文｜葉建建 黃匯宇

為了加強用戶體驗，從數(shù)字電視技術(shù)不斷發(fā)展的浪潮來看，標清向高清的轉(zhuǎn)換是必然的，但需要有一個過渡期。為了適應(yīng)當下趨勢及滿足臺內(nèi)節(jié)目播出的需求，北侖電視臺的這次硬盤播出系統(tǒng)建設(shè)除了2個標清頻道之外，還具備了一個高清測試頻道的同播能力。

系統(tǒng)設(shè)計原則

在設(shè)備選型上充分考慮了系統(tǒng)的安全性，先進性，應(yīng)急能力，播出功能，擴展能力。整個系統(tǒng)要求配置靈活，易于操作，維護方便。

1） 高可靠性

播出系統(tǒng)要求有極高的運行可靠性，同時系統(tǒng)設(shè)計中加入完善的應(yīng)急方案。

2） 先進性

系統(tǒng)設(shè)計保證與國際技術(shù)發(fā)展潮流同步，在播出的各個環(huán)節(jié)均能達到數(shù)字化的技術(shù)要求。

3) 經(jīng)濟性

對系統(tǒng)進行統(tǒng)籌規(guī)劃，所有設(shè)備具有最佳的性價比。

4) 可擴展性

保證系統(tǒng)功能清晰，簡潔，擴展靈活，滿足系統(tǒng)的擴展需求。

5） 易于管理操作

播出系統(tǒng)主要用于電視播出，因此要求系統(tǒng)易于操作，應(yīng)急快速，便于管理，維護方便。

系統(tǒng)構(gòu)成

本高標清數(shù)字硬盤播控系統(tǒng)，遵循成熟的系統(tǒng)架構(gòu)，核心設(shè)備視頻服務(wù)器采用1+1主備方式，負責(zé)節(jié)目的上載和播出?？刂葡到y(tǒng)、視音頻系統(tǒng)中的主要設(shè)備，也按頻道均采用1+1主備方式，保證系統(tǒng)無單潰點，任一設(shè)備出現(xiàn)故障，播出業(yè)務(wù)不中斷，避免播出事故。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及控制如圖1所示。

1. 視頻服務(wù)器

圖1

視頻服務(wù)器是播出系統(tǒng)的核心設(shè)備，且一旦上線，將長時間不間斷進行編解碼工作。因此，播出解碼工作的穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此我們本次采用了硬件芯片編解碼的視頻服務(wù)器。

圖2

圖3

服務(wù)器的通道配置如圖2所示：

系統(tǒng)共配置2臺視頻服務(wù)器，4塊編解碼卡。其中2塊5001板卡為3通道標清編解碼模塊，包括1個半雙工編解碼通道和2個獨立解碼通道；5321板卡提供2個半雙工編解碼通道；5501板卡雙通道獨立解碼，支持高清上下變換，用于高清節(jié)目播出。根據(jù)圖示，實際使用中，2個標清頻道均配置1+1主備播出通道，高清測試頻道配置1個通道，一共有2個標清上載通道和2個高標清兼容上載通道用于播出節(jié)目上載。這種配置方式功能齊全，單臺視頻服務(wù)器即可完成上載、審片、播出的全流程，可以應(yīng)對系統(tǒng)崩潰的極端情況。

節(jié)目素材在上載/審片系統(tǒng)完成編碼后，根據(jù)通道的配置遷移到主或備視頻服務(wù)器；近日不播，但將來可能使用的節(jié)目素材如電視劇，根據(jù)相關(guān)策略遷移到二級存儲，在一定時間范圍內(nèi)重播將不需要重復(fù)上載。

我們要求播出視頻服務(wù)器支持15天的節(jié)目存儲量，這樣可以應(yīng)對節(jié)假日期間無人上載或內(nèi)容管理系統(tǒng)出現(xiàn)問題無法遷移的情況。為此，視頻服務(wù)器配置了6T有效存儲，可以存儲12Mbps節(jié)目約920小時，即2個頻道可以存大約20天全天節(jié)目，完全滿足需求。

