虛擬化思想在大型節目收錄系統設計中的應用

張進祿

（福建省廣播影視集團 技術中心，福建 福州350004）

1 虛擬化思想的內涵

虛擬化，原本是指資源的抽象化，人們只在乎資源的邏輯表示，而對于他的具體載體并不關心。目前在IT領域虛擬化技術大體上可分為服務器虛擬化、桌面虛擬化以及應用程序虛擬化[1]，還有以虛擬化技術為基礎發展起來的云計算、云存儲等。比如云計算提出了一種創新的IT服務模式，把原來分散的數據中心資源，包括服務器、存儲、網絡設備聚集到一起，由專門的服務提供商來運營和維護云計算中心，應用虛擬化的技術提高資源利用率，通過自動部署的方式為企業和個人提供快速的計算和存儲服務。云計算模式極大地提高了IT資源服務的靈活性，使IT與業務緊密結合，IT快速支持業務的變化，并實現架構的靈活性和資產的重復使用，對于傳統的IT服務模式實現了創新，是面向服務架構（SOA）的落地體現。在傳統的IT服務模式中，每一個應用都固定在某個服務器和存儲上，當應用的訪問量較低時，服務器和存儲資源就會大量空閑，但是由于應用與硬件是綁定的，無法把資源提供給其他應用。通過云計算技術，可以突破物理的限制，實現資源的動態調配和聚合。當某個應用需要資源時，云計算可以在系統資源池中動態調配適量的存儲、服務和網絡資源，并自動部署相應的軟件資源，當用完后，還可以自動回收這些資源。在這里實現硬件資源的虛擬化表示以及根據業務應用實時調配資源是虛擬化技術的關鍵。

2 應用虛擬化思想進行節目收錄系統的設計

電視臺大型的節目收錄系統是如何借用虛擬化這一思想來配置與搭建的呢？根據虛擬化技術的關鍵思想，首先要實現的是對節目資源的虛擬化表示[2-3]。其次要實現資源的實時自動調配。

首先回顧一下早期的收錄系統。電視臺出于節目制作很早便有節目收錄的需要。早期用單臺具有硬件收錄板卡的工作站進行單機采集，由節目制作人員監看有需要的節目進行采集，然后單機編輯下載。這樣工作量大，而且幾乎沒有共享。到了非線性編輯網絡時，出現了專門的上載工作站，由專人負責節目的采集，然后選擇性地進行上載，給所有編輯人員使用。這樣，素材的共享性大大提高了，而且通過軟件設計也具備了一定的定時采集能力。但仍然存在很多不足，比如：

1）需要專門的上載人員，節目制作人員的采集需要無法直接表達。

2）上載人員首先需要知道要采集的節目的具體參數，比如接收機參數，具體的收錄服務器信息及路由信息，甚至是哪顆衛星，還要進行具體的人工操作等。

3）對于其他節目源無法進行集中采集。比如記者的拍攝磁帶、演播廳信號、外來直接傳送的信號等。

4）由于需要上載人員的參與才能進行路由選擇切換等操作，所以無法進行全天候的采集任務。

基于以上這些不足，上載的工作量相當大。出現這一問題的主要原因有：

1）節目資源沒有進行虛擬化表示，節目制作人員要收錄一檔節目（相當于一個應用需求）需要知道收錄服務器、接收機、天線等參數，這對普通節目制作人員來說要求太高，所以需要設置專門的上載人員，這不符合應用與資源分開的虛擬化思想。

2）沒有實現資源的聚集，對于不同渠道的節目資源，沒有有效地聚集實現集中化的上載。

因此，在新聞頻道新建非編網絡時，根據虛擬化的要求對收錄系統就提出了以下設想：

1）節目制作人員可以直接將自己要采集的節目以收錄任務（應用需求）的形式方便地提交。

2）可以實現可循環的全天候全自動的采集，自動將素材根據預定的規則進行初級編目及權限設定再提交素材庫進行共享，不需要進行人工打點再次上載的過程。

3）對所有節目資源可以進行集中采集（實現資源的有效聚集）。

4）應用虛擬化的思想，節目制作人員在提交收錄任務時只需要知道要采集的節目源名稱和采集時間，就可以提交收錄任務，而對于這個節目源具體來自哪顆衛星、由哪個接收機進行接收、接收機對應的節目參數、具體由哪臺收錄服務器收錄以及信號路由切換等操作都不需要操心。這樣大大降低了對節目制作人員的操作要求，而且節目制作人員可以在所有的非編工作站或者辦公室計算機上以BS方式隨時方便地向系統提交收錄任務，然后由收錄系統自動調配資源進行收錄。

