数字化“两盘”混合播控网络系统设计

 
徐俭
江苏省扬州广播电视总台 

　　扬州电视台在国内城市电视台中首次采用“视频服务器+专业光盘录像机”为核心的混合播控网络系统结构，率先实践“硬盘+专业光盘”（简称“两盘”）混合播出方式，在编播业务流程方面进行理念创新和技术创新，突破“全硬盘”传统编播理念，设计、建成了面向全台网环境的具有数字化、文件化、网络化、自动化等特点的4个频道数字化“两盘”混合播控网络系统（简称“两盘”系统），建立了高效运转的播出软件系统和编播业务流程，使视频服务器和专业光盘录像机在播出控制软件控制下自动协同地完成节目播出工作。

　　一．系统设计思路

　　1．高安全性理念

　　高安全性目标一是保障节目播出安全、二是分散并降低系统性风险，满足4个频道节目7×24小时播出的要求。应建立完善的冗余备份和安全防护体系，数据库、二级存储阵列、视频服务器等关键部件完全冗余配置，设备与数据实现多重备份，无单一溃点。必须考虑完善的应急措施，异常情况能够及时报警，应急手段应该简练、易用、有效，且手动权限高于自动。

　　2．“两盘”编播理念

　　我台决定在编播业务流程方面进行理念创新和技术创新，突破“全硬盘”传统编播理念，在国内城市电视台中率先实践“两盘”先进编播理念，广告节目和自制节目等采用视频服务器播出，电视剧、部分自制节目采用专业光盘录像机播出，实现节目编播业务全流程的高安全、高效率、高质量和高管控，以提高节目播出的时效性和节目播出的技术质量。

　　3．编播业务流程运转模式

　　面向全台网环境，我台“两盘”系统需要和全台网中非编网和数字内容管理系统等业务系统实现基于业务、确保安全顺畅的互联互通，并提供由节目单驱动的节目编播业务流程，满足节目单计划和编排、文件化备播、网络化传输、“两盘”内容备播和“两盘”混合播出控制等全流程业务需求。播出软件系统和编播业务流程主要围绕节目单驱动下的专业光盘流转和节目文件迁移进行运转，由总编室完成节目单编排和播出内容整备，由播控部完成播出内容管理和播控系统管理，并采用“视频服务器+专业光盘录像机”混合播出控制方式完成节目播出。

　　二．系统主要功能部件设计与组建

　　1．视频服务器

　　经过我台技术人员调研、论证与比较，我台“两盘”系统选用了Omneon MediaDeck视频服务器。MediaDeck集成了存储、千兆以太网接口和视频输入/输出模块，采用硬件编解码方式，视频文件压缩格式我台选择了MPEG IMX30、40、50Mb/s，音频采用2声道、48KHz采样、24bit量化，视音频文件交换格式采用了MXFOP1A格式和XML格式。共配置了3台MediaDeck标清视频服务器主机，采用加嵌音频的标清SDI数字视频格式。其中2台作为主备播出视频服务器使用，每台配置两块标清MDM5001编解码模块，每个模块包含1个编解码通道和2个解码通道，每台配置成1入5出，两台共提供4个频道的主备播出通道、2个播前审看通道、2个半双工应急上载兼上载审看通道。第3台作为应急备份视频服务器使用，配置1块标清MDM5001编解码模块，配置成1入2出，提供1个机动备播通道、1个播前审看通道、1个半双工应急上载兼上载审看通道。

　　MediaDeck采用专用的经过优化的嵌入式UNIX操作系统固化在专用芯片上，无系统硬盘，无须担心系统盘故障，安全稳定，不会感染病毒。

　　MediaDeck启动速度快，从重新启动到可正常播出节目只需要两分钟。MediaDeck具有热插拔双电源、双风扇，数据硬盘、编解码模块也可热拔插。MediaDeck具有长时间免维护性能，不需要定期重新启动，减少了系统维护的工作量。MediaDeck独特的文件存储方式在存储系统中不会产生文件碎片，无需定期整理文件碎片。在保持机房合适的温度、湿度和洁净度的情况下，MediaDeck可以长年24小时不间断正常工作。

　　每台MediaDeck对外的网络连接配置两个独立的千兆以太网端口，支持FTP、CIFS、AFP等文件传输协议，能够确保系统各个存储节点中视频服务器之间、二级存储阵列与视频服务器之间等互联互通地传输节目素材文件。每台MediaDeck在最大编解码工作负荷下可提供平均30MB/s（峰值45MB/s）的FTP带宽，对于单个IMX 50Mb/s素材文件的迁移传输速率为(30×8)/50=4.8倍速，可满足我台自制节目、广告、宣传片等用视频服务器播出的节目素材文件的迁移需求。