此外，我們配置的播出的視頻服務(wù)器還具備RAID6雙校驗；各編解碼通道，風(fēng)扇，硬盤等關(guān)鍵部件支持帶電熱插拔等特性，十分安全可靠，出現(xiàn)問題后在線維護也十分方便。

2. 上載系統(tǒng)

上載信號主要分為兩類，第一類是外來信號包括CCTV信號，各演播室信號，其它信號；第二類是4部錄像機及2臺DVD信號，所有的信號進入矩陣后，經(jīng)調(diào)度分別送往各個上載通道進行上載。

本次在上載系統(tǒng)設(shè)計了一套上載調(diào)度矩陣，所有上載通道可以共享系統(tǒng)的4臺錄像機信號、CCTV信號、各演播室信號等，可以豐富上載的內(nèi)容和形式，比如通過視頻服務(wù)器的上載通道對演播室的直播節(jié)目進行編碼上載，并通過打點、審看等環(huán)節(jié)后，可以迅速的進行重播。

同時，該模式也可以使上載錄像機可以作為播出信號源，為播出信號源提供更多選擇。

上載系統(tǒng)如圖3所示。

3. 二級存儲

由于硬盤播出系統(tǒng)完全采用的是文件化的節(jié)目準備過程，節(jié)目文件的可管理性、安全性都是重中之重。因此，我們?yōu)椴コ鱿到y(tǒng)設(shè)計配置了一套大容量二級存儲系統(tǒng)。一方面為播出節(jié)目文件提供一個集中存儲池，方便統(tǒng)一管理、調(diào)度；一方面在播出視頻服務(wù)器與上載、外部接口等節(jié)目輸入環(huán)節(jié)間增加一個環(huán)節(jié)，支持通過自動技審、MD5校驗、軟審片等功能對節(jié)目的質(zhì)量、內(nèi)容做審核，避免有問題素材直接進入播出視頻服務(wù)器，提高了安全性。

二級緩存配置了14塊2TB的硬盤，其中包括2塊熱備份硬盤。做RAID校驗后，實際有效空間為13.5TB，按30%冗余計算，可得出以下結(jié)果：

1小時標清素材占用空間為

13.5 Mbps×3600sph/8/1024=5.93GB

二級緩存共可存儲標清素材：

13.5 ×1024/5.93=2331小時

4. 播出和制作交互介紹

臺內(nèi)擁有一套節(jié)目制作系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)運行于獨立的兩套網(wǎng)絡(luò)中；播出系統(tǒng)要兼顧到與節(jié)目制作系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)從節(jié)目制作系統(tǒng)到播出系統(tǒng)的文件化傳輸，提高效率。在實現(xiàn)播出和制作互聯(lián)的情況下要全面保證播出系統(tǒng)的安全，保證節(jié)目制作系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者感染病毒時，也能確保播出系統(tǒng)不受破壞，保證安全播出。

圖4

本系統(tǒng)中，我們在DMZ區(qū)部署一臺接口服務(wù)器，制作系統(tǒng)與播出系統(tǒng)通過WEBSERVICE方式和接口服務(wù)器遷移程序通信約定文件傳輸細節(jié)，接口服務(wù)器通過雙網(wǎng)卡獨立工作的方式，全面保證從制作網(wǎng)到接口服務(wù)器和從接口服務(wù)器到播出網(wǎng)都具有千兆的極速傳輸能力。該接口服務(wù)器通過IPSAN的方式掛載存儲確保接口處存儲容量不會成為瓶頸。具體文件交互流程如圖4所示。

播出系統(tǒng)和制作系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連通以后，由于制作系統(tǒng)的安全級別較低。因此在網(wǎng)絡(luò)安全的角度會為播出系統(tǒng)帶來相應(yīng)的安全風(fēng)險，為了保證播出系統(tǒng)的安全，在該系統(tǒng)中配置了專門的硬件防火墻來做NAT轉(zhuǎn)換和鏈路隔離，只允許指定的端口和相應(yīng)的業(yè)務(wù)傳輸，禁止其他業(yè)務(wù)傳輸。

