沈鈿軍　金山廣播電視臺(tái)

金山電視臺(tái)高標(biāo)清同播系統(tǒng)淺析

沈鈿軍金山廣播電視臺(tái)

本文從軟、硬件兩個(gè)方面分析了金山電視臺(tái)新建高標(biāo)清同播系統(tǒng)的安全、功能及其特色。硬件方面著重介紹了主備雙通道播出及該系統(tǒng)的核心硬件設(shè)備——視頻服務(wù)器；軟件方面介紹了Magi Live播出系統(tǒng)軟件的功能，以及該軟件較之其他廠商的特別之處。

高標(biāo)清同播安全播出離線播出自動(dòng)技審

一、引言

隨著數(shù)字電視技術(shù)、多媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)建以視頻服務(wù)器為核心的高標(biāo)清同播數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)，已經(jīng)成為各個(gè)電視臺(tái)的必由之路。金山電視臺(tái)此次新建的高標(biāo)清同播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也同樣體現(xiàn)了這一思路，以視頻服務(wù)器為核心，整個(gè)系統(tǒng)采用總控+硬盤播出的總體架構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，高效節(jié)約的同時(shí)也為臺(tái)內(nèi)頻道播出、媒體發(fā)布的發(fā)展留有一定空間。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

今年正值金山電視臺(tái)遷建，因此新建的一主一備2個(gè)通道高標(biāo)清數(shù)字硬盤播控系統(tǒng)為異地新建項(xiàng)目，采用的是K2雙通道視頻服務(wù)器，一臺(tái)K2視頻服務(wù)器完成一主一備2個(gè)高標(biāo)清同播頻道的播出任務(wù)，主備兩臺(tái)K2視頻服務(wù)器采用實(shí)時(shí)在線熱備份的模式運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)無縫切換。

總體系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本著“先進(jìn)、安全、高效、經(jīng)濟(jì)”的原則來設(shè)計(jì)建設(shè)。在安全上，本系統(tǒng)采用了雙獨(dú)立通道、部分異構(gòu)的形式來建設(shè)。主通道和備通道在信號(hào)流程上基本一致，但在設(shè)備配置方面，除了共用設(shè)備以外，主通道核心設(shè)備采用哈里斯或其他進(jìn)口的產(chǎn)品，備通道設(shè)備全部使用了中國(guó)格非公司或其他國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)品。這樣既保證了主通道的高效和優(yōu)質(zhì)，也保證了備通道的經(jīng)濟(jì)節(jié)約，而備通道的部分異構(gòu)，能夠在同類產(chǎn)品發(fā)生共性問題時(shí)，保障安全播出。圖1是硬件系統(tǒng)的流程圖。

1.總控系統(tǒng)

總控是由一個(gè)哈里斯32★32的矩陣加遙控面板來承擔(dān)所有信號(hào)的接入和調(diào)度，并將系統(tǒng)的PGM總輸出回接到總控輸入，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的任意調(diào)度。同時(shí)，將延時(shí)器、信號(hào)檢測(cè)儀環(huán)接在總控矩陣上，通過總控的調(diào)度，可以讓任意信號(hào)使用這些設(shè)備，節(jié)約了設(shè)備投入。

2.分控系統(tǒng)

每個(gè)通道的分控均是由主、備兩個(gè)16★4的小矩陣來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)將所有常規(guī)使用的信號(hào)以及總控部分輸出信號(hào)均接入分控矩陣，可以實(shí)現(xiàn)在總控失靈時(shí)能部分接管信號(hào)的調(diào)度功能。主通道使用哈里斯的矩陣，備通道使用格非的矩陣。

3.硬盤播出系統(tǒng)

