淺析青島電視臺網(wǎng)絡(luò)化播控系統(tǒng)

播出是電視臺內(nèi)部工作流程的最后環(huán)節(jié)，如何搭建一個既安全又高效的自動播出控制系統(tǒng)（以下簡稱播控系統(tǒng)），從而保障電視播出的順利進行，是每一位從事播出工作的工程技術(shù)人員都需要面對的重大課題。特別是伴隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，在設(shè)計新一代電視播控系統(tǒng)時更需要對新技術(shù)、新產(chǎn)品進行合理地開發(fā)和應(yīng)用。

青島電視臺的播控系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，集播出、上載、控制、存儲等功能于一體的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，具有安全性高、功能強、擴展靈活的特點。

一 系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)分析

青島電視臺的播控系統(tǒng)主要由視音頻編解碼、存儲、控制和網(wǎng)絡(luò)等子系統(tǒng)構(gòu)成。

1. 視音頻編解碼系統(tǒng)

視音頻編解碼系統(tǒng)承擔(dān)的主要任務(wù)是完成節(jié)目源的編碼采集和解碼播出，主要包括視頻服務(wù)器以及相關(guān)的視音頻傳輸分配設(shè)備和線路。

其中視頻服務(wù)器是采用LEITCH NX4000 TXS標清服務(wù)器，支持青島電視臺八個頻道的播出（其中兩個為備份頻道）和十六個通道的編碼采集。該服務(wù)器支持MPEG2（4:2:2或4:2:0）、DVCPRO、DVCAM、IMX等多種壓縮技術(shù)，提供從5M~50M的碼流范圍。支持數(shù)字SDI、模擬視頻、嵌入音頻、數(shù)字音頻等多種格式的視音頻輸入輸出。

2. 存儲體系

近年來青島電視臺播出頻道不斷增加，節(jié)目播出內(nèi)容不斷擴大，這就意味著我們通過視音頻編解碼系統(tǒng)得到的節(jié)目素材文件越來越多。為了安全地存儲這些節(jié)目素材，并在最大程度上提高存儲體的利用率和保證素材的正常播出，我們規(guī)劃建立了大容量的分級存儲體系以及合理有效的存儲遷移管理策略。其主要內(nèi)容如下：

（1）雙SAN（Storage Area Network）結(jié)構(gòu)在線存儲

選用與LEITCH NX4000服務(wù)器配套的NXS 3000硬盤陣列，該硬盤陣列采用RAID3冗余技術(shù)，其有效存儲容量為300GB×14＝4.2TB。通過其內(nèi)置的光纖接口，最多可以與16臺視頻服務(wù)器連接，組成SAN結(jié)構(gòu)的存儲體系。通過使用SAN結(jié)構(gòu)存儲體，大容量、集中存儲的磁盤陣列可以被多個視頻服務(wù)器共享。這樣極大地提高了存儲資源的利用率，并保證了存儲系統(tǒng)的可擴充性。同時為了保障播出安全，我們還設(shè)計建設(shè)了備份SAN，鏡像備份所有在線播出的節(jié)目素材。

（2）大容量的近線（二級）存儲

建立近線存儲的必要性。為了滿足播出的需要，通過視音頻編解碼系統(tǒng)上載的節(jié)目素材文件會不斷增加，對于在線存儲的負擔(dān)也會不斷增加。如果不刪除已經(jīng)過期不用的閑置素材文件，再大的在線存儲體也會有用盡的時候。但如果不加選擇地將閑置素材文件刪除，那么一旦這些節(jié)目要重新播出，則需二次甚至多次上載。這樣重復(fù)上載，不但浪費了大量的人力和時間，而且增加了設(shè)備的負擔(dān)。基于以上考慮，青島電視臺規(guī)劃建設(shè)了承擔(dān)閑置素材文件存儲任務(wù)的大容量二級存儲體，主要組成包括：二級存儲主存儲體－EDI4200 2Gb FC磁盤陣列、DELL 2850素材遷移管理服務(wù)器、FC-IP存儲路由器以及相關(guān)素材管理軟件。其主要功能和技術(shù)特點是：