5. 播出監(jiān)看與系統(tǒng)監(jiān)控

為了實現(xiàn)對播出有關(guān)信號的實時監(jiān)看，我們采用了多畫面分割器和大屏幕顯示器的集中監(jiān)看方案，共配備5塊55英寸的液晶大屏，其中3塊用來監(jiān)看各個頻道播出情況，1塊監(jiān)看錄像機及外來信號源，最后1塊用作系統(tǒng)監(jiān)控，監(jiān)看各個重要節(jié)點。另外還為上載與審看，字幕機，技監(jiān)等配置了9英寸小監(jiān)視器，既方便了操作也更加人性化。

本系統(tǒng)設(shè)置了1臺設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控工作站，1臺設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控服務(wù)器，如圖5所示。系統(tǒng)采用分布式的結(jié)構(gòu)，分布的信息采集服務(wù)器，統(tǒng)一的核心服務(wù)器，以及分布的顯示客戶端。分布式結(jié)構(gòu)滿足跨網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采集的需要，以及多客戶端顯示的需要。

采集服務(wù)器的功能是與具體的設(shè)備通過SNMP協(xié)議進行通信獲取狀態(tài)信息并隨時刷新；服務(wù)器，二級存儲，交換機，畫面分割器，工控機，字幕機，臺標機等播出線上的主要設(shè)備通過SNMP協(xié)議將設(shè)備重要的部件信息和相關(guān)軟件服務(wù)信息以二進制的方式交互到采集服務(wù)器，采集服務(wù)器實時將信息通知給核心服務(wù)器。核心服務(wù)器負責(zé)接收采集服務(wù)器發(fā)來的設(shè)備信息，進行數(shù)據(jù)分析，并將客戶端訂閱的設(shè)備信息發(fā)送給顯示客戶端。核心服務(wù)器同時支持一些必要的服務(wù)，如獲取播出節(jié)目單，設(shè)置報警的自動屏蔽等。最后顯示客戶端用來集中顯示所有的設(shè)備信息以及報警信息，管理用戶可以進行系統(tǒng)設(shè)置。同時顯示客戶端具有聲音報警功能，將當前正在發(fā)生的故障通過聲音或語音報警提示給用戶。

圖5

通過采用專用的監(jiān)控系統(tǒng)對播出系統(tǒng)中使用的設(shè)備、軟件的工作狀態(tài)進行統(tǒng)一監(jiān)看，滿足值班人員對當前設(shè)備、軟件工作狀態(tài)了解的需要，并將播出系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的錯誤及時通知給值班人員。系統(tǒng)同時具有聲音提示、日志記錄等功能，將出現(xiàn)的故障信息及時通知給用戶，并記錄下來以供事后查詢的需要。

6. 同步系統(tǒng)與時鐘系統(tǒng)

系統(tǒng)配置了2臺同步信號發(fā)生器和1臺同步信號倒換器，2臺同步信號發(fā)生器互為主備。系統(tǒng)配置了1臺GPS時鐘，后新增1臺北斗時鐘，1臺時鐘倒換器，既利用了現(xiàn)有設(shè)備，又提高了安全性。

7. 供電與環(huán)境

為了保證播出系統(tǒng)所有的設(shè)備24小時不間斷供電，中心機房每個機柜和上載編單、播出控制都分別安裝了主備2排插線板，一排是由UPS供電，一排是市電供電，所有雙電源設(shè)備均以UPS為主電源，單電源設(shè)備均掛載在UPS上，這種方式在一定程度上保證了用電安全。將來在資金允許的情況下，再改造為雙路UPS供電，以支持播出系統(tǒng)的不間斷穩(wěn)定運行的需求。

