周俊光

為進(jìn)一步打造節(jié)目品牌,提高節(jié)目制作水平和播出信號(hào)質(zhì)量,撫州電視臺(tái)針對(duì)臺(tái)內(nèi)采編播設(shè)備陳舊、老化嚴(yán)重的狀況,動(dòng)工興建了兩頻道制作播出一體化網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)采用模塊化設(shè)計(jì),集成度高、安全性好,維護(hù)量小同時(shí)具有超高的性價(jià)比,具有一定的先進(jìn)性和可發(fā)展性。

系統(tǒng)需求分析

撫州電視臺(tái)現(xiàn)開辦了兩個(gè)頻道,每天每個(gè)頻道播出時(shí)間18個(gè)小時(shí),其中自制節(jié)目兩個(gè)時(shí)間,節(jié)目包括新聞?lì)?、社教類、專題類、廣告類。為此,在本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有卡編輯站點(diǎn)7個(gè)(其中一臺(tái)含配音功能),無卡編輯站點(diǎn)5臺(tái),配置3臺(tái)配音工作站和編輯/審片工作站。新聞、社教、專題由于其制作程度相對(duì)復(fù)雜,要求采用MPEG-2 I 25Mbps格式進(jìn)行保存和編輯,存儲(chǔ)空間為12.5GB/小時(shí)。廣告文藝、宣傳預(yù)告節(jié)目采用庫方式預(yù)先存儲(chǔ)一定數(shù)量的節(jié)目供編輯時(shí)使用,由于此類節(jié)目絕大多數(shù)僅為添加字幕編輯和簡單對(duì)編,因此采用MPEG-2 IBP 8Mbps格式進(jìn)行存儲(chǔ)和編輯,存儲(chǔ)空間為3.6GB/小時(shí)。

在制作網(wǎng)中,我們選用了索貝ENE-B100型網(wǎng)絡(luò)中央處理單元——藍(lán)箱。藍(lán)箱是制作系統(tǒng)中一個(gè)高度集成化的系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件存儲(chǔ)服務(wù)器、磁盤陣列和千兆以太網(wǎng),與外界(編輯站點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)站點(diǎn)、播出系統(tǒng))僅有以太網(wǎng)接口相連。存儲(chǔ)容量設(shè)計(jì)為1.92TB。

另外,根據(jù)撫州電視臺(tái)的實(shí)際情況,我們?cè)诠?jié)目播出系統(tǒng)中配置3臺(tái)播出/上下載工作站,完成每天大量電視劇的上載;播出方式采用控制、播出分離的方式,采用4臺(tái)播出控制工作站用于完成2個(gè)頻道及播出備份的控制工作。所有節(jié)目均采用MPEG-2 IBP 8Mbps格式進(jìn)行保存和播出,播出系統(tǒng)選用ENC-Redbox型——紅箱。紅箱是播出系統(tǒng)中一個(gè)高度集成化的系統(tǒng),包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、播出服務(wù)器、磁盤陣列和千兆以太網(wǎng)交換機(jī),與外界(紅箱、上載工作站、播出控制站相連)僅有以太網(wǎng)接口相連,存儲(chǔ)容量設(shè)計(jì)為1.92TB。

系統(tǒng)方案概述

根據(jù)制作播出設(shè)備數(shù)字化改造的總體要求,結(jié)合數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì),撫州電視臺(tái)采用了索貝公司最新推出的E-Net小型節(jié)目制作/播出一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)核心組件分為藍(lán)箱(制作系統(tǒng))和紅箱(播出系統(tǒng)),將兩者用千兆以太網(wǎng)相連接,構(gòu)成制播一體網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)化節(jié)目制作體系。索貝E-Net系統(tǒng)中的非編系統(tǒng)不同于以往傳統(tǒng)的視音頻處理板卡的非編系統(tǒng),它采用純軟件的編碼及廣播級(jí)的I/O通道技術(shù),最大程度的保證了節(jié)目的視音頻質(zhì)量,同時(shí)大幅提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和安全性,易于升級(jí)和維護(hù)。

