基于多點遷移技術實現的演播室互備方案

□鄧智

基于多點遷移技術實現的演播室互備方案

□鄧智

一、需求分析

廣西電視臺新聞頻道原有A、B兩套不同廠家的非編制播系統對應兩個高清演播室（面積分別為100平方米、600平方米，簡稱100演播室和600演播室），在非編網中制作節目，審核通過后將其發送至演播室的視頻服務器進行播出。去年，隨著A系統的下線，我們對頻道整個制播體系進行了改造，B系統接替A系統，同樣對應兩個高清演播室。

A系統的非編網在改造中已經移交其他制作部門使用，在100演播室遺留下的2臺視頻服務器性能還能滿足日常的播出要求。如何盡可能地保護原有設備的投資和提升兩個演播室硬盤播的安全播出級別，是我們面臨的問題。

二、方案設計

本案中，我們考慮將100演播室的2臺視頻服務器融入B系統的非編網，并將兩個演播室構建成級聯演播室，將播出素材通過多臺并行的遷移服務器輪詢調度傳輸到分布在兩個演播室的4臺視頻服務器上，確保在節目播出前兩個演播室都具備了進行節目播出所需的節目資源。運用RS422，通過播控工作站遠程交叉控制視頻服務器向演播室輸出信號，當主演播室出現故障無法工作時，可立即由備演播室進行播出，實現了兩個演播室的相互備份，大大提高了廣西電視臺新聞頻道制播體系的安全可靠性。如圖1。

三、主要功能模塊

（一）多點遷移

目前市場上的視頻服務器不支持非編時間線播出，因此在實際應用中需要有打包遷移服務器將制作好送往演播室播出的時間線打包成文件，并且遷移到目標視頻服務器。其步驟是這樣的：從數據庫或文件等獲取任務，然后根據任務的描述進行打包、轉碼、遷移等工作，工作完成后返回任務值。打包遷移服務器在演播室系統和非編系統中實際上起到了數據交換中心的作用，它的工作性質決定了它應該具有自動獲取任務、支持集群并行工作、自動負載均衡的功能。節目資源從非編提交到演播室視頻服務器的一般流程如圖2。

為了保證直播用的節目資源能高效、安全地從非編網提交到演播室視頻服務器，應從以下兩方面實現：

1.并行實現

在600演播室播出系統中配置了6臺打包遷移服務器，在并行狀態下工作。作為一個Actor，每臺服務器可以同時執行一個打包遷移任務，這些服務器由后臺管理程序Manager統一調配管理。在非編網提交打包遷移任務，Manager接收后通過輪詢方式將該任務分配給空閑狀態的服務器；當所有服務器均處于忙碌狀態時，將任務放入任務池等待執行。處于并行工作狀態下的打包遷移服務器群集最多可同時執行6個不同的任務，充分利用所有服務器的資源，減少任務排隊時間，大幅提高打包遷移的執行效率。隨著日后業務的發展，還可隨意添加新的服務器隨時并網工作，具備良好的擴展性。如圖3。

2.異步實現

在本案中，異步分為兩種情況：（1）其中一個Actor執行當前任務完畢后隨即發送空閑狀態消息到Manager，等待接收新的任務，其工作狀態與其他Actor狀態無關；（2）Actor接收到Manager發生的任務后，先查詢任務的目標視頻服務器，并確認其主備狀態，優先將節目資源遷移至主視頻服務器，如節目資源已存在主服務器存儲則將繼續遷移到備服務器存儲。

在新聞頻道演播室的使用過程中，正常情況下欄目使用的演播室是相對固定的，因此我們根據實際情況優化系統路由設置，將演播室和欄目進行綁定：直播類欄目同時綁定100、600兩個演播室，非直播類欄目只綁定其常用的演播室。使用異步遷移技術保證進入視頻服務器存儲的節目資源有效性，由于避免了將無用資源素材遷移到無關的視頻服務器，減小了Actor的作業壓力，從而增加了節目資源從非編網提交到視頻服務器的傳輸效率。在非編網提交節目資源到演播室的流程優化如圖4。

