萬 劍

（武漢廣播電視臺 播出傳送中心，湖北 武漢 430015）

1 Grass Valley視頻服務器發(fā)展歷程

從1995年，視頻服務器誕生，至今已經走過了15個年頭。PINNICAL，Seachange，Sony，GVG，Harris，Omneon這些國外的巨頭都曾經涉足這一市場，并有成功的播出應用產品。筆者作為長期工作在播出第一線的技術人員，以Grass Valley產品為例，總結了服務器的發(fā)展軌跡，并提出未來的播出服務器的展望。

無論是15年前獨立的GVG，還是并入Tektronix和Thomoson，還是今天的Grass Valley，視頻服務器一直是Grass Valley的核心產品線之一。10余年來，Grass Valley一直不斷地發(fā)展自己的視頻服務器產品，GV的產品具有服務器發(fā)展的代表性。Grass Valley服務器發(fā)展歷程可簡單表述為圖1。

這條發(fā)展軌跡是應用拉動，技術推動，相輔相成，相互促進，自然形成的?；仡欉^去是為了服務未來，希望能從發(fā)展軌跡中從篩選出一些有用的信息，摸索出一些規(guī)律性的東西。

2 Grass Valley第一代視頻服務器——Profile PDR系列

1995年Grass Valley公司設計制造了全球首臺視頻服務器，拉開了硬盤播出探索的序幕。如今硬盤播出系統(tǒng)經過多年的發(fā)展，傳統(tǒng)的磁帶錄像機從主力播放源退居其次，服務器成為絕對的主力播放源。經過了十幾年的發(fā)展，硬盤播出系統(tǒng)已經從探索和嘗試變得成熟理性。隨著技術軌跡的推進，作為播出系統(tǒng)核心設備的Grass Valley視頻服務器歷經了三代產品的更迭。

Grass Valley第一代視頻服務器產品為Profile PDR系列，其PDR100硬盤服務器最早將計算機服務器技術引入視頻工業(yè)界，引發(fā)了整個廣播電視行業(yè)的技術革新，并因此獲得艾美獎。PDR系列視頻服務器支持雙向的錄制/播放通道，在一定程度上可以說是當時相對成熟的非線性編輯技術和傳統(tǒng)錄像機功能融合的產物，被看作是一種多通道數字硬盤錄像機。Profile PDR系列視頻服務器如圖2所示。

早期的視頻服務器應用并不明確，不同臺根據自身情況在演播室、新聞、廣告、墊片等的播出和節(jié)目插播、轉播車慢動作回放、后期制作等領域均有應用。多數臺只是把第一代視頻服務器作為節(jié)目源和播出之間的橋梁，所播節(jié)目在整個節(jié)目播出量中占據比例不大。因此，此時的視頻服務器還是充當類似信號源的角色。

Grass Valley第一代視頻服務器的主要特點有：

1）編解碼方式。編解碼方式的更替是Profile PDR系列最主要的特點，從PDR100和PDR200的JPEG，PDR300的MPEG 4∶2∶2，到PDR400的DVCPRO，編碼效率越來越高，每種產品采用專用的編解碼芯片，低級的產品可以通過板卡組件升級到更高級的編解碼方式。隨著編碼效率的提高，視頻服務器每通道的成本和硬盤存儲成本都有很大程度的降低。

2）帶寬存儲。除最早的PDR100帶寬和存儲相對較小，第一代Grass Valley視頻服務器帶寬均為30 Mbit/s，內置存儲采用SISC接口，存儲容量為18 Gbyte。可見，這一時間受限于計算機和存儲技術的水平，存儲容量小，雖然隨著編解碼效率的提高，存儲時間有所提高，但存儲素材時間仍然比較短，所播節(jié)目在整個節(jié)目播出量中占據比例并不大。

3）通道構成。因為此時的視頻服務器并沒有成為播出系統(tǒng)的核心設備，更多是充當類似錄像機信號源的功能，所以人們習慣用視頻服務器可以替代的錄像機來衡量視頻服務器的價值，因此，通道數也就成為這一時期視頻服務器取勝的一個重要指標。Grass Valley第一代視頻服務器最多支持8個視頻通道，支持16～32路AES/EBU嵌入數字音頻，可選多種靈活的配置方式，且可根據需要選配模擬或數字視音頻接口，模擬與數字可共存在同一體中，非常適應我國當時由模擬向數字過渡的現實。

