硬盤播出系統備份實現方式與完善措施

潘 登，徐 進

（十堰廣播電視臺，湖北 十堰 442000）

硬盤播出系統備份實現方式與完善措施

潘 登，徐 進

（十堰廣播電視臺，湖北 十堰 442000）

分析了十堰市電視臺硬盤播出系統重點設備的備份原理，并根據自身特點和系統運行中出現的問題，完善了周邊設備的備份措施。從而使得播出系統內硬件安全得到了更高的技術保障，也進一步確保了播出素材的安全，對電視臺播控機房長期穩定運行具有積極的借鑒意義。

集群軟件；心跳監測；虛擬IP地址；視頻磁盤通信協議

【本文獻信息】潘登，徐進.硬盤播出系統備份實現方式與完善措施[J].電視技術，2015，39（2）.

進入21世紀，廣播電視的數字化進程推動了硬盤播出系統在各家電視臺的應用，十堰廣播電視臺在最近10年間完成了2次硬盤播出系統的建設。如今，十堰電視臺每年完成40 000 h的播出時間，而且是6個頻道的信號輸出由1臺服務器完成，相對于單臺進口服務器最多只能完成4個播出通道而言，具有時間長、設備多、任務重等問題，安全播出工作面臨巨大挑戰。本文結合十堰廣播電視臺實際情況，闡述了實現安全播出除了要有主備系統設計和科學的系統架構，還應充分考慮備份設備的應急方案和安全措施的不斷完善[1-3]。

1 系統概述

十堰電視臺通過引進北京新奧特公司的硬盤播出技術，建設了以“神舟6000A”視頻服務器為核心的6個通道的播出系統，其他主要的服務器設備還包括：數據庫服務器系統，采用SQL Server2005數據庫和集群軟件EMC Autostart；技審服務器，安裝的是方正公司正奇“慧眼”監控軟件，利用網絡實現播出網內重要設備（服務器、數字矩陣、PC站點）及端口實時的監測；MDC服務器兼同步遷移服務器，將二級存儲的素材手動或自動實現播出視頻服務器相互遷移。

系統網絡核心設備采用思科48口千兆以太網交換機，主要用于主、備視頻服務器的素材同步以及子系統與數據庫信息傳遞。二級存儲采用的是創新科公司的企業級應用存儲系統SV1200，周邊計算機設備有播出控制工作站、上載審片工作站、節目編單工作站、監控工作站、墊播服務器、數據擺渡工作站等，如圖1所示。

圖1 系統網絡

2 服務器備份方式

2.1 數據庫服務器

數據庫服務器雙機工作方式是Active（活動）/Standby（待機），主機運行時，備機處于待機狀態。通過雙機鏡像軟件EMC Autostar 5.3實現切換，屬于純軟件模式。當主機故障時，備機馬上啟動將主機服務、數據源等工作接替，這種切換模式主要適用于主備機配置一樣且數據訪問量不大的情況，如圖2所示。

1）EMC AutoStart軟件通過交叉網線完成心跳連接，彼此發送（SEND）和接收（LISTEN）心跳。

2）當不能從節點接收到心跳信號時，EMC AutoStart軟件通過網絡發送ping，來ping這個節點，根據返回值來確定它是否失效。

圖2 數據庫服務器

3）某一節點失效后，將資源、服務轉移到正常活動節點上，并始終發送和接收心跳信號，直至雙機工作正常互相監聽心跳信號。

純軟件雙機熱備方式，可靠系數高，因為同時有2個磁盤作為數據源，且系統盤采用RAID1，進一步提高了安全系數。缺點是兩服務器間的數據實時同步是相對脆弱的環節，一旦某臺服務器出現中斷，恢復后還要進行比較復雜的數據同步恢復，并且這個時段系統處于無保護狀態。

對數據庫服務器的訪問和數據實時更新，EMC AutoStart軟件還運用了虛擬IP技術。

虛擬IP技術即通過EMC AutoStart軟件配置出一個IP地址（192.168.1.3），與真實存在的IP地址不一樣，它并不參與數據的傳輸交換，只是在服務器切換時，熱備份軟件自動將這個地址解析到正常運行的服務器上。對播出網內部用戶來說，客戶機始終訪問的是虛擬IP地址，無論是哪臺服務器處于在線狀態，操作人員都無需確認。

