侯 娜

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠，山東 265400）

招遠廣播電視臺基于嵌入式硬盤播出系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

侯 娜

（山東省招遠市廣播電視臺，招遠，山東 265400）

基于嵌入式硬盤播出系統(tǒng)，招遠廣播電視臺通過電視節(jié)目存儲與播出分離的分布式播出方式，成功地實現(xiàn)了電視節(jié)目網(wǎng)絡(luò)化播出。本文詳細介紹了嵌入式硬盤播出系統(tǒng)的特點及系統(tǒng)的設(shè)計、構(gòu)成、工作方式。由于采用了許多關(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)具備先進性、合理性、實用性、可靠性。

嵌入式硬盤；素材存儲；上載；網(wǎng)絡(luò)化播出

1 引言

隨著數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對廣電行業(yè)的全面滲透，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高清化已成為廣播電視技術(shù)的發(fā)展方向。實現(xiàn)硬盤全數(shù)字化播出是招遠廣播電視臺數(shù)字化改造的重要環(huán)節(jié)，它以計算機視頻壓縮網(wǎng)絡(luò)和硬盤存儲為基礎(chǔ)替代原有的模擬錄像機的播出形式，利用計算機技術(shù)進行視音頻文件的播出。借助于某公司嵌入式硬盤播出系統(tǒng)，招遠廣播電視臺成功地實現(xiàn)了電視節(jié)目網(wǎng)絡(luò)化播出?，F(xiàn)將實現(xiàn)情況綜述如下。

2 硬盤播出系統(tǒng)設(shè)計考慮

系統(tǒng)設(shè)計時在以下幾個方面做了充分考慮：

⊙先進性。系統(tǒng)采用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字電視技術(shù)和大容量硬盤存儲技術(shù)。

⊙開放性和標準化。系統(tǒng)提供開放式和標準化接口，能和全臺互聯(lián)平臺、演播、制作、媒資系統(tǒng)友好連接。

⊙可擴展升級性。系統(tǒng)有擴展通道和磁盤存儲容量的空間，適當(dāng)考慮系統(tǒng)與未來增加播出頻道的升級和改造問題。

⊙安全、可靠和穩(wěn)定性。系統(tǒng)的軟硬件都必須長期穩(wěn)定可靠地運行，具有完善的硬件熱備份、自動的數(shù)據(jù)熱備份和信號熱備份，系統(tǒng)無單一崩潰點，具有較完備的應(yīng)急安全措施。

⊙安全管理。系統(tǒng)既要保證信息資源的充分共享，又要保證系統(tǒng)內(nèi)的信息安全。

⊙易操作易維護性。播控軟件的界面要簡潔明了，易學(xué)易用。系統(tǒng)總體布局，硬件設(shè)備的連接科學(xué)、合理，工藝規(guī)范，便于維護。

3 系統(tǒng)主要硬件及結(jié)構(gòu)簡介

系統(tǒng)采用兩臺專業(yè)視頻服務(wù)器為兩套節(jié)目播出存儲素材，兩臺互為備份；現(xiàn)有的非線性編輯工作站通過Fire Wire(IEE1394)模式構(gòu)成新聞和廣告非編系統(tǒng)，通過VS2000上載工作站將新聞節(jié)目導(dǎo)入視頻服務(wù)器；總編室、專題部現(xiàn)有的非編系統(tǒng)，可將做好的節(jié)目通過100MHz以太網(wǎng)傳輸至視頻服務(wù)器；用1臺音頻制作工作站構(gòu)成節(jié)目配音系統(tǒng)，音頻素材通過以太網(wǎng)供各編輯工作站使用；通過網(wǎng)絡(luò)計算機及大屏幕電視進行節(jié)目的審看，構(gòu)成節(jié)目審查系統(tǒng)；用4臺上載工作站提供電視劇等文藝片的上載，構(gòu)成電視劇上載系統(tǒng)；通過一臺計算機與視頻服務(wù)器相連完成素材管理和資料保存；自辦節(jié)目的每個頻道使用4臺VS3200嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字硬盤播出機，提供兩套一主一備的硬盤播出，節(jié)目單制作及播出控制由兩套節(jié)目各自的播控系統(tǒng)獨立完成。

可以看出，整個系統(tǒng)劃分為素材存儲系統(tǒng)、節(jié)目上載系統(tǒng)、節(jié)目審看系統(tǒng)、素材管理系統(tǒng)、自動播出系統(tǒng)，所有系統(tǒng)通過交換機連接成100/1000M以太網(wǎng)，視頻服務(wù)器與交換機通過1000M的網(wǎng)口連接，其他設(shè)備與交換機通過100M網(wǎng)口連接，可進行實時高速數(shù)據(jù)交換。招遠電視臺制播一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 招遠電視臺制播一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)介紹