* 大容量高性能。主存儲體配備48塊500Gb SATA硬盤，全系統(tǒng)實際有效存儲容量為21TB。采用2GB標準的FC磁盤陣列和光纖交換機，可以直接實現(xiàn)和視頻服務(wù)器的多通道快速數(shù)據(jù)遷移，數(shù)據(jù)遷移流程快速靈活。
* 安全穩(wěn)定。磁盤陣列采用RAID5冗余技術(shù)，保障數(shù)據(jù)安全。關(guān)鍵的遷移和數(shù)據(jù)服務(wù)器采用雙備份，從而保障系統(tǒng)運行安全和高可維護性。
* 靈活可擴展。主要表現(xiàn)為：在支持FC磁盤的主存儲機箱內(nèi)配備SATA磁盤，既降低了成本又為以后擴展FC磁盤保留了可能；主存儲體通過光纖互聯(lián)擴展，系統(tǒng)總?cè)萘靠蓴U充至60TB。

（3）高效的存儲遷移策略

本系統(tǒng)的存儲策略是將使用頻繁，占有磁盤空間較少的素材文件選擇在線存儲保存；將使用頻率低，占用磁盤空間較多的素材文件選擇在近線（二級）存儲保存。遷移策略是以播出時間為標準，為每一個遷移任務(wù)設(shè)置優(yōu)先級，保障所有被用于直接播出的素材文件能夠及時無誤地遷移到在線存儲，并把近期內(nèi)不播出的素材文件遷移回二級存儲保存。

（4）近線存儲的擴展

二級存儲體僅僅是近線存儲體的一個，近線存儲的擴展既可以是二級存儲本身容量的擴展，更可以通過建立新的存儲體來實現(xiàn)，也就是建立三級、四級等多級存儲體。

具體的網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。



圖1 視音頻編解碼系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)圖
3. 控制系統(tǒng)

（1）分布式控制

突破既往以單一PC作為自動播出核心的模式，將節(jié)目播出、素材上載、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)庫管理等功能模塊分布到多臺不同的工作站實現(xiàn)，極大地提高了控制系統(tǒng)的工作效率。

（2）安全性

主要設(shè)備采用雙機備份的工作方式，包括重點頻道的播出機、數(shù)據(jù)庫、設(shè)備管理器和消息服務(wù)器。同時提供對關(guān)鍵受控設(shè)備的實時狀態(tài)報警，便于及時發(fā)現(xiàn)問題、處理故障。

（3）控制方式多樣

對于實時性要求不高的數(shù)據(jù)、消息等信號，通過局域網(wǎng)通訊進行控制；對于實時性要求嚴格的關(guān)鍵播出設(shè)備，采用RS422控制方式，確保設(shè)備工作穩(wěn)定無誤，避免由于網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致設(shè)備工作失常。

（4）擴大控制設(shè)備范圍

除保留對錄像機、切換臺的控制外，還將控制的范圍擴展到字幕角標的播出、上游矩陣以及音頻調(diào)節(jié)等設(shè)備，極大地豐富了播出手段。

控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。



圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了保障全系統(tǒng)所規(guī)劃的功能能夠順利實現(xiàn)，我臺設(shè)計了多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括支持素材數(shù)據(jù)讀寫的SAN存儲網(wǎng)、支持素材文件遷移的千兆以太網(wǎng)以及支持控制數(shù)據(jù)和節(jié)目單文件傳輸?shù)陌僬滓蕴W(wǎng)。

（1）建立SAN結(jié)構(gòu)的素材數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)

通過2Gb帶寬的光纖連接，在硬盤陣列和視頻服務(wù)器之間構(gòu)建保障多臺視頻服務(wù)器對磁盤陣列共享讀寫的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。其主要優(yōu)點：一是存儲體的共享使用；二是將大量的數(shù)據(jù)流量從系統(tǒng)控制主網(wǎng)上卸掉，避免以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)擁塞，保障播出素材實時無誤地讀寫。

（2）文件遷移網(wǎng)絡(luò)

