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        電視臺(tái)高清收錄網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)探析

        2019-09-21 03:31:16黃登權(quán)
        傳媒論壇 2019年16期
        關(guān)鍵詞:視音頻信源交換機(jī)

        黃登權(quán)

        (福州廣播電視臺(tái),福建 福州 350014)

        一、引言

        隨著高清和超高清時(shí)代的到來,人們對視頻節(jié)目的質(zhì)量和要求越來越高,電視臺(tái)對衛(wèi)星、有線、互聯(lián)網(wǎng)等各類高標(biāo)清節(jié)目的收錄需求越來越大,福州廣播電視臺(tái)在現(xiàn)有收錄系統(tǒng)基礎(chǔ)上,建設(shè)基于IP網(wǎng)絡(luò)的高清收錄系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信源轉(zhuǎn)化歸一化、數(shù)據(jù)傳輸IP化、節(jié)目存儲(chǔ)數(shù)字化、內(nèi)容應(yīng)用多樣化,為電視節(jié)目制作提供強(qiáng)有力的素材保障。

        二、系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

        新建設(shè)的系統(tǒng)是在現(xiàn)有20路標(biāo)清SDI信號收錄通道和6路標(biāo)清ASI單節(jié)目流收錄通道基礎(chǔ)上,增加7臺(tái)央視高清專用衛(wèi)星接收機(jī)、2臺(tái)高清衛(wèi)星接收機(jī)、8臺(tái)有線數(shù)字信號高清解碼器和高清信源設(shè)備若干,以及對收錄通道進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)容,以滿足全臺(tái)與日俱增的節(jié)目信源和收錄量的需求。

        建成后的收錄網(wǎng),應(yīng)具備一定的信號處理能力,以應(yīng)對現(xiàn)行的多格式視頻編碼和不同的衛(wèi)星調(diào)制方式,保障信號能夠以IP組播流的形式正常被收錄和傳輸,并進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)和多樣化應(yīng)用。

        三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

        (一)安全性原則

        充分考慮網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的安全穩(wěn)定,在信號采集、節(jié)目存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理等方面具備足夠的可靠性。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,面對各種突發(fā)情況具備應(yīng)急響應(yīng)和系統(tǒng)恢復(fù)能力。

        (二)高效性原則

        系統(tǒng)需要有高效、迅速的特點(diǎn),節(jié)目采集交互流程更需要注重優(yōu)化處理,提高上游環(huán)節(jié)對下游環(huán)節(jié)的支持,優(yōu)化收錄系統(tǒng)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接口,提高效率。

        (三)先進(jìn)性原則

        系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮目前廣電行業(yè)先進(jìn)的高清技術(shù),結(jié)合先進(jìn)的信息技術(shù),適當(dāng)?shù)乜紤]媒體發(fā)展的前瞻性技術(shù),確保系統(tǒng)后續(xù)的拓展升級能力。

        (四)開放性原則

        系統(tǒng)設(shè)計(jì)要符合《電視臺(tái)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)白皮書》的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范,具備開放體系,為后續(xù)接入其他資源預(yù)留接口。

        (五)擴(kuò)展性原則

        系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮后續(xù)與廣播電臺(tái)的整合,后續(xù)可無縫兼容音頻信號采集。此外收錄系統(tǒng)可同時(shí)為臺(tái)內(nèi)高標(biāo)清制作系統(tǒng)提供交互共享功能,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。

        四、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        (一)全I(xiàn)P化收錄數(shù)據(jù)流程設(shè)計(jì)

        如圖1所示,根據(jù)信號的數(shù)據(jù)流向,將全I(xiàn)P化收錄系統(tǒng)分為信源歸一化子系統(tǒng)、IP交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、IP流錄制子系統(tǒng)、IP流內(nèi)容交付子系統(tǒng)四個(gè)部分。

        信源歸一化子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將各種前端的信源統(tǒng)一處理成IP化的單節(jié)目流,通過TS over UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝。通過對所有信號源的IP化處理,極大地減輕了后端傳輸網(wǎng)絡(luò)、信號錄制服務(wù)器的壓力。