4）網絡接口。這一時期的視頻服務器兼負上載與播出的工作，通過上載控制機和播出控制機共同控制視頻服務器完成上載和播出，主備視頻服務器之間通過服務器之間的光纖網絡拷貝素材，需要合理安排主視頻服務器的不同頻道向備視頻服務器發(fā)送素材。整個播控網絡采用百兆以太網進行互聯。雖然第一代視頻服務器存儲容量低、價格昂貴、且受傳統(tǒng)工作流程和使用習慣的限制，但是因為它在處理切換頻繁的短節(jié)目時，能保證自動播出的精確，將操作人員從手忙腳亂的操作中解放出來，因此在一定程度上降低了播出工作得壓力，所以較快獲得了用戶的認可。

3 Grass Valley第二代視頻服務器——Profile XP系列

進入2000年以后，隨著高清晰度平板電視的普及，高清晰度電視離人們越來越近，美國、日本等國家走在了高清電視的前列，視頻領域逐漸開始大規(guī)模啟用高清設備，在世界廣播電視領域高清儼然已成為不可逆轉的大趨勢。中國因為2008年奧運會的契機，也開始關注高清電視，具備高清晰度電視節(jié)目的制作和播出能力這一必備條件，使得2008年奧運會成為中國高清發(fā)展的推動力。Grass Valley公司作為全球著名的廣播系統(tǒng)和服務的供應商，以其敏銳的技術前瞻性，在20世紀90年代就開始了高清領域的研發(fā)，到這一時期已能為市場提供從節(jié)目采集、制作、存儲、管理到傳輸各環(huán)節(jié)成熟的全線高清晰度電視產品。Grass Valley第二代視頻服務器PVS系列Profile XP高標清兼容媒體平臺就是視頻服務器步入高清時代的代表之作。Profile XP系列視頻服務器如圖3所示。

第二代視頻服務器的主要特點有：

1）高標清兼容媒體平臺。第二代視頻服務器最顯著的特點就是在同一臺服務器、同一時間線兼容標清信號和高清信號，支持自動上

下變換，成為真正意義上的多格式視頻服務器。使電視臺在面臨高標清同播的復雜情況時，只需1臺服務器即可實現，而不再需要使用額外的服務器通道、管理軟件和切換設備，大大降低了系統(tǒng)的復雜性以及用戶從標清向高清過渡的系統(tǒng)投入。

2）存儲技術。這一代服務器均采用高效的MPEG-2編碼，支持長GoP結構，再加上硬盤存儲技術的發(fā)展，存儲容量和存儲時間均大幅倍增。采用可靠的RAID方式保障存儲數據安全，在出現硬盤故障時通過熱插拔更換硬盤即可恢復素材數據，利用虛擬存儲技術，由RAID控制器把多個物理硬盤組織在一起，建立文件系統(tǒng)，使用維護方便。存儲部分采用高速光纖接口進行視音頻數據傳輸。單機、分布和SAN架構都成為可能。

3）高可用/可靠性。素材可以通過LAN，WAN，IP，Fibre Channel，Ethernet，Gigabit等多種途徑進行傳輸，兼容GXF，MXF等多種素材文件格式；支持SNMP遠程監(jiān)控，可對設備進行集中管理和檢測，提前關注系統(tǒng)的狀態(tài)變化，并在服務器故障時進行聲光報警，在一定程度上保證系統(tǒng)的安全性；開放控制協(xié)議，全面支持第三方應用程序，為服務器的多種應用提供了有力的基礎；服務器采用易于維護的架構，支持熱備份，提供冗余電源、系統(tǒng)盤、風扇等，支持熱插拔，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4）ASI接口。配備了ASI異步串行接口，為MPEG傳輸流的上載、播出提供了方便，減少了節(jié)目上載前的多代編碼、解碼、記錄和存儲操作，減少了因多次信號處理對圖像質量帶來的影響。

