潘 登，徐 進(jìn)

（十堰廣播電視臺(tái)，湖北 十堰 442000）

硬盤播出系統(tǒng)備份實(shí)現(xiàn)方式與完善措施

潘 登，徐 進(jìn)

（十堰廣播電視臺(tái)，湖北 十堰 442000）

分析了十堰市電視臺(tái)硬盤播出系統(tǒng)重點(diǎn)設(shè)備的備份原理，并根據(jù)自身特點(diǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，完善了周邊設(shè)備的備份措施。從而使得播出系統(tǒng)內(nèi)硬件安全得到了更高的技術(shù)保障，也進(jìn)一步確保了播出素材的安全，對(duì)電視臺(tái)播控機(jī)房長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的借鑒意義。

集群軟件；心跳監(jiān)測(cè)；虛擬IP地址；視頻磁盤通信協(xié)議

【本文獻(xiàn)信息】潘登，徐進(jìn).硬盤播出系統(tǒng)備份實(shí)現(xiàn)方式與完善措施[J].電視技術(shù)，2015，39（2）.

進(jìn)入21世紀(jì)，廣播電視的數(shù)字化進(jìn)程推動(dòng)了硬盤播出系統(tǒng)在各家電視臺(tái)的應(yīng)用，十堰廣播電視臺(tái)在最近10年間完成了2次硬盤播出系統(tǒng)的建設(shè)。如今，十堰電視臺(tái)每年完成40 000 h的播出時(shí)間，而且是6個(gè)頻道的信號(hào)輸出由1臺(tái)服務(wù)器完成，相對(duì)于單臺(tái)進(jìn)口服務(wù)器最多只能完成4個(gè)播出通道而言，具有時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備多、任務(wù)重等問題，安全播出工作面臨巨大挑戰(zhàn)。本文結(jié)合十堰廣播電視臺(tái)實(shí)際情況，闡述了實(shí)現(xiàn)安全播出除了要有主備系統(tǒng)設(shè)計(jì)和科學(xué)的系統(tǒng)架構(gòu)，還應(yīng)充分考慮備份設(shè)備的應(yīng)急方案和安全措施的不斷完善[1-3]。

1 系統(tǒng)概述

十堰電視臺(tái)通過引進(jìn)北京新奧特公司的硬盤播出技術(shù)，建設(shè)了以“神舟6000A”視頻服務(wù)器為核心的6個(gè)通道的播出系統(tǒng)，其他主要的服務(wù)器設(shè)備還包括：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器系統(tǒng)，采用SQL Server2005數(shù)據(jù)庫和集群軟件EMC Autostart；技審服務(wù)器，安裝的是方正公司正奇“慧眼”監(jiān)控軟件，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)播出網(wǎng)內(nèi)重要設(shè)備（服務(wù)器、數(shù)字矩陣、PC站點(diǎn)）及端口實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)；MDC服務(wù)器兼同步遷移服務(wù)器，將二級(jí)存儲(chǔ)的素材手動(dòng)或自動(dòng)實(shí)現(xiàn)播出視頻服務(wù)器相互遷移。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備采用思科48口千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，主要用于主、備視頻服務(wù)器的素材同步以及子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫信息傳遞。二級(jí)存儲(chǔ)采用的是創(chuàng)新科公司的企業(yè)級(jí)應(yīng)用存儲(chǔ)系統(tǒng)SV1200，周邊計(jì)算機(jī)設(shè)備有播出控制工作站、上載審片工作站、節(jié)目編單工作站、監(jiān)控工作站、墊播服務(wù)器、數(shù)據(jù)擺渡工作站等，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

2 服務(wù)器備份方式

2.1 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器雙機(jī)工作方式是Active（活動(dòng)）/Standby（待機(jī)），主機(jī)運(yùn)行時(shí)，備機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。通過雙機(jī)鏡像軟件EMC Autostar 5.3實(shí)現(xiàn)切換，屬于純軟件模式。當(dāng)主機(jī)故障時(shí)，備機(jī)馬上啟動(dòng)將主機(jī)服務(wù)、數(shù)據(jù)源等工作接替，這種切換模式主要適用于主備機(jī)配置一樣且數(shù)據(jù)訪問量不大的情況，如圖2所示。

1）EMC AutoStart軟件通過交叉網(wǎng)線完成心跳連接，彼此發(fā)送（SEND）和接收（LISTEN）心跳。

2）當(dāng)不能從節(jié)點(diǎn)接收到心跳信號(hào)時(shí)，EMC AutoStart軟件通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送ping，來ping這個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)返回值來確定它是否失效。

