文/傅新宇

以往，廣電媒體多采用視音頻系統(tǒng)與IT信息系統(tǒng)并行的技術(shù)架構(gòu)，二者體系獨立、分工明確、各自發(fā)展。而隨著以虛擬化、云計算為代表的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突飛猛進，以及傳統(tǒng)媒體與新媒體融合發(fā)展的趨勢越發(fā)明顯，上述架構(gòu)模式已經(jīng)限制了廣電媒體技術(shù)發(fā)展的空間，難以滿足視頻節(jié)目生產(chǎn)管理的靈活需求。

1.總體設(shè)計思路

1.1 利用IP化架構(gòu)降低信號拓撲復(fù)雜度

廣電媒體多采用SDI基帶信號作為主要的視頻信號臺內(nèi)傳輸方式。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，信號數(shù)量和帶寬已經(jīng)成為系統(tǒng)瓶頸。于是，將傳統(tǒng)視音頻系統(tǒng)進行IP化轉(zhuǎn)型，通過IP交換網(wǎng)絡(luò)來解決信號拓撲復(fù)雜度問題，就成為了一種直觀可行的改良思路。

1.2 利用通用化設(shè)備降低成本

隨著云計算的普及以及計算能力的突飛猛進，傳統(tǒng)專業(yè)化設(shè)備的功能越來越多地被“通用設(shè)備+軟件”所替代，實現(xiàn)在虛擬化平臺或公有云平臺上的部署也不再罕見。通用化設(shè)備的普及，大幅降低了設(shè)備采購成本和系統(tǒng)運維成本，同時提高了整個系統(tǒng)的兼容性和擴展性。

1.3 利用云架構(gòu)整合新舊業(yè)務(wù)

傳統(tǒng)廣電媒體制播系統(tǒng)對安全性的要求非常高，制播網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的隔離是一項非常重要的工作。新華社視頻的核心業(yè)務(wù)是通訊社供稿，整體已經(jīng)大幅度向互聯(lián)網(wǎng)延伸。為了整合傳統(tǒng)媒體業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)媒體業(yè)務(wù)，新技術(shù)的采納勢在必行，而云架構(gòu)就是新舊業(yè)務(wù)之間的橋梁。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

新華社視頻技術(shù)體系采用云架構(gòu)設(shè)計，基于資源模塊化思路進行規(guī)劃，由基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、計算資源、存儲資源、應(yīng)用資源、基礎(chǔ)服務(wù)資源、視頻流資源等部分組成（圖1）。

2.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)

各系統(tǒng)基于新華社整體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃構(gòu)建，采用全以太網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計，交換機之間實現(xiàn)全萬兆互聯(lián)，前端實現(xiàn)千兆到桌面。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型均支持SDN，后期可根據(jù)需求平滑過渡到SDN網(wǎng)絡(luò)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

根據(jù)應(yīng)用特點和業(yè)務(wù)需求，設(shè)備與應(yīng)用部署在三個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，分別為綠色的視音頻域網(wǎng)絡(luò)、橙色的互聯(lián)網(wǎng)域網(wǎng)絡(luò)和黃色的視頻組播流網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域間通過安全設(shè)備隔離。視音頻域和互聯(lián)網(wǎng)域之間通過新華社園區(qū)網(wǎng)實現(xiàn)業(yè)務(wù)層面的互聯(lián)互通?；ヂ?lián)網(wǎng)域通過新華社互聯(lián)網(wǎng)出口交換機實現(xiàn)與全球互聯(lián)網(wǎng)的通訊。

2.2 計算資源

計算資源包括CPU虛擬化刀片服務(wù)器、GPU虛擬化刀片服務(wù)器和高密度服務(wù)器，其中，刀片服務(wù)器掛載SSD固態(tài)盤光纖存儲，并部署通用虛擬化軟件。CPU刀片服務(wù)器為通用化應(yīng)用服務(wù)提供計算資源；而GPU刀片服務(wù)器和高密度服務(wù)器則支撐輕量化非編、VDI等視頻應(yīng)用。