4.1 素材存儲系統(tǒng)

由兩臺服務(wù)器組成，采用主備結(jié)構(gòu)。主備服務(wù)器配置完全一致，帶有兩個千兆以太網(wǎng)口，保證服務(wù)器到交換機的數(shù)據(jù)流暢通，任一服務(wù)器出現(xiàn)故障不影響播出。每個服務(wù)器配置5塊146GBSCSI硬盤，按8M碼流計算節(jié)目存儲量在200小時以上，能夠滿足現(xiàn)有播出需求。

4.2 節(jié)目上載系統(tǒng)

上載系統(tǒng)為分布式結(jié)構(gòu)，新聞、專題、總編和廣告制作工作站，通過各自機房的VS2000上載機轉(zhuǎn)換成播出支持MPEG-2 TS流文件格式，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳送到視頻服務(wù)器各自專用待播節(jié)目區(qū)中，供自動播出系統(tǒng)調(diào)用。每臺VS2000由工控機、上載軟件、編解碼卡、素材管理軟件組成。由4臺VS6000組成影視劇上載工作站，每臺VS6000由工控機、采集軟件、電影魔方軟件、素材管理軟件組成。

4.3 素材管理系統(tǒng)

由上載系統(tǒng)的4臺PC機和素材管理軟件構(gòu)成，負責(zé)兩個頻道的硬盤播出素材管理、廣告串聯(lián)單編輯等。它接受節(jié)目審看系統(tǒng)審查通過的素材和上載工作站上載的素材，完成視頻資料的歸檔保存，將素材文件由MPEG-2的PS流格式轉(zhuǎn)換到TS流格式，并通過網(wǎng)絡(luò)將TS流格式文件傳送到HP視頻服務(wù)器供自動播出系統(tǒng)調(diào)用。

4.4 節(jié)目審看系統(tǒng)

將兩臺NC 4000網(wǎng)絡(luò)計算機接入電視播出網(wǎng)絡(luò)，在服務(wù)器安裝審片軟件，即可形成審片系統(tǒng)。

NC4000審片系統(tǒng)的特點是網(wǎng)絡(luò)計算機所具有的硬件功能，將MPEG-2壓縮的視音頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到終端進行硬件解碼，輸出與電視播出質(zhì)量相同的圖像質(zhì)量，這是任何未加解碼卡的PC機難以做到的。

4.5 自動播出系統(tǒng)

（1）自動播出系統(tǒng)按播出頻道劃分，每個頻道分別由播出控制機和自動播出軟件APSN2000、素材播放軟件VsVideo、4臺VS3200硬盤機、字幕機、主控制器、授時器等外圍設(shè)備構(gòu)成。

（2）自動播出軟件APSN2000是自動播出系統(tǒng)的核心，它調(diào)用素材管理系統(tǒng)提供的播出素材給用戶編輯播出節(jié)目單，根據(jù)節(jié)目單和授時器提供的北京時間，APSN200精確控制各種外圍設(shè)備協(xié)調(diào)工作，完成播出任務(wù)。

（3）VS3200硬盤播放機是硬盤素材播出的核心，它接受A PSN 2000的節(jié)目單，接受A PSN 2000的各種控制命令，其播出流程如下：

⊙素材的調(diào)用：通過播出控制軟件將本頻道有權(quán)使用的素材加入到播出節(jié)目單中，加入到播出節(jié)目單的硬盤播出素材，可進行編輯、刪除等各種操作。

⊙素材的準備：素材加入到節(jié)目單后，當(dāng)該素材節(jié)目的上一條節(jié)目開始播出時，播出控制軟件發(fā)送命令到VS3200硬盤機，要求其準備好該素材，當(dāng)硬盤機接收到該命令后，發(fā)送該命令到視頻服務(wù)軟件Vserver，VServer將該素材數(shù)據(jù)傳送到VS3200，VS3200解碼第一幀畫面并在預(yù)監(jiān)顯示器顯示。

⊙素材的播放：VS32000接收到播控軟件發(fā)出的播放指令后，將命令發(fā)送給視頻服務(wù)軟件Vserver，Vserver傳送該素材視/音頻流到指定的VS3200，VS3200進行解碼并輸出流暢、高畫質(zhì)視音頻節(jié)目。

