通過異構三備提高播出系統安全性的實際應用

戴喜棟

（太倉市廣播電視總臺 技術中心，江蘇 太倉 215400）

1 硬盤播總控系統設計思路

構建一個播出系統須從廣播電視安全播出的角度出發，結合國家廣電總局的62號令，遵循安全性、高效性、高質量性、實用性、先進性和可擴展性等原則，需要在前期設計時充分考慮到以下7個關鍵點：1）視頻服務器；2）核心數據庫；3）通道設備（包含切換器及相應信號處理設備）；4）系統監測設備（軟、硬件監測，信號監測、機房環境監測等）；5）成熟的播出軟件；6）完善的應急播出機制等；7）適合本臺的總控矩陣。

在2010年3月中旬，筆者開始對太倉傳媒中心硬盤播出系統項目進行大量的前期調研工作，對整個系統進行了合理設計，并請多位專家對此項目進行多次論證，6月開始按既定方案有序地實施，2011年4月中旬基本完成整體框架的搭建[1-3]。

2 原播出系統介紹

在介紹太倉傳媒中心的播總控系統前，先簡述一下原有系統。目前使用的硬盤播出系統搭建于2005年年底，由北京格非視頻科技發展有限公司南京分公司負責實施，2006年元旦啟用，該系統已實現數字化。視頻服務器采用格非自主研發的Magistream服務器，服務器配有2塊獨立的通道卡負責2個頻道各自信號的輸出，配有5塊專業的300 Gbyte SCSI硬盤，通過自帶模組做成RAID5冗余模式實現1.08 Tbyte的實際可用空間，安全性得到保障。考慮到單一服務器出現故障時將造成播出信號中斷，因此采用主備服務器實時同步播出的方式來保證信號的不間斷。調度矩陣采用16×16的模式以基本實現一些常用信號的調度。到目前為止該硬盤播出系統使用近6年，總體情況良好，但也存在一些相對不足的地方，如存儲容量稍顯不足，調度系統的靈活性及可擴展性稍顯不佳等。

3 新播總控系統概述

新系統結構如圖1所示。

圖1 新系統結構

在太倉傳媒中心播總控系統中，播出系統視頻服務器采用主備進口服務器加三備國產服務器的方式，3臺服務器都實時同步播出，3路服務器輸出信號全都接入主備切換矩陣。并根據實際情況配備了應急播出設備及墊片設備、跳線架、智能監控系統等，以便在出現問題時快速判斷故障點并加以處理。系統采用2個20 Tbyte的二級存儲互為主備，設置主備2臺遷移服務器，保證了素材庫和遷移服務的安全性。核心數據庫采用主備數據庫服務器。同步系統使用主備2臺泰克SPG600同步信號發生器，并使用同步自動倒換器。總控矩陣采用草谷公司128×128的高標清兼容機箱，目前配備64×64矩陣板卡，可實現同時多路外來信號實時主備。同時充分考慮直播節目的需求，系統中還配備了雙路高標清兼容延時器。

下文就太倉市廣播電視總臺硬盤播出系統采用的兩個關鍵設備進行簡要介紹。

3.1 視頻服務器

作為硬盤播出系統的核心設備，選擇一款高度穩定可靠的產品尤為重要，因為它直接關系到最終播出的安全性、穩定性和播出質量，因此這里全部采用國際知名品牌草谷公司最新的K2 SUMMIT視頻服務器，該視頻服務器采用支持熱插拔的冗余雙電源設計，確保服務器在供電方面的安全性。冗余的以太網接口配置在網絡連接上有所保障，不會因為單一網絡接口的損壞而影響控制信息和數據流的傳輸。操作系統為嵌入式英文版Windows XP系統，裝載在CF卡中，可以通過K2 SUMMIT服務器自帶的啟動優盤引導至備份恢復界面，非常方便地進行操作系統的備份與恢復，操作系統本身的安全性和可靠性也得到了強有力的保障。同時因為嵌入式系統本身的優點，系統的啟動速度更為快捷，且有助于防止病毒的入侵，安全性非常可靠。另外，雙iSCSI及雙FC接口的設計提供更多的冗余鏈路，是保證系統在任何情況下消除單潰點的非常優秀的解決方案。