如圖3所示，當一臺服務器發生故障時，虛擬IP地址就像指針一樣快速改變指向，經過短暫的通信中斷，系統隨即發出信息提示，所有網內客戶機只需進行“重連數據庫”操作，就能實現與備份服務器的通信和數據庫更新，保證了客戶端數據的實時同步。

圖3 虛擬IP技術

2.2 視頻服務器

播出服務器雙機工作方式是Active（活動）/Active（活動），2臺服務器實時同步播放，將信號分別輸入主備切換器后，連同墊播服務器信號共3路，通過3選1倒換器后輸出1路信號，最后經過鍵混、音頻處理器、編碼器等設備完成信號輸出，硬件框圖如圖4所示。

圖4 視頻服務器硬件框圖

視頻服務器實時同步播放的雙機熱備方式，一直以來是電視臺硬盤播出方式的首選，其重要技術之一即視頻磁盤通信協議（Video Disk Communicitions Protocol，VDCP）的控制和傳輸方式。VDCP協議基于點對點的主從控制方式，在控制設備（播控機）和受控設備（服務器）之間進行通信，保持向主備解碼通道發送指令的一致性和同時性，實現主備輸出信號的完全同步，主要分為播出、切換、協議傳輸3個部分。

1）播出

播出就是視頻服務器對素材的解碼應用。首先在播控機上會預排出全天節目播出單；其次播出單可以定時自動或者人工手動刷新，嚴格對應每條素材的唯一ID，確認播出表內每一條內容的正確性；最后控制端則按照播出表的邏輯對解碼端口持續向解碼卡發送預卷（Cue with Data）和播放（Play）指令，順序完成播出表上每一條素材的解碼。預卷指令是在當前文件解碼后對下一文件發送的，以確認待播素材是否就緒（ID Request），包括文件長度（ID Size）、當前位置（ID Position）等信息。十堰廣播電視臺的預卷時間設定為15 s，此倒計時內待播素材被鎖定，處于保護狀態，播出表內不能對該條素材進行任何操作直至播放完畢，從而保證了解碼的連續性和安全性。播出控制指令流程如圖5所示。

圖5 播出控制指令流程

2）切換

播出控制機安裝的是神舟6000A軟件，需要設置相應的自動播出配置信息，如切換臺和播放設備的選擇、備播設備和通信端口的方式、故障報警等。其原理就是以EIA RS-422為標準，VDCP協議為基礎，通過串口傳輸同步信號，實現對主備切換器、主備視頻服務器、鍵混的一一對應控制。

播出控制軟件就是完成VDCP協議指令，所有控制指令都是應用程序經邏輯計算由底層發出，通過點對點通信由服務器接收并執行返回參數。VDCP協議的80多條指令又分為多種類型，視頻服務器常用的類型有執行控制、數據查詢、狀態查詢等。

播出中，視頻服務器需要在運行中實時提供狀態和數據的查詢信息，并發出數據，通信傳到控制機對應端口，控制程序完成對服務器進行的解碼和狀態控制。當某一頻道板卡輸出信號失效后，控制機根據服務器返回的狀態參數，讀取自動播出信息完成對切換器、鍵混設備所要執行的操作，如圖6所示。

圖6 視頻服務器運行流程

3）協議傳輸

傳輸控制協議的方式分為串口直接控制和網絡傳輸。在實際應用中，RS-422線控方式的穩定性與可靠性得到確認后，把所有的協議控制傳輸方式都改為RS-422直接控制，而不通過多串口通信服務器對VDCP協議的網絡轉換。這樣的轉換無疑增加了傳輸轉換環節，而且當大量播出文件在網內交換時，千兆以太網無法提供可靠穩定無延時的控制。但是作為傳輸方式的備份，同時又保留了網絡傳輸VDCP協議的途徑，這樣就形成了以串口控制為主，網控為輔的控制方式。傳輸控制協議方式的多樣性大大提高了播出控制端的安全系數，滿足硬盤播出系統內對視頻服務器定時、精確、有效控制的高要求。

