電視臺高清收錄網絡系統探析

黃登權

（福州廣播電視臺，福建 福州 350014）

一、引言

隨著高清和超高清時代的到來，人們對視頻節目的質量和要求越來越高，電視臺對衛星、有線、互聯網等各類高標清節目的收錄需求越來越大，福州廣播電視臺在現有收錄系統基礎上，建設基于IP網絡的高清收錄系統，實現信源轉化歸一化、數據傳輸IP化、節目存儲數字化、內容應用多樣化，為電視節目制作提供強有力的素材保障。

二、系統建設目標

新建設的系統是在現有20路標清SDI信號收錄通道和6路標清ASI單節目流收錄通道基礎上，增加7臺央視高清專用衛星接收機、2臺高清衛星接收機、8臺有線數字信號高清解碼器和高清信源設備若干，以及對收錄通道進行相應擴容，以滿足全臺與日俱增的節目信源和收錄量的需求。

建成后的收錄網，應具備一定的信號處理能力，以應對現行的多格式視頻編碼和不同的衛星調制方式，保障信號能夠以IP組播流的形式正常被收錄和傳輸，并進行數字化存儲和多樣化應用。

三、系統設計原則

（一）安全性原則

充分考慮網絡架構的安全穩定，在信號采集、節目存儲、數據管理等方面具備足夠的可靠性。系統運行穩定，面對各種突發情況具備應急響應和系統恢復能力。

（二）高效性原則

系統需要有高效、迅速的特點，節目采集交互流程更需要注重優化處理，提高上游環節對下游環節的支持，優化收錄系統與其他業務系統的接口，提高效率。

（三）先進性原則

系統設計應該充分考慮目前廣電行業先進的高清技術，結合先進的信息技術，適當地考慮媒體發展的前瞻性技術，確保系統后續的拓展升級能力。

（四）開放性原則

系統設計要符合《電視臺數字化網絡化建設白皮書》的各項技術規范，具備開放體系，為后續接入其他資源預留接口。

（五）擴展性原則

系統設計需考慮后續與廣播電臺的整合，后續可無縫兼容音頻信號采集。此外收錄系統可同時為臺內高標清制作系統提供交互共享功能，實現業務系統間的互聯互通。

四、系統整體結構設計

（一）全IP化收錄數據流程設計

如圖1所示，根據信號的數據流向，將全IP化收錄系統分為信源歸一化子系統、IP交換網絡子系統、IP流錄制子系統、IP流內容交付子系統四個部分。

信源歸一化子系統主要負責將各種前端的信源統一處理成IP化的單節目流，通過TS over UDP協議進行數據封裝。通過對所有信號源的IP化處理，極大地減輕了后端傳輸網絡、信號錄制服務器的壓力。

傳輸交換網絡主要由網絡交換機構成，為了確保安全，在傳輸交換網絡中采用全冗余構架設計；此外，傳輸交換網絡上既要傳輸IP化的視音頻數據流，同時也要負責存儲訪問、數據庫訪問、服務器通信等業務數據傳輸。

IP流錄制子系統負責從交換機上獲取相應的IP流視音頻信號數據，并對IP數據包進行解析，最終將視音頻信號錄制到服務器本地硬盤，供內容交付子系統按需下載。

IP流內容交付子系統是收錄系統對外提供服務的子系統，其核心職能為根據收錄計劃或收錄預約單從收錄服務器上下載相應的視音頻文件，并可對視音頻文件進行碼流修復、轉碼等處理，最終將業務系統需要的收錄文件傳輸到業務系統，供業務系統進行后續的編輯制作。

（二）系統總體拓撲架構設計

如圖2所示，信源歸一化子系統針對不同的信號來源，采用不同類型的處理板卡，包括8通道SDI編碼卡、16通道ASI—IP轉換卡、64×32MPTS多節目IP流—SPTS單節目IP流轉換卡等，每一類板卡都可同步輸出2個完全一樣的IP流，分別接入兩個以太網交換機。

傳輸交換網絡由2臺交換機進行堆疊，在網絡鏈路上進行雙鏈路冗余或單鏈路主備設計。傳輸交換網絡上既要傳輸IP化的視音頻數據流，同時也要負責存儲訪問、數據庫訪問、服務器通信等業務數據傳輸。通過在網絡上劃分不同的VLAN,隔離視音頻數據流和業務數據流，避免UDP組播信號對業務數據傳輸的影響。

圖1

圖2

IP流錄制子系統由多臺錄制服務器構成，每臺服務器采用單機工作模式。為了確保錄制系統的安全可靠，采用主備錄制服務器分別從兩個交換機上獲取IP流信號同步錄制的方式，主備服務器相互備份。

IP流內容交付子系統包括收錄編單管理工作站、收錄編單接口服務器、數據庫服務器、收錄網關調度服務器、收錄網關執行服務器等。系統根據收錄預約單的需求，指揮調度收錄網關執行服務器從相應的錄制服務器上下載視音頻文件，在下載的同時可以進行TS碼流修復、轉碼等操作。

（三）設計要點

（1）針對各種信源的IP轉化處理，降低系統復雜度和建設成本。收錄系統將各種信源，轉化為基于UDP協議封裝的TS over IP流，在網絡中進行實時轉發、傳輸，增強了安全性，可保證信號質量，降低了系統復雜度和建設維護成本。

（2）7×24小時不間斷資源收錄，全天候存儲視頻資料。錄制服務器7×24小時不間斷循環收錄讓收錄過程不再依賴于收錄編單，提供全時段的視頻資料，滿足各種素材收錄需求。

（3）文件碎片化存儲、自動合并，支持邊收邊編等高時效性場景。錄制服務器可根據節目的需求預設錄制時長，或者按照事先設定的文件大小進行分塊存儲，系統對分塊存儲的資料自動進行管理，下載時根據需求把相應文件片自動合并成一條素材進行轉發或者提供下載。

