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胶州电视台非编网络的设计与应用

2010-04-29 王永志 胶州市广播电视局 依马狮广电网


 
【摘要】 从非编网的网络架构、存储管理、非线性编辑、配音及文稿、门户网关等模块,介绍并分析适合中小电视台的新闻制作非编网。
【关键词】 非线性编辑  IP-SAN  白名单 

一.前言
  截止2008年底,胶州电视台的非编制作设备已具一定规模,但由于这些设备相对分散,没能组成高效、高带宽的制作网络,没有完善的素材存储机制,不同系列的非编只能做到简单的素材共享,导致现在制作各个部门工作量大,往往为节目的采集、剪辑搞得焦头烂额,而没有更多的精力用于对节目制作上的创意。

  2009年初,胶州电视台搭建了具有“缓存映像”技术的IP-SAN架构的非编制作网络,以满足我台对内容丰富、包装华丽的高质量、高效率的节 目需求。该网络以全程“文件”化、网络化、信息化、智能化为技术思路,以内容、设备统一调度及共享为运行管理模式,提供稳定可靠的数据访问带宽,并将新闻制作、存储管理作为有机整体进行管理。系统建成后,极大的提高了本台的数字化程度和网络化水平,提高了节目制作的效率和节目质量,且系统的建成具有很大的灵活性、安全性和可扩展性。该系统架构如下图1:

胶州电视台非编网络的设计与应用
图1 胶州电视台非编制作网络系统架构图

  如图l所示,整个系统的架构由以下几个子系统构成:存储管理中心、非线性编辑子系统、配音及文稿子系统、门户网关子系统。该新闻制作网络功能先进、体现了国内外先进水平,同时还实现了与现有的硬盘播出网络互联互通,能满足胶州电视台未来几年平滑过度到高清电视的制作、播出。
二. 具有“缓存映像”技术的IP-SAN网络架构
  目前,主要存在三种非编网络架构。“FC+以太”双网结构的系统具高性能,可以保证大数据量的并发访问情况下主机读写带宽的稳定,但造价高昂,不便维护。NAS网络架构的系统功能精简和可管理性,数据共享容易,共享用户之间可以共享文件级数据,但效率比较低,且难以保证带宽的稳定性,同时系统的可扩展性差。IP-SAN网络架构的系统能达到“FC+以太”双网架构的90%性能,造价却只有“FC+以太”双网架构的50%,且易于维护。因此结合我台实况,并经长期考察后,我们最终选择了东方盛行公司的具有“缓存映像”技术的IP-SAN网络架构。

  IP-SAN网络架构基于iSCSI新储存技术,该技术提供了在IP 网络封装 SCSI 命令,且运行在 TCP 上。它和NAS一样透过IP网络(以太网)来传输数据,但在数据存取方式上,则采用与NAS(TCP/IP)不同、却与FC-SAN相同的块协议。iSCSI技术建立在两个使用最广泛的协议之上,在存储方面,iSCSI采用的是SCSI的命令设置,SCSI是贯穿于所有存储设备间的核心协议,它是一个用于同I/O设备进行通信的协议,SCSI体系结构是基于客户端/服务器(C/S)模型的,和SAN的架构恰好吻合。在网络协议方面,iSCSI基于TCP/IP协议,它的工作模式是将SCSI命令嵌入到TCP/IP数据包中,然后通过以千兆以太网连接存储设备,该协议负责将传输的网络数据包中的TCP/IP和SCSI命令分离或合并。IP-SAN使得 SCSI 协议应用于千兆以太网络成为可能,使得千兆以太网能够承载高码率,大数据量的视音频文件,并能提供实时编辑的读写带宽,这种传输以数据块级别在多个数据存储网络间进行。

  所谓“缓存映像”技术就是对非编网络的存储和传输采用优化策略进行调度,提高网络带宽的利用率和增强素材存储阵列的吞吐率。“缓存映像”技术将中心存储阵列的存储结构实时映射到网络的每台非编上。素材上载到中心存储阵列的同时在“缓存映像”中产生相同的镜像数据,这样既大大提高了现有的网络性能又解决了素材的备份问题。

  “缓存映像”技术与IP-SAN网络架构的完美融合,使网络的性能提高数倍,使素材的共享应用更加广泛,使素材备份得更加可靠,使网络的管理变得更加简单。

三. 存储管理中心
  存储管理中心系统是整个非编制作网的核心。因为节目素材全部保存在中心存储中,没有了素材,节目制作就成了无米之炊,其他设备都需要直接或间接地与存储管理中心连接,因此存储管理中心实现数据共享的同时必须安全可靠,在性能上还应有大容量、高带宽。

  1.网络带宽需求分析

  系统需求配置6台有卡工作站作,8台无卡工作站,按有卡工作站(6台)4层50Mb/s码率的实时编辑设计,无卡工作站2层50Mb/s实时编辑设计,需求带宽如表1所示:

  从表1得出,我台新闻制作网络需求的最大带宽为250Mb/s(以上各类设备并不会全部同时在线,这里考虑的是各类设备可能同时在线的最大数量)。

  2.中心存储

  中心存储是节目共享的基础,采用DELL公司的PE 2900 ISCSI磁盘阵列作为IP-SAN的中心存储核心,有效容量7TB,提供4Gb/s网络带宽,在单纯的IP-SAN网络架构下实测360Mb/s的带宽,完全满足系统要求的250MB/s的总带宽。同时,由于采用具有“缓存映像”技术的IP-SAN网络架构,网络性能提高数倍,在360Mb/s的带宽下,能扩展至60套非编对同一中心存储阵列进行全50Mbps码率的共享编辑。

  虽然我们在系统设计过程中,配置了高安全可靠的存储产品,并配置冗余电源、冗余风扇、热插拔硬盘。考虑到系统对于安全可靠性的极高要求,我们还配置了一个有效容量为7TB的PE 2900 ISCSI磁盘阵列作为在线备份存储,对素材、成品节目进行实时的自动备份,当意外发生时,系统有卡、无卡工作站读写备份存储,完成节目制作。

  3.MDC数据库服务器

  在整个IP-SAN网络中,MDC负责管理整个文件系统,控制非编工作站对ISCSI共享存储阵列的并发读写,IP-SAN中的其他客户端进行数据读写时,须先向MDC申请令牌,在MDC进行数据调度后方可操作。数据库在整个系统中扮演了重要的角色,系统所有元数据,都统一由数据库管理,包括媒体文件的描述数据、用户认证信息、用户权限、操作日志等。

  系统中共配置2台MDC数据库服务器(双机热备份,从而使网络更加安全、稳定、可靠),采用SANergy FS存储共享管理软件和SQL Server2005数据库。SANergy FS是视音频应用领域的各种技术指标表现最好,实用性最强的存储共享管理软件,SQL Server2005数据库具备高度的稳定性,高速的数据处理能力、可扩展性、全面的数据恢复机制,为系统的安全应用提供了坚实的技术基础。

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  MDC数据库服务器是实现IP-SAN网络共享的核心部件,所有工作站对中心存储体的共享访问都要经过MDC数据库服务器的统一调度及管理。为排除MDC数据库服务器出现单一崩溃点,配置两台MDC数据库服务器,双机热备份,并进行心跳检测,互相检测对方的实时运行状态,当两台中一台MDC数据库服务器宕机时,另外一台MDC数据库服务器自动接管服务,各站点自动更改与MDC数据库服务器间的映射关系,实现无缝的故障自动处理。

  另外,数据库系统实现流畅的工作流程和高效率的管理,提高节目的制作速度和设备使用调度能力,提高操作人员的工作效率,须高安全可靠,故我们设置在每晚系统工作量最少的时段实现数据库的自动备份(备份策略可自由设置)。在这一时段SQL Server启动自动备份功能对所有数据库(包括帐号管理、栏目管理、磁盘管理、设备管理、日志管理和系统监测)进行镜像备份。

  4.以太网交换机

  中心以太网交换机采用思科 3560G-24TS-S交换机,其提供3层交换,24个千兆端口,端口可聚合,并且还带4个光纤口。非编交换机采用Dell Power Connect 2724交换机,其提供2层交换,24个千兆端口,端口可聚合,并且带2个光纤口。中心交换机与非编交换机之间采用交叉连接的方式,使系统已经有了较高的冗余和扩展性。

四. 非线性编辑子系统
  非线性编辑子系统由东方盛行公司的6台有卡工作站、8台无卡工作站组成,配置“极速智胜”非线性编辑软件。每台工作站配置四核处理器,2GB内存,160G SATA Ⅱ系统硬盘,1T SATA Ⅱ素材硬盘,1000M以太网卡、通过千兆网络调用中心存储的视音频素材进行网络实时编辑。有卡工作站采用“CPU+GPU+I/O”技术,基于迈创板卡,配合蓝宝石HD 4850高级图形卡,具有更强的特效生成功能和更高实时性。“极速智胜”非线性编辑系统功能总结如下:

  “极速智胜”非线性编辑系统采用顶级的超线程软件编、解码器(Codec)能实现多种格式在同一时间线上进行任意实时混合编辑,支持无压缩;MPEG-2 I帧(5-50Mbps);DV/DVCAM、DVCPRO 25、DVCPRO 50;MPEG-2 ibp(MP@ML,422P@ML);Wmv 9、MPEG-4;并随着软件Codec的发展支持更多的可编辑格式,支持5层以上无压缩或4层以上50Mb/s实时编辑和输出,每一层都可以至少带有一个特技处理,同时还可以附带4层音频、3层动态字幕(随着计算机硬件的升级,实时性增强),除此之外,还支持5层32位带Alpha通道的无压缩视频文件实时编辑,支持多达5层32位带Alpha通道的图片序列编辑,实现真正意义的“胶片”级编辑。

  “极速智胜”非线性编辑系统具备革新性的3D视频/图文引擎,支持多达5层以上无压缩或6层以上50Mb/s或25Mb/s视频实时特技效果,并且可直接调用BORIS、AE等高档包装系统的插件或粒子系统,进行关键帧调整并预览效果,对提升节目包装档次提供了无限创意的平台,同时提供的“英汉词典”功能,任何现有或以后增加的外挂插件的外文界面(包括英语在内的任何国家语言)动能自动被翻译成中文界面。

