北侖電視臺硬盤播出系統的設計與實現

文｜葉建建 黃匯宇

為了加強用戶體驗，從數字電視技術不斷發展的浪潮來看，標清向高清的轉換是必然的，但需要有一個過渡期。為了適應當下趨勢及滿足臺內節目播出的需求，北侖電視臺的這次硬盤播出系統建設除了2個標清頻道之外，還具備了一個高清測試頻道的同播能力。

系統設計原則

在設備選型上充分考慮了系統的安全性，先進性，應急能力，播出功能，擴展能力。整個系統要求配置靈活，易于操作，維護方便。

1） 高可靠性

播出系統要求有極高的運行可靠性，同時系統設計中加入完善的應急方案。

2） 先進性

系統設計保證與國際技術發展潮流同步，在播出的各個環節均能達到數字化的技術要求。

3) 經濟性

對系統進行統籌規劃，所有設備具有最佳的性價比。

4) 可擴展性

保證系統功能清晰，簡潔，擴展靈活，滿足系統的擴展需求。

5） 易于管理操作

播出系統主要用于電視播出，因此要求系統易于操作，應急快速，便于管理，維護方便。

系統構成

本高標清數字硬盤播控系統，遵循成熟的系統架構，核心設備視頻服務器采用1+1主備方式，負責節目的上載和播出?？刂葡到y、視音頻系統中的主要設備，也按頻道均采用1+1主備方式，保證系統無單潰點，任一設備出現故障，播出業務不中斷，避免播出事故。系統網絡及控制如圖1所示。

1. 視頻服務器

圖1

視頻服務器是播出系統的核心設備，且一旦上線，將長時間不間斷進行編解碼工作。因此，播出解碼工作的穩定性至關重要。因此我們本次采用了硬件芯片編解碼的視頻服務器。

圖2

圖3

服務器的通道配置如圖2所示：

系統共配置2臺視頻服務器，4塊編解碼卡。其中2塊5001板卡為3通道標清編解碼模塊，包括1個半雙工編解碼通道和2個獨立解碼通道；5321板卡提供2個半雙工編解碼通道；5501板卡雙通道獨立解碼，支持高清上下變換，用于高清節目播出。根據圖示，實際使用中，2個標清頻道均配置1+1主備播出通道，高清測試頻道配置1個通道，一共有2個標清上載通道和2個高標清兼容上載通道用于播出節目上載。這種配置方式功能齊全，單臺視頻服務器即可完成上載、審片、播出的全流程，可以應對系統崩潰的極端情況。

節目素材在上載/審片系統完成編碼后，根據通道的配置遷移到主或備視頻服務器；近日不播，但將來可能使用的節目素材如電視劇，根據相關策略遷移到二級存儲，在一定時間范圍內重播將不需要重復上載。

我們要求播出視頻服務器支持15天的節目存儲量，這樣可以應對節假日期間無人上載或內容管理系統出現問題無法遷移的情況。為此，視頻服務器配置了6T有效存儲，可以存儲12Mbps節目約920小時，即2個頻道可以存大約20天全天節目，完全滿足需求。

此外，我們配置的播出的視頻服務器還具備RAID6雙校驗；各編解碼通道，風扇，硬盤等關鍵部件支持帶電熱插拔等特性，十分安全可靠，出現問題后在線維護也十分方便。

2. 上載系統

上載信號主要分為兩類，第一類是外來信號包括CCTV信號，各演播室信號，其它信號；第二類是4部錄像機及2臺DVD信號，所有的信號進入矩陣后，經調度分別送往各個上載通道進行上載。

本次在上載系統設計了一套上載調度矩陣，所有上載通道可以共享系統的4臺錄像機信號、CCTV信號、各演播室信號等，可以豐富上載的內容和形式，比如通過視頻服務器的上載通道對演播室的直播節目進行編碼上載，并通過打點、審看等環節后，可以迅速的進行重播。