K2 SUMMIT服務器作為專業播出視頻服務器，其設計更加適合于播出領域，支持1路雙向編解碼通道，3路解碼通道，可分別用于節目的應急上載、播出及審看。K2 SUMMIT服務器內置8盤位磁盤陣列，配置8塊7200轉1 Tbyte容量專用服務器硬盤，相比于傳統桌面的SA?TA硬盤，具有更高的帶寬及穩定性。通過K2 SUMMIT服務器自帶的磁盤管理軟件Storage Utility，將每2個硬盤綁定成1組RAID 1，共綁定成4組，然后創建專有的磁盤系統，實際可用容量達到3.63 Tbyte。理論上，損壞的硬盤只要不在一個組里，就可以允許有4塊硬盤同時出現故障而不影響磁盤結構，所以安全性相當可靠。目前按照12 Mbit/s的碼率進行素材采集，可存儲700 h的節目，完全能夠滿足頻道實際的播出需求。同時，K2 SUMMIT作為一款高標清兼容的服務器，同時具有高清播出功能，為以后電視節目的高清播出提前奠定了基礎，便于升級到高清播出，只需向經銷商升級相應的軟件授權，而不需要再重新購買新的硬件播出服務器。

第三級備播系統采用格非公司自主研發的Magis?tream-X視頻服務器，產品穩定，成熟可靠，在國內也有典型的成功案例。

Magistream-X視頻服務器具備以下特點：1）具有負載平衡的冗余備份電源；2）完全模塊化設計；3）IO通道數為4個，且每個通道支持單獨串口控制；4）支持嵌入式SDI接口；5）高可靠的內置存儲陣列、高可用硬盤；6）服務器內部獨立的監控檢測平臺。Magistream-X服務器在安全性方面做了全面考慮，最大限度保證播出的安全。

Magistream-X視頻服務器內置存儲陣列為12盤位的陣列，目前使用3塊2 Tbyte專用服務器硬盤，在RAID 5模式下同樣實現3.63 Tbyte的實際可用空間，與K2 SUM?MIT服務器一致。保證與K2 SUMMIT主備服務器不會存在容量上的落差，且安全可靠。如果當某一塊硬盤出現故障時，可由備份那塊硬盤自動恢復，在恢復的過程中并不影響存儲陣列的使用，保證數據完整安全地傳輸。

3.2 總控矩陣

根據信號調度系統的特點及設計參考因素，并結合太倉市廣播電視總臺的實際情況，設計了以國際知名品牌GV CONCERTO 128×128（暫配置64×64）數字矩陣為核心的總控信號調度系統，支持高標清信號的調度。總控矩陣配置了2套控制面板：信號調度矩陣XY控制面板1套，單母線面板1套，用于信號技術監看。

矩陣采用獨立機箱、雙電源、雙控制板，機箱具有良好的散熱性和防塵能力，支持7×24 h連續工作。所有組件均為前裝載式，均可熱插拔。矩陣信號輸入、輸出模塊支持帶嵌入音頻的高標清SDI信號，矩陣輸出通道具有時鐘再生功能。矩陣具有BB同步信號輸入。矩陣輸入輸出板以32路為1單元，可靈活配置。主備電源分區供電，確保信號主備路由的安全性，且電源可熱插拔，內置進口原裝電源。

該矩陣具備如下特點：

1）多格式的靈活設計。Concerto系列矩陣支持在同一機箱內多種混合信號類型，包括模擬視音頻、高標清數字視頻、AES/EBU數字音頻、時間碼及用于機器控制的串口數據。

2）線性擴展能力使升級易如反掌。Concerto系列矩陣易于擴展且成本低廉。不像大多數系統，擴容需訂購專用的輸入板、輸出板和交叉點板模塊，在該系統中僅需添加2塊板就能將64×64系統擴展到128×128系統。而且，由于采用了可分離的無源后板連接器模塊，設備擴容的線路預設成本也大大降低了。

3）高度可靠性。低功耗設計最大限度減少了組件的使用，以確保矩陣的高可靠性。目前將矩陣配置為64×64，只需2塊板卡和2個后面板，而且其內裝有多組風扇，強力制冷裝置保證了設備的出色性能和可靠性而無需外部風扇。為盡可能延長工作時間，Concerto系列矩陣可以通過配置完整的控制系統和備份電源來完成重大播出任務，也可通過配置單控制器和電源來適合一般應用。

4）高度可維護性。Concerto矩陣在維護方面也最大限度為使用者提供方便。它的后面板采用無源設計，所有模塊均可從機箱前面熱插拔，包括電源和風扇。這一特點使矩陣易于升級，且避免了到機架背面進行任何維修操作的不便。

4 傳媒中心播總控系統的安全策略與實際運用

太倉傳媒中心播總控系統，緊緊圍繞安全播出這個核心，系統的搭建也充分考慮到這一點，從以下4個方面進行了落實。

4.1 系統的三備與異構的實際應用

從系統的架構到設備的可維護性、經濟性等各方面綜合考慮，結合異構理念，采用這種主備進口服務器加三備國產服務器的架構。在實際工作中，同一類型、同批次服務器在出現故障時，特別是軟件因素造成的故障，常常可能同時出現問題，采用三備異構方式就能避免此類故障出現。對比新老兩個播出系統可以看出，類似于老的播出系統，如果只是主備服務器構架，其中有一臺出問題，需要維修或者處理時，另外一臺將處于單機工作狀態。如果此時另外一臺設備再出現問題，將直接影響安全播出。而采用三備異構方式就能避免此類問題的出現。在該硬盤播出系統中，根據系統設計需求采用K2 SUMMIT作為主備服務器，同時兼顧系統的經濟性，采用Magistream-X國產視頻服務器作為三備服務器。在任何一臺服務器出現故障的時候，通過軟件檢測，能自動對播出信號進行無縫切換。