圖2 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

3）某一節(jié)點(diǎn)失效后，將資源、服務(wù)轉(zhuǎn)移到正?；顒?dòng)節(jié)點(diǎn)上，并始終發(fā)送和接收心跳信號(hào)，直至雙機(jī)工作正?；ハ啾O(jiān)聽心跳信號(hào)。

純軟件雙機(jī)熱備方式，可靠系數(shù)高，因?yàn)橥瑫r(shí)有2個(gè)磁盤作為數(shù)據(jù)源，且系統(tǒng)盤采用RAID1，進(jìn)一步提高了安全系數(shù)。缺點(diǎn)是兩服務(wù)器間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步是相對(duì)脆弱的環(huán)節(jié)，一旦某臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)中斷，恢復(fù)后還要進(jìn)行比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)同步恢復(fù)，并且這個(gè)時(shí)段系統(tǒng)處于無保護(hù)狀態(tài)。

對(duì)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的訪問和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，EMC AutoStart軟件還運(yùn)用了虛擬IP技術(shù)。

虛擬IP技術(shù)即通過EMC AutoStart軟件配置出一個(gè)IP地址（192.168.1.3），與真實(shí)存在的IP地址不一樣，它并不參與數(shù)據(jù)的傳輸交換，只是在服務(wù)器切換時(shí)，熱備份軟件自動(dòng)將這個(gè)地址解析到正常運(yùn)行的服務(wù)器上。對(duì)播出網(wǎng)內(nèi)部用戶來說，客戶機(jī)始終訪問的是虛擬IP地址，無論是哪臺(tái)服務(wù)器處于在線狀態(tài)，操作人員都無需確認(rèn)。

如圖3所示，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，虛擬IP地址就像指針一樣快速改變指向，經(jīng)過短暫的通信中斷，系統(tǒng)隨即發(fā)出信息提示，所有網(wǎng)內(nèi)客戶機(jī)只需進(jìn)行“重連數(shù)據(jù)庫”操作，就能實(shí)現(xiàn)與備份服務(wù)器的通信和數(shù)據(jù)庫更新，保證了客戶端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步。

圖3 虛擬IP技術(shù)

2.2 視頻服務(wù)器

播出服務(wù)器雙機(jī)工作方式是Active（活動(dòng)）/Active（活動(dòng)），2臺(tái)服務(wù)器實(shí)時(shí)同步播放，將信號(hào)分別輸入主備切換器后，連同墊播服務(wù)器信號(hào)共3路，通過3選1倒換器后輸出1路信號(hào)，最后經(jīng)過鍵混、音頻處理器、編碼器等設(shè)備完成信號(hào)輸出，硬件框圖如圖4所示。

圖4 視頻服務(wù)器硬件框圖

視頻服務(wù)器實(shí)時(shí)同步播放的雙機(jī)熱備方式，一直以來是電視臺(tái)硬盤播出方式的首選，其重要技術(shù)之一即視頻磁盤通信協(xié)議（Video Disk Communicitions Protocol，VDCP）的控制和傳輸方式。VDCP協(xié)議基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的主從控制方式，在控制設(shè)備（播控機(jī)）和受控設(shè)備（服務(wù)器）之間進(jìn)行通信，保持向主備解碼通道發(fā)送指令的一致性和同時(shí)性，實(shí)現(xiàn)主備輸出信號(hào)的完全同步，主要分為播出、切換、協(xié)議傳輸3個(gè)部分。

1）播出

播出就是視頻服務(wù)器對(duì)素材的解碼應(yīng)用。首先在播控機(jī)上會(huì)預(yù)排出全天節(jié)目播出單；其次播出單可以定時(shí)自動(dòng)或者人工手動(dòng)刷新，嚴(yán)格對(duì)應(yīng)每條素材的唯一ID，確認(rèn)播出表內(nèi)每一條內(nèi)容的正確性；最后控制端則按照播出表的邏輯對(duì)解碼端口持續(xù)向解碼卡發(fā)送預(yù)卷（Cue with Data）和播放（Play）指令，順序完成播出表上每一條素材的解碼。預(yù)卷指令是在當(dāng)前文件解碼后對(duì)下一文件發(fā)送的，以確認(rèn)待播素材是否就緒（ID Request），包括文件長(zhǎng)度（ID Size）、當(dāng)前位置（ID Position）等信息。十堰廣播電視臺(tái)的預(yù)卷時(shí)間設(shè)定為15 s，此倒計(jì)時(shí)內(nèi)待播素材被鎖定，處于保護(hù)狀態(tài)，播出表內(nèi)不能對(duì)該條素材進(jìn)行任何操作直至播放完畢，從而保證了解碼的連續(xù)性和安全性。播出控制指令流程如圖5所示。