4.6 同步鎖相系統(tǒng)

（1）BB-2000黑場發(fā)生器。作用是產(chǎn)生沒有亮度和色度的“黑場”圖像信號，只含有復(fù)合同步信號，為不同的播出設(shè)備提供同步基準信號，以免輸出的圖像滾動。BB-2000黑場發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號經(jīng)VDA-2062分配器多路分配，給系統(tǒng)內(nèi)多個設(shè)備提供所需的同步信號。

（2）BW-20時基校正器。它可使系統(tǒng)內(nèi)部的基準同步信號與不同的輸入信號被重新同步鎖相，防止切換畫面時閃動。

（3）VMA-3000鍵混放大器。鍵控是一種特技，可在一幅圖像上摳掉一塊再填上另一圖像，用于在畫面上插入字幕、符號和某種較復(fù)雜的圖形，如臺標、測試卡、字幕廣告等。

4.7 系統(tǒng)時間

本系統(tǒng)使用CCTV的場逆程16行的標準時間信號作為時間基準信號。由VTM-152解碼器對CCTV16行標準時間進行解碼，并以RS232數(shù)據(jù)格式輸出到控制PC的COM1口進行校時。為了最大限度提高時間可靠的冗余度，本系統(tǒng)在設(shè)計上提供靈活的守時設(shè)置，提供了VTM-152守時、BB卡自動守時、計算機時鐘守時等三種方式，以確保播放與控制的時間準確度。

5 系統(tǒng)的主要特點

5.1 系統(tǒng)先進性考慮

該系統(tǒng)從節(jié)目的制作、編輯、傳送到播出，素材的流動已基本做到了數(shù)字化，這就給將來的數(shù)字化播出打下了堅實的基礎(chǔ)，一旦時機成熟，只要更換前端的攝錄設(shè)備和后端發(fā)射設(shè)備，就能比較容易實現(xiàn)從標清過渡到高清播出。

該系統(tǒng)中使用的硬盤播出設(shè)備VS3200是國內(nèi)獨具特色的嵌入式硬盤播出系統(tǒng)。它的硬盤播出完全不同于國內(nèi)的其他型號的硬盤機，脫離了PC機主板加編解碼卡的傳統(tǒng)硬盤機方式，它的軟硬件是專門根據(jù)硬盤播出的特點而設(shè)計的，使用了國家863計劃支持的“支持新一代數(shù)字電視的嵌入式軟件操作平臺”最新技術(shù)，內(nèi)嵌了微內(nèi)核的LINUX操作系統(tǒng)，沒有附加任何的外部設(shè)備，遠離病毒的感染，與其他的國產(chǎn)硬盤機比較，運行更加穩(wěn)定可靠，更高效。

該系統(tǒng)使用的APSN2000自動播出軟件是最新開發(fā)的自動播出軟件，它不僅具有運行穩(wěn)定，操作方便，可控制多種外圍設(shè)備，多種節(jié)目類型，支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)目單等特點外，而且可根據(jù)需要，支持多種形式的播出控制方式，如一備一的主備機熱備份控制播出，一備多的主備機熱備份控制播出，單機控制播出，使播出更加安全。

5.2 系統(tǒng)的安全性考慮

對于播出系統(tǒng)來說，其安全性是各個電視臺首要考慮的問題。

第一，在該系統(tǒng)中，使用了主備視頻服務(wù)器，任何一臺服務(wù)器發(fā)生故障都不會影響自動播出素材的獲取，每臺服務(wù)器的硬盤都采用了RAID 5的方式進行冗余備份，降低硬盤存儲故障概率。

第二，硬盤播出機VS3200同樣也是主備播出，任何一臺VS3200信號有問題都可由APSN2000系統(tǒng)或由用戶手動切換到另一臺VS3200正常信號輸出。

第三，網(wǎng)絡(luò)中使用兩臺交換機，進行主備方式數(shù)據(jù)交換。

第四，兩個頻道APSN 2000系統(tǒng)采用單機播出，但是，采用了冷備份的方式準備了備機，任何一個頻道的APSN 2000系統(tǒng)發(fā)生故障，備機可馬上代替使用。

第五，VS3200具備有手動播出功能，即使失去APSN2000的自動控制，仍可由人工手動控制播出。

第六，硬盤播出的關(guān)鍵設(shè)備VS3200采用了嵌入式設(shè)計，功能單一，效率高，遠離病毒，運行安全穩(wěn)定。

5.3 系統(tǒng)的生命期考慮

目前，很多電視臺在考慮系統(tǒng)造價時，只考慮到構(gòu)建系統(tǒng)時的價格而忽略了系統(tǒng)建好后的維護費用和生命。事實上如果一個系統(tǒng)的構(gòu)建價格比較低，但它的維護費用卻比較高，生命期也很短，那么這個系統(tǒng)的運行成本還是相對較高。該系統(tǒng)在這方面有較好的考慮。