云架構(gòu)計算資源的池化，大幅提高了系統(tǒng)的靈活性、擴展性和可靠性，同時也為系統(tǒng)在公有云上的部署進行了探索與實踐。

2.3 存儲資源

存儲資源池匯聚了整個視頻生產(chǎn)過程中的全部非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，存儲設(shè)備全部基于以太網(wǎng)對外提供服務(wù)，并在域控服務(wù)器的支持下實現(xiàn)用戶和資源的統(tǒng)一管理。分布式NAS存儲采用支持橫向擴展的全對稱分布式架構(gòu)，主要承擔(dān)帶寬密集型應(yīng)用，比如非編網(wǎng)高碼流數(shù)據(jù)的共享。

高性能NAS存儲支撐IO密集型應(yīng)用，存放熱點視頻、關(guān)鍵幀圖片、低碼流視頻等需要快速瀏覽的文件，同時也作為虛擬化平臺的備份數(shù)據(jù)存儲而存在。

歸檔存儲由磁帶庫和對象存儲組成，是新華社視頻媒資系統(tǒng)的核心，將高碼流媒體數(shù)據(jù)數(shù)字化，高效便捷地實現(xiàn)了海量歷史數(shù)據(jù)的在線共享。

2.4 應(yīng)用資源

應(yīng)用資源在視音頻域網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)域網(wǎng)絡(luò)均有部署，其集成架構(gòu)多為通用機架式服務(wù)器。視音頻域多運行不適合虛擬化的專業(yè)類應(yīng)用，如IP流收錄和監(jiān)看、視頻打包與轉(zhuǎn)碼、媒資歸檔遷移等。同時，出于安全考慮，視音頻域應(yīng)用不能直接面對互聯(lián)網(wǎng)提供服務(wù)，因此，部分應(yīng)用就需要在新華社互聯(lián)網(wǎng)域網(wǎng)絡(luò)單獨部署，如支撐新華社全球記者發(fā)稿的視頻回傳系統(tǒng)。

2.5 基礎(chǔ)資源

基礎(chǔ)資源池包含多種數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，匯聚了整個視頻生產(chǎn)過程中的全部結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可同時為應(yīng)用提供Oracle、SQL Server、MySQL等多種數(shù)據(jù)庫服務(wù)。作為支撐關(guān)鍵業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，服務(wù)器選型上采用了小型機和X86服務(wù)器兩種平臺異構(gòu)并行的思路，同時所有相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)均實現(xiàn)了高可用。上述設(shè)計思路使基礎(chǔ)資源池能夠高效、可靠、安全地滿足應(yīng)用資源池的性能要求。

視頻流資源池采用了基于UDP組播的TS over IP千兆網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。整體基于IP地址管理，實現(xiàn)所有信號源的統(tǒng)一監(jiān)看、收錄和調(diào)度，簡化了整個視頻技術(shù)體系的信號拓撲復(fù)雜度。

信號源包括4G背包、手機、互聯(lián)網(wǎng)視頻直播流、新華社內(nèi)部業(yè)務(wù)電視系統(tǒng)、衛(wèi)星直播信號，地面專線直播信號、新華社視音頻系統(tǒng)內(nèi)SDI信號等。上述信號由各自接收設(shè)備在系統(tǒng)邊界轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式的TS over IP流，接入IP流組播網(wǎng)交換機。收錄和監(jiān)看服務(wù)器通過雙網(wǎng)卡分別連接視音頻域網(wǎng)絡(luò)和IP流組播網(wǎng)，實現(xiàn)信號的監(jiān)看、收錄和調(diào)度。這種“雙網(wǎng)架構(gòu)”既保證組播數(shù)據(jù)不會影響核心網(wǎng)絡(luò)運行，又實現(xiàn)了視頻信號數(shù)據(jù)的共享。

3.亮點及應(yīng)用情況

3.1 輕量化非編

在傳統(tǒng)廣電媒體中，視頻的主要交換方式是SDI信號，因此，主流非編工作站多采用了“工業(yè)化主機+廣播級視音頻板卡”的設(shè)計方式，運行于“以太網(wǎng)+SAN網(wǎng)”的雙網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上。非通用化的硬件設(shè)備，以及復(fù)雜的組網(wǎng)架構(gòu)，導(dǎo)致系統(tǒng)的采購和運維成本居高不下，同時也嚴重制約了融合媒體生產(chǎn)背景下系統(tǒng)的靈活性。隨著萬兆網(wǎng)絡(luò)的普及、NAS存儲性能的提升及虛擬化技術(shù)的發(fā)展，非編“輕量化”之路已經(jīng)可行。