圖5 播出控制指令流程

2）切換

播出控制機(jī)安裝的是神舟6000A軟件，需要設(shè)置相應(yīng)的自動(dòng)播出配置信息，如切換臺(tái)和播放設(shè)備的選擇、備播設(shè)備和通信端口的方式、故障報(bào)警等。其原理就是以EIA RS-422為標(biāo)準(zhǔn)，VDCP協(xié)議為基礎(chǔ)，通過串口傳輸同步信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主備切換器、主備視頻服務(wù)器、鍵混的一一對(duì)應(yīng)控制。

播出控制軟件就是完成VDCP協(xié)議指令，所有控制指令都是應(yīng)用程序經(jīng)邏輯計(jì)算由底層發(fā)出，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信由服務(wù)器接收并執(zhí)行返回參數(shù)。VDCP協(xié)議的80多條指令又分為多種類型，視頻服務(wù)器常用的類型有執(zhí)行控制、數(shù)據(jù)查詢、狀態(tài)查詢等。

播出中，視頻服務(wù)器需要在運(yùn)行中實(shí)時(shí)提供狀態(tài)和數(shù)據(jù)的查詢信息，并發(fā)出數(shù)據(jù)，通信傳到控制機(jī)對(duì)應(yīng)端口，控制程序完成對(duì)服務(wù)器進(jìn)行的解碼和狀態(tài)控制。當(dāng)某一頻道板卡輸出信號(hào)失效后，控制機(jī)根據(jù)服務(wù)器返回的狀態(tài)參數(shù)，讀取自動(dòng)播出信息完成對(duì)切換器、鍵混設(shè)備所要執(zhí)行的操作，如圖6所示。

圖6 視頻服務(wù)器運(yùn)行流程

3）協(xié)議傳輸

傳輸控制協(xié)議的方式分為串口直接控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸。在實(shí)際應(yīng)用中，RS-422線控方式的穩(wěn)定性與可靠性得到確認(rèn)后，把所有的協(xié)議控制傳輸方式都改為RS-422直接控制，而不通過多串口通信服務(wù)器對(duì)VDCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換。這樣的轉(zhuǎn)換無疑增加了傳輸轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，而且當(dāng)大量播出文件在網(wǎng)內(nèi)交換時(shí)，千兆以太網(wǎng)無法提供可靠穩(wěn)定無延時(shí)的控制。但是作為傳輸方式的備份，同時(shí)又保留了網(wǎng)絡(luò)傳輸VDCP協(xié)議的途徑，這樣就形成了以串口控制為主，網(wǎng)控為輔的控制方式。傳輸控制協(xié)議方式的多樣性大大提高了播出控制端的安全系數(shù)，滿足硬盤播出系統(tǒng)內(nèi)對(duì)視頻服務(wù)器定時(shí)、精確、有效控制的高要求。

2.3 MDC服務(wù)器兼同步遷移

元數(shù)據(jù)控制服務(wù)器（Meta Data Controller，MDC）的工作方式是Active（活動(dòng)）/Active（活動(dòng)），就像個(gè)調(diào)度員，當(dāng)主機(jī)節(jié)點(diǎn)需要訪問數(shù)據(jù)時(shí)，先詢問MDC服務(wù)器數(shù)據(jù)在哪兒，得到路徑后直接去讀取調(diào)用，因此對(duì)數(shù)據(jù)的訪問并不通過MDC服務(wù)器。

遷移管理工作是通過安裝FileZilla Server軟件，完成二級(jí)陣列與視頻服務(wù)器素材的相互遷移，實(shí)現(xiàn)文件傳輸共享。

3 周邊設(shè)備的備份完善

3.1 二級(jí)陣列和第二備播審片服務(wù)器

二級(jí)陣列作為近線存儲(chǔ)體，負(fù)責(zé)播控系統(tǒng)中大容量視音頻素材的存儲(chǔ)，所有上傳視頻服務(wù)器的待播出素材都將首先到達(dá)這里。而十堰廣播電視臺(tái)自播出系統(tǒng)運(yùn)行以來，始終沒有建立起二級(jí)陣列的異地備份，如果出現(xiàn)故障，則會(huì)導(dǎo)致大量素材丟失。