構(gòu)建千兆以太網(wǎng)，連接FTP服務(wù)器和素材管理服務(wù)器，在各級存儲體（包括在線和二級存儲體）之間實現(xiàn)素材文件的遷移。網(wǎng)絡(luò)帶寬和速度完全可以支持多個素材的遷移任務(wù)。

（3）百兆數(shù)據(jù)以太網(wǎng)

連接視頻、設(shè)備、消息、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及編單、上載、播出工作站，實現(xiàn)節(jié)目單文件和各種控制數(shù)據(jù)、消息的通訊。

二 軟件系統(tǒng)功能介紹

1.自動播出軟件

自動播出軟件依據(jù)編輯好的節(jié)目單，對各種相關(guān)的播出設(shè)備進行控制，協(xié)調(diào)其動作，以共同完成節(jié)目的自動播出任務(wù)。主要功能包括：

* 控制功能：控制包括視頻服務(wù)器、錄像機在內(nèi)的播出設(shè)備；
* 應(yīng)急處置：提供延時、觸發(fā)等手段處置播出過程中的各種特殊狀況；
* 監(jiān)控功能：實時監(jiān)控各個播出設(shè)備的狀態(tài)，提供明確的告警信息；
* 邊播邊錄：利用自動播出對視頻服務(wù)器的控制，借助播出頻道內(nèi)的視音頻線路，將正在播出的節(jié)目按照其實際播出長度和名稱邊播邊錄制為素材文件。這樣極大地節(jié)約了對上載視音頻設(shè)備和線路的占用，減少了上載人員的工作量。

1. 節(jié)目單編輯軟件

節(jié)目單編輯軟件接收總編室傳來的節(jié)目單數(shù)據(jù)（包括節(jié)目單和磁帶信息），然后由操作員使用該軟件對節(jié)目單進行完善，通過網(wǎng)絡(luò)將節(jié)目單文件發(fā)送到自動播出軟件進行播出。主要功能包括：

* 以文件形式接收和發(fā)出節(jié)目單，避免操作人員手工方式的繁瑣以及由此可能導(dǎo)致的人為錯誤；
* 編單任務(wù)可定制，從而實現(xiàn)在一臺工作站完成多個頻道的編單任務(wù)，提高了設(shè)備的利用率；
* 節(jié)目單包含多種控制信息，包括素材遷移、邊播邊錄任務(wù)并自動生成素材上載任務(wù)單。

3. 素材上載軟件

素材上載軟件實現(xiàn)了磁帶節(jié)目或線路信號向視頻服務(wù)器文件的轉(zhuǎn)換控制。根據(jù)上載任務(wù)來源分為如下幾種工作模式：

* 根據(jù)上載任務(wù)單提供的素材名稱、長度等信息上載節(jié)目；
* 根據(jù)節(jié)目錄像帶的信息手動輸入上載。

無論是哪種模式，錄制任務(wù)生成后，系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)的先后次序進行錄制面板的分配，實現(xiàn)自動錄制；錄制工作站可以實現(xiàn)節(jié)目的審看，只有審看通過的節(jié)目才可以進行遷移并投入播出。

4. 素材管理軟件

通過素材管理軟件實現(xiàn)對素材的管理，控制素材在各存儲體中的走向，制定遷移和刪除策略。這樣，可以更加充分、合理、有效地利用存儲空間。其主要功能有：

* 存儲遷移策略的制定，根據(jù)電視臺內(nèi)部的工作實際，制訂和修改存儲和遷移策略；
* 素材的常規(guī)管理，包括素材的查詢、刪除以及索引信息的修改。

三 總結(jié)

安全性是我們設(shè)計電視播控系統(tǒng)的首要考慮，而經(jīng)濟實用和配置靈活也是不能不考慮的因素，因此我們將安全性高、功能強、擴展靈活的原則一直貫穿在整個系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)過程當中。作為青島電視臺新建播出總控機房的重要組成部分，本系統(tǒng)自2006年8月投入使用以來，性能穩(wěn)定，極大地提高了工作效率，保障了安全優(yōu)質(zhì)播出的順利進行。