　　每台MediaDeck内置的存储采用500GB企业级SATA热插拔硬盘，6+2=8块硬盘组成双奇偶校验RAID6硬盘阵列，硬盘阵列具有双控制器，最多可以同时损坏2块硬盘，仍可确保系统继续工作。每台MediaDeck有效存储容量为3TB，可存储100小时以上IMX 50Mb/s标清节目。

　　MediaDeck支持Louth-VDCP、RS-422/RS-232、Sony、GPI等标准控制协议，支持TCP/IP、SNMP等网络协议，控制端口类型采用RJ45接口。为确保对主备视频服务器实现完全同步的播出控制，我们采用了由每个频道主备播控工作站分别同时控制主备视频服务器的相应播出通道完成主备完全同步播出。MediaDeck配有专用的系统管理软件，管理界面简洁明了，提供了完善的视频服务器状态监控和日志功能。

　　2．二级存储阵列

　　我台“两盘”系统的二级存储阵列承担向视频服务器迁移待播素材、视频服务器素材回迁、专业光盘录像机素材迁移上载、上载工作站的软审看等工作，主要作为待播广告、宣传片、自制节目的存储空间。基于我台播出业务需求，并考虑二级存储阵列的安全可靠性以及便于维护等因素，二级存储阵列选用了主备2台DFTraid3016F4R光纤硬盘存储阵列，系统结构采用双阵列、双存储访问服务器的对称式结构，每台阵列和存储访问服务器构成一套简单可靠的DAS存储系统，每套DAS对外可提供100MB/s的存储访问读写带宽。每台DFTraid3016F4R具有热插拔冗余电源、冗余风扇、冗余双控制器，采用16块750GB企业级SATA热插拔硬盘，13+2+1=16块硬盘组成双奇偶校验RAID6加1块Hot spare热备盘的硬盘阵列，有效存储容量可达9TB，可存储400小时IMX 50Mb/s标清节目。最多可以同时损坏2块硬盘，仍可确保系统继续工作。

　　3．各类功能服务器

　　存储访问服务器选择了HP ProLiant DL380 G6，其它服务器选择了DELL R710，各类功能服务器均安装Windows Server2003 SP2简体中文企业版操作系统，数据库服务器安装了SQL Server2005数据库管理软件。 [Page]

　　主备2台数据库服务器存储着除MXF视音频文件之外的元数据文件、用户及其权限信息、操作日志等数据，主备数据库服务器之间利用SQL Server2005的订阅/发布功能，主数据库定时每天2次自动向备数据库做数据镜像，保证主备数据库的数据同步。

　　主备2台迁移执行服务器负责节目素材文件在视频服务器与二级存储阵列之间迁移调度工作，每台迁移执行服务器可以提供60MB/s的工作带宽。
　　系统配置了1台文件技审服务器，在素材完成上载、审看后，由后台内容管理软件生成技审任务，由文件技审服务器完成对素材的文件技审工作，同时将技审结果写入数据库，供软审查询。

　　主备2台存储访问服务器为系统内其它设备或程序访问二级存储阵列提供存储访问服务，所有对外的迁移读写请求均通过存储访问服务器提供服务和执行，每台存储访问服务器可对外提供100MB/s读写带宽。

　　4．各类工作站

　　播控工作站负责控制视频服务器解码通道和专业光盘录像机完成节目播出任务，每个频道配置了1＋1主从结构的播控工作站，负责该频道主备播出控制工作，4个频道共配置8台播控工作站。系统还配置了4台上载工作站、2台广告节目单编单工作站、2台总编室节目单编单工作站，16台工作站均选择了国产知名品牌工控机，安装了Windows Server2003 SP2简体中文企业版操作系统。通过KVM延长器，将系统中所有工作站和服务器进行集中安装，实现统一管理与维护。

　　5．专业光盘录像机

　　我台“两盘”系统总共配置了12台专业光盘录像机，其中8台用于4个频道在线播出，4台用于专业光盘节目素材的FTP文件化上载和SDI信号方式上载。

　　我台是国内率先基于“两盘”混合播出方式，采用专业光盘录像机进行在线播出的城市电视台。我们认为专业光盘录像机是迄今为止IT技术与视音频技术比较完美的结合体，专业光盘录像机是IT文件方式和视音频信号方式均支持的设备。我台从2009年底开始在摄录制播存全流程采用了专业光盘设备，电视剧开始采用专业光盘进行录制、在线播出和离线存储。外购的新电视剧从2010年开始在供片商处直接采用专业光盘进行录制，2010年之前的旧电视剧则从模拟/数字磁带转录到专业光盘。自制节目可以下载到专业光盘，由专业光盘录像机直接进行在线播出。自制节目也可以由非编网网关设备迁移整备到“两盘”系统的二级存储阵列中备播。所有的广告节目素材统一整备到专业光盘，并统一采用专业光盘录像机进行文件化上载。广告、宣传片、自制节目等相对短的节目采用视频服务器播出，电视剧、部分自制节目等相对长的节目采用专业光盘录像机播出，这对于视频服务器和专业光盘录像机而言可谓各取所长、优势互补、物尽其用。

