临武电视台制播存管一体化网络改造方案

刘卫东

【摘要】近年来，临武电视台由于制作播出存储设备落后，各制作、播出、存储模块单兵作战，严重制约了电视节目的发展和创新，也严重影响了节目的安全播出。对全台制播存设备的数字高清化、网络化改造势在必行。临武电视台运用先进的技术、品牌产品和超前理念改变原有落后的视音频素材资源的管理应用方式来解决节目制、播、存、管的设备互联互通的难题。

【关键词】节目制作;管理系统;设备安全

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.15.018

1. 业务需求分析

1.1 节目制作需求

制作模块功能需高度集成化的编辑软件，支持所有DV、HDV1080i、fullHD等制式，采用数据库结构方便实现素材的管理和共享，支持多种编解码格式，全面支持主流高清、超高清视频格式。具有充分的字幕创新、频道包装及音频音效处理能力。

1.2 硬盘播出需求

播出模块功能需支持1频道全硬盘高标清数字同播，采用广播级等级的音视频板卡，实现定时播出、顺序播出、定时插播、手动插播、应急播出等播出方式。具备字幕、台标、转播、以及二级缓存机制。有完善的日志记录和播后数据记录，支持和制作、媒资系统的互联。

1.3 媒资管理需求

媒资管理模块功能需具备领先技术的视音频资料管理系统，支持国家编目标准，具备各类高标清数字化视音频资料、各类型格式的媒体资源以及图片、文档等非视音频资源，DVD、P2、SXS卡、蓝光等多介质的导入导出，编目、归档等功能。提供基于C/S和B/S的检索、分类检索。媒体资料可以高低码流同时采集且可自动抽取关键帧。需保证媒资系统网络安全性并与其它网络安全互联。

1.4 基础平台需求

整个网络中的视音频数据存储，必须集中保存。充分考虑其安全性、存储的容量、带宽以及容错。核心在线存储系统是视音频网络的中心，其他业务系统与其直接或间接联系。存储设备要求有足够的带宽，根据高清节目每分钟占用的存储空间比较大，要求网络二级存储系统有较大存储空间。支持在线多工作站点同时进行网络音视频编辑能力，并预留扩展容量的空间。存储系统硬件采用众存品牌，运用专业软件，运维人员可以通过存储运行日志了解存储系统运行情况并根据内部报警及提示进行维护。

2. 总体架构设计

总体规划：此次设计的制播存管一体化网络系统改造主要有三个：高标清一体化节目制作系统，媒体资源管理系统，高标清硬盘播出系统三个主要功能区域。各区域独立工作，可以根据流程实现互联互通。预留融媒体平台接入通道。

2.1 总体设计原则

先进性：根据国家广电总局规范以及国际广电最新发展趋势，进行系统的设计，设备选型。结合本台实际，充分适应高清、超高清节目编辑新技术、计算机硬件新技术以及5G网络通信新技术的发展要求;可靠性：采用中广上洋的设备设施以及系统7*24小时，十余年的运行，可靠性很高，故障率极低，并具备完备的应急处理方案;安全性：在网络构建方面，预留了足够的带宽，运用并发和虚拟化存储方式，满足个业务系统的切实需要;时效性：素材资料共享、工程文件共享，一人采集，多人联合分段编辑，各站点之间实时互联，利用网络实时编辑，提升了工作效率;扩展性：预留足够的存储容量及带宽，做到整个网络系统结构没有变化，核心设备也不需要替换的情况下，具有较好的扩展空间，与融媒体中心发布平台深度的融合;开发性：改造一体化网络支持目前流行的视音频格式、压缩格式，适应各类节目素材数据传输、数据交换等等需求;容错性：在网络系统突发事件时，能及时的恢复系统运行，利用专业软件可以对网络和设备运行进行检测和记录，发现错误及时完整备份并纠错。

2.2 总体系统架构

总体系统从技术上分为：应用层（视频制作、媒资应用、节目播出、APP等），交换层（消息服务、媒体交换服务），数据层（在线网络存储、文件系统、数据库等）三个层次。如下图1：

临武电视台的制播存管全台一体化网络系统主要有节目制作系统、媒体资源管理系統以及高标清硬盘播出系统三个核心组件，各组件之间通过高效能高带宽交换机以文件数据交换的方式完成互联互通，打造了高效率、高质量的一体化网络。如图2

2.3 总体业务流程

节目制作网络各工作站点通过专业读卡器，将摄像机的高清原始素材采集到共享二级存储，运用编辑软件，完成配音、字幕及特效制作后，提交到硬盘播出系统，通过节目三审后，完成节目播出。如图3

机房值班人员，根据总编室的节目播出总单，完成节目串联。通过终审后完成播出。如图3.

