淺析青島電視臺網(wǎng)絡(luò )化播控系統

播出是電視臺內部工作流程的最后環(huán)節，如何搭建一個(gè)既安全又高效的自動(dòng)播出控制系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)播控系統），從而保障電視播出的順利進(jìn)行，是每一位從事播出工作的工程技術(shù)人員都需要面對的重大課題。特別是伴隨著(zhù)信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，在設計新一代電視播控系統時(shí)更需要對新技術(shù)、新產(chǎn)品進(jìn)行合理地開(kāi)發(fā)和應用。

青島電視臺的播控系統是建立在網(wǎng)絡(luò )結構基礎上，集播出、上載、控制、存儲等功能于一體的網(wǎng)絡(luò )化系統，具有安全性高、功能強、擴展靈活的特點(diǎn)。

一 系統構成及技術(shù)分析

青島電視臺的播控系統主要由視音頻編解碼、存儲、控制和網(wǎng)絡(luò )等子系統構成。

1. 視音頻編解碼系統

視音頻編解碼系統承擔的主要任務(wù)是完成節目源的編碼采集和解碼播出，主要包括視頻服務(wù)器以及相關(guān)的視音頻傳輸分配設備和線(xiàn)路。

其中視頻服務(wù)器是采用LEITCH NX4000 TXS標清服務(wù)器，支持青島電視臺八個(gè)頻道的播出（其中兩個(gè)為備份頻道）和十六個(gè)通道的編碼采集。該服務(wù)器支持MPEG2（4:2:2或4:2:0）、DVCPRO、DVCAM、IMX等多種壓縮技術(shù)，提供從5M~50M的碼流范圍。支持數字SDI、模擬視頻、嵌入音頻、數字音頻等多種格式的視音頻輸入輸出。

2. 存儲體系

近年來(lái)青島電視臺播出頻道不斷增加，節目播出內容不斷擴大，這就意味著(zhù)我們通過(guò)視音頻編解碼系統得到的節目素材文件越來(lái)越多。為了安全地存儲這些節目素材，并在最大程度上提高存儲體的利用率和保證素材的正常播出，我們規劃建立了大容量的分級存儲體系以及合理有效的存儲遷移管理策略。其主要內容如下：

（1）雙SAN（Storage Area Network）結構在線(xiàn)存儲

選用與LEITCH NX4000服務(wù)器配套的NXS 3000硬盤(pán)陣列，該硬盤(pán)陣列采用RAID3冗余技術(shù)，其有效存儲容量為300GB×14＝4.2TB。通過(guò)其內置的光纖接口，最多可以與16臺視頻服務(wù)器連接，組成SAN結構的存儲體系。通過(guò)使用SAN結構存儲體，大容量、集中存儲的磁盤(pán)陣列可以被多個(gè)視頻服務(wù)器共享。這樣極大地提高了存儲資源的利用率，并保證了存儲系統的可擴充性。同時(shí)為了保障播出安全，我們還設計建設了備份SAN，鏡像備份所有在線(xiàn)播出的節目素材。

（2）大容量的近線(xiàn)（二級）存儲

建立近線(xiàn)存儲的必要性。為了滿(mǎn)足播出的需要，通過(guò)視音頻編解碼系統上載的節目素材文件會(huì )不斷增加，對于在線(xiàn)存儲的負擔也會(huì )不斷增加。如果不刪除已經(jīng)過(guò)期不用的閑置素材文件，再大的在線(xiàn)存儲體也會(huì )有用盡的時(shí)候。但如果不加選擇地將閑置素材文件刪除，那么一旦這些節目要重新播出，則需二次甚至多次上載。這樣重復上載，不但浪費了大量的人力和時(shí)間，而且增加了設備的負擔?；谝陨峡紤]，青島電視臺規劃建設了承擔閑置素材文件存儲任務(wù)的大容量二級存儲體，主要組成包括：二級存儲主存儲體－EDI4200 2Gb FC磁盤(pán)陣列、DELL 2850素材遷移管理服務(wù)器、FC-IP存儲路由器以及相關(guān)素材管理軟件。其主要功能和技術(shù)特點(diǎn)是：