首先,我們使用了CPU+GPU+I/O板卡技術(shù)。在傳統(tǒng)的以專用處理板卡為核心的編輯系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)CPU僅僅負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)交互界面和文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能,視音頻信號(hào)的輸入、壓縮、解壓縮、特技、合成、輸出等處理工作全部通過板卡完成,但專用板卡價(jià)格依然比較昂貴并且兼容性、穩(wěn)定性較差。CPU+GPU+I/O卡技術(shù)在極大提升編輯系統(tǒng)的兼容性、穩(wěn)定性和性能價(jià)格比的同時(shí),充分利用了軟件的靈活可升級(jí)特性,通過對(duì)PC平臺(tái)的簡單升級(jí)或更換,可以實(shí)現(xiàn)編輯系統(tǒng)幾乎無限制的功能擴(kuò)充和性能提升。CPU+GPU+I/O卡技術(shù)通過利用PC平臺(tái)系統(tǒng)中的通用CPU、顯示卡上的通用GPU以及復(fù)雜度相對(duì)較低的視音頻I/O板卡共同組合完成原來由一片或一套專用板卡所完成的功能。圖1、圖2描繪了基于CPU+GPU+I/O卡技術(shù)的視頻采集和雙路實(shí)時(shí)輸出過程。

圖中不難看出,原來由專用板卡完成的大部分功能都通過CPU和GPU運(yùn)算以軟件的方式實(shí)現(xiàn)。CPU負(fù)責(zé)完成視頻數(shù)據(jù)的編解碼運(yùn)算,GPU負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)視頻特技和合成運(yùn)算,只有基帶信號(hào)的I/O需要通過特定的I/O板卡完成。

其次,我們使用了千兆以太網(wǎng)的中心存儲(chǔ)和傳輸技術(shù)。不可否認(rèn),FC這種帶有交換方式的總線技術(shù)所構(gòu)成的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)憑借其持續(xù)穩(wěn)定的總線帶寬特性以及無單點(diǎn)故障的強(qiáng)大安全性,毫無疑問地將在目前乃至未來的若干年的大型網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中保持絕對(duì)的主導(dǎo)地位。作為中小規(guī)模的編輯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),千兆以太網(wǎng)所構(gòu)成的非線性編輯網(wǎng)絡(luò)具有性能價(jià)格比高、搭建和維護(hù)簡單的優(yōu)勢(shì),非常適合中小型電視臺(tái)的使用。

幀緩沖機(jī)制:幀緩沖技術(shù)的設(shè)計(jì)思路來源于磁盤系統(tǒng)的高速緩存技術(shù),是類似于流媒體技術(shù)的一種網(wǎng)絡(luò)高速緩存機(jī)制。以播放過程為例:開始播放時(shí),編輯軟件在工作站端建立一個(gè)緩沖區(qū),當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸產(chǎn)生抖動(dòng)導(dǎo)致帶寬降低時(shí),緩沖區(qū)起到數(shù)據(jù)緩存的作用,直到帶寬恢復(fù)。在這個(gè)過程中,只要幀緩沖區(qū)不發(fā)生下溢,緩沖區(qū)中所保存的數(shù)據(jù)就可以保證播放保持持續(xù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸,從而避免播放丟幀。播放緩沖區(qū)的大小需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器:網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)化編輯的核心設(shè)備,它所能夠提供的最大有效帶寬決定了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。通過在存儲(chǔ)服務(wù)器中選用支持Interrupt Moderation和NAPI技術(shù)的服務(wù)器級(jí)網(wǎng)卡并對(duì)網(wǎng)卡參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,從而降低網(wǎng)卡產(chǎn)生的中斷頻次,提高CPU的處理能力,增加網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率。通過選擇帶有TOE(TCP/IP Off-loading Engine)的千兆以太網(wǎng)卡可以將全部四層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理轉(zhuǎn)移到板卡上的TOE芯片處理,有效的降低處理器負(fù)載,提高網(wǎng)絡(luò)效率。

硬盤陣列系統(tǒng):作為存儲(chǔ)介質(zhì)的硬盤陣列系統(tǒng),基本上外置的接口均采用了Ultra320 SCSI接口,而內(nèi)置的硬盤有三種:PATA(IDE)、SATA和SCSI。采用SATA硬盤的磁盤陣列系統(tǒng)是最佳性價(jià)比的選擇。目前測(cè)試所得的SATA磁盤陣列速度已經(jīng)接近200MB/s,已經(jīng)達(dá)到SCSI磁盤陣列的速度。

硬盤播出控制系統(tǒng)。播出服務(wù)器擔(dān)負(fù)撫州電視臺(tái)兩個(gè)頻道的節(jié)目播出,由于其節(jié)目連續(xù)播出時(shí)間長,因此對(duì)播出服務(wù)器的要求極高,為此采用一些特殊的設(shè)計(jì),保證了播出穩(wěn)定性和安全性。