3. 节目制作系统设计

目前，临武电视台现有三台中广上洋非编，升级电脑硬件包括CPU、主板、内存、高性能显卡、固态硬盘等即可达到高清节目甚至超高清节目的制作要求，所有的上载、编辑、配音、合成等各项功能，都可以通过特定的站点网络接入到整体的网络中，通过数据库专业管理软件的管理，使得节目制作的各个环节可以统一的协调和检测。

3.1 节目制作系统结构

记者拍摄回来的素材，通过快变工作站，粗编上载到非编共享二级存储区，各编辑站点通过网络编辑方式实时调用共享素材进行精编，在专业软件系统的统一调度下，相同图像素材可以实时提供给供几台工作站使用，可以多人共同完成复杂素材的编辑，提高工作效率。如图4

3.2工作流程

上载/导入：通过HDMI、SDI、读卡器等各种方式将录像机、摄像机等里的原始素材上载到非编共享存储里，也可以通过专业读卡器导入的方式将已完成数字化的素材文件上传到非编共享存储。

其他业务提交：其他业务系统通过系统文件级互联互通的方式將素材或节目提交到节目制作系统进行二次编辑。快速出片或简单剪辑的节目或素材，在普通编辑工作站上以画面快切的方式进行粗略快速剪辑。

画面精编及配音：针对需要进行精细编辑的节目或素材，在相应的编辑工作站上进行画面精细剪辑和调整。

特技制作：利用特技编辑模块对画面进行光效、粒子、卷页、颜色校正等视频特技处理。

字幕编辑：利用专业图文创作模块制作标题字、唱词、跑马、立体柱图、饼图、翻牌等三维图文效果。

音效处理：利用音效编辑模块完成音频效果处理，如15/31段EQ、混响、音调变换、时间变换、降噪等。

混音处理：利用软件调音台模块进行多轨音频混合处理;合成输出：编辑完成的节目可以直接打包输出，也可以提交到其他业务系统

3.3 关键设备选型

根据临武电视台实际，结合各项功能指标以及今后的发展趋势，选择中广上洋生产的U-EDIT700UHD（有广播级板卡）、U-EDIT Pro（无板卡）两种型号。U-EDIT700UHD是一款超高清数字非线性编辑系统，实现HDMI 4K高标清数字输入输出，6路内嵌音频10bit 3G HD /SD SDI高标清数字输入输出，1入2出SDI，8路内嵌音频AES/EBU数字非平衡音频2入6出（每2路对应1个物理接口）P2、XDCAM、XDCAM EX、AVCHD等多种新媒体U-EDIT 专业视频编辑软件，优化工作流程，完全适应高标清节目的制作，具有良好的开放式交互性，硬件采用大洋广播级高品质板卡，信号指标达到国标，内具强大的三维字幕动画创作系统，可以充分发挥创造者的无限想象。

3.4 存储管理系统选型

根据临武电视台网络设备改造对容量和带宽的需求，我们使用F1s 2116N存储阵列，该系统能够提供128TB物理存储空间和高达650MB/S吞吐带宽，满足系统所需的存储容量和网络带宽。

3.5 网络管理系统

专业网管软件系统是作为这次改造技术方案的重要软件，它能对整个网络中的记者、制作人员、非编设备、各种业务系统进行全面有效的管理，对使用者的状态、非编设备的使用、业务系统性能进行实时、高效的监控，并形成多种数据报表，确保网络的高效有序运行。

