全台网中云技术的先进高效性设计

2021-08-26杨昆

卫星电视与宽带多媒体 2021年11期

杨昆

【摘要】近年来，广电系统在新技术新理念的浪潮下建设了一大批全台网项目，在这一系列技术更新换代的过程中，确实解放了大量人力，大大提高了电视台的节目生产效率。随着广电系统业务需求的不断增长以及诸多因素的影响，传统业务系统的各种问题也逐渐暴露出来，同时随着云技术的成熟，应用在全台网中的云制作技术，不仅能满足高清素材采集、视音频编辑、节目审核及文件化节目送播等生产业务，且能与全台网系统顺畅连接。系统采用网络化、数据化、流程化的工作模式完成节目的制播业务。将全面满足多个频道节目后期制作对空间和编辑站点的需求，通过云编辑系统将节目制作区扩展到办公区，实现业务与设备剥离，编辑与渲染剥离，提高了资源利用效率。同时也能为台内未来的数据中心化做一些初步的技术探索。

【关键词】大洋;云计算;虚拟机;全台网;分布式合成

中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.011..025

1. 传统方案的问题和云架构解决方案

广电系统在全台网建设浪潮下的这一系列的发展过程中，由于业务需求的不斷增长以及诸多因素的影响，传统业务系统的问题也逐渐暴露出来，需要应用云技术逐一解决这些问题和弊端

1.1 硬件资源利用率不均衡，能源消耗大

大多数电视台系统的生态环境中，主机资源的利用并不十分均衡，部署轻量级应用的主机往往闲置大量的计算及I/O资源;采用云技术后，多个轻量级应用可以转化为VM（Virtual machine虚拟机），共用同一物理主机，实现资源的最大化利用。同时相应国家节能减排的号召，通过实现资源的最大化利用，实现绿色数据生产的目标。

1.2 移动办公和多设备接入问题

随着电视台业务的发展，为了提高编辑、审片的效率，外场编辑审片的需求已经越来越越强。现有的系统很难实现人到哪桌面跟着到哪的业务需求，随着台内网络建设的逐步成熟，台内编辑人员及记者希望能够在台内随时随地访问统一的应用和数据，提高工作效率，增加产能。越来越多的台内编辑人员对采访事发现场办公、异地办公、非工作时间在家里使用家中办公有了更强烈的需求。

1.3 系统模块固化，业务运营缺乏弹性

在当前的郑州电视台信息系统中，每个业务逻辑都运行在固定的主机上，部分主机在业务空档期处于闲置状态;采用云技术后，业务和主机将实现松散耦合，资源调度变得灵活而富有弹性，通过计划任务和策略配置，可以自动化的实现分时运算，利用闲置资源对繁忙系统进行提速，业务系统的运营效率将提升到前所未有的高度。

1.4 系统故障恢复时间较长

进行系统设计时，关键子模块往往会采用高可用设计，当故障转移发生后，业务系统虽然连续运营，但是处理故障设备和恢复高可用环境的时间较长，操作也十分复杂;采用云技术后，由于业务逻辑和主机实现了剥离，主机出现故障时，业务逻辑可以自动迁移到状态良好的主机上，管理员可以轻松剔除故障主机，并将新主机加入到云计算平台内。

1.5 旧业务系统的平台升级面临困难

业务系统的运营过程中，设备的更新换代难以避免。随着硬件的升级，与之适配的操作系统环境和数据库环境都会发生变化，面对上述问题时，传统的业务系统往往需要把业务软件向新平台移植和升级，这对业务系统稳定运行平添了许多不稳定因素;采用云计算技术后，旧的业务软件可以无缝迁移到全新的硬件平台上，无须进行业务软件的升级开发，业务系统在底层硬件平台升级后，依然能稳固运行。

1.6 新业务层出不穷，新系统建设周期过长

目前，广大电视观众已经不再满足于传统的广播电视服务模式，随着三网融合的推进以及新媒体技术的不断发展，电视台的运营模式也将随之进行调整，带来的最大改变就是新业务的不断上线。每开展一个新兴业务模式，必将带来新系统的部署、配置和运维，这往往需要较长时间，使新业务无法快速灵活的开展，对电视台的长远发展非常不利。

而如果在未来的广电业务系统内构建一个统一的计算平台，各种业务都运行在这个平台上，那么传统系统所面临的问题将找到解决方案，广电系统将更加灵活、更加富有弹性，运营也更加轻松。

