徐儉

【摘要】 主要從系統(tǒng)建設目標、系統(tǒng)網(wǎng)絡架構設計與核心硬件設備組建、系統(tǒng)關鍵技術分析、系統(tǒng)應用軟件功能設計等方面，論述和總結了揚州電視臺全IP化集中收錄系統(tǒng)設計與組建情況。

【關鍵詞】 集中收錄系統(tǒng)TS over IPUDP組播 節(jié)目單收錄服務器

一.引言

揚州電視臺全IP化集中收錄系統(tǒng)設計遵循了“安全可靠、技術先進、結構簡潔、擴展靈活、性價比高、操作人性化、處理智能化”等原則，于2012年9月建成了一個以SDH/UDP組播信源為主用信源，以QPSK、QAM、ASI、SDI、CVBS、互聯(lián)網(wǎng)等信源為輔助信源的，基于TS over IP技術架構的“全IP化收錄+原有亞太東方收錄”模式的標清集中收錄系統(tǒng)平臺。

二.系統(tǒng)建設目標

1.多種信源全IP化收錄

全IP化集中收錄系統(tǒng)（以下簡稱集中收錄系統(tǒng)）采用TS over IP千兆網(wǎng)絡架構的全IP化集中收錄方案，基于UDP組播的TS over IP數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸，簡化了信號收錄環(huán)節(jié)和控制復雜度。系統(tǒng)以SDH/UDP組播信源為主，并配置多種媒體網(wǎng)關設備，通過TS over IP封裝轉換，實現(xiàn)QPSK、QAM、ASI、SDI、CVBS、互聯(lián)網(wǎng)等信源的全IP化收錄，并融合原有亞太東方節(jié)目收錄。

2.保證信號質量

集中收錄系統(tǒng)應采用標清信源媒體網(wǎng)關設備實現(xiàn)TS over IP流的全IP化集中收錄，對TS流信號解復用后直接收錄，實現(xiàn)全臺網(wǎng)全程文件化交換，減少反復解碼、編碼或轉碼造成的質量損傷。

3.建立收錄素材網(wǎng)絡共享平臺

集中收錄系統(tǒng)應建立收錄素材網(wǎng)絡共享平臺，提供網(wǎng)絡預約和查詢手段，可在編輯節(jié)目單時選定自動遷移目的，能夠將收錄素材自動或手動遷移到全臺網(wǎng)中非編網(wǎng)、媒資網(wǎng)、新媒體網(wǎng)等其他子網(wǎng)供其使用。支持高低碼率同時錄制，高碼率素材用于精編、下載、播出等，低碼率素材用于查詢、瀏覽、挑選、簡編等。

4.系統(tǒng)安全性

集中收錄系統(tǒng)要保證信源安全、設備安全、網(wǎng)絡安全、存儲安全和數(shù)據(jù)安全，應建成專用網(wǎng)絡，將收錄網(wǎng)與其他網(wǎng)絡通過網(wǎng)閘等設備進行安全隔離，建立完善的系統(tǒng)登錄訪問權限驗證與控制機制。

5.系統(tǒng)可靠性

集中收錄系統(tǒng)要保證采集數(shù)據(jù)、遷移數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡架構和軟件長時間運行等方面的可靠性，系統(tǒng)應采用成熟穩(wěn)定可靠的技術，建成冗余備份機制，確保系統(tǒng)7×24小時無故障運行。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠在較短時間內(nèi)恢復正常運行。

6.系統(tǒng)易用性

集中收錄系統(tǒng)應采取模塊化結構進行開放式設計，確保先進性、合理性與適用性，系統(tǒng)可按照單機集成式或網(wǎng)絡分布式進行運作，支持本地存儲和網(wǎng)絡中心存儲。系統(tǒng)功能完善，應用界面直觀友好，設備易于操作、維護和管理，關鍵設備和軟件功能可平滑升級。