        傳輸交換網(wǎng)絡(luò)主要由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成,為了確保安全,在傳輸交換網(wǎng)絡(luò)中采用全冗余構(gòu)架設(shè)計(jì);此外,傳輸交換網(wǎng)絡(luò)上既要傳輸IP化的視音頻數(shù)據(jù)流,同時(shí)也要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)訪問、數(shù)據(jù)庫訪問、服務(wù)器通信等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。

        IP流錄制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)從交換機(jī)上獲取相應(yīng)的IP流視音頻信號數(shù)據(jù),并對IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析,最終將視音頻信號錄制到服務(wù)器本地硬盤,供內(nèi)容交付子系統(tǒng)按需下載。

        IP流內(nèi)容交付子系統(tǒng)是收錄系統(tǒng)對外提供服務(wù)的子系統(tǒng),其核心職能為根據(jù)收錄計(jì)劃或收錄預(yù)約單從收錄服務(wù)器上下載相應(yīng)的視音頻文件,并可對視音頻文件進(jìn)行碼流修復(fù)、轉(zhuǎn)碼等處理,最終將業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要的收錄文件傳輸?shù)綐I(yè)務(wù)系統(tǒng),供業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)的編輯制作。

        (二)系統(tǒng)總體拓?fù)浼軜?gòu)設(shè)計(jì)

        如圖2所示,信源歸一化子系統(tǒng)針對不同的信號來源,采用不同類型的處理板卡,包括8通道SDI編碼卡、16通道ASI—IP轉(zhuǎn)換卡、64×32MPTS多節(jié)目IP流—SPTS單節(jié)目IP流轉(zhuǎn)換卡等,每一類板卡都可同步輸出2個(gè)完全一樣的IP流,分別接入兩個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)。

        傳輸交換網(wǎng)絡(luò)由2臺(tái)交換機(jī)進(jìn)行堆疊,在網(wǎng)絡(luò)鏈路上進(jìn)行雙鏈路冗余或單鏈路主備設(shè)計(jì)。傳輸交換網(wǎng)絡(luò)上既要傳輸IP化的視音頻數(shù)據(jù)流,同時(shí)也要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)訪問、數(shù)據(jù)庫訪問、服務(wù)器通信等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。通過在網(wǎng)絡(luò)上劃分不同的VLAN,隔離視音頻數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流,避免UDP組播信號對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

        圖1

        圖2

        IP流錄制子系統(tǒng)由多臺(tái)錄制服務(wù)器構(gòu)成,每臺(tái)服務(wù)器采用單機(jī)工作模式。為了確保錄制系統(tǒng)的安全可靠,采用主備錄制服務(wù)器分別從兩個(gè)交換機(jī)上獲取IP流信號同步錄制的方式,主備服務(wù)器相互備份。

        IP流內(nèi)容交付子系統(tǒng)包括收錄編單管理工作站、收錄編單接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、收錄網(wǎng)關(guān)調(diào)度服務(wù)器、收錄網(wǎng)關(guān)執(zhí)行服務(wù)器等。系統(tǒng)根據(jù)收錄預(yù)約單的需求,指揮調(diào)度收錄網(wǎng)關(guān)執(zhí)行服務(wù)器從相應(yīng)的錄制服務(wù)器上下載視音頻文件,在下載的同時(shí)可以進(jìn)行TS碼流修復(fù)、轉(zhuǎn)碼等操作。

        (三)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        (1)針對各種信源的IP轉(zhuǎn)化處理,降低系統(tǒng)復(fù)雜度和建設(shè)成本。收錄系統(tǒng)將各種信源,轉(zhuǎn)化為基于UDP協(xié)議封裝的TS over IP流,在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)、傳輸,增強(qiáng)了安全性,可保證信號質(zhì)量,降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和建設(shè)維護(hù)成本。

        (2)7×24小時(shí)不間斷資源收錄,全天候存儲(chǔ)視頻資料。錄制服務(wù)器7×24小時(shí)不間斷循環(huán)收錄讓收錄過程不再依賴于收錄編單,提供全時(shí)段的視頻資料,滿足各種素材收錄需求。