同時，該模式也可以使上載錄像機可以作為播出信號源，為播出信號源提供更多選擇。

上載系統如圖3所示。

3. 二級存儲

由于硬盤播出系統完全采用的是文件化的節目準備過程，節目文件的可管理性、安全性都是重中之重。因此，我們為播出系統設計配置了一套大容量二級存儲系統。一方面為播出節目文件提供一個集中存儲池，方便統一管理、調度；一方面在播出視頻服務器與上載、外部接口等節目輸入環節間增加一個環節，支持通過自動技審、MD5校驗、軟審片等功能對節目的質量、內容做審核，避免有問題素材直接進入播出視頻服務器，提高了安全性。

二級緩存配置了14塊2TB的硬盤，其中包括2塊熱備份硬盤。做RAID校驗后，實際有效空間為13.5TB，按30%冗余計算，可得出以下結果：

1小時標清素材占用空間為

13.5 Mbps×3600sph/8/1024=5.93GB

二級緩存共可存儲標清素材：

13.5 ×1024/5.93=2331小時

4. 播出和制作交互介紹

臺內擁有一套節目制作系統，兩套系統運行于獨立的兩套網絡中；播出系統要兼顧到與節目制作系統的互聯互通，實現從節目制作系統到播出系統的文件化傳輸，提高效率。在實現播出和制作互聯的情況下要全面保證播出系統的安全，保證節目制作系統出現故障或者感染病毒時，也能確保播出系統不受破壞，保證安全播出。

圖4

本系統中，我們在DMZ區部署一臺接口服務器，制作系統與播出系統通過WEBSERVICE方式和接口服務器遷移程序通信約定文件傳輸細節，接口服務器通過雙網卡獨立工作的方式，全面保證從制作網到接口服務器和從接口服務器到播出網都具有千兆的極速傳輸能力。該接口服務器通過IPSAN的方式掛載存儲確保接口處存儲容量不會成為瓶頸。具體文件交互流程如圖4所示。

播出系統和制作系統實現網絡連通以后，由于制作系統的安全級別較低。因此在網絡安全的角度會為播出系統帶來相應的安全風險，為了保證播出系統的安全，在該系統中配置了專門的硬件防火墻來做NAT轉換和鏈路隔離，只允許指定的端口和相應的業務傳輸，禁止其他業務傳輸。

5. 播出監看與系統監控

為了實現對播出有關信號的實時監看，我們采用了多畫面分割器和大屏幕顯示器的集中監看方案，共配備5塊55英寸的液晶大屏，其中3塊用來監看各個頻道播出情況，1塊監看錄像機及外來信號源，最后1塊用作系統監控，監看各個重要節點。另外還為上載與審看，字幕機，技監等配置了9英寸小監視器，既方便了操作也更加人性化。

本系統設置了1臺設備狀態監控工作站，1臺設備狀態監控服務器，如圖5所示。系統采用分布式的結構，分布的信息采集服務器，統一的核心服務器，以及分布的顯示客戶端。分布式結構滿足跨網絡設備采集的需要，以及多客戶端顯示的需要。

采集服務器的功能是與具體的設備通過SNMP協議進行通信獲取狀態信息并隨時刷新；服務器，二級存儲，交換機，畫面分割器，工控機，字幕機，臺標機等播出線上的主要設備通過SNMP協議將設備重要的部件信息和相關軟件服務信息以二進制的方式交互到采集服務器，采集服務器實時將信息通知給核心服務器。核心服務器負責接收采集服務器發來的設備信息，進行數據分析，并將客戶端訂閱的設備信息發送給顯示客戶端。核心服務器同時支持一些必要的服務，如獲取播出節目單，設置報警的自動屏蔽等。最后顯示客戶端用來集中顯示所有的設備信息以及報警信息，管理用戶可以進行系統設置。同時顯示客戶端具有聲音報警功能，將當前正在發生的故障通過聲音或語音報警提示給用戶。

