电视台高清收录网络系统探析

2019-09-21黄登权

传媒论坛 2019年16期

黄登权

（福州广播电视台，福建福州 350014）

一、引言

随着高清和超高清时代的到来，人们对视频节目的质量和要求越来越高，电视台对卫星、有线、互联网等各类高标清节目的收录需求越来越大，福州广播电视台在现有收录系统基础上，建设基于IP网络的高清收录系统，实现信源转化归一化、数据传输IP化、节目存储数字化、内容应用多样化，为电视节目制作提供强有力的素材保障。

二、系统建设目标

新建设的系统是在现有20路标清SDI信号收录通道和6路标清ASI单节目流收录通道基础上，增加7台央视高清专用卫星接收机、2台高清卫星接收机、8台有线数字信号高清解码器和高清信源设备若干，以及对收录通道进行相应扩容，以满足全台与日俱增的节目信源和收录量的需求。

建成后的收录网，应具备一定的信号处理能力，以应对现行的多格式视频编码和不同的卫星调制方式，保障信号能够以IP组播流的形式正常被收录和传输，并进行数字化存储和多样化应用。

三、系统设计原则

（一）安全性原则

充分考虑网络架构的安全稳定，在信号采集、节目存储、数据管理等方面具备足够的可靠性。系统运行稳定，面对各种突发情况具备应急响应和系统恢复能力。

（二）高效性原则

系统需要有高效、迅速的特点，节目采集交互流程更需要注重优化处理，提高上游环节对下游环节的支持，优化收录系统与其他业务系统的接口，提高效率。

（三）先进性原则

系统设计应该充分考虑目前广电行业先进的高清技术，结合先进的信息技术，适当地考虑媒体发展的前瞻性技术，确保系统后续的拓展升级能力。

（四）开放性原则

系统设计要符合《电视台数字化网络化建设白皮书》的各项技术规范，具备开放体系，为后续接入其他资源预留接口。

（五）扩展性原则

系统设计需考虑后续与广播电台的整合，后续可无缝兼容音频信号采集。此外收录系统可同时为台内高标清制作系统提供交互共享功能，实现业务系统间的互联互通。

四、系统整体结构设计

（一）全IP化收录数据流程设计

如图1所示，根据信号的数据流向，将全IP化收录系统分为信源归一化子系统、IP交换网络子系统、IP流录制子系统、IP流内容交付子系统四个部分。

信源归一化子系统主要负责将各种前端的信源统一处理成IP化的单节目流，通过TS over UDP协议进行数据封装。通过对所有信号源的IP化处理，极大地减轻了后端传输网络、信号录制服务器的压力。

传输交换网络主要由网络交换机构成，为了确保安全，在传输交换网络中采用全冗余构架设计；此外，传输交换网络上既要传输IP化的视音频数据流，同时也要负责存储访问、数据库访问、服务器通信等业务数据传输。

IP流录制子系统负责从交换机上获取相应的IP流视音频信号数据，并对IP数据包进行解析，最终将视音频信号录制到服务器本地硬盘，供内容交付子系统按需下载。

IP流内容交付子系统是收录系统对外提供服务的子系统，其核心职能为根据收录计划或收录预约单从收录服务器上下载相应的视音频文件，并可对视音频文件进行码流修复、转码等处理，最终将业务系统需要的收录文件传输到业务系统，供业务系统进行后续的编辑制作。

（二）系统总体拓扑架构设计

如图2所示，信源归一化子系统针对不同的信号来源，采用不同类型的处理板卡，包括8通道SDI编码卡、16通道ASI—IP转换卡、64×32MPTS多节目IP流—SPTS单节目IP流转换卡等，每一类板卡都可同步输出2个完全一样的IP流，分别接入两个以太网交换机。

传输交换网络由2台交换机进行堆叠，在网络链路上进行双链路冗余或单链路主备设计。传输交换网络上既要传输IP化的视音频数据流，同时也要负责存储访问、数据库访问、服务器通信等业务数据传输。通过在网络上划分不同的VLAN,隔离视音频数据流和业务数据流，避免UDP组播信号对业务数据传输的影响。

图1

图2

IP流录制子系统由多台录制服务器构成，每台服务器采用单机工作模式。为了确保录制系统的安全可靠，采用主备录制服务器分别从两个交换机上获取IP流信号同步录制的方式，主备服务器相互备份。

IP流内容交付子系统包括收录编单管理工作站、收录编单接口服务器、数据库服务器、收录网关调度服务器、收录网关执行服务器等。系统根据收录预约单的需求，指挥调度收录网关执行服务器从相应的录制服务器上下载视音频文件，在下载的同时可以进行TS码流修复、转码等操作。

（三）设计要点

（1）针对各种信源的IP转化处理，降低系统复杂度和建设成本。收录系统将各种信源，转化为基于UDP协议封装的TS over IP流，在网络中进行实时转发、传输，增强了安全性，可保证信号质量，降低了系统复杂度和建设维护成本。

（2）7×24小时不间断资源收录，全天候存储视频资料。录制服务器7×24小时不间断循环收录让收录过程不再依赖于收录编单，提供全时段的视频资料，满足各种素材收录需求。