* 大容量高性能。主存儲體配備48塊500Gb SATA硬盤(pán)，全系統實(shí)際有效存儲容量為21TB。采用2GB標準的FC磁盤(pán)陣列和光纖交換機，可以直接實(shí)現和視頻服務(wù)器的多通道快速數據遷移，數據遷移流程快速靈活。
* 安全穩定。磁盤(pán)陣列采用RAID5冗余技術(shù)，保障數據安全。關(guān)鍵的遷移和數據服務(wù)器采用雙備份，從而保障系統運行安全和高可維護性。
* 靈活可擴展。主要表現為：在支持FC磁盤(pán)的主存儲機箱內配備SATA磁盤(pán)，既降低了成本又為以后擴展FC磁盤(pán)保留了可能；主存儲體通過(guò)光纖互聯(lián)擴展，系統總容量可擴充至60TB。

（3）高效的存儲遷移策略

本系統的存儲策略是將使用頻繁，占有磁盤(pán)空間較少的素材文件選擇在線(xiàn)存儲保存；將使用頻率低，占用磁盤(pán)空間較多的素材文件選擇在近線(xiàn)（二級）存儲保存。遷移策略是以播出時(shí)間為標準，為每一個(gè)遷移任務(wù)設置優(yōu)先級，保障所有被用于直接播出的素材文件能夠及時(shí)無(wú)誤地遷移到在線(xiàn)存儲，并把近期內不播出的素材文件遷移回二級存儲保存。

（4）近線(xiàn)存儲的擴展

二級存儲體僅僅是近線(xiàn)存儲體的一個(gè)，近線(xiàn)存儲的擴展既可以是二級存儲本身容量的擴展，更可以通過(guò)建立新的存儲體來(lái)實(shí)現，也就是建立三級、四級等多級存儲體。

具體的網(wǎng)絡(luò )存儲結構圖如圖1所示。



圖1 視音頻編解碼系統網(wǎng)絡(luò )存儲結構圖
3. 控制系統

（1）分布式控制

突破既往以單一PC作為自動(dòng)播出核心的模式，將節目播出、素材上載、設備管理、數據庫管理等功能模塊分布到多臺不同的工作站實(shí)現，極大地提高了控制系統的工作效率。

（2）安全性

主要設備采用雙機備份的工作方式，包括重點(diǎn)頻道的播出機、數據庫、設備管理器和消息服務(wù)器。同時(shí)提供對關(guān)鍵受控設備的實(shí)時(shí)狀態(tài)報警，便于及時(shí)發(fā)現問(wèn)題、處理故障。

（3）控制方式多樣

對于實(shí)時(shí)性要求不高的數據、消息等信號，通過(guò)局域網(wǎng)通訊進(jìn)行控制；對于實(shí)時(shí)性要求嚴格的關(guān)鍵播出設備，采用RS422控制方式，確保設備工作穩定無(wú)誤，避免由于網(wǎng)絡(luò )故障導致設備工作失常。

（4）擴大控制設備范圍

除保留對錄像機、切換臺的控制外，還將控制的范圍擴展到字幕角標的播出、上游矩陣以及音頻調節等設備，極大地豐富了播出手段。

控制子系統的結構圖如圖2 所示。



圖2 控制系統結構圖

4. 網(wǎng)絡(luò )結構

為了保障全系統所規劃的功能能夠順利實(shí)現，我臺設計了多級網(wǎng)絡(luò )結構，包括支持素材數據讀寫(xiě)的SAN存儲網(wǎng)、支持素材文件遷移的千兆以太網(wǎng)以及支持控制數據和節目單文件傳輸的百兆以太網(wǎng)。

（1）建立SAN結構的素材數據存儲網(wǎng)絡(luò )

通過(guò)2Gb帶寬的光纖連接，在硬盤(pán)陣列和視頻服務(wù)器之間構建保障多臺視頻服務(wù)器對磁盤(pán)陣列共享讀寫(xiě)的存儲區域網(wǎng)絡(luò )（SAN）。其主要優(yōu)點(diǎn)：一是存儲體的共享使用；二是將大量的數據流量從系統控制主網(wǎng)上卸掉，避免以太網(wǎng)的數據擁塞，保障播出素材實(shí)時(shí)無(wú)誤地讀寫(xiě)。