　　“两盘”系统可以安全、稳定、灵活地实现“硬盘+专业光盘”混合播出、“全硬盘”播出、“全专业光盘”播出等多种播出方式，实现了专业光盘录像机在线播出并与视频服务器在线互为备份和并行工作，无需过分担心视频服务器崩溃性故障，绝对不会发生彻底停播等系统性事故灾难，不仅分散了系统性风险，降低了系统性、崩溃性故障出现的概率，而且增加了人工可控性，因此提高了系统运行和使用的安全可靠性。

　　由于我台每天播出的电视剧的高码率素材文件无需上全台网主干平台迁移传输，无需采用在线存储，也无需采用全台网数字内容管理系统备播缓存阵列存储，因此有效地降低了节目素材文件的传输对“两盘”系统数据迁移网带宽和全台网主干平台带宽的需求压力，也有效地降低了节目素材文件的存储对“两盘”系统各个存储节点和全台网数字内容管理系统备播缓存阵列容量的需求压力，因此也降低了系统建设成本。

　　6．数据迁移网

　　数据迁移网配置了主备2台CISCO的48口全千兆以太网交换机，能够保证专业光盘录像机到二级存储阵列、二级存储阵列与视频服务器之间、主备视频服务器之间、主备二级存储阵列之间待播节目素材文件迁移传输任务安全可靠地完成。数据迁移网能够保证“两盘”系统的二级存储阵列与全台网主干平台之间安全可靠地迁移传输节目素材文件，以支持“两盘”系统接收全台网主干平台推送过来的文件化待播节目，并通过全台网主干平台向数字内容管理系统归档已播节目素材文件。

　　7．播出控制网

　　播出控制网配置了主备2台CISCO的24口百兆以太网交换机，4个频道主备共8台播控工作站和主备2台数据库服务器组成了播出控制网。每个频道主备2台播控工作站根据节目单控制主备视频服务器播出通道、2台专业光盘录像机、主备切换台、各类线路信号等完成节目播出任务，主备播控工作站除通过MOXA卡的RS-422控制接口直接连接到主备视频服务器的主备播出通道进行控制之外，对专业光盘录像机、主备切换台则采用RS-422控制接口和RS-422信号2×1倒换开关进行控制。

　　8．网络授时系统

　　网络授时系统选用GPS时间作为时钟源，在播出控制网设置主备时钟服务器，由主备数据库服务器兼任，向系统各个功能服务器和各个播控工作站广播时间信息，各个播控工作站通过以太网与时钟服务器实现校时，当主时钟服务器出现故障时，各个播控工作站会立即报警，可手动倒换到备时钟服务器。

　　三．播出软件系统设计与应用

　　1．节目单编排

　　通过节目单编排软件可以完成节目播出计划的制定和播出节目单的编排与审核，由总编室编单人员在每天下午5点半之前完成当日晚单和次日日单的编排与审核并提交到播出环节。

　　2．专业光盘整备

　　由专业光盘整备人员完成所有电视剧、部分自制节目等采用专业光盘进行录制、在线播出和离线存储的播出内容的整备，并完成专业光盘与节目单的关联工作，从专业光盘库和非编网下载工作站提取专业光盘送到播出机房。

　　3．非编网迁移整备

　　由非编网迁移整备人员完成由非编网制作的网络文件形态的宣传片、自制节目等播出内容的整备，非编网审毕成片节目在经过MD5校验、防病毒检查后迁移发送到二级存储阵列，再经过文件自动技审、软审通过后，在节目单驱动下，再将该节目文件迁移到视频服务器。

　　4．文件化上载

　　由视频服务器播出的节目的上载主要是采用专业光盘录像机进行文件化上载，通过专业光盘录像机的Gb端口向二级存储阵列迁移上载广告节目素材、宣传片等，对上载完毕的素材可以通过软件审看程序和播前审看程序进行审片，由于使用“两盘”播出，上载压力较小，电视剧的高码率素材文件无需上载，目前平均每日总共只有1-4小时的上载量，上载人员一般在下午3点半之前就可完成上载任务。 [Page]

　　5．节目段落包编辑

　　由上载人员根据广告节目单及广告时段代码和文件化上载的广告节目素材，完成将要由视频服务器播出的广告节目的逻辑段落包编辑，每天的广告节目单在上午11点之前、广告节目素材专业光盘在下午2点半之前送达上载人员，上载人员在下午4点半之前完成广告节目段落包编辑。

