徐州電視臺高清電視劇縮編網(wǎng)的創(chuàng)新與應(yīng)用

仲 超 徐州廣播電視臺

徐州電視臺高清電視劇縮編網(wǎng)的創(chuàng)新與應(yīng)用

仲 超 徐州廣播電視臺

本文介紹徐州電視臺高清電視劇縮編網(wǎng)的創(chuàng)新設(shè)計和應(yīng)用優(yōu)化。該系統(tǒng)以優(yōu)化電視劇的上載、審看、剪輯、送播和歸檔流程及實現(xiàn)高清電視劇的文件化送播為目的，創(chuàng)新性地突破了AVID非編系統(tǒng)對存儲的排他需求，應(yīng)用第三方集群NAS存儲設(shè)備，有效地降低了組網(wǎng)成本。同時與現(xiàn)有的媒資網(wǎng)NAS存儲、IBM數(shù)據(jù)流磁帶庫和核心交換機等組網(wǎng)設(shè)備實現(xiàn)了完美融合共用。

高清電視劇縮編網(wǎng)NAS存儲 AVID 數(shù)據(jù)流磁帶庫

一、系統(tǒng)需求

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，觀眾對電視劇的視聽體驗提出了越來越高的要求。同時，我臺原有的以傳統(tǒng)磁帶為介質(zhì)的電視劇備播模式在高清化、文件化的發(fā)展趨勢下，越來越凸顯出效率低、畫面質(zhì)量差等弊端。之前，我臺已完成全臺非編制作網(wǎng)的高清化以及播出系統(tǒng)的高清化，進(jìn)而對電視劇網(wǎng)的高清化建設(shè)提出了需求。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高清電視劇縮編網(wǎng)采用萬兆交換機和NAS存儲構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以集群NAS存儲（華為N8300系列）為存儲核心，上海文廣科技公司的存儲管理軟件SMET-DBOX Client作為桌面管理系統(tǒng)，Avid Media Composer作為編輯軟件。

圖1 電視劇縮編網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電視劇縮編網(wǎng)的應(yīng)用功能主要包括上載、審查和剪輯，配有4臺連接藍(lán)光盤驅(qū)動器的上載工作站，4臺審查工作站，以及4臺用于電視劇后期剪輯包裝的剪輯工作站。所有工作站上都裝有Avid Media Composer編輯軟件，均可以實現(xiàn)對電視劇的審看和剪輯。

系統(tǒng)的后臺服務(wù)模塊主要有存儲設(shè)備（包括在線存儲和近線存儲）、轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、歸檔還原服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。在線存儲采用華為的N8300集群NAS存儲，近線存儲采用IBM TS3584數(shù)據(jù)流磁帶庫。

電視劇縮編網(wǎng)以文件化的方式來實現(xiàn)送播，與播出系統(tǒng)既要實現(xiàn)互聯(lián)互通又要安全隔離，因而電視劇網(wǎng)的交換機與播出系統(tǒng)之間架設(shè)防火墻相連。

2.2 工作站

整個系統(tǒng)共配置12臺Dell T7600工作站，配置兩顆英特爾E5-2620處理器和16GB DDR3內(nèi)存，硬盤為256GB SATA3固態(tài)硬盤，三塊1TB SATA硬盤做RAID5，顯卡為2GB nVIDIA Quadro4000。工作站使用64位Windows 7操作系統(tǒng)，安裝Avid Media Composer非編軟件及相關(guān)存儲管理軟件。

2.3 NAS存儲

電視劇縮編網(wǎng)為全高清系統(tǒng)，對存儲系統(tǒng)要求更高的穩(wěn)定性、可靠性、低延時、高吞吐帶寬。

我臺和上海文廣科技合作研發(fā)了存儲管理軟件，采用集群NAS華為OceanStor N8300替代AVID ISIS，應(yīng)用于AVID編輯系統(tǒng)，組建單網(wǎng)架構(gòu)的高清電視劇縮編系統(tǒng)。OceanStor N8300采用多節(jié)點全Active集群技術(shù)，所有的引擎節(jié)點均處于同一個集群，可以協(xié)同工作，并發(fā)進(jìn)行事務(wù)處理，也可以多點同時訪問同一文件。

2.4 歸檔服務(wù)器

歸檔服務(wù)器采用Linux操作系統(tǒng)，安裝IBM LTFS歸檔管理軟件，該軟件是為IBM LTO 5定制的一個歸檔管理軟件，采用了LTO 5技術(shù)獨有的LTFS文件存儲系統(tǒng)，有以下特點：

（1）直接存取和管理LTO Ultrium 5磁帶驅(qū)動器、磁帶庫及其數(shù)據(jù)；

（2）整合 LTFS 格式標(biāo)準(zhǔn)以便讀取、寫入和交換通過LTO 5認(rèn)證的磁帶盒上的描述性元數(shù)據(jù)；

（3）允許直觀地搜索磁帶盒、驅(qū)動器、磁帶庫的內(nèi)容；

（4）基于LTO第5代磁帶格式標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，以便實現(xiàn)與通過LTO 5認(rèn)證的磁帶庫和驅(qū)動器的磁帶交換。

2.5 交換系統(tǒng)

核心交換機采用華為Quidway S9306交換機，配置48端口千兆以太網(wǎng)電接口板和24端口萬兆以太網(wǎng)光接口板，萬兆光口用于各應(yīng)用系統(tǒng)間互聯(lián)，千兆電口用于工作站級聯(lián)。