該播出系統(tǒng)的設(shè)備主要有2臺(tái)雙通道K2視頻服務(wù)器、2臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、4臺(tái)遷移管理服務(wù)器、1臺(tái)高清固態(tài)墊片機(jī)、1臺(tái)二級(jí)存儲(chǔ)器（塔盤）、3臺(tái)播控機(jī)及其他周邊配套設(shè)備等。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和遷移管理服務(wù)器均采用戴爾R270/2U機(jī)架式服務(wù)器，集成有千兆網(wǎng)卡，熱插拔冗余電源，安裝SQL SERVER 2008數(shù)據(jù)庫(kù)，具有較高的可靠性、可用性、可擴(kuò)展性和可管理性。本系統(tǒng)采用主備數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器架構(gòu)，為保證數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像的實(shí)時(shí)性，主備數(shù)據(jù)服務(wù)器備份機(jī)制采用實(shí)時(shí)復(fù)制分發(fā)進(jìn)行快照備份，保證安全播出需求；配置4臺(tái)遷移管理服務(wù)器，完成播出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)碼遷移任務(wù)均衡分配。

視頻服務(wù)器采用美國(guó)GV公司的K2-XDT-SHD-IS高標(biāo)清視頻服務(wù)器，該視頻服務(wù)器為2個(gè)雙向編碼通道+2個(gè)解碼通道，支持2路雙向編解碼通道分別用于節(jié)目的上載、播出及審看，該服務(wù)器采用支持熱插拔的冗余雙電源設(shè)計(jì)，確保服務(wù)器的安全性；采用CF卡嵌入式操作系統(tǒng)啟動(dòng)，可通過備份快速解決操作系統(tǒng)故障；內(nèi)置8盤位磁盤陣列，并配置8塊7200轉(zhuǎn)2TB容量SAS硬盤。K2視頻服務(wù)器是本播出系統(tǒng)的核心組件，主要特點(diǎn)如下：

（1）采用高效穩(wěn)定的RAID0+1技術(shù)，視頻服務(wù)器采用高可靠的2TB容量的SAS磁盤，相比SATA磁盤，具有更高的帶寬及穩(wěn)定性。

（2）采用傳承于profile獨(dú)有的文件系統(tǒng)，充分保證素材安全。

（3）視頻文件格式支持MXF OP1a標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)清視頻可采用MPEG2編碼壓縮8Mbps、12 Mbps、15 Mbps、25 Mbps；高清視頻采用MPEG2編碼壓縮15-50Mbps，支持IBP幀長(zhǎng)GOP、支持全I(xiàn)幀、支持4∶2∶2和4∶2∶0數(shù)字視頻采樣；支持DV25編解碼格式。

（4）系統(tǒng)音頻采用嵌入方式，支持符合SMPTE標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式數(shù)字音頻信號(hào)的輸入與輸出。

（5）服務(wù)器端口配置四個(gè)千兆以太網(wǎng)接口；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道無單一崩潰點(diǎn)。

（6）支持SNMP協(xié)議

高清固態(tài)墊片機(jī)采用Blackmagic Design公司的HyperDeck Studio，支持廣播級(jí)模擬復(fù)合，HD-SDI數(shù)字接口信號(hào)，支持外同步方式，行場(chǎng)相位可調(diào)整，支持多種碼率及素材格式，采用MPEG2編碼方式。二級(jí)存儲(chǔ)器（塔盤）采用INF的ES-S16S，采用雙電源供電，提供有四個(gè)千兆光纖接口和四個(gè)千兆以太網(wǎng)接口、雙控制器磁盤存儲(chǔ)陣列，每個(gè)外擴(kuò)陣列有RAID保護(hù)，支持RAID0、1、5、6、10、50，有效存儲(chǔ)容量達(dá)30T，基本滿足我臺(tái)的播出使用。

