播出服務(wù)器的發(fā)展

萬 劍

（武漢廣播電視臺(tái) 播出傳送中心，湖北 武漢 430015）

1 Grass Valley視頻服務(wù)器發(fā)展歷程

從1995年，視頻服務(wù)器誕生，至今已經(jīng)走過了15個(gè)年頭。PINNICAL，Seachange，Sony，GVG，Harris，Omneon這些國外的巨頭都曾經(jīng)涉足這一市場，并有成功的播出應(yīng)用產(chǎn)品。筆者作為長期工作在播出第一線的技術(shù)人員，以Grass Valley產(chǎn)品為例，總結(jié)了服務(wù)器的發(fā)展軌跡，并提出未來的播出服務(wù)器的展望。

無論是15年前獨(dú)立的GVG，還是并入Tektronix和Thomoson，還是今天的Grass Valley，視頻服務(wù)器一直是Grass Valley的核心產(chǎn)品線之一。10余年來，Grass Valley一直不斷地發(fā)展自己的視頻服務(wù)器產(chǎn)品，GV的產(chǎn)品具有服務(wù)器發(fā)展的代表性。Grass Valley服務(wù)器發(fā)展歷程可簡單表述為圖1。

這條發(fā)展軌跡是應(yīng)用拉動(dòng)，技術(shù)推動(dòng)，相輔相成，相互促進(jìn)，自然形成的?；仡欉^去是為了服務(wù)未來，希望能從發(fā)展軌跡中從篩選出一些有用的信息，摸索出一些規(guī)律性的東西。

2 Grass Valley第一代視頻服務(wù)器——Profile PDR系列

1995年Grass Valley公司設(shè)計(jì)制造了全球首臺(tái)視頻服務(wù)器，拉開了硬盤播出探索的序幕。如今硬盤播出系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，傳統(tǒng)的磁帶錄像機(jī)從主力播放源退居其次，服務(wù)器成為絕對(duì)的主力播放源。經(jīng)過了十幾年的發(fā)展，硬盤播出系統(tǒng)已經(jīng)從探索和嘗試變得成熟理性。隨著技術(shù)軌跡的推進(jìn)，作為播出系統(tǒng)核心設(shè)備的Grass Valley視頻服務(wù)器歷經(jīng)了三代產(chǎn)品的更迭。

Grass Valley第一代視頻服務(wù)器產(chǎn)品為Profile PDR系列，其PDR100硬盤服務(wù)器最早將計(jì)算機(jī)服務(wù)器技術(shù)引入視頻工業(yè)界，引發(fā)了整個(gè)廣播電視行業(yè)的技術(shù)革新，并因此獲得艾美獎(jiǎng)。PDR系列視頻服務(wù)器支持雙向的錄制/播放通道，在一定程度上可以說是當(dāng)時(shí)相對(duì)成熟的非線性編輯技術(shù)和傳統(tǒng)錄像機(jī)功能融合的產(chǎn)物，被看作是一種多通道數(shù)字硬盤錄像機(jī)。Profile PDR系列視頻服務(wù)器如圖2所示。

早期的視頻服務(wù)器應(yīng)用并不明確，不同臺(tái)根據(jù)自身情況在演播室、新聞、廣告、墊片等的播出和節(jié)目插播、轉(zhuǎn)播車慢動(dòng)作回放、后期制作等領(lǐng)域均有應(yīng)用。多數(shù)臺(tái)只是把第一代視頻服務(wù)器作為節(jié)目源和播出之間的橋梁，所播節(jié)目在整個(gè)節(jié)目播出量中占據(jù)比例不大。因此，此時(shí)的視頻服務(wù)器還是充當(dāng)類似信號(hào)源的角色。

Grass Valley第一代視頻服務(wù)器的主要特點(diǎn)有：

1）編解碼方式。編解碼方式的更替是Profile PDR系列最主要的特點(diǎn)，從PDR100和PDR200的JPEG，PDR300的MPEG 4∶2∶2，到PDR400的DVCPRO，編碼效率越來越高，每種產(chǎn)品采用專用的編解碼芯片，低級(jí)的產(chǎn)品可以通過板卡組件升級(jí)到更高級(jí)的編解碼方式。隨著編碼效率的提高，視頻服務(wù)器每通道的成本和硬盤存儲(chǔ)成本都有很大程度的降低。

