制播一體網(wǎng)絡系統(tǒng)設計與實施

周俊光

為進一步打造節(jié)目品牌,提高節(jié)目制作水平和播出信號質量,撫州電視臺針對臺內采編播設備陳舊、老化嚴重的狀況,動工興建了兩頻道制作播出一體化網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡采用模塊化設計,集成度高、安全性好,維護量小同時具有超高的性價比,具有一定的先進性和可發(fā)展性。

系統(tǒng)需求分析

撫州電視臺現(xiàn)開辦了兩個頻道,每天每個頻道播出時間18個小時,其中自制節(jié)目兩個時間,節(jié)目包括新聞類、社教類、專題類、廣告類。為此,在本系統(tǒng)中設計有卡編輯站點7個(其中一臺含配音功能),無卡編輯站點5臺,配置3臺配音工作站和編輯/審片工作站。新聞、社教、專題由于其制作程度相對復雜,要求采用MPEG-2 I 25Mbps格式進行保存和編輯,存儲空間為12.5GB/小時。廣告文藝、宣傳預告節(jié)目采用庫方式預先存儲一定數(shù)量的節(jié)目供編輯時使用,由于此類節(jié)目絕大多數(shù)僅為添加字幕編輯和簡單對編,因此采用MPEG-2 IBP 8Mbps格式進行存儲和編輯,存儲空間為3.6GB/小時。

在制作網(wǎng)中,我們選用了索貝ENE-B100型網(wǎng)絡中央處理單元——藍箱。藍箱是制作系統(tǒng)中一個高度集成化的系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)庫服務器、文件存儲服務器、磁盤陣列和千兆以太網(wǎng),與外界(編輯站點、網(wǎng)關站點、播出系統(tǒng))僅有以太網(wǎng)接口相連。存儲容量設計為1.92TB。

另外,根據(jù)撫州電視臺的實際情況,我們在節(jié)目播出系統(tǒng)中配置3臺播出/上下載工作站,完成每天大量電視劇的上載;播出方式采用控制、播出分離的方式,采用4臺播出控制工作站用于完成2個頻道及播出備份的控制工作。所有節(jié)目均采用MPEG-2 IBP 8Mbps格式進行保存和播出,播出系統(tǒng)選用ENC-Redbox型——紅箱。紅箱是播出系統(tǒng)中一個高度集成化的系統(tǒng),包括網(wǎng)絡服務器、播出服務器、磁盤陣列和千兆以太網(wǎng)交換機,與外界(紅箱、上載工作站、播出控制站相連)僅有以太網(wǎng)接口相連,存儲容量設計為1.92TB。

系統(tǒng)方案概述

根據(jù)制作播出設備數(shù)字化改造的總體要求,結合數(shù)字化、網(wǎng)絡化的發(fā)展趨勢,撫州電視臺采用了索貝公司最新推出的E-Net小型節(jié)目制作/播出一體化網(wǎng)絡系統(tǒng)。該系統(tǒng)核心組件分為藍箱(制作系統(tǒng))和紅箱(播出系統(tǒng)),將兩者用千兆以太網(wǎng)相連接,構成制播一體網(wǎng)。

網(wǎng)絡化節(jié)目制作體系。索貝E-Net系統(tǒng)中的非編系統(tǒng)不同于以往傳統(tǒng)的視音頻處理板卡的非編系統(tǒng),它采用純軟件的編碼及廣播級的I/O通道技術,最大程度的保證了節(jié)目的視音頻質量,同時大幅提高了整個網(wǎng)絡產(chǎn)品的穩(wěn)定性和安全性,易于升級和維護。