整個(gè)硬件系統(tǒng)可以滿足我臺(tái)日常播出使用，而在每個(gè)通道的重要設(shè)備設(shè)計(jì)成主、備的同時(shí)，又設(shè)計(jì)了主備雙通道的配置，這個(gè)配置在平時(shí)能夠提供足夠的備份安全，也給我臺(tái)以后的發(fā)展留有一個(gè)通道的余地，可隨時(shí)滿足雙頻道播出的要求。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于整個(gè)播控系統(tǒng)而言，硬件系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作和功能的實(shí)現(xiàn)還要依賴軟件的控制。我臺(tái)此次新建的播控系統(tǒng)的軟件采用的是格非公司提供的MagiLive播控軟件，支持播出系統(tǒng)與將來各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的媒體數(shù)據(jù)交換，支持多種交換形式；支持多種網(wǎng)絡(luò)接入方式和文件傳輸協(xié)議；可以完成對(duì)媒體數(shù)據(jù)內(nèi)容的處理。

Magi Live播控軟件是以SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，由串聯(lián)單編輯軟件、廣告管理軟件、素材上載軟件、素材審核軟件、素材遷移管理軟件、播出系統(tǒng)控制軟件、播出系統(tǒng)管理軟件及設(shè)備監(jiān)控管理軟件構(gòu)成。各個(gè)軟件在播出系統(tǒng)中應(yīng)用于不同的部門、不同的環(huán)節(jié)，獨(dú)立分工而又密切配合完成整個(gè)播出系統(tǒng)的工程。該軟件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

Magi Live播出系統(tǒng)以硬盤播出為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)為手段，保證了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)的安全性，實(shí)現(xiàn)了節(jié)目播出流水線的自動(dòng)化操作、播出系統(tǒng)和周邊設(shè)備的整體監(jiān)控及系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。整個(gè)播控系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)IP的設(shè)備控制功能實(shí)現(xiàn)了播出設(shè)備的最大化共享。Magi Live播出系統(tǒng)冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，特有的多網(wǎng)段工作模式（三網(wǎng)結(jié)構(gòu)即∶數(shù)據(jù)網(wǎng)段189、信息網(wǎng)段188、控制網(wǎng)段187）確保播出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行各司其職又互為備份。

MagiLive軟件有較多特點(diǎn)，其中有兩大特點(diǎn)對(duì)于安全播出來說能夠減少事故、提高工作效率。這兩大特點(diǎn)就是支持離線播出和自動(dòng)技審，這兩個(gè)特點(diǎn)在我臺(tái)舊系統(tǒng)中是沒有的。該軟件在素材的采集上載方面引入了自動(dòng)技審，自動(dòng)技審是通過軟件自動(dòng)分析被檢素材的每一幀視頻和音頻信號(hào)，并將解析出的數(shù)據(jù)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，從而確定被檢素材中是否含有黑場(chǎng)、靜幀、彩條、靜音等技術(shù)問題，并在認(rèn)為有問題的地方打標(biāo)記點(diǎn)，供人工復(fù)檢使用。文件技審系統(tǒng)和文件傳輸校驗(yàn)系統(tǒng)能夠有效提高播出準(zhǔn)備環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)的有效性，保障節(jié)目播出內(nèi)容的高質(zhì)量、高穩(wěn)定性和高安全性。對(duì)于每天都有大量素材上載的電視臺(tái)來說，自動(dòng)技審的引入減輕了工作人員的工作強(qiáng)度，上載信號(hào)源一旦出現(xiàn)諸如黑場(chǎng)、靜幀、音頻超標(biāo)、劣質(zhì)畫面的情況，上載工作站會(huì)將警告信息實(shí)時(shí)發(fā)送給操作人員預(yù)警，并提示是否重新上載此節(jié)目。對(duì)于節(jié)目信號(hào)源有問題的節(jié)目素材可以在上載的過程及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理，極大保證了最終播出節(jié)目的質(zhì)量和安全。而且在時(shí)間方面，自動(dòng)技審也具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。

如圖3所示，根據(jù)對(duì)比結(jié)果，在有問題的素材上載情況下，先上載再技審方式相對(duì)于格非嵌入式實(shí)時(shí)文件技審方式要慢50%左右，工作效率降低，而且要多占用每任務(wù)63MB/s的帶寬，如果技審速率降低，整體效率會(huì)進(jìn)一步下降。很明顯，采用上載嵌入式實(shí)時(shí)文件技審的方式，在上載過程中實(shí)時(shí)技審并進(jìn)行報(bào)警，發(fā)現(xiàn)問題后馬上重新上載，從而節(jié)約了時(shí)間，提升工作效率。