為了實現以上設想，在非線性編輯網絡建設過程中考慮單獨建立一個網絡化、智能化的節目收錄系統來完成新聞類節目的收錄任務。收錄的節目資源主要來自播出中心總控傳送的光纖視頻信號、自己接收的衛星節目信號、有線電視機頂盒、微波、SNG、3G網關、地方臺FTP傳送節目、計算機視頻VGA輸出、演播廳、格式轉換機房以及數字錄像機等。收錄系統對他們進行集中管理上載并進行簡單編目后，加入素材數據庫為新聞制播網絡系統提供新聞節目資源。下面以新聞頻道的節目收錄系統設計為例簡述一下如何在收錄系統設計中應用虛擬化的思想。

2.1 實現節目資源的聚合及虛擬化表示

如圖1所示，所有的節目源信號都接入一個64×64的視頻切換矩陣，這樣通過控制矩陣就可以調配所有的節目資源，實現了節目資源的聚合。為了實現自動配置參數和自動路由切換，系統配置了一主一備的控制服務器來實現所有的收錄控制與路由矩陣切換。由控制服務器通過TCP/IP協議控制矩陣進行切換來選擇節目源信號，同時矩陣輸入輸出端串接2臺制轉，由控制服務器控制路由對需要進行制式轉換的節目進行制式轉換。實現虛擬化的關鍵是控制服務器上預先配置好各節目源的接收機參數以及整個矩陣的拓撲映射關系。對每個節目源都有一個特定的名稱（邏輯表示），比如湖南衛視、格轉、DVTR2等，提交收錄任務時只需要在下拉列表中進行節目名稱選擇即可，其他的比如具體到哪個接收機以及參數和路由信息等均由控制服務器根據實時情況（比如根據相應時刻接收機和收錄服務器的空閑情況進行接收機及收錄服務器的選擇確定）自動生成而不需要節目制作人員進行參與，這種虛擬化的資源表示方式大大方便了節目制作人員。

2.2 實現根據收錄任務（應用需求）實時調配資源

要實現資源的實時調配就要根據收錄任務能夠實時選擇節目資源進行收錄。當通過審批的收錄任務設定的采集時間快到時，由控制服務器進行矩陣路由切換，并啟動相應的收錄服務器進行收錄，同時不斷監控收錄服務器的狀態，確保收錄任務以及素材的入庫處理完成。通過控制系統對收錄服務器進行控制，收錄的節目素材存儲于網絡硬盤陣列中，同時將生成的XML元數據信息寫入系統的數據庫服務器。并在收錄結束后進行判斷，如果收錄符合要求，完成了收錄任務，則將收錄結果通知數據交換中心的消息服務器，完成一條收錄任務的執行。比如要收錄湖南衛視上午10：00的節目（如圖2所示假設該節目在天線2對應的衛星上），在臨近10：00時控制服務器自動選取空閑的接收機（假設是5號接收機），將衛星接收參數傳送給5號接收機并通過射頻矩陣將天線2的信號送給5號衛星接收機進行解碼，輸出的加嵌SDI信號送給圖2的視頻矩陣，再由控制服務器挑選空閑的收錄服務器（假設是3號收錄服務器），然后由控制服務器切換視頻矩陣將5號接收機的加嵌SDI信號送給3號收錄服務器進行收錄，到此自動完成整個信號路由，實現了資源的實時調配。當然實現這一過程的前提是在控制服務器上正確配置好天線、接收機以及收錄服務器各自對應的矩陣端口信息。

系統里具體執行收錄工作的是20臺收錄服務器，配置紅橋二代板卡對矩陣來的SDI加嵌信號進行雙路采集（生成高、低壓縮比兩種素材）。對于每天固定時間采集的收錄任務由控制服務器根據收錄模板自動進行第二天的收錄任務生成，并進行收錄服務器的預分配。系統對新增的收錄任務會自動進行收錄資源是否沖突的判斷，并提交相應的反饋信息，對收錄服務器的狀態可以實時控制與判斷，實現了全天候全自動的節目收錄。

