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网络时代数字播出系统的关键技术(中)

2004-04-27 闵永刚 北大方正数字媒体事业部产品经理 依马狮网


    2.设备控制技术
    对于一个播出系统而言,播出设备控制技术是最基本的技术,如果仅仅是控制视频服务器、录像机或者是切换台完成相应的动作,一个好的程序员可能用不了多长时间,但是对于一个播出系统而言,设备控制和管理的确是一个相当复杂的问题。为了实现安全性,综合采用了大量的冗余、备份技术,比较典型的是热备份、热切换、主从同步、松散耦合结构等等。单一的设备控制实现起来不是很复杂,复杂的是如何在提供各种灵活的功能的前提下保证安全的播出控制,这是一个矛盾体。每增加一项功能,首先要解决的不是功能实现,而是这一功能可能对安全性造成的影响。
    在安全性之外,首先播出系统设备控制技术面临的第一个问题是播出系统的结构和发展性的问题,尽管每个电视台的播出系统完成的工作没有什么大的区别,但是几乎没有一个电视台的播出系统在结构和设备上是完全一样的,这就导致了一个很大的问题,如何解决播出软件定制和产品化的问题。表面上定制的软件能够解决电视台个性化的结构和功能需求,但是缺点是显而易见的,用户的需求不是一成不变的,系统结构也是不断变化的,设备在使用过程中也在不断的更新,这就对程序提出了可持续发展的要求。但对于软件厂商来说,需要为每个用户维护一个版本的程序,每次修改只能对某个具体用户有效,每个增加的功能不能让所有用户获得,每个bug的修改需要重复多次,无疑带来工作重复。随着用户的增加,这很快会变成一个恶梦,大量的劳动力被反复的重复工作浪费,生产商的生产能力受到限制,而用户也无法得到最新的技术更新。解决之道是实现播控软件的产品化,但这是一个极具挑战性的工作,一方面要解决每个用户个性化的结构和需求,另一方面对于技术的未来发展要有充分的包容性,结构和需求不断在变化,新的设备层出不穷,软件技术也在迅速的进步。要实现产品化的目标需要建立起这样的一种结构:将用户个性化的需求与播出系统核心分离,通过升级系统核心升级整个软件体系,通过升级个性化程序适应需求的变化和结构以及产品的发展。实现这一结构标志着播控软件有了革命性的进步,意味着播出软件建立起了真正成熟的体系结构。实现产品化后的播控系统能够为每个用户提供可持续发展的软件技术保障,随着生产厂家的技术进步,用户可以得到最新的技术成果,而厂家可以专注于提升软件性能,满足技术发展的需要。
    在目前以硬盘为核心的播出系统中,设备的用途不仅仅是满足某个具体的需要,在特殊情况下,还需要满足设备共享的需要。例如一般硬盘播出系统在播出线上只部署了少量的录像机,甚至不布置录像机,但在一些特殊或者紧急的情况下需要更多的录像机参与工作,这时一般是通过矩阵调度其他播出控制程序或者上载程序控制的录像机信号,同时还需要播出软件实现对设备远程控制。解决设备的共享性问题,是播出软件设备控制技术需要解决的第二个技术问题。先后发展出了两代技术。第一代是设备集中控制技术,引入的是国外设备服务器的概念,实现了能够支持同时实时控制32个设备的设备服务器,所有设备的控制线都直接连接在此服务器上,通过网络注册,任何对设备有需求的软件均可获得设备的控制权,而不必考虑设备的物理连接。这一结构很好地解决了设备共享,但是存在着单一故障点的问题,对设备服务器的安全性要求极高。为了防止设备服务器故障对系统造成大面积的功能损失,又发展出了第二代分布式设备管理技术,这是在前一代的技术基础上发展出来的,设备的物理控制是由各功能软件独立负责,在其它软件需要控制此设备时,通过网络将此设备映射到本地,控制方法如同设备在本地一样,从而很好地解决了设备共享和系统安全性的问题。
    3.时间和同步技术
    时间的准确性和保持控制与播控同步系统一致性对于播出系统而言,同样是一个基本问题,直接决定了播出控制的精度。