經過優化的流程在日常使用中發揮了很好的作用：（1）確保兩個演播室都具備了進行節目直播所需的節目資源，為兩個演播室相互備份提供了資源保障；（2）提高了演播室視頻服務器內的節目資源的利用率，避免無用節目資源浪費傳輸時間，占用傳輸隊列，并且大大減小視頻服務器硬盤空間的存儲壓力；（3）在特殊情況下，經過靈活、簡單的系統配置可快速實現兩個演播室所有欄目播出的完全互備。

（二）串行通信控制

出于安全的考慮，多數視頻服務器都是作為“黑盒子”的方式存在于演播室機房內，由播出控制設備通過RS422控制協議來控制視頻服務器播出。視頻服務器的控制方式通常有兩種，一種是RS422的控制方式，一種是TCP/IP的控制方式。RS422的控制方式采用專線可靠性高、通訊距離遠；TCP/IP的控制方式通過網線來完成，靈活性高、可靠性差，完全依賴以太網交換機工作。

在直播演播室中對播出控制機有著極高的安全性需求，除了要求設備穩定外，還希望播出控制機能夠脫離網絡的影響，因此提出了斷網播出的需求。斷網的情況分為兩種：一種是在播出過程中網絡出現問題，這時播出控制機依舊可以完成當前列表的播出，這是通過控制軟件的功能完成的；另一種是開始播出前網絡出現問題，這時控制機可以采用本地登陸的方式，讀取本地配置，控制視頻服務器播出，如圖5。

對比發現，基于以太網絡的TCP/IP控制方式存在無法斷網播出的重大缺陷，我們決定采用RS422通信方式。

1.RS422

RS422采用平衡發送、雙絞線傳輸、差分接收等技術，每個信號都采用雙絞線(兩根信號線)傳送，根據兩條傳輸線之間的電位差來表示邏輯狀態。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器具備更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Salve），從設備之間不能通信，所以 RS422支持點對多的雙向通信。RS422四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，數據可以同時雙向傳遞(全雙工)，各裝置之間任何必需的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線），被廣泛應用于工業控制之中。針腳定義和接口如圖6。

RS422的最大傳輸距離約1200米，最大傳輸速率為10Mb/s，其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離，只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s，需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻，終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。根據演播室播出的實際應用，RS422的傳輸距離和速度完全滿足播出控制機連接視頻服務器的通信需求。

2.視頻服務器串口通信

視頻服務器都帶有多個串行通信接口，每個接口均可通過串行通信線由外部計算機控制實現記錄與播放。要實現軟件控制錄像機工作，就必須發出錄像機的控制協議能識別的命令。

根據廠家資料顯示，我們使用的視頻服務器9芯控制協議規定相互通訊的主、從設備之間采用波特率為38.4Kbps、1個起始位、8個數據位、1個奇校驗位及1個停止位的全雙工通訊方式，并規定通訊協議的初始化由主設備完成，從設備在9毫秒內必須應答主設備所發出的指令，如超過10毫秒將被視為超時，這也要求主設備在10毫秒內不能連續發出指令。其中從設備的應答分為三種類型：NAK+錯誤碼——沒有定義的指令或通訊出錯；COMMAND+數據——如果命令要求返回數據時，例如編輯器要求返回時間碼；ACK——如果命令不要求返回數據時，如編輯器發出的PLAY等命令。

3.視頻服務器RS422座針腳定義

根據視頻服務器廠家資料顯示，其相應插座類型、針腳定義如圖7。

4.播出控制工作站與視頻服務器串行通信線路的連接

根據串口通信協議線序匹配：R對T，正對正，負對負，地對地，即：RX+〈----〉TX+;RX-〈----〉TX-; TX+〈----〉RX+;TX-〈----〉RX-;GND〈----〉GND，我們得出播出控制工作站與視頻服務器間的控制線序為：

播控工作站RS422(IN)主備

（作者單位：廣西電視臺）