首先,我們使用了CPU+GPU+I/O板卡技術。在傳統(tǒng)的以專用處理板卡為核心的編輯系統(tǒng)中,計算機CPU僅僅負責實現(xiàn)交互界面和文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲的功能,視音頻信號的輸入、壓縮、解壓縮、特技、合成、輸出等處理工作全部通過板卡完成,但專用板卡價格依然比較昂貴并且兼容性、穩(wěn)定性較差。CPU+GPU+I/O卡技術在極大提升編輯系統(tǒng)的兼容性、穩(wěn)定性和性能價格比的同時,充分利用了軟件的靈活可升級特性,通過對PC平臺的簡單升級或更換,可以實現(xiàn)編輯系統(tǒng)幾乎無限制的功能擴充和性能提升。CPU+GPU+I/O卡技術通過利用PC平臺系統(tǒng)中的通用CPU、顯示卡上的通用GPU以及復雜度相對較低的視音頻I/O板卡共同組合完成原來由一片或一套專用板卡所完成的功能。圖1、圖2描繪了基于CPU+GPU+I/O卡技術的視頻采集和雙路實時輸出過程。

圖中不難看出,原來由專用板卡完成的大部分功能都通過CPU和GPU運算以軟件的方式實現(xiàn)。CPU負責完成視頻數(shù)據(jù)的編解碼運算,GPU負責實現(xiàn)視頻特技和合成運算,只有基帶信號的I/O需要通過特定的I/O板卡完成。

其次,我們使用了千兆以太網(wǎng)的中心存儲和傳輸技術。不可否認,FC這種帶有交換方式的總線技術所構成的存儲網(wǎng)絡系統(tǒng)憑借其持續(xù)穩(wěn)定的總線帶寬特性以及無單點故障的強大安全性,毫無疑問地將在目前乃至未來的若干年的大型網(wǎng)絡項目中保持絕對的主導地位。作為中小規(guī)模的編輯網(wǎng)絡系統(tǒng),千兆以太網(wǎng)所構成的非線性編輯網(wǎng)絡具有性能價格比高、搭建和維護簡單的優(yōu)勢,非常適合中小型電視臺的使用。

幀緩沖機制:幀緩沖技術的設計思路來源于磁盤系統(tǒng)的高速緩存技術,是類似于流媒體技術的一種網(wǎng)絡高速緩存機制。以播放過程為例:開始播放時,編輯軟件在工作站端建立一個緩沖區(qū),當網(wǎng)絡傳輸產(chǎn)生抖動導致帶寬降低時,緩沖區(qū)起到數(shù)據(jù)緩存的作用,直到帶寬恢復。在這個過程中,只要幀緩沖區(qū)不發(fā)生下溢,緩沖區(qū)中所保存的數(shù)據(jù)就可以保證播放保持持續(xù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸,從而避免播放丟幀。播放緩沖區(qū)的大小需要根據(jù)網(wǎng)絡的實際情況進行調整。

網(wǎng)絡存儲服務器:網(wǎng)絡存儲服務器是網(wǎng)絡化編輯的核心設備,它所能夠提供的最大有效帶寬決定了網(wǎng)絡的規(guī)模和網(wǎng)絡傳輸性能。通過在存儲服務器中選用支持Interrupt Moderation和NAPI技術的服務器級網(wǎng)卡并對網(wǎng)卡參數(shù)進行調整,從而降低網(wǎng)卡產(chǎn)生的中斷頻次,提高CPU的處理能力,增加網(wǎng)絡帶寬利用率。通過選擇帶有TOE(TCP/IP Off-loading Engine)的千兆以太網(wǎng)卡可以將全部四層網(wǎng)絡協(xié)議的處理轉移到板卡上的TOE芯片處理,有效的降低處理器負載,提高網(wǎng)絡效率。

硬盤陣列系統(tǒng):作為存儲介質的硬盤陣列系統(tǒng),基本上外置的接口均采用了Ultra320 SCSI接口,而內置的硬盤有三種:PATA(IDE)、SATA和SCSI。采用SATA硬盤的磁盤陣列系統(tǒng)是最佳性價比的選擇。目前測試所得的SATA磁盤陣列速度已經(jīng)接近200MB/s,已經(jīng)達到SCSI磁盤陣列的速度。

硬盤播出控制系統(tǒng)。播出服務器擔負撫州電視臺兩個頻道的節(jié)目播出,由于其節(jié)目連續(xù)播出時間長,因此對播出服務器的要求極高,為此采用一些特殊的設計,保證了播出穩(wěn)定性和安全性。