2）帶寬存儲(chǔ)。除最早的PDR100帶寬和存儲(chǔ)相對(duì)較小，第一代Grass Valley視頻服務(wù)器帶寬均為30 Mbit/s，內(nèi)置存儲(chǔ)采用SISC接口，存儲(chǔ)容量為18 Gbyte。可見，這一時(shí)間受限于計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)技術(shù)的水平，存儲(chǔ)容量小，雖然隨著編解碼效率的提高，存儲(chǔ)時(shí)間有所提高，但存儲(chǔ)素材時(shí)間仍然比較短，所播節(jié)目在整個(gè)節(jié)目播出量中占據(jù)比例并不大。

3）通道構(gòu)成。因?yàn)榇藭r(shí)的視頻服務(wù)器并沒有成為播出系統(tǒng)的核心設(shè)備，更多是充當(dāng)類似錄像機(jī)信號(hào)源的功能，所以人們習(xí)慣用視頻服務(wù)器可以替代的錄像機(jī)來衡量視頻服務(wù)器的價(jià)值，因此，通道數(shù)也就成為這一時(shí)期視頻服務(wù)器取勝的一個(gè)重要指標(biāo)。Grass Valley第一代視頻服務(wù)器最多支持8個(gè)視頻通道，支持16～32路AES/EBU嵌入數(shù)字音頻，可選多種靈活的配置方式，且可根據(jù)需要選配模擬或數(shù)字視音頻接口，模擬與數(shù)字可共存在同一體中，非常適應(yīng)我國當(dāng)時(shí)由模擬向數(shù)字過渡的現(xiàn)實(shí)。

4）網(wǎng)絡(luò)接口。這一時(shí)期的視頻服務(wù)器兼負(fù)上載與播出的工作，通過上載控制機(jī)和播出控制機(jī)共同控制視頻服務(wù)器完成上載和播出，主備視頻服務(wù)器之間通過服務(wù)器之間的光纖網(wǎng)絡(luò)拷貝素材，需要合理安排主視頻服務(wù)器的不同頻道向備視頻服務(wù)器發(fā)送素材。整個(gè)播控網(wǎng)絡(luò)采用百兆以太網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)。雖然第一代視頻服務(wù)器存儲(chǔ)容量低、價(jià)格昂貴、且受傳統(tǒng)工作流程和使用習(xí)慣的限制，但是因?yàn)樗谔幚砬袚Q頻繁的短節(jié)目時(shí)，能保證自動(dòng)播出的精確，將操作人員從手忙腳亂的操作中解放出來，因此在一定程度上降低了播出工作得壓力，所以較快獲得了用戶的認(rèn)可。

3 Grass Valley第二代視頻服務(wù)器——Profile XP系列

進(jìn)入2000年以后，隨著高清晰度平板電視的普及，高清晰度電視離人們?cè)絹碓浇?，美國、日本等國家走在了高清電視的前列，視頻領(lǐng)域逐漸開始大規(guī)模啟用高清設(shè)備，在世界廣播電視領(lǐng)域高清儼然已成為不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢。中國因?yàn)?008年奧運(yùn)會(huì)的契機(jī)，也開始關(guān)注高清電視，具備高清晰度電視節(jié)目的制作和播出能力這一必備條件，使得2008年奧運(yùn)會(huì)成為中國高清發(fā)展的推動(dòng)力。Grass Valley公司作為全球著名的廣播系統(tǒng)和服務(wù)的供應(yīng)商，以其敏銳的技術(shù)前瞻性，在20世紀(jì)90年代就開始了高清領(lǐng)域的研發(fā)，到這一時(shí)期已能為市場提供從節(jié)目采集、制作、存儲(chǔ)、管理到傳輸各環(huán)節(jié)成熟的全線高清晰度電視產(chǎn)品。Grass Valley第二代視頻服務(wù)器PVS系列Profile XP高標(biāo)清兼容媒體平臺(tái)就是視頻服務(wù)器步入高清時(shí)代的代表之作。Profile XP系列視頻服務(wù)器如圖3所示。

第二代視頻服務(wù)器的主要特點(diǎn)有：

1）高標(biāo)清兼容媒體平臺(tái)。第二代視頻服務(wù)器最顯著的特點(diǎn)就是在同一臺(tái)服務(wù)器、同一時(shí)間線兼容標(biāo)清信號(hào)和高清信號(hào)，支持自動(dòng)上