圖5

通過采用專用的監控系統對播出系統中使用的設備、軟件的工作狀態進行統一監看，滿足值班人員對當前設備、軟件工作狀態了解的需要，并將播出系統運行過程中出現的錯誤及時通知給值班人員。系統同時具有聲音提示、日志記錄等功能，將出現的故障信息及時通知給用戶，并記錄下來以供事后查詢的需要。

6. 同步系統與時鐘系統

系統配置了2臺同步信號發生器和1臺同步信號倒換器，2臺同步信號發生器互為主備。系統配置了1臺GPS時鐘，后新增1臺北斗時鐘，1臺時鐘倒換器，既利用了現有設備，又提高了安全性。

7. 供電與環境

為了保證播出系統所有的設備24小時不間斷供電，中心機房每個機柜和上載編單、播出控制都分別安裝了主備2排插線板，一排是由UPS供電，一排是市電供電，所有雙電源設備均以UPS為主電源，單電源設備均掛載在UPS上，這種方式在一定程度上保證了用電安全。將來在資金允許的情況下，再改造為雙路UPS供電，以支持播出系統的不間斷穩定運行的需求。

機房內配置了通信機房專用空調，安全穩定，制冷效果好，保證了機房恒溫恒濕，這樣一方面可以降低設備故障概率，另一方面也可以延長設備使用壽命，保護投資。

系統安全性及應急措施

在該系統中針對節目的安全性，引入了節目內容的自動技審，自動檢測節目中的黑場，靜幀，彩條，爆音等視音頻指標，既能有效提高節目的審片效率，又能充分保證節目內容的正確性。針對節目傳輸過程的安全，我們引入了MD5的校驗機制，保證節目通過網絡傳輸過程中不會被替換或者修改，保證節目傳輸前后的一致，提供節目在傳輸過程的安全。

播出系統的設計還應考慮到系統在特殊情況下的處理措施，比如情況緊急，設備故障等等。經過分析，我們把這種情況分為兩類，其一是緊急情況的處理，這種情況下系統沒有故障，只是時間緊急造成的；其二是應急情況下的處理，在這種情況下主要是某個軟硬件設備的原因造成的。

第一種情況主要指的節目準備的工作中，即在播出前較短的時間內需要播出的還沒有準備好，這種情況往往以新聞類節目居多。從制作網通過網絡文件化的傳輸到播出系統的過程雖然會比傳統磁帶上載審片會更快捷，但是，文件化的傳輸同樣需要時間。因此在播出系統中需要對文件傳輸的節目設置相應的“關門時間”，即播出前最后可以提交傳輸的時間；目前臺內制作網到播出網文件的傳輸日常采用松耦合的接口方式,對于時間緊急的播出,通過管理來嚴格控制關門時間,在緊急的情況下，采用磁帶等介質直接播出，對于更加緊急的情況，只能考慮在線直播的方式，但受制作設備較播出系統的播出服務器安全穩定性較低等因素的限制，會使播出的安全性失去保障，所以一般不建議通過編輯設備做在線直播。

第二種情況一般系統仍能夠進行正常的播出，在本系統中核心設備已經采取了主備冗余的配置，出現故障時能進行及時的切換，保證播出的不中斷。若是在系統視音頻系統內的某個環節出現故障的情況下，系統可以通過跳線將該環節跨過去進行應急播出。

在平時播出設備維護中，對數字硬盤播出系統的指標在實際測試和運用中發現，如果單純地以技術指標作為衡量數字播出中圖像質量的標準，必定存在一定的誤區，只有做到指標與主觀判斷相結合，才得以保證數字電視信號“高效優質安全”地播出與傳輸。

總結

本系統總的設計比較完整，功能齊全，但受資金限制有些環節備份還不夠完善。在平時的維護中必須對這些環節多加關注。并已于2012年6月11日正式上線播出。

電視節目的安全播出是一項重要工程，不能僅僅依靠播出系統的設計，還應增強各個崗位同仁包括記者，編輯，制作人員的節目安全播出意識，同時加大技術管理部門對播出節目的技術審查力度，完善各項規章制度，讓安全播出深入人心。