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一个典型的因地制宜的硬盘播出系统

2009-03-17 宁夏广电总台录制播出中心 刘志斌 依马狮广电资讯网


    宁夏广电总台在推进全台数字化过程中,以四频道作为全数字的、硬盘播控系统的改造对象。该系统自2007年7月正式启用至今,极大地提高了安全播出质量,保障了播出安全。
    本系统以数字矩阵为主体由信号调度、硬盘服务器、切换开关和主播控设备共同组成。采用了嵌入式音频系统。
    系统采用K2服务器LEVEL2系统架构,使用了6台K2客户端,2台MEDIA SERVER服务器,4个存储盘阵组成网络,实现上载、审片、播出等功能。
    硬盘存储采用主备SAN网络结构。下图为其中一个存储网络结构图:

一个典型的因地制宜的硬盘播出系统

    件管理服务器及存储盘阵组成的一个SAN系统,称为K2的Level2结构。3个客户端共享中央的存储盘阵,通过千兆以太网交换机同文件管理服务器相连接,文件管理服务器下挂存储盘阵,提供SAN系统的文件数据管理服务。
    在此网络中接有三个客户端供上载、播出使用。其主要作用是实时编码及解码、分配文件系统、实现视频帧处理。这种分布式智能服务器及存储架构的核心技术包括iSCSI(Internet SCSI)网络协议,它基于标准以太网连接,提供了高吞吐与SAN网络存储性能,并具备FTP文件传输协议与Common Internet File System(CIFS)协议,它融合当今IT技术,系统最大总带宽>1000Mb/s。客户端有四个网口,其中两个为控制口,传送控制指令;另两个为数据口,即上载编码或播出解码的视频数据。客户端有四个通道,作上载或播出用。所有客户端编解码的文件数据通过千兆以太网交换机送到媒体服务器端口,再由媒体服务器通过2G光纤通道读取到盘阵。媒体客户端采用ISCSI通过确保实时性的千兆以太网与媒体服务器实现媒体交互。用于上载和播出,其通道属性可通软件设置。此网络结构中,包括两个上载客户端和一个播出客户端。每个客户端配有同步锁相输入接口,可接受标准的视频同步信号,配置4通道双向编解码器技术,配置更加灵活,且具备互换性备份功能;支持带嵌入音频的SDI信号的采集、存储、播出。编码格式MPEG-2 IBP I帧格式12Mb/s码流,生成8位ID代码的GXF格式的视频文件,支持最短播放素材长度为10帧,同时通过播出局域网将将所上载节目的相关信息传送到数据库服务器。
    媒体服务器是一个基于文件的平台,支持多种视频格式,配置盘阵容量,读写带宽,速率及控制。采用基于千兆以太网的iSCSI保障系统实时性,消除了瓶颈,提供了高运行性保障;通过千兆以太网实现远程客户端及管理控制,包括播出表和素材管理。媒体服务器通过2GB光纤与盘阵相连。
    盘阵采用LEVEL 2R结构,一个主盘阵和扩展盘阵。采用ISCSI硬盘,每块硬盘300G,主盘阵接有15块硬盘,每5块硬盘做一个LAN,采用RAID3阵列,扩展盘阵可放置20块硬盘,考虑目前需要,只配置了5块硬盘。每5块硬盘为一个RAID组(4+1RAID3),这样整体盘阵容量可达4.8T,可存放四个频道一星期的节目。如扩展频道的话,可在扩展盘阵中再放置15块硬盘,再扩大3.6T的存储空间,可再满足扩展两个频道一星期的存储容量。两个SAN之间通过集联形成主备结构。SAN上的所有设备都具备双电源,保证了SAN网文件数据的读写安全。
    存储盘阵能存储4个频道600小时12Mb/s的节目素材,约4.05T。硬盘容量计算如下:
    视频(每小时):12Mb/s×3600s÷8bit=5.4Gb,音频(每小时):3Mb/s×3600÷8bit=1.35Gb
所以600小时12Mb/s的素材共需(5.4Gb+1.35Gb)×600=4.05T
    每个SAN系统共有12个编解码通道,其中4个通道用于素材上载使用,2个通道用于素材回放审核使用,4个通道用于4个频道的播出。2个通道作垫片和延时通道,可以灵活的配置上地或者播出、审看使用。
    播出系统是以主备播出工作站,16*2主净/静切换开关,16*1备切换开关,输出信号接入2*1切换开关,经Leitch MGI 3901键控器,输出PGM信号,经视频分配和环接后,经各自的SDI解嵌器,D/A编码为模拟的视音频信号。其中2*1切换开关、3901键控器具有断电直通功能,整个播出链路上的设备或机箱都接有双电源,保证了播出系统的安全。
    其时钟系统:采用青岛广播电视科研所的时钟授时系统,该系统采用GPS时间信息来保证整个系统时间的同步,同时配置GPS时钟、高稳时钟、时码发生器、时码分配器,时钟信号接入数据库、工作站、键控器校时,从而保证了播出时间的精确性。同步系统:同步信号发生器采用两台泰克SPG-300同步脉冲发生器,双机热备份,进行主从锁相,并采用ECO-422自动倒换。同步信号经视频分配后接到各播出设备同步锁相。技监系统:采用1台Tek-6100标清功能的波形监视器,配置模拟、数字和音频选件,可对模拟、数字信号进行监测,测量其亮度、黑电平、眼图、抖动、音频的dBFS、dBu等,多功能视音频监视仪,音频的监听通过奥视AMS160实现。技监的信号源包括上述所有信号源、切换开关输出信号及最后的PGM输出信号。数字矩阵采用32×32Leitch PANACEA矩阵,不直接参与播出,所有信号源经过视频分配再接入矩阵,供信号调度,监看、监测、播出使用。
    16×2主切换开关,提供了嵌入音频的静切换工能,信号在换切时不产生附加噪声。原有模拟信号经A/D编码的音频加嵌后,变为嵌入的数字信号。播出控制采用主备播出工作站,两者通过心路线来检测工作站的工作状态,其422控制线接到422矩阵,再接到主备切换开关,键控器,录像机、媒体客户端。播出软件根据节目单素材上的8位ID码,来直接控制媒体客户端的解码口,实现素材的播出。考虑到整个SAN或数据库都崩溃时,可调度上载的录像机进行播出。上载软件对上载录像机的采集控制采用8路串口服务器,通过以太网将串口服务器的端口转换为422控制信号,通过串口服务器的设置,播出也可设度上载录像机,确保播出安全。每个频道通过矩阵分配两台上载录像机,再加上原有的两台录像机,可以转换为全磁带应急播出,有力地保证了播出安全。
    整个系统的设备用电,采用两台梅兰日兰银河40KVA UPS并机供电,配电设计可以在单台UPS独立工作的情况下,在外电中断时,后备时间达两个小时,保证整个系统的电力需求。
从正式开播以来,避免了一些播出事故,减轻了值机员的一些压力,避免了装错带、糊磁头、录像机卡带等情况。同时提高了播出质量,可以提前发现一些节目的问题,像制作质量的问题、伴音的问题等,这些问题都可以在上载的时候提前发现、校正,从而保证了优质播出。四频道播出系统在设计上将优质安全播出放在首位,无单一崩溃点,通过一年多的正式播出,系统工作稳定可靠,完全达到的预期的设计要求。

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