以郑州台为例，先期全台网的设计以大洋的技术为骨干，基于大洋的云计算的理念和设计，未来关于电视台的非编网建设中，我们可以采用云编辑系统。云编辑系统包括云应用及云管理两部分，云应用包括非线性编辑系统、生产媒资系统、媒体信息汇集系统;云管理包括存储管理、数据库管理、网络管理、虚拟机管理、云应用管理等。

比如，云编辑系统计划虚拟出128台虚拟机，其中100台用于云应用系统，28台用于云管理系统。每台虚拟机能够实现4轨120M高清视频的制作，并且可以添加包含动态字幕和唱词在内的三轨字幕。云编辑系统通过虚拟化技术实现在一台物理机上虚拟出来4台逻辑非编设备，每台逻辑设备可以独立运行相应的非线制作软件，从而大大提高了一台物理机的工作效率。

云编辑虚拟机采用虚拟机+GPU直通方案，显卡通过PCIe接口插到服务器刀片上，虚拟机绑定GPU之后，可以用于图形或视频编辑渲染。采用华为E9000服务器的话，一个刀片可以插4个Q2000显卡分别绑定4个VM构成4个GPU直通或一个K1构成4个GPU直通。

虚拟机插入GPU之后，图形软件可以使用GPU充发充分渲染，GPU将渲染后的位图放入显卡视频缓冲区。为了将缓冲区内容实时无损地投送到TC侧。虚拟机采用HDX3DPro技术。HDX3DPro支持采用采用CPU深度压缩后，有效降低传输带宽。TC侧再解码将图像内容清晰地呈现给用户。

虚拟机的全部状态由存储在共享存储器上的一组文件进行封装，虚拟机的活动内存及精确的执行状态通过高速网络快速传输，实现了零停机时间，而且不中断用户操作。虚拟机管理软件可以实现监视整个虚机化架构的资源利用情况，可以自动的动态调整资源，并使用管理软件来迁移和优化工作负载，提高了系统的灵活性和扩展性。

云编辑的远程桌面系统可以通过部署在办公域甚至家里的普通电脑实现连接和访问，打破了现有的制作系统局限于非编制作机房这一束缚，满足编辑、记者的在台办公区进行节目制作需求。但为保障制作网的安全，采用四台万兆“一体化安全网关”来隔离生产域与办公域，一体化安全网关集成了网络防火墙、网络入侵检测＼防御和防病毒等多种安全防护功能，为了避免单点故障，提高数据传输效率。将四台一体化安全网关配置为集群，并通过负载均衡技术及HA技术实现高可用及高可靠。安全网关配置时只允许华为的HDP远程传输协议通过，安全隔离办公网和生产网。

2. 高效的分布式打包

随着节目制作的复杂化、多样化，特别是高清节目制作时代的到来，传统的单台服务器对一个时间线的合成效率越来越低下，早已无法满足节目生产的需要。为此，大洋公司率先提出并实践了分布式打包合成的思想：建设分布式合成服务器集群，把单条合成任务拆分为多个子任务，多台合成服务器同时合成各个子任务方式，来显著缩短单条任务的合成耗费时间，提高合成的效率。在北京台的实践中，实测提高合成效率10倍以上，有效的保障了节目及时送播。

分布式合成系统作为一个后台7*24小时工作的系统，设计了任务检测机制、故障重试机制、故障重启机制，三大安全机制，保证系统高稳定运行，于此同时支持高标清智能切换，根据合成目标智能切换当前打包制式，对于优先等级高的任务，进行人工干预，系统优先执行，满足应急任务的顺利执行。

管理层：主要完成合成任务的流程管理、状态监控、任务派发和策略管理等后台应用服务，主要是包含任务引擎模块、任务监控模块和任务管理模块。

业务层：主要完成提交的合成任务的合成、符合条件任务的智能分拆，分拆子任务的合成以及分拆子任务的拼接等，主要包含任务分拆模块、任务合成模块和任务拼接模块。

2.1 分拆策略设计

任务分拆模块的主要功能是根据系统定義的分拆原则，将一条符合分布式合成启用条件的任务分拆成一系列子任务。任务分拆模块包括以下功能：

*初始化任务分拆模块

*判断任务分拆模块是否已经初始化完成

*执行合成任务分拆服务

*判断分拆任务是否完成

*返回任务分拆结果

*释放任务分拆模块

任务分拆模块的工作流程如下：