4 Grass Valley第三代視頻服務器——K2系列

不可否認視頻服務器進入播出系統(tǒng)帶給用戶便利的同時，仍然存在一些問題。上載和播出一體使播出系統(tǒng)成了“公共場所”，不同部門人員聚集在播出部門，對播出安全是一個很大的隱患。隨著廣播電視的不斷發(fā)展，節(jié)目質量在不斷的提高，播出時間也在不斷的增加，而且在全臺網建設和三網融合的大背景下，節(jié)目素材量的越來越大，使用服務器的上載通道進行上載和僅靠服務器內置存儲已遠遠無法滿足新時期的系統(tǒng)需求。如何強化視頻服務器有利的一面，避免其不利的影響，自然成了用戶和廠家都在思考的問題。播出和上載分離的思路由此而來。

隨著IT技術和網絡技術的迅猛發(fā)展，異地上載模式越來越多的采用。這一階段，對播出系統(tǒng)和視頻服務器影響深遠的就是上載工作站的引入，上載工作站的引入將節(jié)目端和播出端真正隔離開來，使節(jié)目人員只和“自己的”機器打交道。上載工作站自帶存儲，可實現簡單節(jié)目串編，播出服務器只需處理“成品”，只專注于播出。上載工作站還具備格式轉換功能，除了傳統(tǒng)的模擬或數字AV信號外，上載工作站還可以接受多種格式的數據碼流或文件格式。上載工作站的上述功能簡化了視頻服務器的I/O配置，釋放了視頻服務器通道，以讓昂貴的視頻服務器發(fā)揮更大的效益。為后來的“上載—存儲—播出”的流程和“融合”、“異構”模式奠定了基礎，硬盤播出系統(tǒng)向成熟可靠和實用化邁出堅實的一步。

在解決了上載與播出分離的問題后，視頻服務器的硬盤和存儲成為越來越突出的問題。為了存儲和處理大量的高碼率視頻數據，必須采用高速大容量硬盤，還要采取RAID技術保證安全。與并口硬盤相比，速度高，連接方便，適合組建RAID陣列的SATA硬盤的出現給解決這個問題帶來機會，一些廠家提出了二級存儲（也有稱近線存儲）的概念。視頻服務器繼續(xù)采用昂貴的高速SCSI“專用”硬盤，但保持適當容量，從而降低費用。而需求越來越大的備播數據則由廉價的SATA硬盤陣列構成，可以用較少的投資獲得海量的存儲空間。采用冗余備份技術保證數據的安全性。二級存儲和視頻服務器之間采用智能遷移。二級存儲開辟了互聯互通的接口，播出系統(tǒng)變得豁然開朗。通過二級存儲“文件化傳輸”，既可以和前端的制作域溝通，也可以和后端的存儲域連接，實現了“粗顆粒、松耦合”。

由于二級存儲的介入，硬盤播出形成了“上載—存儲—播出”的科學合理的播出流程。通過把上載功能提取出來，把高昂的硬盤費用剝離出來，減輕服務器負擔，簡化服務器結構，實現靈活配置，深刻影響著視頻服務器定位的回歸。與此同時，IT技術的日新月異，也在深刻地影響著視頻服務器的設計理念和功能，集合先進的IT技術于一身，集可靠性、質量性、功能性、開放性、靈活性、擴展性、兼容性、易用性及全面性于一身，Grass Valley第三代視頻服務器閃亮登場，如圖4所示。

Grass Valley第三代視頻服務器的主要特點有：

1）服務器IT化。Grass Valley第三代視頻服務器在Profile系列媒體服務器的基礎上，采用了獨具創(chuàng)新的開放式架構，將Grass Valley公司豐富的視頻專業(yè)經驗和IT業(yè)成熟的解決方案完美地融合在了一起。第三代視頻服務器采用iSCSI（Internet SCSI）網絡協(xié)議，可在標準以太網連接上傳輸素材和進行存儲局域網絡（SAN）的操作，支持文件傳輸協(xié)議（FTP）和公用互聯網文件系統(tǒng)（CIFS）協(xié)議，依托成熟的網絡技術和存儲技術，實現內容存儲和文件服務，可以基于千兆以太網實現交互通信和實現資源共享。以IT為中心、文檔為基礎的播出和傳輸工作流程，大大簡化了安裝和操作過程。同時由于采用IT通用部件，在很大程度上降低了整個系統(tǒng)的成本，性價比高。