下變換，成為真正意義上的多格式視頻服務(wù)器。使電視臺(tái)在面臨高標(biāo)清同播的復(fù)雜情況時(shí)，只需1臺(tái)服務(wù)器即可實(shí)現(xiàn)，而不再需要使用額外的服務(wù)器通道、管理軟件和切換設(shè)備，大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性以及用戶從標(biāo)清向高清過渡的系統(tǒng)投入。

2）存儲(chǔ)技術(shù)。這一代服務(wù)器均采用高效的MPEG-2編碼，支持長GoP結(jié)構(gòu)，再加上硬盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)時(shí)間均大幅倍增。采用可靠的RAID方式保障存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全，在出現(xiàn)硬盤故障時(shí)通過熱插拔更換硬盤即可恢復(fù)素材數(shù)據(jù)，利用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，由RAID控制器把多個(gè)物理硬盤組織在一起，建立文件系統(tǒng)，使用維護(hù)方便。存儲(chǔ)部分采用高速光纖接口進(jìn)行視音頻數(shù)據(jù)傳輸。單機(jī)、分布和SAN架構(gòu)都成為可能。

3）高可用/可靠性。素材可以通過LAN，WAN，IP，F(xiàn)ibre Channel，Ethernet，Gigabit等多種途徑進(jìn)行傳輸，兼容GXF，MXF等多種素材文件格式；支持SNMP遠(yuǎn)程監(jiān)控，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中管理和檢測，提前關(guān)注系統(tǒng)的狀態(tài)變化，并在服務(wù)器故障時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，在一定程度上保證系統(tǒng)的安全性；開放控制協(xié)議，全面支持第三方應(yīng)用程序，為服務(wù)器的多種應(yīng)用提供了有力的基礎(chǔ)；服務(wù)器采用易于維護(hù)的架構(gòu)，支持熱備份，提供冗余電源、系統(tǒng)盤、風(fēng)扇等，支持熱插拔，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4）ASI接口。配備了ASI異步串行接口，為MPEG傳輸流的上載、播出提供了方便，減少了節(jié)目上載前的多代編碼、解碼、記錄和存儲(chǔ)操作，減少了因多次信號(hào)處理對(duì)圖像質(zhì)量帶來的影響。

4 Grass Valley第三代視頻服務(wù)器——K2系列

不可否認(rèn)視頻服務(wù)器進(jìn)入播出系統(tǒng)帶給用戶便利的同時(shí)，仍然存在一些問題。上載和播出一體使播出系統(tǒng)成了“公共場所”，不同部門人員聚集在播出部門，對(duì)播出安全是一個(gè)很大的隱患。隨著廣播電視的不斷發(fā)展，節(jié)目質(zhì)量在不斷的提高，播出時(shí)間也在不斷的增加，而且在全臺(tái)網(wǎng)建設(shè)和三網(wǎng)融合的大背景下，節(jié)目素材量的越來越大，使用服務(wù)器的上載通道進(jìn)行上載和僅靠服務(wù)器內(nèi)置存儲(chǔ)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足新時(shí)期的系統(tǒng)需求。如何強(qiáng)化視頻服務(wù)器有利的一面，避免其不利的影響，自然成了用戶和廠家都在思考的問題。播出和上載分離的思路由此而來。

隨著IT技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，異地上載模式越來越多的采用。這一階段，對(duì)播出系統(tǒng)和視頻服務(wù)器影響深遠(yuǎn)的就是上載工作站的引入，上載工作站的引入將節(jié)目端和播出端真正隔離開來，使節(jié)目人員只和“自己的”機(jī)器打交道。上載工作站自帶存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)簡單節(jié)目串編，播出服務(wù)器只需處理“成品”，只專注于播出。上載工作站還具備格式轉(zhuǎn)換功能，除了傳統(tǒng)的模擬或數(shù)字AV信號(hào)外，上載工作站還可以接受多種格式的數(shù)據(jù)碼流或文件格式。上載工作站的上述功能簡化了視頻服務(wù)器的I/O配置，釋放了視頻服務(wù)器通道，以讓昂貴的視頻服務(wù)器發(fā)揮更大的效益。為后來的“上載—存儲(chǔ)—播出”的流程和“融合”、“異構(gòu)”模式奠定了基礎(chǔ)，硬盤播出系統(tǒng)向成熟可靠和實(shí)用化邁出堅(jiān)實(shí)的一步。

