高清制作系统也需要有数据文件导入导出的接口。使用数据文件，就离不开移动存储，同时带来的也是病毒、蠕虫等安全隐患，因此要在系统中专门设立了导入导出的工作站，设置相对安全的策略，杜绝计算机病毒的转播。使用网闸并开放特定的端口，用于文稿系统和办公网的互联和访问。同时关闭所有工作站上的光驱和无用的USB接口，杜绝私自使用移动存储设备。

三、系统的具体实施

确定好系统的需求以后嘉定台进行了多次考察学习，与多家非编厂商也进行了多次的技术交流和研讨，结合我台的实际情况，最终确定了我台高清非编制作网的方案，网络拓扑图如图1：

在线存储采用主盘阵+扩展柜的方式，中间通过SAS线进行连接。每一个盘柜分为一个区，采用RAID6+1的冗余机制，单个盘阵柜同时坏2块硬盘数据不受影响，共配置了44块900G的SAS硬盘，有效容量为27T。配置冗余控制器，每个控制器配置4个8Gbps光纤接口，总带宽达到32Gbps，完全可以满足我台的实际需要。NAS盘阵采用类似的结构和冗余方式。共配置了48块3T的SATA硬盘，单个NAS盘阵的总容量达到了103T。数据库和MDC服务器采用双机热备份，操作系统均采用Windows Server2008 R2中文标准版，数据库采用Microsoft 的SQL 2012。最后未使用第三方软件进行数据库的热备，而是采用定时备份加异地备份的方式进行数据库数据安全的保障。工作站均采用知名品牌的工作站，安装Windows7 64位专业版操作系统，配置4Gbps的光纤接口，部分搭载广播级视频处理板卡，连接蓝光录像机，可以输入输出基带信号。核心网络分别采用2台48口的光纤交换和3台24口的以太网交换机，交换机之间进行级联以保障网络安全。办公网和文稿系统之间通过网闸进行连接，共配置了两台相同的网闸，一台作为冷备份。网闸配置了较高的安全策略，只开放固定端口进行数据的交换，保障了访问的安全性。还配置了一个USB网关，用于导入和导出制作网中的视频文件。

图1

四、总结

经过半年多的安装、调试和最终的测试、验收，这个高清非编网络于2015年正式投入使用。由于此前已经完成了高清摄录设备和高清演播室的升级工作，我台非常顺利的从标清制作过渡到了全高清制作的阶段，有效提升了我台的节目制作的效率和质量。