三.系統(tǒng)網(wǎng)絡架構設計與核心硬件設備組建

1.網(wǎng)絡架構設計

集中收錄系統(tǒng)采用了全IP化方式收錄信源，對于收錄數(shù)據(jù)和控制管理信息，為了便于控制全IP化收錄組播網(wǎng)的帶寬和流量，集中收錄系統(tǒng)網(wǎng)絡采用了組播網(wǎng)和控制管理網(wǎng)分離的雙以太網(wǎng)架構，其對應的網(wǎng)絡劃分為不同的網(wǎng)段，網(wǎng)段1（組播網(wǎng)）實現(xiàn)外來信號經(jīng)媒體網(wǎng)關輸出的TS over IP流的接收、頻點切換控制、TS流收錄及IP信號監(jiān)測等，網(wǎng)段2（控制管理網(wǎng)）實現(xiàn)收錄素材的存儲、分發(fā)、管理及下載等。SDH/UDP組播信源通過網(wǎng)絡直接接入組播網(wǎng)交換機（即TS over IP流接入交換機），對于QAM、ASI、SDI、CVBS等輔助信源，分別通過媒體網(wǎng)關轉換成TS over IP流進入組播網(wǎng)交換機。收錄服務器和多畫面顯示監(jiān)測服務器通過雙網(wǎng)卡分別接到2個網(wǎng)段的交換機，收錄服務器通過接收UDP組播流完成信源收錄，多畫面顯示監(jiān)測服務器則對常用TS over IP流進行統(tǒng)一顯示監(jiān)測。

2.核心硬件設備配置

集中收錄系統(tǒng)核心硬件設備配置情況請見附表，在組建應用服務器和工作站時，我們在保障正常收錄量基礎上配置了冗余備份通道。為了確保收錄時間精準統(tǒng)一和收錄過程準確可靠，我們?yōu)槊颗_應用服務器和工作站配置了GPS自動校時軟件。

3.組播網(wǎng)交換機參數(shù)分析

集中收錄系統(tǒng)主用信源采用來自省市SDH光纖網(wǎng)的UDP組播數(shù)據(jù)流，其復用的是中央臺、各省衛(wèi)視信號等近150套節(jié)目，此UDP組播數(shù)據(jù)流直接接入集中收錄系統(tǒng)組播網(wǎng)交換機。輔助信源有：1路QAM信號、2路ASI信號（鳳凰衛(wèi)視和新華社節(jié)目），4路CVBS/SDI信號和1路互聯(lián)網(wǎng)信源，所有信源經(jīng)過相應媒體網(wǎng)關轉換成的IP流統(tǒng)一接入組播網(wǎng)交換機，組播網(wǎng)交換機采用1臺3層管理的24口千兆以太網(wǎng)交換機。

所有節(jié)目轉換成IP流后所需流輸入峰值帶寬為170Mb/s，即：150×8Mb/s+3×TS流最大帶寬40Mb/s+5×8Mb/s=1360Mb/s=170Mb/s。IP流輸出帶寬則按照2臺收錄服務器和2臺多畫面顯示監(jiān)測服務器需要訪問流量帶寬計算，即：（2+2）×40Mb/s×每臺服務器最大接入5個流=800Mb/s=100Mb/s。因此交換機背板所需峰值帶寬為170Mb/s+100Mb/s=270Mb/s。

所需交換機接口數(shù)量為13個，即：SDH/UDP信源2路、媒體網(wǎng)關7只、收錄服務器2臺、多畫面顯示監(jiān)測服務器2臺。

4.控制管理網(wǎng)交換機參數(shù)分析

控制管理網(wǎng)交換機采用1臺3層管理的24口千兆以太網(wǎng)交換機，由于流媒體發(fā)布和FTP上傳下載的數(shù)據(jù)直接與NAS集中存儲硬盤陣列進行讀寫，控制管理網(wǎng)交換機主要需考慮數(shù)據(jù)文件遷入、遷出NAS集中存儲硬盤陣列所需帶寬和網(wǎng)絡接口。

高低碼率收錄素材數(shù)據(jù)并發(fā)數(shù)均按8個收錄素材數(shù)據(jù)同時遷入計算，高低碼率收錄素材數(shù)據(jù)總遷入峰值帶寬為（8×8Mb/s+8×1Mb/s）/8=9Mb/s。