播出方面，播控軟件能夠自動(dòng)檢測(cè)視頻服務(wù)器的主機(jī)備機(jī)狀態(tài)，一旦主機(jī)發(fā)現(xiàn)問題，自動(dòng)切換至備機(jī)工作，切換過程為無縫切換，節(jié)目切換精確到幀。MagiLive播控軟件所特有的離線播出，能夠在不切換信號(hào)源的情況下，即使將播控機(jī)關(guān)閉，對(duì)于播出也沒有任何影響，此舉能減少因播控機(jī)發(fā)生故障而導(dǎo)致的播出事故。每次節(jié)目單的更新和變動(dòng)，都需要同時(shí)向文件服務(wù)器和視頻服務(wù)器發(fā)送新的節(jié)目單，而服務(wù)器的播出實(shí)際上是按照留駐在服務(wù)器內(nèi)的節(jié)目單來播出的，除非需要切換信號(hào)源，因信號(hào)源的切換是由播控機(jī)通道MOXA串口服務(wù)器來控制的，視頻服務(wù)器無法越過播控機(jī)來發(fā)送指令。但在正常播出服務(wù)器內(nèi)容時(shí)，播控機(jī)完全可以關(guān)閉。考慮到我臺(tái)實(shí)際播出情況，轉(zhuǎn)播信號(hào)的使用很少，基本都是服務(wù)器播出，因此離線播出功能使整個(gè)系統(tǒng)減少了對(duì)播控機(jī)的依賴度。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到播控機(jī)的重要性下降，每個(gè)通道只配一臺(tái)播控機(jī)，只單獨(dú)加配一臺(tái)播控機(jī)作為兩個(gè)通道的冗余備份，減少了設(shè)備的投入，既體現(xiàn)了高效經(jīng)濟(jì)又能保障安全播出。

此次我臺(tái)新建的高標(biāo)清同播系統(tǒng)將穩(wěn)定性、安全性、可靠性放在了第一位，以確保能夠最大限度的降低播出事故。設(shè)計(jì)了充分的冗余、備份以及相應(yīng)的應(yīng)急措施。如：主備服務(wù)器工作，采用冗余備份方式；素材通過異地的有卡上載工作站采集素材，并通過網(wǎng)絡(luò)將素材傳給服務(wù)器的二級(jí)存儲(chǔ)陣列，遷移服務(wù)器會(huì)根據(jù)設(shè)定值和節(jié)目單自動(dòng)將待播素材抓取至視頻服務(wù)器中；播出方式靈活安全：支持各種播出方式及24小時(shí)不間斷播出；網(wǎng)絡(luò)管理較為完善：基于SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫(kù)，提供完備的素材管理、人員管理、播出情況記錄等。

作為高標(biāo)清同播系統(tǒng)，為了確保系統(tǒng)的可用性、兼容性及經(jīng)濟(jì)性，整個(gè)播出通道按照全高清播出的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，只在輸入、輸出口配備了上、下變換卡，通過擠壓和拉伸的方式統(tǒng)一對(duì)信號(hào)進(jìn)行高標(biāo)清的上下變換，從而到達(dá)高標(biāo)清同播的要求。

系統(tǒng)硬件以高低搭配的方式實(shí)現(xiàn)了安全高效和經(jīng)濟(jì)節(jié)約的融合，軟件通過技術(shù)手段減少了對(duì)硬件的依賴程度，在節(jié)約硬件投入的同時(shí)又能確保安全播出。目前此系統(tǒng)從搭建完畢的試運(yùn)轉(zhuǎn)到現(xiàn)在的在線試播，已經(jīng)正常運(yùn)行了將近半年時(shí)間，期間除了部分參數(shù)和設(shè)置的調(diào)試外，皆都運(yùn)行正常。