2.3 MDC服務器兼同步遷移

元數據控制服務器（Meta Data Controller，MDC）的工作方式是Active（活動）/Active（活動），就像個調度員，當主機節點需要訪問數據時，先詢問MDC服務器數據在哪兒，得到路徑后直接去讀取調用，因此對數據的訪問并不通過MDC服務器。

遷移管理工作是通過安裝FileZilla Server軟件，完成二級陣列與視頻服務器素材的相互遷移，實現文件傳輸共享。

3 周邊設備的備份完善

3.1 二級陣列和第二備播審片服務器

二級陣列作為近線存儲體，負責播控系統中大容量視音頻素材的存儲，所有上傳視頻服務器的待播出素材都將首先到達這里。而十堰廣播電視臺自播出系統運行以來，始終沒有建立起二級陣列的異地備份，如果出現故障，則會導致大量素材丟失。

播出系統內第二備播審片服務器是和視頻播出服務器相同配置的設備，十堰廣播電視臺主要用于現場直播中的延時播出和循環播放墊片。其配置的陣列卡LSIMegaRAID SAS 9260-8i的8個內部SAS端口只使用了4個，在現有的空余盤位上安裝4塊2 Tbyte的硬盤，采用RAID5工作方式，作為二級陣列異地備份，同時也用于存儲一部分不經常使用的素材，減輕在線存儲的硬盤空間壓力。二級陣列和第二備播審片服務器這2個素材空間分別安裝自動同步軟件Allway Sync，定期自動進行文件同步，從而保障了15天時間內待播出素材的雙重異地備份。

3.2 播出控制機的N+1備份

播出控制機用于向視頻服務器發送播出控制指令，而由于十堰廣播電視臺的播出系統建設之初沒有采用硬件松耦合的方式，所以視頻服務器的素材播出高度依賴于控制機，即當播出表意外丟失時視頻服務器最多可以繼續播兩條素材，而后將不執行播出表的順序播放。因此，本文播出控制采用了N+1的備份方式，新增了2臺播出控制機，隨時備用于故障頻道播出控制，實現了播出控制表的無縫切換。這樣一來，彌補了播出控制機與視頻服務器緊耦合的不足，大大縮短了硬盤播出系統中播控機故障的恢復時間。

3.3 監控工作站的升級

自2007年6月開始，廣電總局對地方電視臺主要頻道進行網絡全程監控，這對播出工作提出了更高要求。十堰廣播電視臺一直沿用的有線電視回視信號監控系統已不能滿足播出信號的監控。因此，新增了一臺監控工作站用于播控系統中8個重要節點的監控，采用完全硬件監測的技術，將這8個關鍵點的視音頻信號輸入到海康威視DS-4000系列監控采集卡，對播出中信號中斷、黑場、畫面靜止、聲音異常等實現動態監測，出現故障自動報警，提醒值班人員及時處理。同時實現視音頻實時編碼，并將錄像存儲到硬盤上，并自動生成報警日志。

安裝正奇“慧眼”軟件，監控網絡環境，實現對播出網內重要設備（服務器、數字矩陣、PC站點）及端口的實時監測，如CPU溫度、網卡、二級存儲硬盤空間等都在監控范圍內。系統自投入使用以來，其穩定、可靠的性能確保了播出工作的順利完成。還將先進的智能化監控列入了新的工作計劃，不僅要實現對機房環境與設備狀態的監控，還要完成對設備功能的監控，如切換臺、應急開關、鍵控器、同步器、延時器，板卡運行狀態等，達到設備功能的邏輯判斷和確認，進一步保證設備和系統平穩正常地運行。

4 結束語

伴隨計算機技術、網絡技術的飛速發展和應用，以視頻服務器為核心的硬盤播出系統在各級電視臺已得到廣泛運用，但是無論多么成熟可靠的播出系統都需要不斷地完善和改進，技術工作者始終要面臨新的機遇和挑戰。

[1] 王金榮.硬盤播出系統遇到的問題與解決方案[J].廣播與電視技術，2007，15（8）：80-83.

[2] 丁克儉.數字化硬盤播控設備的日常維護[J].電視技術，2012，36（20）：97-98

[3]孫飛，劉偉，潘登，等.十堰電視臺新播控機房工程設計[J].電視技術，2013，37（16）：57-60.

責任編輯：時 雯

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10.16280/j.videoe.2015.02.015

2014-10-20