新華社視頻制作網(wǎng)系統(tǒng)前端部署瘦客戶機，后端則由高密度服務(wù)器和GPU虛擬化兩種方案并行提供計算資源，前后端之間通過遠程圖像傳輸軟件實現(xiàn)操作及畫面的交互。高碼流數(shù)據(jù)存儲在分布式NAS上，所有打包、渲染、轉(zhuǎn)碼工作均由應(yīng)用資源池在后臺完成。編輯、審片環(huán)節(jié)通過瘦客戶機進行，上下載、精編和包裝等環(huán)節(jié)使用系統(tǒng)內(nèi)的有卡非編工作站完成。

高密度服務(wù)器是一套高集成度的X86架構(gòu)服務(wù)器系統(tǒng)，集成GPU，全萬兆交換，設(shè)備包含并融合了傳統(tǒng)服務(wù)器中的計算、網(wǎng)絡(luò)、管理、散熱等各種資源，可以用適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟成本和空間成本提供滿足業(yè)務(wù)需求的計算能力。

GPU虛擬化方案則是將顯卡通過PCIe接口插到服務(wù)器刀片上，通過GPU直通或GPU虛擬化技術(shù)，將顯卡資源綁定在虛擬機上，用于圖形或視頻編輯渲染。本次選擇了業(yè)內(nèi)首次實現(xiàn)了GPU硬件虛擬化的nVidia GRID K2圖形加速卡，單個刀片服務(wù)器機框可配置32顆高性能GPU，極大地提高了應(yīng)用密度。

經(jīng)業(yè)務(wù)部門實際應(yīng)用，無論是高密度服務(wù)器方案還是GPU虛擬化方案，輕量化非編均可以實現(xiàn)6軌100M高清視頻的制作。日常編輯場景下，前端瘦客戶機與后端計算資源之間通訊所占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬為20～100 Mbps，對前后端網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求較低，利于前端設(shè)備的靈活選擇與部署。

3.2 收錄及發(fā)布IP化

輕量化非編引領(lǐng)的視頻設(shè)備通用化是視頻技術(shù)體系全IP化的先驅(qū)，但專業(yè)視音頻板卡的缺失也意味著信號的收錄、分發(fā)等一系列流程都必須做出相應(yīng)調(diào)整。新華社采用了“IP信號+基帶信號”并行的方式，分階段完成了整個系統(tǒng)的IP化。IP信號通過以太網(wǎng)交換機進行交換，基帶信號通過視音頻矩陣進行交換，架構(gòu)清晰，穩(wěn)定可靠。目前，階段實現(xiàn)的是收錄及發(fā)布流程的IP化。

作為通訊社，視頻的供稿及發(fā)布是其主要業(yè)務(wù)。新華社視頻互聯(lián)網(wǎng)供稿系統(tǒng)已穩(wěn)定運行多年，并逐步替代了傳統(tǒng)衛(wèi)星供稿方式。而在視頻信號的直播發(fā)布業(yè)務(wù)上，系統(tǒng)配備了基于IP的互聯(lián)網(wǎng)視頻流網(wǎng)關(guān)設(shè)備，連通互聯(lián)網(wǎng)和IP流組播網(wǎng)，可在互聯(lián)網(wǎng)上對視頻流資源池的所有信號進行傳輸和分發(fā)，對新媒體用戶進行視頻信號發(fā)布。2017年全國兩會和十九大報道期間，新華社進行的“部長通道”“兩會發(fā)布會”和“黨代表通道”直播報道，向新華社客戶端、騰訊、今日頭條等多家主流互聯(lián)網(wǎng)媒體提供了高清直播信號。

結(jié)語

新華社基于云架構(gòu)的視頻技術(shù)體系，通過對新興技術(shù)的探索和實踐可操作性的驗證，創(chuàng)立了一條適合自身通訊社視頻業(yè)務(wù)的技術(shù)路線?；趯φw架構(gòu)和業(yè)務(wù)發(fā)展的統(tǒng)一規(guī)劃，新華社有針對性地選取了“輕量化非編”和“收錄及發(fā)布IP化”等應(yīng)用場合進行了實踐，為視頻技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展方向做出了積極的探索，具有重要的借鑒意義。