高低碼率收錄素材數(shù)據(jù)均按5倍速遷出計算，高低碼率收錄素材數(shù)據(jù)總遷出峰值帶寬為（8×8Mb/s+8×1Mb/s）×5/8=45Mb/s。因此NAS集中存儲總帶寬要求為9Mb/s+45Mb/s=54Mb/s。

所需交換機接口數(shù)量為16個，即：收錄服務器2臺、網(wǎng)閘1臺、多畫面顯示監(jiān)測服務器2臺、轉碼遷移服務器2臺、數(shù)據(jù)庫服務器2臺、收錄控制工作站2臺、收錄預約編單工作站2臺、流媒體服務器1 臺、NAS服務器1 臺、NAS集中存儲硬盤陣列1 臺。

5.中心存儲體選型

集中收錄系統(tǒng)中心存儲體采用NAS結構，通過NAS服務器完成網(wǎng)內(nèi)服務器和工作站對存儲數(shù)據(jù)的高效快速訪問。NAS集中存儲硬盤陣列選擇了DFT 1804E，采用雙64位多核存儲處理器、專用RAID處理芯片和雙RAID控制器，配置13+2+1=16塊6Gbps傳輸速率、2TB容量、7200轉企業(yè)級熱插拔SATA硬盤組成RAID6+1個熱備盤，可自動重建，容量可在線擴展，具有4GB緩存、4個千兆以太網(wǎng)口，支持端口綁定，具有可熱插拔冗余電源、冗余風扇，支持Windows、Linux、AIX、Solaris等操作系統(tǒng)，支持CIFS/NFS/HTTP/FTP/ISCSI傳輸協(xié)議。中文Web GUI管理模式的DFT NS管理軟件內(nèi)置了故障監(jiān)控日志系統(tǒng)，對各個工作組件狀態(tài)進行時刻監(jiān)控、檢測、報警，可選快照與復制功能，確保應用數(shù)據(jù)的安全性及完整性。

6.存儲容量估算

每臺4通道收錄服務器都可實現(xiàn)先本地單機存儲、再向NAS集中存儲體自動推送存儲，也支持同時在本地存儲和NAS集中存儲，NAS集中存儲硬盤陣列掛接在控制管理網(wǎng)交換機上，所收錄的素材數(shù)據(jù)文件以MPEG-2壓縮格式存儲，同時生成XML元數(shù)據(jù)。每臺收錄服務器本地有效存儲容量為2TB，可存儲約500小時8Mb/s節(jié)目，NAS集中存儲硬盤陣列總存儲容量為32TB，有效存儲容量為26TB，可存儲約6500小時8Mb/s節(jié)目，有效讀寫帶寬均不低于100Mb/s。

四.系統(tǒng)關鍵技術分析

1.UDP組播技術

UDP組播技術是單個發(fā)送者對應多個接收者的IP網(wǎng)絡通信技術，UDP組播技術中源主機用組播協(xié)議向多個目標主機發(fā)送相同數(shù)據(jù)時只發(fā)送一份數(shù)據(jù)，這份數(shù)據(jù)中的目的地址為組播組地址，其數(shù)據(jù)由網(wǎng)絡交換機逐級復制并發(fā)送給各個有請求的接收方，只有組播組內(nèi)目標主機才能接收到該數(shù)據(jù)，這樣既節(jié)省服務器資源也節(jié)省網(wǎng)絡主干帶寬資源。只有組播接收方向交換機發(fā)出請求后，交換機才復制一份數(shù)據(jù)給接收方，從而節(jié)省接收方帶寬。UDP組播技術高效地實現(xiàn)了IP網(wǎng)絡中點到多點、多點到多點的數(shù)據(jù)傳送。

2.基于UDP的TS over IP流轉化

集中收錄系統(tǒng)將SDI/CVBS基帶信源或MPEG-2壓縮的ASI信源，由媒體網(wǎng)關轉化為基于UDP協(xié)議封裝的TS over IP流，采用UDP組播技術通過IP網(wǎng)絡實時組播轉發(fā)，基于IP地址管理，將所有信號進行統(tǒng)一調度收錄，減少了信號轉換環(huán)節(jié)，增強了安全性，可保證信號質量。

