硬盤播出系統(tǒng)數(shù)字化改造方案

文丨龔顯平

隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，電視臺的視頻壓縮、存儲和傳輸技術(shù)也在不斷完善，泗洪縣廣播電視臺在2005年購置一套硬盤播出系統(tǒng)，播出的信號是模擬信號。并且在工作中時而出現(xiàn)部分節(jié)目不能正常播放，偶爾停播現(xiàn)象。在2011年7月，泗洪縣廣播電視臺購置了數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要以視頻服務(wù)器為核心，在泗洪縣廣播電視臺應(yīng)用該系統(tǒng)已一年有余時間里，其一直保持安全運行狀態(tài)。下文也結(jié)合筆者實際工作對其進行簡要介紹。

1 系統(tǒng)設(shè)計的總體原則

1.1 安全性設(shè)計

為確保播出的安全性，對于系統(tǒng)中使用的關(guān)鍵設(shè)備，采用實時主備方式。采用各種有效的安全措施，播出工作站、節(jié)目編單、播控機等，均可采用雙機熱備份方式，可防止工作人員的操作失誤引起的意外事故，通過采取這樣的設(shè)計，就能夠有效確保播出時的安全性以及可靠性。

1.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

1000M以太網(wǎng)的技術(shù)已經(jīng)完全成熟并已廣泛使用。泗洪縣廣播電視臺計算機設(shè)備也采用1000M以太網(wǎng)系統(tǒng)進行相互連接，播出網(wǎng)絡(luò)采用Mpeg2IBP視頻編碼格式。因此基于此種情況，就可以實現(xiàn)多個并發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，并且這樣的網(wǎng)絡(luò)也足夠滿足素材的傳輸播出；對于突發(fā)性的并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，也具有良好的效果。通過以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)服務(wù)器、上載、播出的相互通信與數(shù)據(jù)共享。

1.3 分布式上載

系統(tǒng)中涉及到的上載工作站和播出工作站，完全可以獨立的分布到不同的樓層，甚至可以是不同的大樓。素材上載分成多個模式。所有的素材除了能夠上載到本地或者共享存儲外，也可同時上載到播出服務(wù)器上。這樣可以省去額外的拷貝工作，提高工作效率。

設(shè)計思路：我們必須提到的是，提供上載本地備份是必須的，因為上載過程中如果對傳輸網(wǎng)絡(luò)過分依賴的話，可能會對視頻數(shù)據(jù)有損害，因為我們無法確保所有時刻網(wǎng)絡(luò)都是暢通無阻的，設(shè)想：如果在上載過程中，網(wǎng)絡(luò)突然中斷，重新開始上載似乎不可避免。而我們在設(shè)計上載模式時，提供了可選方案，確保用戶上載素材時，不依賴網(wǎng)絡(luò)，并保證形成備份素材。

1.4 系統(tǒng)的升級擴容

數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)在改造過程中，應(yīng)當(dāng)保證網(wǎng)絡(luò)帶寬、通道的數(shù)量、存儲空間等，都要滿足四通道的播出要求。因此，在改造過程中要讓系統(tǒng)保持足夠的升級能力以及擴容能力，以便滿足系統(tǒng)未來的升級及擴容需求。

1.5 系統(tǒng)的開放性

硬盤播出系統(tǒng)配置的應(yīng)用軟件應(yīng)具備開放性，以便滿足各個廠家的應(yīng)用系統(tǒng)的接入并完成數(shù)據(jù)交換。

1.6 存播分離

為提高播出安全性，視頻素材存放所在服務(wù)器與播出工作站在播出過程中，不應(yīng)該發(fā)生視頻數(shù)據(jù)的遷移，尤其是在播素材。對于在播出過程中不依賴網(wǎng)絡(luò)的播出，這樣的播出，才是最安全的，也只有這樣，才能夠?qū)L(fēng)險降到最低。

播出都是基于本地節(jié)目素材，也就是說，在播出前，所有要播出的素材在本地準(zhǔn)備好，播出過程中，整個播出不依賴于網(wǎng)絡(luò)，可以最大程度提高播出安全性。基于以上分析，構(gòu)建如下系統(tǒng)。該系統(tǒng)分成兩部分，一部分為制作系統(tǒng)部分，一部分為硬盤自動播出網(wǎng)絡(luò)，二者組成基于數(shù)字化的制播一體化網(wǎng)絡(luò)。

2 方案的具體應(yīng)用

泗洪縣廣播電視臺的數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)由以下幾個子系統(tǒng)組成：硬盤播出及視音頻分控、同步和時鐘、監(jiān)視監(jiān)聽系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)。

3 硬盤播出和視音頻分控系統(tǒng)

硬盤播出系統(tǒng)，其所要實現(xiàn)的主要功能是：上載、存儲、遷移、播出和進行網(wǎng)絡(luò)管理。而泗洪縣廣播電視臺購置的硬盤播出系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)是：2臺StreamRT視頻服務(wù)器、2臺上載工作站、2臺編表工作站、2臺播控工作站、1臺二級存儲服務(wù)器（包括15T的磁盤陣列）和2臺千兆以太網(wǎng)交換機組成。而在視音頻分控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)中，主要有：4臺切換器、SDI分配器、A/D轉(zhuǎn)換器、音頻處理器以及加嵌和解嵌板。

3.1 主備服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)

泗洪縣廣播電視臺改造的數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)，設(shè)計采用兩臺StreamRT視頻服務(wù)器互為主備，熱備份。主服務(wù)器如果產(chǎn)生故障，備用的服務(wù)器也可以進行無縫切換，以接替主服務(wù)器的播出工作，不影響視頻的播出質(zhì)量。