機房內(nèi)配置了通信機房專用空調(diào)，安全穩(wěn)定，制冷效果好，保證了機房恒溫恒濕，這樣一方面可以降低設(shè)備故障概率，另一方面也可以延長設(shè)備使用壽命，保護投資。

系統(tǒng)安全性及應(yīng)急措施

在該系統(tǒng)中針對節(jié)目的安全性，引入了節(jié)目內(nèi)容的自動技審，自動檢測節(jié)目中的黑場，靜幀，彩條，爆音等視音頻指標，既能有效提高節(jié)目的審片效率，又能充分保證節(jié)目內(nèi)容的正確性。針對節(jié)目傳輸過程的安全，我們引入了MD5的校驗機制，保證節(jié)目通過網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中不會被替換或者修改，保證節(jié)目傳輸前后的一致，提供節(jié)目在傳輸過程的安全。

播出系統(tǒng)的設(shè)計還應(yīng)考慮到系統(tǒng)在特殊情況下的處理措施，比如情況緊急，設(shè)備故障等等。經(jīng)過分析，我們把這種情況分為兩類，其一是緊急情況的處理，這種情況下系統(tǒng)沒有故障，只是時間緊急造成的；其二是應(yīng)急情況下的處理，在這種情況下主要是某個軟硬件設(shè)備的原因造成的。

第一種情況主要指的節(jié)目準備的工作中，即在播出前較短的時間內(nèi)需要播出的還沒有準備好，這種情況往往以新聞類節(jié)目居多。從制作網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)文件化的傳輸?shù)讲コ鱿到y(tǒng)的過程雖然會比傳統(tǒng)磁帶上載審片會更快捷，但是，文件化的傳輸同樣需要時間。因此在播出系統(tǒng)中需要對文件傳輸?shù)墓?jié)目設(shè)置相應(yīng)的“關(guān)門時間”，即播出前最后可以提交傳輸?shù)臅r間；目前臺內(nèi)制作網(wǎng)到播出網(wǎng)文件的傳輸日常采用松耦合的接口方式,對于時間緊急的播出,通過管理來嚴格控制關(guān)門時間,在緊急的情況下，采用磁帶等介質(zhì)直接播出，對于更加緊急的情況，只能考慮在線直播的方式，但受制作設(shè)備較播出系統(tǒng)的播出服務(wù)器安全穩(wěn)定性較低等因素的限制，會使播出的安全性失去保障，所以一般不建議通過編輯設(shè)備做在線直播。

第二種情況一般系統(tǒng)仍能夠進行正常的播出，在本系統(tǒng)中核心設(shè)備已經(jīng)采取了主備冗余的配置，出現(xiàn)故障時能進行及時的切換，保證播出的不中斷。若是在系統(tǒng)視音頻系統(tǒng)內(nèi)的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)可以通過跳線將該環(huán)節(jié)跨過去進行應(yīng)急播出。

在平時播出設(shè)備維護中，對數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)的指標在實際測試和運用中發(fā)現(xiàn)，如果單純地以技術(shù)指標作為衡量數(shù)字播出中圖像質(zhì)量的標準，必定存在一定的誤區(qū)，只有做到指標與主觀判斷相結(jié)合，才得以保證數(shù)字電視信號“高效優(yōu)質(zhì)安全”地播出與傳輸。

總結(jié)

本系統(tǒng)總的設(shè)計比較完整，功能齊全，但受資金限制有些環(huán)節(jié)備份還不夠完善。在平時的維護中必須對這些環(huán)節(jié)多加關(guān)注。并已于2012年6月11日正式上線播出。

電視節(jié)目的安全播出是一項重要工程，不能僅僅依靠播出系統(tǒng)的設(shè)計，還應(yīng)增強各個崗位同仁包括記者，編輯，制作人員的節(jié)目安全播出意識，同時加大技術(shù)管理部門對播出節(jié)目的技術(shù)審查力度，完善各項規(guī)章制度，讓安全播出深入人心。