　　6．应急上载

　　由上载人员利用视频服务器的编码通道将专业光盘录像机播放的SDI信号或线路SDI信号编码成节目素材文件，直接上载至视频服务器，并利用其解码通道完成审片。

　　7．直播整备

　　台内、台外直播节目的播出整备比较简单，当播控系统加载节目单之后，播控软件界面会提示播控值机人员在直播前选择好线路信号源。

　　8．内容管理

　　利用内容管理软件可以对节目素材库的元数据和实体文件的在线、近线存储进行管理，通过策略使得素材文件自动在近线到在线之间流动，保证播出前节目素材安全、有序地准备就绪，并保证存储空间能够有效地滚动利用。

　　（1）策略配置

　　策略分为素材迁移、自动删除和技审三类，对每种策略可设置任务优先级。

　　（2）任务自动生成

　　任务自动生成软件可根据配置的策略，以节目单为核心和驱动自动生成迁移任务，完成播出节目素材的准备。

　　（3）任务自动执行

　　任务自动执行软件可根据任务自动生成模块和素材管理模块提交的迁移任务，完成素材的迁移工作。

　　（4）任务察看

　　通过任务察看软件可显示技审、迁移任务，并可手动管理、调度技审和迁移任务，比如调整任务优先级等。

　　（5）素材管理

　　通过素材管理软件可对素材进行查询、删除、一致性检查等，并可手动提交技审和迁移任务。

　　9．文件自动技审

　　迁移就绪的素材可进行文件自动技审，由上载人员通过文件自动技审软件自动完成对素材的文件技审，同时将技审结果写入数据库，供软审查询。人工通过软审软件可以方便地浏览技审结果。

　　10．文件软审

　　上载人员可以根据自动技审结果确认素材是否正常，完成软审，通过文件软审软件对主二级存储阵列上素材内容进行软件解码播放、浏览、属性修改等。

　　11．播前审看

　　播控值机人员在播出前可对待播节目单中视频服务器硬盘素材进行自动或手动的快速或详细的预览，检查素材在视频服务器上的准备情况，保证播出的安全。

　　12．播出控制

　　播控值机人员在每天下午5点半之前完成当日晚单和次日日单的追加，然后控制视频服务器、专业光盘录像机、线路信号及切换台等完成实时播出任务。

　　（1）节目单加载和编辑

　　正常情况下播控工作站是从数据库加载节目单，在数据库无效时，播控工作站可通过文件加载节目单并在本地保存节目单，播出控制软件可定时在本地保存XML格式的节目单。在播控工作站可完成节目单在线编辑、修改，可以插入、删除、追加、上移、下移节目，可对播出节目的定时时间、入出点、长度等属性进行实时修改，可方便地查询素材。

　　（2）实时播出控制

　　可实现顺序、定时、手动触发、插播等多种播出方式，提供对切换台、视频服务器、专业光盘录像机及线路信号等进行控制和切换，可实现主备播控工作站同步播出控制和无缝切换，出现故障的播控工作站重启后能够通过同步数据、同步播出自动同步到特定帧。

　　（3）应急措施

　　A.能够依据节目单自动检查素材是否预卷完毕或已经就绪，主备视频服务器中素材是否一致，检查出故障时自动进行声光报警，便于进行应急处理。B.主从机状态自动检查和监控，发现故障后自动进行声光报警，在软件界面上通过红色指示灯闪烁指示节目单逻辑错误，检查并提示是否存在间隙和碰撞等。C.播出时可在主播控工作站发生故障时，手动应急切换到备播控工作站。D.在数据库发生故障或紧急情况下，可以直接在播出控制程序中在线编排节目单，保证播出业务的正常运转。E.播出时可以在主数据库发生故障时，在线手动切换成备数据库，不用重启播出控制程序。F.由于在线播出的专业光盘录像机在发生故障后人工比较容易控制和处理，所以当主备视频服务器均发生崩溃性故障而不可用时，可以立即采用“全专业光盘”方式完成节目播出，不仅不会发生彻底停播的系统性事故灾难，还为处理和修复主备视频服务器故障赢得了宝贵的时间。

　　13．系统管理

　　网络运维人员通过播控系统管理软件可以完成用户账号及其权限管理，可对播出、上载、编单、审片等权限进行详细、灵活的划分。对播出中的各种操作（如加载、编辑、配置、播出）可进行权限管理，提供详细的播出日志，能够记录下播出全过程，便于对播出过程中出现的问题进行追踪。

　　四．结语

　　2009年底我台率先成功实践了“两盘”编播理念，突破了“全硬盘”传统编播理念，一年多来“两盘”系统实际运行情况证明，我台“两盘”系统及其编播业务流程运转一直比较稳定、正常，各项性能和功能指标均达到了设计预期目标，实现了节目编播业务全流程的高安全、高效率、高质量和高管控，满足了我台在全台网环境下4个自办频道节目编播业务的各项需求。B&P