播出控制和播出服務器分離:播出服務器(主備)只負責硬盤節(jié)目的播出,播出控制工作站負責完成對所有參與播出的設備進行控制(如播出主備服務器、播出錄像機、播出切換矩陣等)。在系統(tǒng)設計中,對播出控制工作站采用主備的方式來保證所有頻道播出控制的安全性。在實際使用過程中,當某頻道的播出控制工作站出現(xiàn)臨時故障時,由于播出控制和播出服務器分離,因此播出控制工作站的故障并不會影響節(jié)目的播出,此時只需要重新啟動播出控制工作站后打開播出節(jié)目單即可繼續(xù)進行節(jié)目播出控制。在單播出控制工作站發(fā)生暫時無法恢復的故障時,制作人員只需通過使用備份播出控制工作站打開該頻道的播出節(jié)目單,并將發(fā)生故障的播出控制工作站的RS422切換開關切換到備用播出工作站上即可繼續(xù)進行節(jié)目播出控制。

媒體網(wǎng)關技術:使用MEGAServer媒體網(wǎng)關技術完成節(jié)目的上/下載及播出,由于在I/O通道上沒有編碼器,長時間工作不會產(chǎn)生大量的熱量,因而能保持較高的穩(wěn)定性。另外,通過使用網(wǎng)絡傳輸節(jié)目文件的方式保證節(jié)目傳輸不受到任何形式的損失,從而保證了節(jié)目傳輸?shù)母咧笜恕?/p>

一、上載工作站設計。播出系統(tǒng)中的上載工作站其主要的任務是完成錄像帶節(jié)目和其它媒體節(jié)目的上載工作。在撫州電視臺,其主要節(jié)目均通過網(wǎng)絡制作并通過轉碼后遷移到播出系統(tǒng),但仍然不可避免的還有部分錄像帶或其它存儲介質的節(jié)目考慮到效率問題而需要直接通過播出上載工作站上載到播出系統(tǒng)。為保證電視劇上載有足夠的空間,不僅在紅箱上給了1.2T的容量,還在上載工作站外掛了3個400G的硬盤,使電視劇存儲容量達2.4T,可保存一個月的電視劇。播過的電視劇下次直接調用,避免了電視劇重復上載造成的信號衰減,提高了工作效率。

二、轉播節(jié)目設計。由于在轉播信號中無法輸入系統(tǒng)同步信號,為了保證節(jié)目播出切換時畫面的穩(wěn)定,在設計上使用了時基校正器來進行對轉播時的系統(tǒng)同步,經(jīng)過系統(tǒng)同步后的轉播信號通過分配器分配到2個頻道進行轉播播出。

三、時鐘同步系統(tǒng)設計。采用GPS衛(wèi)星信號獲取北京標準時間的方式來完成整個系統(tǒng)時鐘和北京標準時間的同步。

四、系統(tǒng)同步系統(tǒng)設計。在播出系統(tǒng)中,由于參與播出的節(jié)目信號源不同,各自的同步基準也不相同,為了保證各類信號源在播出切換時圖像的穩(wěn)定,需要使用統(tǒng)一的基準同步信號(同步信號發(fā)生器)將所有參與播出的信號源進行同步處理。

五、安全備份設計。為了進一步提高播出系統(tǒng)的安全保障措施,在播出系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)均設計有相對應的備份,其具體備份點有播出服務器全局備份、播出切換矩陣全局備份、播出控制工作站全局備份。通過這些重要部位的全局備份,使得在整個播出系統(tǒng)中不會因為單一的崩潰點而造成某個頻道無法正常播出的現(xiàn)象發(fā)生。

六、防病毒處理。制播網(wǎng)視音頻傳輸采用很少被病毒感染的AVI,WAV格式;屏蔽USB等數(shù)據(jù)端口;外面的文件素材必須先在未與非編網(wǎng)連接的專用電腦上殺毒,再在制作網(wǎng)上專用電腦上查殺才能進入。

(作者單位:撫州電視臺)

欄目責編:肖月