        (3)文件碎片化存儲(chǔ)、自動(dòng)合并,支持邊收邊編等高時(shí)效性場景。錄制服務(wù)器可根據(jù)節(jié)目的需求預(yù)設(shè)錄制時(shí)長,或者按照事先設(shè)定的文件大小進(jìn)行分塊存儲(chǔ),系統(tǒng)對分塊存儲(chǔ)的資料自動(dòng)進(jìn)行管理,下載時(shí)根據(jù)需求把相應(yīng)文件片自動(dòng)合并成一條素材進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)或者提供下載。

        (4)TS流自動(dòng)檢測及修復(fù),為下游業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供可靠的收錄服務(wù)。由于TS流信號在編碼、復(fù)用、解復(fù)用、衛(wèi)星傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中,可能會(huì)有PCR抖動(dòng)、PCR不連續(xù)等不確定因素,如果不進(jìn)行處理,會(huì)出現(xiàn)視頻音頻不同步甚至無法正常播放的現(xiàn)象,通過應(yīng)用碼流修復(fù)技術(shù),保證了收錄之后節(jié)目文件的可用性。

        (5)全冗余架構(gòu)設(shè)計(jì),對所有可能發(fā)生故障的環(huán)節(jié)都有應(yīng)對方案。在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面通過雙交換機(jī)雙鏈路的方式,確保原始信源到錄制服務(wù)器各個(gè)環(huán)節(jié)都有備份鏈路;在錄制過程中,對重點(diǎn)的節(jié)目信號采用備份錄制服務(wù)器獨(dú)立同步錄制的方式,而且備份錄制服務(wù)器所錄制的信號鏈路也是相對獨(dú)立的。

        五、系統(tǒng)實(shí)施方案

        (一)信源歸一化子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

        針對不同的信號源采用不同的信號處理卡來處理,將各個(gè)來源不同的信號,歸一化到TS over IP流。

        通過3塊8通道SDI編碼卡對現(xiàn)有的20個(gè)SDI標(biāo)清信號進(jìn)行編碼,編碼后的主備單節(jié)目IP流分別輸出到2臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)。

        采用1塊16通道ASI信號打包卡對所有的ASI信號進(jìn)行重新封裝,最終輸出主備2路一樣的IP流信號到2臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)。

        對于多節(jié)目IP流,采用1塊多通道IP碼流調(diào)度卡進(jìn)行解復(fù)用并封裝為若干單節(jié)目IP流,每個(gè)調(diào)度卡上有2個(gè)獨(dú)立的64×32調(diào)度模塊,每個(gè)模塊分別從物理上連接到不同的交換機(jī),錄制子系統(tǒng)的主備錄制服務(wù)器也連接到不同的以太網(wǎng)交換機(jī)上。

        (二)IP交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

        傳輸交換網(wǎng)絡(luò)主要由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)構(gòu)成,為了確保安全,采用全冗余構(gòu)架設(shè)計(jì)。在IP交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中,一臺(tái)交換機(jī)上同時(shí)具備IP流數(shù)據(jù)流的交換以及文件和控制的交換。為提高設(shè)備的性能,避免UDP組播對其他業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)通信的干擾,該設(shè)計(jì)中將一臺(tái)交換機(jī)劃分為兩個(gè)VLAN,其中一個(gè)VLAN來實(shí)現(xiàn)IP流數(shù)據(jù)的交換,另外一個(gè)VLAN來實(shí)現(xiàn)文件交換以及控制消息的傳輸。交換機(jī)采用虛擬冗余路由協(xié)議(VRRP)進(jìn)行熱備冗余。在交換機(jī)故障時(shí),能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)由備交換機(jī)接管工作,從而保障信號及數(shù)據(jù)不因交換機(jī)故障而中斷傳輸。

        (三)IP流錄制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

        IP流錄制子系統(tǒng)由多臺(tái)錄制服務(wù)器組成。為了確保錄制系統(tǒng)的安全可靠,主備錄制服務(wù)器分別從兩個(gè)交換機(jī)上單獨(dú)獲取IP流信號,并進(jìn)行同步錄制,主備服務(wù)器相互備份,確保數(shù)據(jù)安全。

        IP流錄制服務(wù)器采用了通用服務(wù)器+收錄軟件的架構(gòu),每臺(tái)服務(wù)器可以處理10路以上的MPEG2/H.264高標(biāo)清節(jié)目。同時(shí),服務(wù)器支持自定義視頻和音頻錄制參數(shù),滿足不同格式的需求。