    每个播出系统都有一种或多种授时系统,如采用GPS或者CCTV场逆程来提供准确的时间,授时设备供应商以及播出软件厂商都有时间校正的技术方案,来保证播出软件的时间(北京时间)的一致,从而保证准点的节目能够准确播出。传统的校时原理比较简单,直接将有误差的计算机直接修正为准确时间,这一原理导致一个结果,就是不能进行自动校时。因为播出系统中多数事件都是时间驱动的,时间的跳越意味着有可能使这些关键时间被跳过,结果导致播出程序无法正常工作,因此传统的做法都是人工发现时间误差,手工校时。但随着播出系统网络化程度的提高,确保各工作站工作在唯一准确的时间基础上已经成为一个关键的功能需求,这是保证整个系统同步工作的基础,因此发展自动校时技术已经迫在眉睫。在过去几年的研究中这个问题已经得以解决,发展出了全网络实时校时技术,结构是系统中有一台或两台授时服务器,直接连接授时设备,然后实时将准确的时间发布到网上,每个工作站运行一个客户端程序,接收到网络时间后比对自己的计算机时间,如果发现与网络时间不一致的话,自动调整计算机时间的步进速度,使计算机时间赶上准确的网络时间,从而保证所有工作站与系统时间一致,同时又不会发生时钟跳变,导致不必要的播出事故。这一技术已经广泛应用到了几十个播出系统中,可靠性和安全性得到了实践的充分验证。
    除了时间系统以外,播出系统中还有一个重要部分是同步系统,不仅用来保证所有播出信号的同步,对于播出软件来说也是一个非常重要的时间基准,通过对黑场信号的技术和监测,产生准确的切换指令。这是实现播出系统帧精确控制的基础信息。
帧精确控制是目前播出系统的一个主要的技术指标,硬件上需要视频服务器支持,软件上需要精确的计时和切换触发机制,需要有实时处理信息的能力,在确定的时间范围内,能够完成各种信息处理和控制动作,这是综合体现一个播出软件性能的关键技术。
    4.播出资产管理技术
    播出资产管理技术类似媒体资产管理技术,是为了适应现在越来越复杂的播出系统的结构,管理多服务器和存储结构,满足多种应用对素材管理的不同要求,并且为未来全台网络化的广电业务平台预留出开放的接口,播出控制软件引入了一个播出资产管理的功能模块(BAM)。我们在前面谈到视频服务器组织结构时描述了现代播出系统中视频服务器数量增加,功能和组织结构变化复杂,而且二级存储的引入进一步增加了播出系统结构的复杂性,通过BAM模块可以将大量视频服务器和二级存储系统按照各种用户需要的结构,组成视频服务器和存储网络。对内可以响应播出、上载等功能模块的素材调度需求,综合调度各种被赋予不同功能的视频服务器上的素材,完成视频服务器之间、视频服务器与存储的磁盘阵列和磁带库之间的素材迁移、备份、删除和检查工作,对外可以进一步与非编网络系统和全台的媒体资产管理系统交换素材,完成不同系统之间的素材网络化调度的功能。
    在素材的管理维护的功能方面,这一系统主要是依靠素材生命期管理和迁移策略提供的自动化的素材管理机制实现的,此外全局性的手工素材维护也是不可缺少,因此播出资产管理系统对于整个播出系统来说极为重要,使播出、上载、节目单编排等子系统能够组织起来,实现对素材全面、分布式管理。为了保证多部门协同工作下素材管理的安全性问题,播出资产管理系统还必须提供素材级的权限管理机制。
    播出资产管理在实现上同样首先要解决系统安全性的问题,因为播出资产管理是一个提供全局素材调度和维护的核心系统,播出资产管理系统的安全性对于整个播出系统的安全性来说是一个根本性的问题,因此需要采用冗余备份的软件系统结构,同时需要满足松散耦合的原则。此外自动调度策略是可以定制和扩充的,这是为了满足不同存储结构对策略的不同的需求,以及对系统未来发展的适应能力。还有一个比较复杂的问题是多种服务器采用了不同的素材管理协议,有着不同的素材拷贝速度和不同的素材拷贝的安全性,播出资产管理系统需要适应和兼容不同硬件特点带来的各种不同的管理方法。
    5.播出流程管理技术
    网络化的工作流程是网络化的硬盘播出系统基本的组织结构和工作方式,网络化的工作流程将广告部、总编室、播出部、新闻部等多个业务部门组织起来,构成一个完整播出控制业务平台,网络化的工作流程是围绕素材的创建和生命期维护,以及播出单的创建和维护两条主线展开的,从而导致了两种主要的工作流程模式:先编单后上载和先上载后编单。工作流程模式决定了素材和节目单产生的先后次序,是素材管理和节目单管理的基础,决定了各部门的工作方式。
    为了保证工作流程的顺利实施引入了两个重要的概念:(1)节目打包。素材包是个逻辑概念,但是管理方法却是按照素材的管理方法实现的,从而使整个包的管理成为一个简单的概念,但是却为广告、新闻等业务部门提供了独立完成工作的技术手段。(2)节目分档。节目分档是为了解决24小时连续播出和播出工作人员值班次序更换而建立起来的概念,每天的节目可以分为多档,每次节目单编辑以档为单位进行,播出系统更新节目单也是以档为单位进行,因此整个工作

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