（2）文件遷移網(wǎng)絡(luò )

構建千兆以太網(wǎng)，連接FTP服務(wù)器和素材管理服務(wù)器，在各級存儲體（包括在線(xiàn)和二級存儲體）之間實(shí)現素材文件的遷移。網(wǎng)絡(luò )帶寬和速度完全可以支持多個(gè)素材的遷移任務(wù)。

（3）百兆數據以太網(wǎng)

連接視頻、設備、消息、數據庫服務(wù)器以及編單、上載、播出工作站，實(shí)現節目單文件和各種控制數據、消息的通訊。

二 軟件系統功能介紹

1.自動(dòng)播出軟件

自動(dòng)播出軟件依據編輯好的節目單，對各種相關(guān)的播出設備進(jìn)行控制，協(xié)調其動(dòng)作，以共同完成節目的自動(dòng)播出任務(wù)。主要功能包括：

* 控制功能：控制包括視頻服務(wù)器、錄像機在內的播出設備；
* 應急處置：提供延時(shí)、觸發(fā)等手段處置播出過(guò)程中的各種特殊狀況；
* 監控功能：實(shí)時(shí)監控各個(gè)播出設備的狀態(tài)，提供明確的告警信息；
* 邊播邊錄：利用自動(dòng)播出對視頻服務(wù)器的控制，借助播出頻道內的視音頻線(xiàn)路，將正在播出的節目按照其實(shí)際播出長(cháng)度和名稱(chēng)邊播邊錄制為素材文件。這樣極大地節約了對上載視音頻設備和線(xiàn)路的占用，減少了上載人員的工作量。

1. 節目單編輯軟件

節目單編輯軟件接收總編室傳來(lái)的節目單數據（包括節目單和磁帶信息），然后由操作員使用該軟件對節目單進(jìn)行完善，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將節目單文件發(fā)送到自動(dòng)播出軟件進(jìn)行播出。主要功能包括：

* 以文件形式接收和發(fā)出節目單，避免操作人員手工方式的繁瑣以及由此可能導致的人為錯誤；
* 編單任務(wù)可定制，從而實(shí)現在一臺工作站完成多個(gè)頻道的編單任務(wù)，提高了設備的利用率；
* 節目單包含多種控制信息，包括素材遷移、邊播邊錄任務(wù)并自動(dòng)生成素材上載任務(wù)單。

3. 素材上載軟件

素材上載軟件實(shí)現了磁帶節目或線(xiàn)路信號向視頻服務(wù)器文件的轉換控制。根據上載任務(wù)來(lái)源分為如下幾種工作模式：

* 根據上載任務(wù)單提供的素材名稱(chēng)、長(cháng)度等信息上載節目；
* 根據節目錄像帶的信息手動(dòng)輸入上載。

無(wú)論是哪種模式，錄制任務(wù)生成后，系統根據任務(wù)的先后次序進(jìn)行錄制面板的分配，實(shí)現自動(dòng)錄制；錄制工作站可以實(shí)現節目的審看，只有審看通過(guò)的節目才可以進(jìn)行遷移并投入播出。

4. 素材管理軟件

通過(guò)素材管理軟件實(shí)現對素材的管理，控制素材在各存儲體中的走向，制定遷移和刪除策略。這樣，可以更加充分、合理、有效地利用存儲空間。其主要功能有：

* 存儲遷移策略的制定，根據電視臺內部的工作實(shí)際，制訂和修改存儲和遷移策略；
* 素材的常規管理，包括素材的查詢(xún)、刪除以及索引信息的修改。

三 總結

安全性是我們設計電視播控系統的首要考慮，而經(jīng)濟實(shí)用和配置靈活也是不能不考慮的因素，因此我們將安全性高、功能強、擴展靈活的原則一直貫穿在整個(gè)系統的設計和實(shí)現過(guò)程當中。作為青島電視臺新建播出總控機房的重要組成部分，本系統自2006年8月投入使用以來(lái)，性能穩定，極大地提高了工作效率，保障了安全優(yōu)質(zhì)播出的順利進(jìn)行。