中广上洋的网络管理软件以数据库技术为基础，适用于非编网络的管理方式，利用数据库技术可以保证数据的完整性和可移植性，只要数据库安全，任何数据都不会丢失。

网络管理系统以数据接口链接的方式与系统内用户认证系统或用户办公系统实现无缝对接，从而实现对用户的设置管理。可以通过数据接口链接，将用户、设备业务、统计等融合到一起，在网络中的任何一台工作点运行管理系统，便于管理。如图5

可以导出参数、备份，以便恢复备份的设置和参数。根据管理系统，将用户划入不同的业务级别中，或划入多个不同的级别中。可自定义设置栏目属性，栏目可用硬盘空间大小、素材最终保留时间、预付款项信息等等。可自定义设置记者属性，分配给记者用户的硬盘空间大小、素材存储路径、策略配置、记者角色配置，权限参数的设置。具有日志管理的功能，可详细查看数据库中记录的各种操作日志。

4. 高标清数字硬盘播出系统

播出控制系统是整个电视台制播存管理的关键，也是制播系统的出口，与其他业务系统都有联系，最终的节目成品都要通过播控系统传输到电视网络中去，推送到千家万户。其安全性和稳定性要求极高。

4.1 系统结构

如图6所示

4.2 服务器系统设计

在临武电视台升级改造中，我们采用两台大洋公司生产的iChannal D6纯数字播出视频服务器，作为临武综合频道主备播出系统。整个播出包括两台视频服务器、一台高标清视频切换矩阵、一台GPS（北斗）双授时网络机、一台专用千兆光交换机、一台数据库服务器、64T二级共享存储。主备播出系统之间，通过心跳线保持同步运行。系统采用ONE+ONE备份播出，主备播互相同步备份，主机播出时，主机控制视频切换矩阵，主机通路为主输出，主机死机时，备机自动接管，控制视频矩阵备机通路为主输出。主机恢复播出后，需值机人员手动接管主机控制权，恢复主机主输出。主备主输出统一接入应急切换台。该数字切换台作应急切换，输入信号有主备主信号、中央一台信号、垫片信号。当主备都出现故障时，手动切换到中央一台。

播出系统及周边设备相对独立，确保播出安全。播出光交换机、数据库服务器、播出二级存储与其他业务系统隔离，防止影响播出。

4.3 二级缓存系统设计

因目前高清电视节目占用大量播出本地存储空间，特建立播出二级缓存机制，解决播出服务器本地硬盘空间的不足。所以上载到播出服务器的节目素材，统一存入共享盘阵，当节目单提交到播出服务器后，系统会根据节目单搜索素材，自动将二级存储的节目移至播出系统本地硬盘，待播。突发情况下，也可直接将素材提交到主播系统本地硬盘，备播自动同步，不需要二次提交。

4.4 工作流程

总编室根据前一天播出的电视节目制定新的播出单，并将需要播出的节目素材上传到播出系统。节目制作部门将当天需要播出的新闻节目逐条上传到播出系统，分管领导可以将上传的节目进行播前审核，审核通过后，按要求排好顺序并形成播出串联单。

在正式播出以后，播出系统界面还可以根据紧急情况即时修改播出串单，并在播出日志中完整记录事件。

4.5 关键设备选型

选用中广上洋的iChannel D6全数字化高清播出系统， 4RU超静音机箱，接口丰富有两路高标清SDI接口;一路HDMI接口;一路锁相接口，可用于锁相输入，也可播出时钟、台标、字幕的叠加。采用广播级视音频处理卡RedBridge 6 A-Studio UHD。

5. 媒资管理系统设计

5.1 系统应用設计

电视台新媒资管理系统由媒资业务系统、归档迁移系统、媒资检索查询系统以及对外发布接口等组成。媒资业务系统如图7所示：

媒资的前台应用操作等都在媒资业务系统中完成。功能模块有上载素材、下载素材、导入、导出素材、编辑目录等。

查询检索系统：查询检索系统为用户客户端提供检索查询服务，提供客户端软件或网页访问服务器的方式，完成节目素材资料的检索查询，可以利用全文检索、关键词检索、分类别检索等。