2）存儲帶寬。第三代K2以及最新的K2 Summit視頻服務器采用媒體客戶端與媒體服務器分離的全新系統(tǒng)架構，媒體客戶端將原服務器系統(tǒng)的編解碼通道獨立出來，保證了媒體客戶端與媒體服務器相對獨立性，各自故障不會相互影響，而且客戶端采用定制的專用編解碼芯片及FPGA編解碼技術，對文件有著廣泛的兼容性，利于多格式編解碼的應用以及存儲容量和帶寬的擴展。媒體客戶端可以內置媒體服務器陣列系統(tǒng)，作為獨立的系統(tǒng)單獨使用，也可以通過獨立的媒體服務器來完成文件系統(tǒng)管理及控制、FTP遷移等功能，連接外置RAID存儲，便于系統(tǒng)擴展，可成倍的擴展存儲容量和系統(tǒng)帶寬。另外，在在線系統(tǒng)的素材盤選取上，草谷公司沒有選取SATA，而是選取了目前最高性能的SAS專業(yè)硬盤，從而滿足系統(tǒng)無論在視/音頻滿負荷運行狀態(tài)、在硬盤修復狀態(tài)、還是同時在超級慢動作變速播放狀態(tài)，均能保證穩(wěn)定的系統(tǒng)帶寬及FTP素材遷移帶寬。

3）高可靠性。新一代的視頻服務器機箱采用全新的工業(yè)架構，模塊化設計，總線通信，機箱內部無一根可見互聯線，更小巧的機箱實現更多的功能，關鍵硬件為防震設計。采用CF卡嵌入式操作系統(tǒng)方式，系統(tǒng)啟動更快捷、更安全；配置了冗余電源并支持熱插撥操作以及冗余以太網接口；通過采用雙iSCSI和雙FC接口的設計提供更多的冗余鏈路，真正實現整個系統(tǒng)的完全冗余，確保整個架構無單一崩潰點。RAID采用了單機為RAID10，外置為RAID5或RAID6（雙校驗盤）配置。為滿足高安全級別的用戶需求，系統(tǒng)還配備了SSD固態(tài)硬盤供用戶選擇。

4）制作擴展功能。最新的K2 Summit視頻服務器增強了直播和現場制作功能，通過簡單的控制即可完成即時回放和混合特技效果功能，并且內置多畫面分割器支持實時4分畫面VGA輸出，可在直播或制作時方便的監(jiān)看所有輸出通道。為直播和現場制作工作流程提供了完美的解決方案。草谷公司還配置慢動作控制面板Dy?no便于現場轉播工作，另外，系統(tǒng)配置了多種支持第三方系統(tǒng)的插件選件供用戶選擇，通過插件，用戶可以直接在蘋果或Avid非編系統(tǒng)直接訪問、調用K2數據庫中的節(jié)目素材，并可實現邊錄、邊編、邊傳等現場制作工作，極大程度地滿足了現場節(jié)目制作的需求。

第三代視頻服務器將趨向于緊湊化、模塊化設計，不再強調通道的數量和存儲空間的大小，而是更加強化軟硬件的可靠和安全。更加強調組合能力，而不是“集成”的能力。強調故障快速恢復能力，以及高標清兼容等高級功能。同時在應用方面提高了產品的開放性，架構更開放更透明，可以更好地為全臺網絡一體化的發(fā)展效力。

5 小結

回顧視頻服務器發(fā)展的歷程，視頻服務器作為播出系統(tǒng)的核心設備，其發(fā)展與播出系統(tǒng)的發(fā)展是相輔相成、相互促進的，隨著全臺網的數字化網絡化的發(fā)展，不難推斷架構更開放、更透明、功能完備、支持高清的視頻服務器將逐漸成為主流。從應用角度對未來的播出服務器做些預測：更大的網絡帶寬，組網方式更為靈活；更強的處理能力，支持多種編碼方式的輸出；架構更靈活，無論單機式、分布式滿足客戶需要的工作流程；系統(tǒng)升級將更為便捷，無須更換硬件，而是通過軟件實現升級；系統(tǒng)操作界面更加簡潔、直觀。