StreamRT視頻服務(wù)器，主要采用的是CPU+GPU+多通道I/O的技術(shù)，編、解碼任務(wù)完全由CPU完成。硬件平臺為DELLPowerEdge2900服務(wù)器，該服務(wù)器兼容SAS/SATA盤，系統(tǒng)機構(gòu)組成為：2個系統(tǒng)盤以及8個工業(yè)級SATA素材盤，磁盤存儲結(jié)構(gòu)所采用的是RAID5，是一種具有較高的安全級別的結(jié)構(gòu)。但是，對于該結(jié)構(gòu)還需要采取一系列的數(shù)據(jù)保護措施，使磁盤最后的有效容量能夠達到6.4T，通過實際數(shù)據(jù)可以得出：如果視頻播出以8Mb/s碼計算的話，也可以儲存大約1600h的節(jié)目。這樣也就可以完全滿足和實現(xiàn)四個通道的全硬盤播出。

該服務(wù)器所有的輸出接口有：SDI音頻嵌入接口、模擬視音頻輸出接口。并且雙網(wǎng)配置、兩臺交換機互為主備，這樣就可以確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩o阻。

3.2 數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)器

該系統(tǒng)通過配備兩臺DELLPowerEdgeR410主備數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)器，同時熱備份工作，這也保證了主數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時，備數(shù)據(jù)庫自動完成數(shù)據(jù)的切換。數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2003。

3.3 上載工作站和二級存儲服務(wù)器

由于泗洪縣廣播電視臺是制播一體網(wǎng)，上載站有嵌入式SDI、模擬分量、模擬復(fù)合等多種接口，上載時，可以上傳到二級存儲服務(wù)器，也可以直接上傳到視頻服務(wù)器。

二級存儲系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)為：1臺DELLPowerEdgeR410托管服務(wù)器和一臺DELLMd1000磁盤，磁盤陣列安裝15塊1T的SATA硬盤，通過該方式做成REID5存儲結(jié)構(gòu)，磁盤的有效容量就能夠達到11.8T，這樣就可以輕松存儲大約3000小時的視頻數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還高速檢索視音頻素材，靈活實現(xiàn)前后臺的遷移。

3.4 播出控制、節(jié)目編單工作站

本系統(tǒng)通過配置2臺播控機，互為主備，同步工作。當(dāng)主播控機發(fā)生故障，備播控機就能夠及時自動接替播出工作，該系統(tǒng)還配置了兩臺節(jié)目編單工作站。

3.5 視音頻播控系統(tǒng)

在泗洪縣廣播電視臺視音頻播控系統(tǒng)中的兩個頻道，同文中提到的其他系統(tǒng)一樣，均采用互為主備方式，切換器采用大連科迪KD7200-801數(shù)字矩陣切換器，該矩陣輸入采用8路數(shù)字信號，輸出采用2路信號。

矩陣切換器對每個頻道的信號源進行自動切換，什么時間切換什么節(jié)目受節(jié)目表控制。其中信號源包括：中央臺信號、江蘇公共頻道信號、主備服務(wù)器信號以及本地的現(xiàn)場直播信號。信號的播出流程是：每個頻道的播出矩陣中的PGM輸出送到解嵌后輸出音視頻送監(jiān)視器；數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)字視分器分多路供頻道輸出。數(shù)字信號經(jīng)過編碼復(fù)用器，輸出ASI碼流，通過光發(fā)射機送至網(wǎng)絡(luò)機房，經(jīng)過光接收機再送至數(shù)字設(shè)備。

4 同步和時鐘系統(tǒng)

泗洪縣廣播電視臺播出系統(tǒng)采用的是嵌入音頻數(shù)字信號，因此，對于同步的要求是要以相同的頻率和相位。大連科迪同步信號發(fā)生器和轉(zhuǎn)換器是雙電源，它有兩路黑場同步信號，如果第一同步信號出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就能夠自動檢測出問題，然后切換到第二同步信號進行輸出，同時將同步鎖相信號傳送到所有相關(guān)設(shè)備。

本系統(tǒng)中的時鐘系統(tǒng)采用了BS-330GPS衛(wèi)星校時器，通過將時鐘信號傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并在各個計算機中安裝校時軟件，通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器自動校對時間，這樣就可以保證精準(zhǔn)的播出時間。

5 監(jiān)看監(jiān)聽系統(tǒng)

本系統(tǒng)中所需要監(jiān)測的信號很多，所以設(shè)計采用多畫面分割器對信號進行監(jiān)看。監(jiān)看監(jiān)聽系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)為：2臺MIOMV四圖像處理器、5個大屏幕顯示器以及4個小屏幕監(jiān)控，以此來對系統(tǒng)中的每個頻道實施監(jiān)看監(jiān)聽。主要監(jiān)看監(jiān)聽的信號有：主備服務(wù)器和切換器的所有輸出信號，以及切換器外來信號。尤其是四畫面處理器的輸出信號具有告警功能，如果信號出現(xiàn)丟失、靜幀、靜音等問題的時候，就能進行報警提示，更有利進行播出質(zhì)量的監(jiān)控。

6 電源保障系統(tǒng)

本臺外電保證兩路不同供電線路供電，內(nèi)部配備一套UPS不間斷電源，保障系統(tǒng)不間斷工作。

7 結(jié) 語

硬盤播出設(shè)備經(jīng)過改造升級后泗洪縣廣播電視臺已實現(xiàn)了數(shù)字化標(biāo)清SDI信號播出，播出質(zhì)量明顯提高。節(jié)目存儲量、設(shè)備的穩(wěn)定性都達到了明顯的改善，并減輕了值班人員的工作量。

[1] 王開河.數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)方案在中小型電視臺的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2012（10）.

[2] 沈春風(fēng).中小電視臺3頻道數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].視聽界（廣播電視技術(shù)），2011（4）.