該系統(tǒng)的硬盤播出方式不同于國內(nèi)其他硬盤機的PC主板加編解碼卡的方式，它把素材的存儲與播出進行了分離，這樣的分離把硬盤機故障率高的解碼部分獨立設(shè)計成嵌入式，增加了運行的穩(wěn)定性，降低了故障率從而降低了維護成本，延長了硬盤播出的生命期。當(dāng)今PC機的更新?lián)Q代速度是以月和天來計算的，在本系統(tǒng)中只要更換視頻服務(wù)器就等于更換了系統(tǒng)中所有硬盤機，從而降低了維護成本，提高了整個系統(tǒng)的硬盤播出性能。而在以PC機主板加編解碼卡式的硬盤機的系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)中的性能，就必須更換系統(tǒng)中的所有硬盤機，而硬盤機的價格比起同類PC機的價格要高幾倍甚至十幾倍，嵌入硬盤播出方式的優(yōu)勢顯而易見。

6 應(yīng)用情況總結(jié)

招遠臺嵌入式硬盤播出系統(tǒng)運行以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，系統(tǒng)技術(shù)指標經(jīng)過測試達到廣播甲級標準，達到了預(yù)期目的。主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、停播率為零；自動播出軟件功能較為全面，能滿足定時播出、順序播出、定時定長插播、觸發(fā)播出等不同形式的播出需求；界面設(shè)計簡潔直觀，操作方便，符合人性化需求；節(jié)目信號技術(shù)質(zhì)量明顯提高；預(yù)先上載的方式，徹底杜絕了由錄像機、錄像帶引起的劣播、漏播事故。

在系統(tǒng)實際運行過程中也遇到以下問題：

⊙從素材上載到生成MPEG-2 Transport文件格式，然后再進行上傳，速度慢，有待解決高速上載問題。

⊙系統(tǒng)支持的素材壓縮格式不夠豐富。

⊙實現(xiàn)了相對短期內(nèi)的素材共享，但大量的、長期的節(jié)目資源共享有待媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立。

7 結(jié)束語

招遠廣播電視臺的嵌入式硬盤播出系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備規(guī)范完全符合數(shù)字電視廣播規(guī)范，在滿足電視播出使用需求的同時，將系統(tǒng)安全性放在第一位。系統(tǒng)在實際應(yīng)用中雖然出現(xiàn)一些問題，但大部分問題已經(jīng)得到解決。展望未來的發(fā)展趨勢，全臺還是要建立一個集制作、存儲、播出等高標清兼容的一體化網(wǎng)絡(luò)，才能更好地適應(yīng)廣電技術(shù)發(fā)展需求。

[1] 鄧永紅．基于視頻服務(wù)器的硬盤播出系統(tǒng)的構(gòu)建[J]．電視技術(shù)，2003，（09）：62-63

[2] 吳晨海．?dāng)?shù)字播控系統(tǒng)改造[J].電視工程，2004，（2）：34-36

云巢獨創(chuàng)指紋技術(shù)化解桌面用戶啟動風(fēng)暴

如果大量虛擬桌面在一個較短的時間內(nèi)同時啟動，由此引發(fā)的集中存儲I/O訪問往往會很輕易地淹沒存儲系統(tǒng)。這也就是人們所謂的“啟動風(fēng)暴”。

啟動風(fēng)暴發(fā)生時，虛擬桌面運行極度緩慢，甚至無法使用。云巢科技技術(shù)專家表示，桌面虛擬化啟動風(fēng)暴問題是所有桌面云廠商面對的共同問題?；谧灾餮邪l(fā)的指紋鏡像技術(shù)，云巢桌面云解決方案完全避免了啟動風(fēng)暴，虛擬機并發(fā)啟動在15秒左右。