（4）TS流自動檢測及修復，為下游業務系統提供可靠的收錄服務。由于TS流信號在編碼、復用、解復用、衛星傳輸、網絡傳輸過程中，可能會有PCR抖動、PCR不連續等不確定因素，如果不進行處理，會出現視頻音頻不同步甚至無法正常播放的現象，通過應用碼流修復技術，保證了收錄之后節目文件的可用性。

（5）全冗余架構設計，對所有可能發生故障的環節都有應對方案。在網絡傳輸方面通過雙交換機雙鏈路的方式，確保原始信源到錄制服務器各個環節都有備份鏈路；在錄制過程中，對重點的節目信號采用備份錄制服務器獨立同步錄制的方式，而且備份錄制服務器所錄制的信號鏈路也是相對獨立的。

五、系統實施方案

（一）信源歸一化子系統設計及實現

針對不同的信號源采用不同的信號處理卡來處理，將各個來源不同的信號，歸一化到TS over IP流。

通過3塊8通道SDI編碼卡對現有的20個SDI標清信號進行編碼，編碼后的主備單節目IP流分別輸出到2臺以太網交換機。

采用1塊16通道ASI信號打包卡對所有的ASI信號進行重新封裝，最終輸出主備2路一樣的IP流信號到2臺以太網交換機。

對于多節目IP流，采用1塊多通道IP碼流調度卡進行解復用并封裝為若干單節目IP流，每個調度卡上有2個獨立的64×32調度模塊，每個模塊分別從物理上連接到不同的交換機，錄制子系統的主備錄制服務器也連接到不同的以太網交換機上。

（二）IP交換網絡設計及實現

傳輸交換網絡主要由網絡交換機構成，為了確保安全，采用全冗余構架設計。在IP交換機網絡中，一臺交換機上同時具備IP流數據流的交換以及文件和控制的交換。為提高設備的性能，避免UDP組播對其他業務和數據通信的干擾，該設計中將一臺交換機劃分為兩個VLAN，其中一個VLAN來實現IP流數據的交換，另外一個VLAN來實現文件交換以及控制消息的傳輸。交換機采用虛擬冗余路由協議（VRRP）進行熱備冗余。在交換機故障時，能夠實時自動由備交換機接管工作，從而保障信號及數據不因交換機故障而中斷傳輸。

（三）IP流錄制子系統設計及實現

IP流錄制子系統由多臺錄制服務器組成。為了確保錄制系統的安全可靠，主備錄制服務器分別從兩個交換機上單獨獲取IP流信號，并進行同步錄制，主備服務器相互備份，確保數據安全。

IP流錄制服務器采用了通用服務器+收錄軟件的架構，每臺服務器可以處理10路以上的MPEG2/H.264高標清節目。同時，服務器支持自定義視頻和音頻錄制參數，滿足不同格式的需求。

IP流錄制服務器可通過下載接口（HTTP方式）向外系統提供下載服務，包括指定通道、指定起止時間、指定碼率、指定節目等。

IP流錄制服務器采用磁盤空間預分配技術，預先分配磁盤空間，再寫入數據，以減少磁盤瑣碎的磁盤碎片，提高硬盤的訪問速度，進而避免同一時間創建大量文件，并且可自動實現7×24小時循環收錄，實現了先入先出的原則，無需人工刪除錄制文件。

（四）IP流內容交付子系統設計及實現

內容交付子系統支持在系統內進行收錄任務編單，同時也提供收錄單接口，業務系統的編單軟件可通過調用該接口添加預約收錄任務。收錄任務單都存儲在收錄數據庫中。

收錄網關調度服務器通過輪詢收錄數據庫，獲取收錄任務，并根據任務要求調度收錄網關執行服務器從相對應的碼流錄制服務器上下載目標碼流文件，同時對碼流進行修復。

根據不同的收錄預約類型和資源交換方式，收錄執行服務器可以直接將文件傳輸到業務系統指定的存儲路徑，如果有轉碼需要，則先到收錄系統緩存進行轉碼，完成轉碼后再傳輸到目標系統。

根據不同的系統資源交換方式，傳輸完成后收錄系統可調用業務系統的入庫服務接口，由業務系統自動入庫；對于更加松散耦合的情況，可以在將文件傳輸到業務系統存儲后，由業務系統的目錄掃描軟件自動發起入庫流程或者由人工導入業務系統。

（五）系統安全設計及實現

系統在設計時，著重從數據安全、網絡安全、管理安全等方面加強安全措施。在數據安全上，采用了數據庫集群的方式，在主備的數據庫服務器上安裝SQL數據庫軟件，用Legato Co-Standby Server進行雙機熱備，數據服務器間通過鏡像引擎來實現數據的復制、共享以實現集群功能。數據庫服務器與兩個核心交換機實現交叉鏈接，數據庫服務器之間用雙路千兆以太鏈路實現心跳實時檢測，實現鏈路交叉冗余備份。

在賬戶管理上，采用統一認證的LDAP產品與Windows的域策略結合，用戶登錄系統以后只能運行指定的程序，只能看到其被授權看到的資源和只能進行可允許的操作，而不能訪問未授權的磁盤和應用程序。

系統運行后，結合系統實際設計一套合理的管理制度，詳細說明操作流程和應急預案，確保系統安全穩定運營。

六、結語

福州廣播電視臺高清收錄網絡系統有效地融合了廣電技術和IT技術，實現了收錄系統的網絡化、高清化、智能化，將衛星、有線、媒資庫等分散的媒介資源與節目制作系統、包裝系統、新媒體平臺連接起來，提升了視頻資料的利用率和共享率，提高了節目的制作效率。