迁移归档系统将存储按层级存储结构分为在线、近线以及离线三个存储区，三个存储区根据实际应用设置不同大小的存储设备。

我们方案中采用的是中广上洋公司新产品——iStore 智能存储服务器。该服务器是媒资系统的核心服务单元。运用中广上洋独家开发的媒资服务管理软件，为客户端提供各种数据库服务、全文检索等服务。通过Web客户端检索，非编客户端可以实现素材资料的管理、导入、导出、转码等。

5.2 系统安全设计

媒资系统用户认证及权限管理

用户认证系统设计了基于用户层和文件层的二维管理和权限的媒体资源管理系统作为临武电视台的音视频等多格式的文件存储设备，其安全性具有重要作用，为了确保音视频、文档、图片等文件的安全以及存储的安全，用户的实名认证以及管理权限的功能至关重要。用户认证功能的设计，是基于用户层和文件层的管理以及控制权限，策略包含以下：

可以统一配置和管理用户、权限以及角色等，可以将存储区域按用户需求分配路径、策略、存储空间大小。

可以对整个系统内的不同工作人员的角色的操作授予不同的操作级别权限提供比较详细的管理策略权限。

提供节目保密级别设定功能，来保证节目访问的安全性。

可以监控用户操作的足迹，可以在任何时间查询各用户的历史记录，并还原过程。

核心硬件设备冗余

为保证媒资管理系统的正常运行，电视台的核心数据库服务器、共享文件系统服务器等设备、关键工作站点都是按照冗余的方式设计的。

核心视音频数据冗余

音视频信号数据是本次网络改造中最重要的数据，在配置音视频数据在线存储设备时，采用RAID数据冗余保护方法，对核心音视频数据有冗余比较功能。配置在线的热备份企业级硬盘，当某块硬盘损坏时，不会丢失重要数据，可以马上换掉故障硬盘，自动恢复数据，以保证设备的正常运行。

核心数据库数据冗余

数据库系统运行的好坏，直接影响整个网络的数据交换。数据库的存储方法同样采用RAID数据冗余的保护方法，也要具有冗余的比较验证的功能。除此之外，还需运用专业软件定时进行数据备份，当出现故障后，能较快的恢复数据，以保证网络系统的正常运行

5.3 业务流程

上载/导入：运用上载功能的软件，将各种类型的音视频、纯文本、图片等数字化的文件分门别类地导入媒体资源管理系统，并同时形成几路高低码率的原始素材。该软件系统支持P2、蓝光、DVD、XDCAM等格式采集。如图8所示

编目著录：利用系统具有的编辑目录功能，可以对节目的目录信息给予标识和录入。

入库迁移和存储：目录编辑完成后，可以将素材资源迁移到数据流蓝光碟或磁带库中。可以高码流文件迁移到数据流蓝光碟或磁带库中，低码率流文件存储在媒资低码流存储区。

检索：使用者可以通过全文检索、关键字符、参数检索等多种检索方法搜索节目素材数据，在此过程中，低码率流视频在检索端可以马上浏览，系统支持分段回调，还可以直接在低码率流上标记出需要下载数据的入出点，能后选择下载。

数据回迁：在资源状态为近线，需要切换到迁移模块将高码率流文件从数据流蓝光碟或磁带库回迁到在线状态;

下载/导出：运用软件下载倒出功能，将媒资素材导出到指定路径目录，倒出时，可以同时转码生成需要的格式文件。

5.4 关键设备选型

根据临武电视台业务向全媒体发展趋势，选用中广上洋iStore 20128是一台基于4U机箱媒体资源管理功能服务器，64-128TB企业级硬盘，可以存储20000小时以上的10-25Mbps码率高清素材。采用中广上洋独家开发的媒资服务端软件，可以导入素材、编辑目录、CS&BS检索、导出素材、在后台进行转码服务，在15个桌面客户端或50个Web客户端，保持最佳使用体验。

6. 结束语

临武电视台制存播管全台一体化网络按照技术方案改造后，经过4年的连续运行，没有出现任何安全播出事故，设备稳定性、安全性、兼容性、扩展性等达到了设计要求。2020年5月与融媒体中心发布平台完美融合并整体验收合格。