衛星接收系統要求能夠接收天上主要衛星節目資源。安裝11面衛星天線。使用32×32的L波段射頻矩陣，衛星天線接收的中頻信號采用中頻專用矩陣調度，然后以分配放大傳送的方式給SCOPUS 2900系列衛星解碼器進行衛星節目的接收解碼，系統拓撲圖示意如圖2所示。

3 節目收錄系統虛擬化配置帶來的優點

以新聞頻道為例，這套系統的優點至少有以下幾點：

1）按照資源虛擬化的思想，通過將所有的衛星接收機及其他節目源進行集中管理，通過集中上載方式對制作網中的所有上載工作做出統一的安排和合理的資源分配，不但提高了收錄服務器、衛星接收機等資源的利用率，而且對于節目制作人員來說面對的是一個虛擬化的節目資源，僅僅需要了解與節目相關的節目源信息即可自主地提交收錄任務，并且可以實現全天候不間斷地對需要的節目進行收錄。

2）系統建成以前頻道需要專門設立一個信息中心工作組專門負責衛星節目的收錄上載工作，系統建成后這一工作就直接由系統自動完成了，同時收錄時間由以前的大概每天36 h增加到現在的每天近100 h，大大豐富了節目資料來源。

3）對于演播廳錄播的節目，以往的做法是錄制在節目帶上然后在線性對編機上進行剪輯或者插廣告，對于有些不熟悉線性編輯的記者來說還要將節目帶再上載一次到非編上進行編輯。如今只要在節目錄制前，由記者自行在編單機上編好錄制任務，由系統自動將演播廳的節目同步上載到非編網，記者在演播廳錄好節目后立即就可以到非線編輯機房進行后期制作，各個環節實現了電視節目數字化、流程化與無帶化，與以往相比大大提高了效率。

4）外地記者或者其他電視臺回傳節目時，以往的做法是由專門的人員負責接收到本地再打點上載，雙方要約定時間同步操作，而且避免不了收錄再上載的人工操作時間。現在回傳節目大部分采用了FTP回傳方式，素材可以在任意時間由外地記者或地方臺傳送到FTP服務器上，然后由系統內的轉碼服務器負責轉碼并提交到素材庫，不但時效高，也減輕了節目人員的負擔。

5）節目收錄系統對于頻道中使用的其他素材，如3G回傳、P2卡上載、計算機素材上傳、磁帶上載等系統都提供了相類似的上載方式，提高了整個網絡中的所有上載工作的效率，同時方便地實現了分散素材的同時集中上載與管理。

4 總結與展望

實現資源的虛擬化表示和根據業務應用實時調配資源是虛擬化技術的關鍵。從這兩點來講，新聞頻道的節目收錄系統很好地體現了這一思想，通過虛擬化技術的應用大大提高了資源利用率和系統效率。該系統建成以來已經穩定運行兩年有余，為新聞頻道的節目制作提供了強有力的技術支撐。

目前數字電視的產業鏈正在形成，電視臺是這條產業鏈的源頭——節目內容提供商。為了適應由傳統的制作、播出機構向節目內容提供商的轉變，電視臺的生產方式正在發生一場深刻的變革。因此，必須在目前數字電視節目制作平臺的基礎上，構建能完成高質量的節目信息采集交換的平臺。基于ASI接口的高清TS流收錄系統已經開始在全臺網的收錄系統設計中得到運用，相信通過更多新技術、新思路的應用，收錄系統會朝著更加智能、人性化、高效穩定的方向發展，以適應新時期節目制作及交換的需要。

[1]徐昌彪，盧山，劉雪亮.基于EON實現的校園局域網虛擬體驗系統[J].電視技術，2011，35（15）：114-116.

[2]H3C.虛擬化技術在電視臺應用的發展方向[EB/OL].[2011-10-20].http://www.h3c.com.cn/Solution/TV_Solution/Media_DataCenter/Tecnology_Area/201107/720340_30004_0.htm.

[3]吳喬華，趙赟.基于虛擬化技術搭建有線電視機房服務器備份平臺[J].有線電視技術，2011（7）：801-803.