（3）文件碎片化存储、自动合并，支持边收边编等高时效性场景。录制服务器可根据节目的需求预设录制时长，或者按照事先设定的文件大小进行分块存储，系统对分块存储的资料自动进行管理，下载时根据需求把相应文件片自动合并成一条素材进行转发或者提供下载。

（4）TS流自动检测及修复，为下游业务系统提供可靠的收录服务。由于TS流信号在编码、复用、解复用、卫星传输、网络传输过程中，可能会有PCR抖动、PCR不连续等不确定因素，如果不进行处理，会出现视频音频不同步甚至无法正常播放的现象，通过应用码流修复技术，保证了收录之后节目文件的可用性。

（5）全冗余架构设计，对所有可能发生故障的环节都有应对方案。在网络传输方面通过双交换机双链路的方式，确保原始信源到录制服务器各个环节都有备份链路；在录制过程中，对重点的节目信号采用备份录制服务器独立同步录制的方式，而且备份录制服务器所录制的信号链路也是相对独立的。

五、系统实施方案

（一）信源归一化子系统设计及实现

针对不同的信号源采用不同的信号处理卡来处理，将各个来源不同的信号，归一化到TS over IP流。

通过3块8通道SDI编码卡对现有的20个SDI标清信号进行编码，编码后的主备单节目IP流分别输出到2台以太网交换机。

采用1块16通道ASI信号打包卡对所有的ASI信号进行重新封装，最终输出主备2路一样的IP流信号到2台以太网交换机。

对于多节目IP流，采用1块多通道IP码流调度卡进行解复用并封装为若干单节目IP流，每个调度卡上有2个独立的64×32调度模块，每个模块分别从物理上连接到不同的交换机，录制子系统的主备录制服务器也连接到不同的以太网交换机上。

（二）IP交换网络设计及实现

传输交换网络主要由网络交换机构成，为了确保安全，采用全冗余构架设计。在IP交换机网络中，一台交换机上同时具备IP流数据流的交换以及文件和控制的交换。为提高设备的性能，避免UDP组播对其他业务和数据通信的干扰，该设计中将一台交换机划分为两个VLAN，其中一个VLAN来实现IP流数据的交换，另外一个VLAN来实现文件交换以及控制消息的传输。交换机采用虚拟冗余路由协议（VRRP）进行热备冗余。在交换机故障时，能够实时自动由备交换机接管工作，从而保障信号及数据不因交换机故障而中断传输。

（三）IP流录制子系统设计及实现

IP流录制子系统由多台录制服务器组成。为了确保录制系统的安全可靠，主备录制服务器分别从两个交换机上单独获取IP流信号，并进行同步录制，主备服务器相互备份，确保数据安全。

IP流录制服务器采用了通用服务器+收录软件的架构，每台服务器可以处理10路以上的MPEG2/H.264高标清节目。同时，服务器支持自定义视频和音频录制参数，满足不同格式的需求。

IP流录制服务器可通过下载接口（HTTP方式）向外系统提供下载服务，包括指定通道、指定起止时间、指定码率、指定节目等。

IP流录制服务器采用磁盘空间预分配技术，预先分配磁盘空间，再写入数据，以减少磁盘琐碎的磁盘碎片，提高硬盘的访问速度，进而避免同一时间创建大量文件，并且可自动实现7×24小时循环收录，实现了先入先出的原则，无需人工删除录制文件。

（四）IP流内容交付子系统设计及实现

内容交付子系统支持在系统内进行收录任务编单，同时也提供收录单接口，业务系统的编单软件可通过调用该接口添加预约收录任务。收录任务单都存储在收录数据库中。

收录网关调度服务器通过轮询收录数据库，获取收录任务，并根据任务要求调度收录网关执行服务器从相对应的码流录制服务器上下载目标码流文件，同时对码流进行修复。

根据不同的收录预约类型和资源交换方式，收录执行服务器可以直接将文件传输到业务系统指定的存储路径，如果有转码需要，则先到收录系统缓存进行转码，完成转码后再传输到目标系统。

根据不同的系统资源交换方式，传输完成后收录系统可调用业务系统的入库服务接口，由业务系统自动入库；对于更加松散耦合的情况，可以在将文件传输到业务系统存储后，由业务系统的目录扫描软件自动发起入库流程或者由人工导入业务系统。

（五）系统安全设计及实现

系统在设计时，着重从数据安全、网络安全、管理安全等方面加强安全措施。在数据安全上，采用了数据库集群的方式，在主备的数据库服务器上安装SQL数据库软件，用Legato Co-Standby Server进行双机热备，数据服务器间通过镜像引擎来实现数据的复制、共享以实现集群功能。数据库服务器与两个核心交换机实现交叉链接，数据库服务器之间用双路千兆以太链路实现心跳实时检测，实现链路交叉冗余备份。

在账户管理上，采用统一认证的LDAP产品与Windows的域策略结合，用户登录系统以后只能运行指定的程序，只能看到其被授权看到的资源和只能进行可允许的操作，而不能访问未授权的磁盘和应用程序。

系统运行后，结合系统实际设计一套合理的管理制度，详细说明操作流程和应急预案，确保系统安全稳定运营。