3.節(jié)目單編排和自動收錄

集中收錄系統(tǒng)通過B/S和C/S相結合方式，實現(xiàn)了本地和遠程預約編排節(jié)目單，支持用戶信息和收錄素材存儲路徑或推送目標對應關系。節(jié)目單編輯工作站通過IE訪問Web服務器，Web服務器連接數(shù)據(jù)庫，在工作站上完成節(jié)目單編排，通過Web服務器將當前節(jié)目單傳送入數(shù)據(jù)庫，使收錄軟件及時讀取節(jié)目單以自動執(zhí)行收錄任務?？赏ㄟ^節(jié)目單設置推送地址，收錄完成后自動啟動遷移任務。

4.Webservice服務

集中收錄系統(tǒng)在全臺網(wǎng)主干平臺注冊了一個Webservice服務，提供了Webservice服務接口，基于ESB與EMB雙總線，采用FTP+Webservice+XML技術實現(xiàn)與全臺網(wǎng)主干平臺的接入及數(shù)據(jù)交換，所收錄的高低碼率節(jié)目素材能夠滿足全臺網(wǎng)中非編網(wǎng)、媒資網(wǎng)、播出網(wǎng)、新媒體網(wǎng)等異構平臺子網(wǎng)的使用需求，并實現(xiàn)全臺網(wǎng)互聯(lián)互通和資源共享。集中收錄系統(tǒng)可以根據(jù)遷移請求自動地將收錄的高碼率節(jié)目素材的元數(shù)據(jù)和實體文件，通過主干平臺以FTP方式推送到其他子網(wǎng)的網(wǎng)絡存儲體，并將相同內(nèi)容的低碼率節(jié)目素材以流媒體方式向其他子網(wǎng)發(fā)布，其他子網(wǎng)的授權用戶通過IE等可以登陸集中收錄系統(tǒng)的B/S或C/S應用頁面，向集中收錄系統(tǒng)提交收錄約傳任務，對素材資源進行檢索、查詢、低碼率預覽和高碼率下載。

5.文件自動分割分段存儲和傳輸

集中收錄系統(tǒng)對長時間連續(xù)錄制的節(jié)目采取按預設時長或文件大小自動分段進行存儲，分割的素材內(nèi)容前后會自動各重疊5秒。采集完一段后，收錄服務器自動將采集完的分段素材傳輸?shù)狡渌泳W(wǎng)，實現(xiàn)邊采集邊編輯。在按照任務單進行查詢時，分割的文件采用無縫拼接技術自動合并，對入庫的收錄文件可實現(xiàn)多次打點并可重新合并多個文件。

6.網(wǎng)絡安全

集中收錄系統(tǒng)的核心收錄平臺只和非編網(wǎng)有數(shù)據(jù)交互，安全威脅較小。集中收錄系統(tǒng)的資源共享與交換平臺與辦公網(wǎng)等其他子網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換，通過Web訪問服務器、流媒體服務器、FTP服務器進行交互，在網(wǎng)絡安全方面存在隱患，我們通過硬件防火墻和網(wǎng)閘等將集中收錄系統(tǒng)與其他子網(wǎng)隔離，兩臺PSC1000網(wǎng)閘可互為備份，流量自動均衡，傳輸速率支持千兆網(wǎng)絡，可實現(xiàn)單向、雙向工作模式。

7.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)安全

集中收錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務器硬件采用Dell R710，具備冗余電源和風扇，配置4塊系統(tǒng)硬盤，采用Raid1+0保證操作系統(tǒng)無崩潰點。主備兩臺數(shù)據(jù)庫服務器做成集群，實現(xiàn)數(shù)據(jù)負載均衡和故障后自動接管，保證7×24小時連續(xù)工作。使用Microsoft SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫軟件，主備數(shù)據(jù)庫內(nèi)容同步，建立了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)備份與恢復機制和維護計劃，數(shù)據(jù)庫服務器本地每天進行數(shù)據(jù)備份。

8.中心存儲設備安全

我們對集中收錄系統(tǒng)中心存儲設備的控制器、電源、風扇、存儲結構等都做了冗余備份，可進行熱插拔維護。采用磁盤空間水位線監(jiān)控機制，定期刪除時間最久的素材以保證磁盤有足夠空間容納新素材。當中心主存儲設備發(fā)生故障時，可立即自動或手動將系統(tǒng)切換到備份存儲設備上。