云巢技術(shù)專家介紹說，指紋鏡像是一項磁盤數(shù)據(jù)去重的技術(shù)，通過一個緩存體系，把對存儲系統(tǒng)的I/O訪問轉(zhuǎn)移到對cache的訪問上。簡單來說，就是一個磁盤塊數(shù)據(jù)被虛擬機A訪問了，同時把它復(fù)制到cache中，后續(xù)的其他虛擬機（也可以是自己）對該磁盤塊的訪問，就都從cache中去取。訪問cache是內(nèi)存操作，速度遠快于訪問文件系統(tǒng)，這樣就解決了啟動風(fēng)暴等因為磁盤IO導(dǎo)致的問題。緩存體系的建立要依賴于一個key-value的集合映射關(guān)系，這里的key指的是磁盤塊的特征碼（與磁盤塊數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，我們稱之為指紋），value指的是磁盤塊數(shù)據(jù)，所謂指紋鏡像，即是在原始磁盤鏡像的基礎(chǔ)之上，附加建立一個磁盤塊數(shù)據(jù)和它的指紋之間的映射關(guān)系的集合。為了解決啟動風(fēng)暴問題，我們有兩種解決方案：一是提高磁盤訪問速度，二是減少磁盤訪問次數(shù)。提高磁盤訪問速度無非是使用訪問速度更快的磁盤或者增加磁盤陣列的磁盤數(shù)，要想達到顯著效果，無疑會增加不少硬件成本，所以我們采用了第二種方案。

該技術(shù)專家進一步解釋說，實現(xiàn)指紋鏡像的難點在于如何建立映射機制。由于虛擬機是按數(shù)據(jù)塊來管理映像文件內(nèi)容，所以技術(shù)人員用鏡像文件每個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)生成對應(yīng)數(shù)字指紋并保存在鏡像文件里。虛擬機啟動時從鏡像文件里讀取指紋并緩存在內(nèi)存里，在讀的時候用該指紋向數(shù)據(jù)緩存服務(wù)程序查詢是否已經(jīng)緩存了對應(yīng)的數(shù)據(jù)。如果緩存服務(wù)程序已經(jīng)緩存了該數(shù)據(jù)，則將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給虛擬機；如果沒有緩存該數(shù)據(jù)，則虛擬機從鏡像文件里讀取該數(shù)據(jù)并通知緩存服務(wù)程序緩存該數(shù)據(jù)。

云巢科技實現(xiàn)了一套算法來管理指紋和對應(yīng)的數(shù)據(jù)，其一是依據(jù)服務(wù)器內(nèi)存大小來設(shè)定數(shù)據(jù)緩存服務(wù)程序的內(nèi)存上限，其二是定期回收訪問率比較低的數(shù)據(jù)?；谝陨舷嚓P(guān)原理，云巢研發(fā)了世界領(lǐng)先的專利技術(shù)“指紋鏡像”，即當(dāng)一個完全相同的數(shù)據(jù)對象從磁盤上被多個用戶重復(fù)讀取的時候，只需對磁盤做一次I/O操作，利用專門開辟的內(nèi)存空間用作緩存，大量的I/O操作只針對速度比硬盤快成百上千倍的內(nèi)存，這樣大大減少了磁盤I/O，同時啟動虛擬桌面的用戶越多，對比效果越明顯，而且只要有一個用戶啟動過虛擬桌面，以后啟動的虛擬桌面不需再從磁盤讀取數(shù)據(jù)，用戶會體驗到比物理機啟動還要快得多的開機速度。

指紋鏡像就是為了解決虛擬桌面用戶的啟動風(fēng)暴問題而生。云巢科技董事長周濤表示，云巢科技桌面云采用了更先進的架構(gòu)，擁有指80多項核心技術(shù)，其中包括5項世界領(lǐng)先專利技術(shù)，指紋鏡像技術(shù)即為其中之一。希望通過云巢科技的桌面云技術(shù)，能夠為企業(yè)提供安全性高、可用性高、綠色節(jié)能、辦公靈活、總體擁有成本低的桌面云平臺，幫助企業(yè)向更低成本、更安全、更易管理的IT基礎(chǔ)架構(gòu)過渡。

The Design and The Application of Zhao Yuan Television Stationbased on Inserting Hard Disk Broadcasting System

Houna
(Zhao Yuan Television Station, Zhaoyuan, Shandong, 265400)

Based on em bedded hard disk broadcast system, Zhaoyuan radio and Tion of broadcasting,Successfully realized the television network broadcasV station through TV program storage and distributedbroadcast separatt. Details of the design, the embedded hard disk broadcast system characteristics and systemstructure, working mode. Because of the many key technologies, system have advanced, rationality, practicability,reliability

Embedded hard disk; Material storage; Upload; Network broadcast

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.03.003

TP393,TP33,TN 91

B

1672-7274（2014）03-0012-05

侯娜，1975生，助理工程師，主要從事廣播電視技術(shù)工作。