在實際應用中，對服務器進行了大量測試，模擬當主備兩臺K2 SUMMIT服務器因素材文件在遷移過程中出現文件缺失或有壞幀所造成的服務器播出信號靜幀，或者設備硬件出現問題時的現象，由于第三級備播是不同類別的國產服務器，在素材及硬件完好時實時同步播出，通過穩定可靠智能的播控端可做到實時監測，一旦任一服務器出現故障，都能實現無縫切換，保證輸出信號無異常，安全可靠。

4.2 總控系統的實際運用

在播出系統正常工作時，總控信號調度系統承擔著對參與播出的各種視音頻信號包括演播室信號、靜止圖像信號、錄像機信號、外來信號、播控PGM及CLEAN信號的調度、處理、分配，并向播出頻道分控系統輸出信號的任務，有時甚至參與播出，作為頻道播出的備份矩陣使用。

總控系統由基準和時鐘同步系統、主矩陣、周邊設備系統、監看和UMD系統、衛星接收系統、設備監測監控報警系統和信號監測監控報警系統等部分構成。

總控系統主要承擔以下4個任務：1）為播控系統提供用于各頻道播出需要的各類信號；2）幀同步機調度，根據需要對幀同步路由進行相應的信號調度；3）各頻道播出凈信號的調度，可用于節目回錄；4）完成臺內各子系統間電視信號互連互通。

總控系統如圖2所示。

圖2 總控系統示意圖

從系統的可持續性、可發展性上考慮，在設備的選型上，充分考慮電視高清化的因素，服務器跟總控矩陣均采用高標清兼容設備，總控矩陣配備128×128機箱，目前只用了64×64，但已經滿足臺里的需要，各種直播和其他外來信號都有了備份，如果一路信號出現問題，通過簡單的切換，就能確保信號不中斷，實現安全播出。Concerto矩陣通過簡單的增加板卡，就能實現總控規模的提升，服務器均采用4通道服務器，為以后頻道擴容等提前作了充足的準備。同時也體現了該系統在節能增效上的考慮。

4.3 通道設備的交叉應用

結合太倉市廣播電視總臺實際情況，從播出系統的安全性、穩定性上考慮，頻道主通道上硬件設備都使用了備份，無法熱備的采用冷備方式，并且通道中主備設備均安置于不同機箱交叉互備，從而避免了單一節點出現問題時對系統構成的威脅。機箱交叉示意圖見圖3。

4.4 系統的智能監控系統

圖3 機箱交叉示意圖

智能監控系統具有系統硬件設備工作狀態監控、硬件系統工作狀態監控、硬件設備的輔助控制和管理、系統故障報警、故障信息記錄和綜合信息管理、機房環境和輔助設備的工作狀態監控等功能。設置了節點監測設備，從而能快速判斷故障點。關鍵節點全部設置了應急跳線，如監測到的某一節點出現問題時，利用跳線能快速跳過此設備，實現播出信號不中斷，確保安全播出。

實際運用表明，相比于原播出系統，新系統的優勢大致為3個方面：

1）這種三備與異構結合的模式進一步加強了硬盤播出系統核心版塊的穩定性和安全性，也是相較于原硬盤播出系統的一個創新突破。

2）相比原先的小型總控矩陣，新系統中多種外來信號的靈活調度、安全穩定可靠、操作性強、易于維護及易于擴展等方面的改變是顯而易見的，為整個播控系統增加了不少亮點。

3）系統通過交叉互備及相關智能監測、監控系統，對于提高系統的安全性也有明顯效果。

5 結束語

從目前日益嚴峻的安全播出角度看，此次太倉傳媒中心播總控系統中的一些設計思路和核心設備的實際運用，都較好地提高了系統的穩定性和安全性，對照國家廣電總局62號令各項要求均達到二級配置要求，部分已達到一級配置要求。通過半年的試運行，整個系統運行穩定，為確保安全播出奠定了堅實的基礎。

[1]金強.淺析分布式硬件架構的播出視頻服務器及北京電視臺新臺播出服務器系統方案設計[J].現代電視技術，2010（3）：50-53.

[2]邱海生，張玉娟.電視播出系統中視頻服務器的選購[J].電視技術，2006，30（4）：72-74.

[3]李維，許峰，丁志勝.視頻服務器播出系統設計[J].電視技術，2008，32（2）：72-74.