9.收錄實體數(shù)據(jù)安全

收錄寫入過程采取本地和網(wǎng)絡同時采集，收錄的文件在收錄服務器本地硬盤和中心存儲體各存儲一份。必要時或當網(wǎng)絡寫入失敗時，系統(tǒng)可發(fā)起遷移命令自動地將本地素材遷移至中心存儲體，并進行MD5校驗和自動技審。

五.系統(tǒng)應用軟件功能設計

1.網(wǎng)絡管理模塊

網(wǎng)絡管理模塊用于系統(tǒng)配置和網(wǎng)絡管理，它包含3個子模塊：（1）信源子模塊用來編輯DVB-S轉發(fā)器及頻道參數(shù)，編輯DVB-C頻點及頻道參數(shù)，編輯ASI/基帶信號頻道參數(shù)等。（2）收錄設備子模塊用來設置前端媒體網(wǎng)關，如選擇媒體網(wǎng)關、對應的組播地址、組播端口及控制地址，設置解密卡，配置收錄通道參數(shù)和收錄素材存儲策略與存儲路徑。（3）用戶管理子模塊用于配置、認證和管理系統(tǒng)中所有用戶的角色及其權限。

2.節(jié)目單編輯模塊

授權用戶在登陸節(jié)目單編輯軟件模塊后，軟件會從數(shù)據(jù)庫自動調入顯示已存在的所有收錄任務，供用戶查看、編輯。它包含3個子模塊：（1）編輯模塊將所有節(jié)目收錄任務編輯成節(jié)目單，節(jié)目單包含頻道、節(jié)目名稱、關鍵字、開始日期、結束日期、開始時間、結束時間、節(jié)目長度、素材保存期限（默認1個月）、遷移目的、任務創(chuàng)建用戶、任務執(zhí)行周期等信息，用戶只須選擇節(jié)目（頻道）、收錄任務時段，系統(tǒng)會自動檢測、配置前端接收設備或網(wǎng)關與通道等資源，也可以手動指派資源，系統(tǒng)自動檢測任務或資源沖突并報警，編輯完畢的節(jié)目單及分配好的資源及參數(shù)將被保存到數(shù)據(jù)庫，支持收錄任務動態(tài)調整。提供頻道收藏夾功能，簡化常用頻道收錄。錄制重要節(jié)目時，用戶可以選擇“備份錄制”，系統(tǒng)會自動生成兩個收錄任務，并自動分配不同的媒體網(wǎng)關及收錄服務器。（2）查詢模塊可按開始結束時間、關鍵字、用戶、節(jié)目、媒體網(wǎng)關、收錄通道、狀態(tài)（等待或準備收錄、收錄中或完成）等參數(shù)，快速查詢、更新、添加或刪除節(jié)目單。（3）模板制作模塊可避免同類節(jié)目重復配置，可以自定義模版供調用，按照設置好的固定或循環(huán)時間段和周期進行自動收錄。當節(jié)目配置信息保存為模版后，可將該模板加載到當前模板編輯界面中。

3.控制服務模塊

控制服務模塊可將數(shù)據(jù)庫中已有衛(wèi)星參數(shù)配置表及媒體網(wǎng)關配置表讀入，對所有媒體網(wǎng)關進行統(tǒng)一調度管理，通過SNMP協(xié)議控制所有媒體網(wǎng)關切換不同信源。當收錄程序需要開始某個收錄任務時，會提前向控制服務模塊發(fā)出對所需信源的請求，控制服務模塊會直接從數(shù)據(jù)庫讀出收錄任務信息，將已分配好的媒體網(wǎng)關與收錄通道進行連接。

4.TS流智能收錄模塊

收錄服務器從數(shù)據(jù)庫讀取收錄任務，啟動收錄，安裝在收錄服務器上的TS流智能收錄模塊支持4個通道獨立的自動或手動收錄，每個收錄通道可以顯示信源圖像及音柱，支持回放、搜索和暫停正在收錄的文件。在自動收錄狀態(tài)下，收錄軟件提前1分鐘切換信源，提前5秒鐘錄制，推遲5秒鐘結束錄制，以確保收錄素材的完整性。

