淺析青島電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化播控系統(tǒng)

播出是電視臺(tái)內(nèi)部工作流程的最后環(huán)節(jié)，如何搭建一個(gè)既安全又高效的自動(dòng)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(jìn)行，是每一位從事播出工作的工程技術(shù)人員都需要面對(duì)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(jì)新一代電視播控系統(tǒng)時(shí)更需要對(duì)新技術(shù)、新產(chǎn)品進(jìn)行合理地開發(fā)和應(yīng)用。

青島電視臺(tái)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(chǔ)等功能于一體的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，具有安全性高、功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活的特點(diǎn)。

一 系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)分析

青島電視臺(tái)的播控系統(tǒng)主要由視音頻編解碼、存儲(chǔ)、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(biāo)清服務(wù)器，支持青島電視臺(tái)八個(gè)頻道的播出（其中兩個(gè)為備份頻道）和十六個(gè)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?jǐn)?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(chǔ)體系

近年來青島電視臺(tái)播出頻道不斷增加，節(jié)目播出內(nèi)容不斷擴(kuò)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(chǔ)這些節(jié)目素材，并在最大程度上提高存儲(chǔ)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(jí)存儲(chǔ)體系以及合理有效的存儲(chǔ)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(chǔ)

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(chǔ)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(tái)視頻服務(wù)器連接，組成SAN結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)體系。通過使用SAN結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)體，大容量、集中存儲(chǔ)的磁盤陣列可以被多個(gè)視頻服務(wù)器共享。這樣極大地提高了存儲(chǔ)資源的利用率，并保證了存儲(chǔ)系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。同時(shí)為了保障播出安全，我們還設(shè)計(jì)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(jí)）存儲(chǔ)

建立近線存儲(chǔ)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(huì)不斷增加，對(duì)于在線存儲(chǔ)的負(fù)擔(dān)也會(huì)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(chǔ)體也會(huì)有用盡的時(shí)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(fèi)了大量的人力和時(shí)間，而且增加了設(shè)備的負(fù)擔(dān)?；谝陨峡紤]，青島電視臺(tái)規(guī)劃建設(shè)了承擔(dān)閑置素材文件存儲(chǔ)任務(wù)的大容量二級(jí)存儲(chǔ)體，主要組成包括：二級(jí)存儲(chǔ)主存儲(chǔ)體－EDI4200 2Gb FC磁盤陣列、DELL 2850素材遷移管理服務(wù)器、FC-IP存儲(chǔ)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(diǎn)是：

* 大容量高性能。主存儲(chǔ)體配備48塊500Gb SATA硬盤，全系統(tǒng)實(shí)際有效存儲(chǔ)容量為21TB。采用2GB標(biāo)準(zhǔn)的FC磁盤陣列和光纖交換機(jī)，可以直接實(shí)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(yùn)行安全和高可維護(hù)性。
* 靈活可擴(kuò)展。主要表現(xiàn)為：在支持FC磁盤的主存儲(chǔ)機(jī)箱內(nèi)配備SATA磁盤，既降低了成本又為以后擴(kuò)展FC磁盤保留了可能；主存儲(chǔ)體通過光纖互聯(lián)擴(kuò)展，系統(tǒng)總?cè)萘靠蓴U(kuò)充至60TB。

（3）高效的存儲(chǔ)遷移策略

本系統(tǒng)的存儲(chǔ)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(chǔ)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(jí)）存儲(chǔ)保存。遷移策略是以播出時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，為每一個(gè)遷移任務(wù)設(shè)置優(yōu)先級(jí)，保障所有被用于直接播出的素材文件能夠及時(shí)無誤地遷移到在線存儲(chǔ)，并把近期內(nèi)不播出的素材文件遷移回二級(jí)存儲(chǔ)保存。

（4）近線存儲(chǔ)的擴(kuò)展

二級(jí)存儲(chǔ)體僅僅是近線存儲(chǔ)體的一個(gè)，近線存儲(chǔ)的擴(kuò)展既可以是二級(jí)存儲(chǔ)本身容量的擴(kuò)展，更可以通過建立新的存儲(chǔ)體來實(shí)現(xiàn)，也就是建立三級(jí)、四級(jí)等多級(jí)存儲(chǔ)體。

具體的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)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(chǔ)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(dòng)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(tái)不同的工作站實(shí)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(jī)備份的工作方式，包括重點(diǎn)頻道的播出機(jī)、數(shù)據(jù)庫、設(shè)備管理器和消息服務(wù)器。同時(shí)提供對(duì)關(guān)鍵受控設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)報(bào)警，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、處理故障。

（3）控制方式多樣

對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)據(jù)、消息等信號(hào)，通過局域網(wǎng)通訊進(jìn)行控制；對(duì)于實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)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(kuò)大控制設(shè)備范圍

除保留對(duì)錄像機(jī)、切換臺(tái)的控制外，還將控制的范圍擴(kuò)展到字幕角標(biāo)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(shí)現(xiàn)，我臺(tái)設(shè)計(jì)了多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括支持素材數(shù)據(jù)讀寫的SAN存儲(chǔ)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(chǔ)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(tái)視頻服務(wù)器對(duì)磁盤陣列共享讀寫的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。其主要優(yōu)點(diǎn)：一是存儲(chǔ)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(shí)時(shí)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(jí)存儲(chǔ)體（包括在線和二級(jí)存儲(chǔ)體）之間實(shí)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(gè)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(shí)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(dòng)播出軟件

自動(dòng)播出軟件依據(jù)編輯好的節(jié)目單，對(duì)各種相關(guān)的播出設(shè)備進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)其動(dòng)作，以共同完成節(jié)目的自動(dòng)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(jī)在內(nèi)的播出設(shè)備；
* 應(yīng)急處置：提供延時(shí)、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(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)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(dòng)播出對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)節(jié)目單進(jìn)行完善，通過網(wǎng)絡(luò)將節(jié)目單文件發(fā)送到自動(dòng)播出軟件進(jìn)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(cuò)誤；
* 編單任務(wù)可定制，從而實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)工作站完成多個(gè)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(dòng)生成素材上載任務(wù)單。

3. 素材上載軟件

素材上載軟件實(shí)現(xiàn)了磁帶節(jié)目或線路信號(hào)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(dòng)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(jìn)行錄制面板的分配，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)錄制；錄制工作站可以實(shí)現(xiàn)節(jié)目的審看，只有審看通過的節(jié)目才可以進(jìn)行遷移并投入播出。

4. 素材管理軟件

通過素材管理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)素材的管理，控制素材在各存儲(chǔ)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(chǔ)空間。其主要功能有：

* 存儲(chǔ)遷移策略的制定，根據(jù)電視臺(tái)內(nèi)部的工作實(shí)際，制訂和修改存儲(chǔ)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?cè)O(shè)計(jì)電視播控系統(tǒng)的首要考慮，而經(jīng)濟(jì)實(shí)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(qiáng)、擴(kuò)展靈活的原則一直貫穿在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程當(dāng)中。作為青島電視臺(tái)新建播出總控機(jī)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(jìn)行。