播出系統(tǒng)內(nèi)第二備播審片服務(wù)器是和視頻播出服務(wù)器相同配置的設(shè)備，十堰廣播電視臺(tái)主要用于現(xiàn)場(chǎng)直播中的延時(shí)播出和循環(huán)播放墊片。其配置的陣列卡LSIMegaRAID SAS 9260-8i的8個(gè)內(nèi)部SAS端口只使用了4個(gè)，在現(xiàn)有的空余盤位上安裝4塊2 Tbyte的硬盤，采用RAID5工作方式，作為二級(jí)陣列異地備份，同時(shí)也用于存儲(chǔ)一部分不經(jīng)常使用的素材，減輕在線存儲(chǔ)的硬盤空間壓力。二級(jí)陣列和第二備播審片服務(wù)器這2個(gè)素材空間分別安裝自動(dòng)同步軟件Allway Sync，定期自動(dòng)進(jìn)行文件同步，從而保障了15天時(shí)間內(nèi)待播出素材的雙重異地備份。

3.2 播出控制機(jī)的N+1備份

播出控制機(jī)用于向視頻服務(wù)器發(fā)送播出控制指令，而由于十堰廣播電視臺(tái)的播出系統(tǒng)建設(shè)之初沒有采用硬件松耦合的方式，所以視頻服務(wù)器的素材播出高度依賴于控制機(jī)，即當(dāng)播出表意外丟失時(shí)視頻服務(wù)器最多可以繼續(xù)播兩條素材，而后將不執(zhí)行播出表的順序播放。因此，本文播出控制采用了N+1的備份方式，新增了2臺(tái)播出控制機(jī)，隨時(shí)備用于故障頻道播出控制，實(shí)現(xiàn)了播出控制表的無縫切換。這樣一來，彌補(bǔ)了播出控制機(jī)與視頻服務(wù)器緊耦合的不足，大大縮短了硬盤播出系統(tǒng)中播控機(jī)故障的恢復(fù)時(shí)間。

3.3 監(jiān)控工作站的升級(jí)

自2007年6月開始，廣電總局對(duì)地方電視臺(tái)主要頻道進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)全程監(jiān)控，這對(duì)播出工作提出了更高要求。十堰廣播電視臺(tái)一直沿用的有線電視回視信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿足播出信號(hào)的監(jiān)控。因此，新增了一臺(tái)監(jiān)控工作站用于播控系統(tǒng)中8個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控，采用完全硬件監(jiān)測(cè)的技術(shù)，將這8個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的視音頻信號(hào)輸入到?？低旸S-4000系列監(jiān)控采集卡，對(duì)播出中信號(hào)中斷、黑場(chǎng)、畫面靜止、聲音異常等實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)處理。同時(shí)實(shí)現(xiàn)視音頻實(shí)時(shí)編碼，并將錄像存儲(chǔ)到硬盤上，并自動(dòng)生成報(bào)警日志。

安裝正奇“慧眼”軟件，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)播出網(wǎng)內(nèi)重要設(shè)備（服務(wù)器、數(shù)字矩陣、PC站點(diǎn)）及端口的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如CPU溫度、網(wǎng)卡、二級(jí)存儲(chǔ)硬盤空間等都在監(jiān)控范圍內(nèi)。系統(tǒng)自投入使用以來，其穩(wěn)定、可靠的性能確保了播出工作的順利完成。還將先進(jìn)的智能化監(jiān)控列入了新的工作計(jì)劃，不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房環(huán)境與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，還要完成對(duì)設(shè)備功能的監(jiān)控，如切換臺(tái)、應(yīng)急開關(guān)、鍵控器、同步器、延時(shí)器，板卡運(yùn)行狀態(tài)等，達(dá)到設(shè)備功能的邏輯判斷和確認(rèn)，進(jìn)一步保證設(shè)備和系統(tǒng)平穩(wěn)正常地運(yùn)行。

4 結(jié)束語

伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，以視頻服務(wù)器為核心的硬盤播出系統(tǒng)在各級(jí)電視臺(tái)已得到廣泛運(yùn)用，但是無論多么成熟可靠的播出系統(tǒng)都需要不斷地完善和改進(jìn)，技術(shù)工作者始終要面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

[1] 王金榮.硬盤播出系統(tǒng)遇到的問題與解決方案[J].廣播與電視技術(shù)，2007，15（8）：80-83.

[2] 丁克儉.數(shù)字化硬盤播控設(shè)備的日常維護(hù)[J].電視技術(shù)，2012，36（20）：97-98

[3]孫飛，劉偉，潘登，等.十堰電視臺(tái)新播控機(jī)房工程設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2013，37（16）：57-60.

責(zé)任編輯：時(shí) 雯

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10.16280/j.videoe.2015.02.015

2014-10-20