  “极速智胜”非线性编辑系统可直接将Panasonic P2卡、Sony XDCAM专业光盘里的素材导入到非编中直接编辑,无须二次转换,并且还支持Panasonic P2、Sony XDCAM的原始MXF文件的统一命名归档。

  “极速智胜”非线性编辑系统体贴入微的人性化编辑模式,让我们工作起来得心应手,内嵌的东方盛行Ee CG专业字幕制作插件系统,能实现非编与字幕的完美结合,在非编中可以直接新建各种字幕类型,静帧字幕、特技字幕、多层字幕、滚屏字幕、游动字幕、唱词字幕等。

  “极速智胜”非线性编辑系统具备完善的多种格式文件输出:可将节目输出成MPEG-2 I帧(最高50Mb/s);DV/DVCAM、DVCPRO25、DVCPRO 50;无压缩、MPEG-2 ibp(MP@ML,最高15Mb/s,422P@ML最高50Mb/s);WMV9(任意分辨率,最高4Mb/s);DVD(MP@ML,MPG格式);32bit带Alpha通道的图片序列等,强大的节目输出功能与我台现有的硬盘播出全面兼容。

五. 配音及文稿子系统
  我们采用2台东方盛行公司的“天音时韵”配音工作站,配置美国Maya广播级音频输入/输出卡,同时配音工作站兼做文稿工作站,完成电视节目的配音和文稿工作。根据配音文稿实现新闻高速精编的功能很好的提高了我台新闻编辑的速度和效率:能不等播音员配音就可直接“精编”,即把传统的“粗编+精编”模式变为“直接精编”模式。

六. 门户网关子系统
  随着Internet和广域网的广泛应用,病毒传播的速度越来越快,而新闻制作系统在电视台的特殊性和重要性使得我们必需建立起一套完善的防御体系和统一的安全平台来保证系统的服务器、数据库、工作站和其它网络设备的安全,避免安全事故的发生,确保制作业务的顺利进行。
我们采用东方盛行公司的基于异构平台的门户网关服务器实现病毒防范功能,原理如下图2:

胶州电视台非编网络的设计与应用
图2 门户网关原理图

  1.门户网关采用UNIX/LINUX异构平台

  制作媒体网关(数据传输平台)采用UNIX/LINUX自定制平台,传统的病毒在这个平台上根本无法运行,从根本上保证了自身工作的安全性。采用UNIX/LINUX异构门户网关特点:

  UNIX/LINUX制作门户网关是媒体传输的数据总线,也是制作业务板块与其他业务板块数据互联互通的唯一通道,外来数据必须经过制作门户网关才能进入制作业务板块。在本项目中,系统同时部署2个(主、备)播出媒体网关,既实现互为备份的多路由通道,同时又增加了数据互联互通的并发带宽。

  门户网关采用成熟的UNIX/LINUX操作系统,确保门户网关本身不受Windows病毒和恶意程序的感染、破坏。

  数据传输速度等同于“点对点”的直联方式,门户网关采用端口映射方式与板块物理存储池进行联结。合法数据通过门户网关时不会停留,将被同步转发到目的存储地。这与目前采用“摆渡”方式的病毒隔离系统相比,具有更高的数据传输效率优势,网关本身也更安全。

  与传统的防病毒软件和防火墙相比,不存在防护滞后的问题。传统的防病毒软件和防火墙总是在新病毒出现后才作相应的升级,这时系统可能已经遭受攻击和被破坏。

  2.“白名单”认证机制

  交换的数据采用“白名单”认证机制。白名单认证就是指只有系统能够识别的数据才能通过网关,这些数据只包括已经加入了白名单的媒体数据格式,以及该媒体数据格式关联的元数据,只有“白名单”中的数据才能完整可靠的进入系统,或者在系统内进行数据处理。同时,对于传输的文件,门户网关会对每个需要交换的文件进行深度解析,使那些“丢包”及破损的数据文件都被挡在本系统之外,保证数据的完整性和真实性,对于制作系统来说,我们只需将“MPEG-2 IBP、WAV”媒体数据格式加入到白名单中,这样,即使把一word文件(word文件格式没有加入白名单)改为MPEG(MPEG已经加入了白名单)后缀的文件,一样不能通过网关,这样对非法文件或者恶意攻击的文件统统挡在制作网关的外面,使制作网路免受外来病毒的侵扰。 [Page]

七.总结
  胶州电视台非编制作网络已经稳定运行了近一年的时间,从规模上和技术上完全能满足我台综合节目后期制作的需求,较大程度地提高了节目的生产效率和制作质量。同时开放性、可扩展性和灵活性的网络架构不仅满足了目前的需求,也为今后的扩容预留接口。系统的各项技术指标达到了广电总局的有关技术指标,网络的建成拓展了胶州电视台的节目制作能力,优化了网络资源的配置,我们积累了网络管理方面的经验,为将来全台网的建设打下了坚实的基础。

参考资料
  1.国家广电电影电视总局科技司.中国电视台数字化网络化建设白皮书(2006).2007.

 

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