播出控制和播出服務(wù)器分離:播出服務(wù)器(主備)只負(fù)責(zé)硬盤節(jié)目的播出,播出控制工作站負(fù)責(zé)完成對(duì)所有參與播出的設(shè)備進(jìn)行控制(如播出主備服務(wù)器、播出錄像機(jī)、播出切換矩陣等)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,對(duì)播出控制工作站采用主備的方式來保證所有頻道播出控制的安全性。在實(shí)際使用過程中,當(dāng)某頻道的播出控制工作站出現(xiàn)臨時(shí)故障時(shí),由于播出控制和播出服務(wù)器分離,因此播出控制工作站的故障并不會(huì)影響節(jié)目的播出,此時(shí)只需要重新啟動(dòng)播出控制工作站后打開播出節(jié)目單即可繼續(xù)進(jìn)行節(jié)目播出控制。在單播出控制工作站發(fā)生暫時(shí)無法恢復(fù)的故障時(shí),制作人員只需通過使用備份播出控制工作站打開該頻道的播出節(jié)目單,并將發(fā)生故障的播出控制工作站的RS422切換開關(guān)切換到備用播出工作站上即可繼續(xù)進(jìn)行節(jié)目播出控制。

媒體網(wǎng)關(guān)技術(shù):使用MEGAServer媒體網(wǎng)關(guān)技術(shù)完成節(jié)目的上/下載及播出,由于在I/O通道上沒有編碼器,長時(shí)間工作不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,因而能保持較高的穩(wěn)定性。另外,通過使用網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)目文件的方式保證節(jié)目傳輸不受到任何形式的損失,從而保證了節(jié)目傳輸?shù)母咧笜?biāo)。

一、上載工作站設(shè)計(jì)。播出系統(tǒng)中的上載工作站其主要的任務(wù)是完成錄像帶節(jié)目和其它媒體節(jié)目的上載工作。在撫州電視臺(tái),其主要節(jié)目均通過網(wǎng)絡(luò)制作并通過轉(zhuǎn)碼后遷移到播出系統(tǒng),但仍然不可避免的還有部分錄像帶或其它存儲(chǔ)介質(zhì)的節(jié)目考慮到效率問題而需要直接通過播出上載工作站上載到播出系統(tǒng)。為保證電視劇上載有足夠的空間,不僅在紅箱上給了1.2T的容量,還在上載工作站外掛了3個(gè)400G的硬盤,使電視劇存儲(chǔ)容量達(dá)2.4T,可保存一個(gè)月的電視劇。播過的電視劇下次直接調(diào)用,避免了電視劇重復(fù)上載造成的信號(hào)衰減,提高了工作效率。

二、轉(zhuǎn)播節(jié)目設(shè)計(jì)。由于在轉(zhuǎn)播信號(hào)中無法輸入系統(tǒng)同步信號(hào),為了保證節(jié)目播出切換時(shí)畫面的穩(wěn)定,在設(shè)計(jì)上使用了時(shí)基校正器來進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)播時(shí)的系統(tǒng)同步,經(jīng)過系統(tǒng)同步后的轉(zhuǎn)播信號(hào)通過分配器分配到2個(gè)頻道進(jìn)行轉(zhuǎn)播播出。

三、時(shí)鐘同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用GPS衛(wèi)星信號(hào)獲取北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的方式來完成整個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘和北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的同步。

四、系統(tǒng)同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在播出系統(tǒng)中,由于參與播出的節(jié)目信號(hào)源不同,各自的同步基準(zhǔn)也不相同,為了保證各類信號(hào)源在播出切換時(shí)圖像的穩(wěn)定,需要使用統(tǒng)一的基準(zhǔn)同步信號(hào)(同步信號(hào)發(fā)生器)將所有參與播出的信號(hào)源進(jìn)行同步處理。

五、安全備份設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步提高播出系統(tǒng)的安全保障措施,在播出系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)均設(shè)計(jì)有相對(duì)應(yīng)的備份,其具體備份點(diǎn)有播出服務(wù)器全局備份、播出切換矩陣全局備份、播出控制工作站全局備份。通過這些重要部位的全局備份,使得在整個(gè)播出系統(tǒng)中不會(huì)因?yàn)閱我坏谋罎Ⅻc(diǎn)而造成某個(gè)頻道無法正常播出的現(xiàn)象發(fā)生。

六、防病毒處理。制播網(wǎng)視音頻傳輸采用很少被病毒感染的AVI,WAV格式;屏蔽USB等數(shù)據(jù)端口;外面的文件素材必須先在未與非編網(wǎng)連接的專用電腦上殺毒,再在制作網(wǎng)上專用電腦上查殺才能進(jìn)入。

(作者單位:撫州電視臺(tái))

欄目責(zé)編:肖月