        IP流錄制服務(wù)器可通過下載接口(HTTP方式)向外系統(tǒng)提供下載服務(wù),包括指定通道、指定起止時(shí)間、指定碼率、指定節(jié)目等。

        IP流錄制服務(wù)器采用磁盤空間預(yù)分配技術(shù),預(yù)先分配磁盤空間,再寫入數(shù)據(jù),以減少磁盤瑣碎的磁盤碎片,提高硬盤的訪問速度,進(jìn)而避免同一時(shí)間創(chuàng)建大量文件,并且可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)7×24小時(shí)循環(huán)收錄,實(shí)現(xiàn)了先入先出的原則,無需人工刪除錄制文件。

        (四)IP流內(nèi)容交付子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

        內(nèi)容交付子系統(tǒng)支持在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行收錄任務(wù)編單,同時(shí)也提供收錄單接口,業(yè)務(wù)系統(tǒng)的編單軟件可通過調(diào)用該接口添加預(yù)約收錄任務(wù)。收錄任務(wù)單都存儲(chǔ)在收錄數(shù)據(jù)庫中。

        收錄網(wǎng)關(guān)調(diào)度服務(wù)器通過輪詢收錄數(shù)據(jù)庫,獲取收錄任務(wù),并根據(jù)任務(wù)要求調(diào)度收錄網(wǎng)關(guān)執(zhí)行服務(wù)器從相對應(yīng)的碼流錄制服務(wù)器上下載目標(biāo)碼流文件,同時(shí)對碼流進(jìn)行修復(fù)。

        根據(jù)不同的收錄預(yù)約類型和資源交換方式,收錄執(zhí)行服務(wù)器可以直接將文件傳輸?shù)綐I(yè)務(wù)系統(tǒng)指定的存儲(chǔ)路徑,如果有轉(zhuǎn)碼需要,則先到收錄系統(tǒng)緩存進(jìn)行轉(zhuǎn)碼,完成轉(zhuǎn)碼后再傳輸?shù)侥繕?biāo)系統(tǒng)。

        根據(jù)不同的系統(tǒng)資源交換方式,傳輸完成后收錄系統(tǒng)可調(diào)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的入庫服務(wù)接口,由業(yè)務(wù)系統(tǒng)自動(dòng)入庫;對于更加松散耦合的情況,可以在將文件傳輸?shù)綐I(yè)務(wù)系統(tǒng)存儲(chǔ)后,由業(yè)務(wù)系統(tǒng)的目錄掃描軟件自動(dòng)發(fā)起入庫流程或者由人工導(dǎo)入業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

        (五)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

        系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí),著重從數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、管理安全等方面加強(qiáng)安全措施。在數(shù)據(jù)安全上,采用了數(shù)據(jù)庫集群的方式,在主備的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝SQL數(shù)據(jù)庫軟件,用Legato Co-Standby Server進(jìn)行雙機(jī)熱備,數(shù)據(jù)服務(wù)器間通過鏡像引擎來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的復(fù)制、共享以實(shí)現(xiàn)集群功能。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與兩個(gè)核心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)交叉鏈接,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間用雙路千兆以太鏈路實(shí)現(xiàn)心跳實(shí)時(shí)檢測,實(shí)現(xiàn)鏈路交叉冗余備份。

        在賬戶管理上,采用統(tǒng)一認(rèn)證的LDAP產(chǎn)品與Windows的域策略結(jié)合,用戶登錄系統(tǒng)以后只能運(yùn)行指定的程序,只能看到其被授權(quán)看到的資源和只能進(jìn)行可允許的操作,而不能訪問未授權(quán)的磁盤和應(yīng)用程序。

        系統(tǒng)運(yùn)行后,結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)一套合理的管理制度,詳細(xì)說明操作流程和應(yīng)急預(yù)案,確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)營。

        六、結(jié)語

        福州廣播電視臺(tái)高清收錄網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有效地融合了廣電技術(shù)和IT技術(shù),實(shí)現(xiàn)了收錄系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化,將衛(wèi)星、有線、媒資庫等分散的媒介資源與節(jié)目制作系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)、新媒體平臺(tái)連接起來,提升了視頻資料的利用率和共享率,提高了節(jié)目的制作效率。

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