5.素材文件技審模塊

素材文件技審模塊支持對收錄素材文件內(nèi)容進行6-8倍速自動技審，可調整自動技審優(yōu)先級和次序，自動技審結果可準確記錄到素材文件元數(shù)據(jù)中。經(jīng)過人工復核，可對自動技審后有問題的節(jié)目素材文件進行進一步審核并確認是否通過。技審項目包括：（1）MD5校驗碼校驗。（2）文件元數(shù)據(jù)檢查。（3）素材格式和素材長度檢查，素材是否能完整播放檢查。（4）節(jié)目代碼、節(jié)目素材的元數(shù)據(jù)信息是否正確檢查。（5）自動判別視頻信號黑場、彩條、靜幀、彩場、雪花場以及音頻信號丟失、音量過大等問題，判別門限值可由用戶自行設定。

6.素材管理模塊

素材管理模塊用于管理收錄的素材文件，集中收錄系統(tǒng)和其他子網(wǎng)授權用戶可以通過C/S或B/S方式，根據(jù)存儲設備、收錄任務編號、名稱、長度、頻道、日期、開始與結束時間、狀態(tài)、收錄通道、操作用戶、文件名、遷移目標及遷移狀態(tài)進行查詢、瀏覽，檢查素材文件的完整性?？稍O置素材的“私有、頻道、完全共享”等權限，缺省為完全共享?？深A設素材的自動刪除時間，缺省為15天，網(wǎng)管員具有手動刪除權限。

7.素材遷移模塊

素材遷移模塊支持主動性推送和選擇性抓取兩種遷移發(fā)起方式，能夠將已收錄完畢的完整節(jié)目素材以FTP方式遷移到目的網(wǎng)絡的共享目錄中，軟件界面可顯示遷移素材序號、節(jié)目名稱、長度、大小、遷移目標、遷移狀態(tài)、遷移開始與結束時間、頻道、收錄時間及遷移帶寬，可定義最大遷移帶寬、最大并發(fā)數(shù)及本地緩存路徑等。

8.素材下載模塊

素材下載模塊是通過B/S方式下載高碼率文件素材，支持手動、自動、定時、定長等各種下載方式，用戶通過查詢、雙擊需下載的已錄素材，設定下載入、出點，可精確地將素材下載到本地。

9.Web服務模塊

Web服務模塊允許授權用戶在IE地址欄中輸入IP地址即可直接訪問數(shù)據(jù)庫服務器和Web服務器，查看資源配置情況、所有收錄通道狀態(tài)、媒體網(wǎng)關狀態(tài)、收錄任務狀態(tài)、收錄文件信息、報警和異常記錄，編輯節(jié)目單，查詢、瀏覽或下載已收錄低碼流文件素材。

10.設備狀態(tài)監(jiān)測模塊

設備狀態(tài)監(jiān)測模塊包括設備監(jiān)控和收錄狀態(tài)監(jiān)控，用于監(jiān)控媒體網(wǎng)關和收錄通道的工作狀態(tài)以及節(jié)目單中收錄任務的執(zhí)行狀態(tài)，直觀地監(jiān)看各個收錄任務進度、有無沖突狀況。

11.日志查看模塊

日志查看模塊可以查看日志、報警和異常記錄，可按單個或多個查詢條件查詢已收錄節(jié)目素材文件，可對查詢結果進行排序。

六.結語

自設計建成投入應用以來，揚州電視臺全IP化集中收錄系統(tǒng)運行一直比較穩(wěn)定、正常，各項性能和功能指標均達到了設計預期目標，既實現(xiàn)了節(jié)目素材收錄業(yè)務全流程的高安全、高效率、高質量和高管控，又實現(xiàn)了全臺網(wǎng)互聯(lián)互通和資源共享，所收錄的高低碼率節(jié)目素材滿足了全臺網(wǎng)中非編網(wǎng)、媒資網(wǎng)、播出網(wǎng)、新媒體網(wǎng)等異構平臺子網(wǎng)的使用需求。B&P