在解決了上載與播出分離的問題后，視頻服務(wù)器的硬盤和存儲(chǔ)成為越來越突出的問題。為了存儲(chǔ)和處理大量的高碼率視頻數(shù)據(jù)，必須采用高速大容量硬盤，還要采取RAID技術(shù)保證安全。與并口硬盤相比，速度高，連接方便，適合組建RAID陣列的SATA硬盤的出現(xiàn)給解決這個(gè)問題帶來機(jī)會(huì)，一些廠家提出了二級(jí)存儲(chǔ)（也有稱近線存儲(chǔ)）的概念。視頻服務(wù)器繼續(xù)采用昂貴的高速SCSI“專用”硬盤，但保持適當(dāng)容量，從而降低費(fèi)用。而需求越來越大的備播數(shù)據(jù)則由廉價(jià)的SATA硬盤陣列構(gòu)成，可以用較少的投資獲得海量的存儲(chǔ)空間。采用冗余備份技術(shù)保證數(shù)據(jù)的安全性。二級(jí)存儲(chǔ)和視頻服務(wù)器之間采用智能遷移。二級(jí)存儲(chǔ)開辟了互聯(lián)互通的接口，播出系統(tǒng)變得豁然開朗。通過二級(jí)存儲(chǔ)“文件化傳輸”，既可以和前端的制作域溝通，也可以和后端的存儲(chǔ)域連接，實(shí)現(xiàn)了“粗顆粒、松耦合”。

由于二級(jí)存儲(chǔ)的介入，硬盤播出形成了“上載—存儲(chǔ)—播出”的科學(xué)合理的播出流程。通過把上載功能提取出來，把高昂的硬盤費(fèi)用剝離出來，減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)，簡化服務(wù)器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活配置，深刻影響著視頻服務(wù)器定位的回歸。與此同時(shí)，IT技術(shù)的日新月異，也在深刻地影響著視頻服務(wù)器的設(shè)計(jì)理念和功能，集合先進(jìn)的IT技術(shù)于一身，集可靠性、質(zhì)量性、功能性、開放性、靈活性、擴(kuò)展性、兼容性、易用性及全面性于一身，Grass Valley第三代視頻服務(wù)器閃亮登場，如圖4所示。

Grass Valley第三代視頻服務(wù)器的主要特點(diǎn)有：

1）服務(wù)器IT化。Grass Valley第三代視頻服務(wù)器在Profile系列媒體服務(wù)器的基礎(chǔ)上，采用了獨(dú)具創(chuàng)新的開放式架構(gòu)，將Grass Valley公司豐富的視頻專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和IT業(yè)成熟的解決方案完美地融合在了一起。第三代視頻服務(wù)器采用iSCSI（Internet SCSI）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接上傳輸素材和進(jìn)行存儲(chǔ)局域網(wǎng)絡(luò)（SAN）的操作，支持文件傳輸協(xié)議（FTP）和公用互聯(lián)網(wǎng)文件系統(tǒng)（CIFS）協(xié)議，依托成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容存儲(chǔ)和文件服務(wù)，可以基于千兆以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交互通信和實(shí)現(xiàn)資源共享。以IT為中心、文檔為基礎(chǔ)的播出和傳輸工作流程，大大簡化了安裝和操作過程。同時(shí)由于采用IT通用部件，在很大程度上降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本，性價(jià)比高。

2）存儲(chǔ)帶寬。第三代K2以及最新的K2 Summit視頻服務(wù)器采用媒體客戶端與媒體服務(wù)器分離的全新系統(tǒng)架構(gòu)，媒體客戶端將原服務(wù)器系統(tǒng)的編解碼通道獨(dú)立出來，保證了媒體客戶端與媒體服務(wù)器相對(duì)獨(dú)立性，各自故障不會(huì)相互影響，而且客戶端采用定制的專用編解碼芯片及FPGA編解碼技術(shù)，對(duì)文件有著廣泛的兼容性，利于多格式編解碼的應(yīng)用以及存儲(chǔ)容量和帶寬的擴(kuò)展。媒體客戶端可以內(nèi)置媒體服務(wù)器陣列系統(tǒng)，作為獨(dú)立的系統(tǒng)單獨(dú)使用，也可以通過獨(dú)立的媒體服務(wù)器來完成文件系統(tǒng)管理及控制、FTP遷移等功能，連接外置RAID存儲(chǔ)，便于系統(tǒng)擴(kuò)展，可成倍的擴(kuò)展存儲(chǔ)容量和系統(tǒng)帶寬。另外，在在線系統(tǒng)的素材盤選取上，草谷公司沒有選取SATA，而是選取了目前最高性能的SAS專業(yè)硬盤，從而滿足系統(tǒng)無論在視/音頻滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)、在硬盤修復(fù)狀態(tài)、還是同時(shí)在超級(jí)慢動(dòng)作變速播放狀態(tài)，均能保證穩(wěn)定的系統(tǒng)帶寬及FTP素材遷移帶寬。

3）高可靠性。新一代的視頻服務(wù)器機(jī)箱采用全新的工業(yè)架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，總線通信，機(jī)箱內(nèi)部無一根可見互聯(lián)線，更小巧的機(jī)箱實(shí)現(xiàn)更多的功能，關(guān)鍵硬件為防震設(shè)計(jì)。采用CF卡嵌入式操作系統(tǒng)方式，系統(tǒng)啟動(dòng)更快捷、更安全；配置了冗余電源并支持熱插撥操作以及冗余以太網(wǎng)接口；通過采用雙iSCSI和雙FC接口的設(shè)計(jì)提供更多的冗余鏈路，真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的完全冗余，確保整個(gè)架構(gòu)無單一崩潰點(diǎn)。RAID采用了單機(jī)為RAID10，外置為RAID5或RAID6（雙校驗(yàn)盤）配置。為滿足高安全級(jí)別的用戶需求，系統(tǒng)還配備了SSD固態(tài)硬盤供用戶選擇。

4）制作擴(kuò)展功能。最新的K2 Summit視頻服務(wù)器增強(qiáng)了直播和現(xiàn)場制作功能，通過簡單的控制即可完成即時(shí)回放和混合特技效果功能，并且內(nèi)置多畫面分割器支持實(shí)時(shí)4分畫面VGA輸出，可在直播或制作時(shí)方便的監(jiān)看所有輸出通道。為直播和現(xiàn)場制作工作流程提供了完美的解決方案。草谷公司還配置慢動(dòng)作控制面板Dy?no便于現(xiàn)場轉(zhuǎn)播工作，另外，系統(tǒng)配置了多種支持第三方系統(tǒng)的插件選件供用戶選擇，通過插件，用戶可以直接在蘋果或Avid非編系統(tǒng)直接訪問、調(diào)用K2數(shù)據(jù)庫中的節(jié)目素材，并可實(shí)現(xiàn)邊錄、邊編、邊傳等現(xiàn)場制作工作，極大程度地滿足了現(xiàn)場節(jié)目制作的需求。

第三代視頻服務(wù)器將趨向于緊湊化、模塊化設(shè)計(jì)，不再強(qiáng)調(diào)通道的數(shù)量和存儲(chǔ)空間的大小，而是更加強(qiáng)化軟硬件的可靠和安全。更加強(qiáng)調(diào)組合能力，而不是“集成”的能力。強(qiáng)調(diào)故障快速恢復(fù)能力，以及高標(biāo)清兼容等高級(jí)功能。同時(shí)在應(yīng)用方面提高了產(chǎn)品的開放性，架構(gòu)更開放更透明，可以更好地為全臺(tái)網(wǎng)絡(luò)一體化的發(fā)展效力。

5 小結(jié)

回顧視頻服務(wù)器發(fā)展的歷程，視頻服務(wù)器作為播出系統(tǒng)的核心設(shè)備，其發(fā)展與播出系統(tǒng)的發(fā)展是相輔相成、相互促進(jìn)的，隨著全臺(tái)網(wǎng)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，不難推斷架構(gòu)更開放、更透明、功能完備、支持高清的視頻服務(wù)器將逐漸成為主流。從應(yīng)用角度對(duì)未來的播出服務(wù)器做些預(yù)測：更大的網(wǎng)絡(luò)帶寬，組網(wǎng)方式更為靈活；更強(qiáng)的處理能力，支持多種編碼方式的輸出；架構(gòu)更靈活，無論單機(jī)式、分布式滿足客戶需要的工作流程；系統(tǒng)升級(jí)將更為便捷，無須更換硬件，而是通過軟件實(shí)現(xiàn)升級(jí)；系統(tǒng)操作界面更加簡潔、直觀。