2.6 數(shù)據(jù)流磁帶庫

系統(tǒng)的近線存儲采用的是IBM TS3584數(shù)據(jù)流磁帶庫，具有以下特點：容量靈活，最多16個磁帶庫機柜容納最多192個磁帶機；通過 Web 接口進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，進(jìn)行磁帶庫控制和配置；自動化的控制路徑和數(shù)據(jù)路徑故障切換功能，增強運行連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)。

TS3584 磁帶庫有一個非常大的優(yōu)點：提供高級磁帶庫管理系統(tǒng) (ALMS) 組件，支持動態(tài)存儲管理，允許用戶動態(tài)創(chuàng)建和改變邏輯磁帶庫和將任何磁帶機配置到任何邏輯磁帶庫。我們在構(gòu)建電視劇縮編系統(tǒng)時充分的利用到了這一點，后文有詳細(xì)論述。

三、業(yè)務(wù)流程設(shè)計

圖2 電視劇縮編網(wǎng)工作流程圖

上載：外購的高清電視劇介質(zhì)為藍(lán)光盤，視頻格式為XDCAM HD 50Mbits(1080i/50)，通過上載工作站的Avid Media Composer軟件上載至電視劇網(wǎng)的在線存儲。

轉(zhuǎn)碼：系統(tǒng)后臺配置了轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，對原碼視頻進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，轉(zhuǎn)碼后的高清文件審看流暢無卡頓。

歸檔：當(dāng)在線存儲利用率達(dá)到一定數(shù)值后，歸檔服務(wù)器執(zhí)行歸檔操作，復(fù)制在線存儲中的文件至近線存儲即IBM數(shù)據(jù)流磁帶庫中。歸檔完成后可刪除在線存儲中的原文件，以便騰出空間繼續(xù)上載新劇。

還原：當(dāng)需要從帶庫中調(diào)用電視劇時，后臺服務(wù)發(fā)送還原命令，從近線存儲即數(shù)據(jù)流磁帶庫還原并遷移文件至在線存儲。

剪輯：電視劇集如果不需要剪輯，可直接從在線存儲調(diào)用；如果需要剪輯或制作宣傳片，可以在工作站使用Avid Media Composer軟件進(jìn)行剪輯，再打包送播。

文件化送播：電視劇縮編網(wǎng)通過防火墻與播出網(wǎng)連接，通過文件化送播系統(tǒng)將視頻文件從電視劇縮編系統(tǒng)在線存儲的送播存儲區(qū)遷移至播出系統(tǒng)的二級存儲中等待調(diào)用，當(dāng)需要播出時再遷移至播出服務(wù)器。

四、系統(tǒng)創(chuàng)新

4.1 集群NAS + AVID MEIDA COMPOSER組網(wǎng)方案

電視劇縮編網(wǎng)采用單網(wǎng)架構(gòu),以第三方的集群NAS存儲設(shè)備替代AVID公司價格昂貴的專用ISIS存儲,應(yīng)用于AVID非編系統(tǒng)。系統(tǒng)通過存儲管理軟件SMET-Dbox Client實現(xiàn)對NAS存儲設(shè)備的支持。

4.1.1 集群NAS替代AVID專用ISIS存儲

目前，應(yīng)用的高清編輯網(wǎng)主要采用“純以太網(wǎng)”的單網(wǎng)架構(gòu)或“FC+以太網(wǎng)”的雙網(wǎng)架構(gòu)。

雙網(wǎng)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了管理、維護難度，且FC交換機、FC網(wǎng)卡和共享管理軟件等都價格昂貴。

“純以太網(wǎng)”的單網(wǎng)架構(gòu)，可以大大簡化系統(tǒng)建設(shè)、后續(xù)維護的難度，但同時也對高清存儲系統(tǒng)、管理軟件和高清非編軟件提出了更高的要求。AVID公司的單網(wǎng)架構(gòu)通常以其獨有的Unity ISIS系列存儲作為高清存儲核心，不支持其它廠商的存儲產(chǎn)品，但I(xiàn)SIS系列存儲系統(tǒng)的價格居高不下，整個系統(tǒng)造價難以承受。

為了降低系統(tǒng)成本，我臺在AVID公司的支持下，采用第三方集群NAS存儲設(shè)備替代AVID ISIS，以AVID Media Composer為視頻編輯軟件，配合存儲管理軟件，組建單網(wǎng)架構(gòu)的高清電視劇縮編系統(tǒng)，既保留了單網(wǎng)架構(gòu)的固有優(yōu)勢，又降低了成本。

4.1.2 通過存儲管理軟件SMET-Dbox Client實現(xiàn)對NAS存儲設(shè)備的支持

集群NAS存儲有很多特點和優(yōu)勢，然而卻不能直接應(yīng)用于AVID非編軟件的組網(wǎng)，因為AVID制作系統(tǒng)僅支持自己的Unity ISIS存儲系統(tǒng)。為解決這個難題，我臺和上海文廣科技公司合作開發(fā)了存儲管理軟件SMET-Dbox Client，基于AVID ISIS的存儲技術(shù)，支持Avid非編系統(tǒng)讀寫網(wǎng)絡(luò)素材，通過該客戶端可以實現(xiàn)對絕大多數(shù)第三方通用存儲設(shè)備的支持。

4.2 電視劇縮編系統(tǒng)和媒資系統(tǒng)共用在線存儲、近線存儲和交換機

圖3 電視劇縮編網(wǎng)與媒資網(wǎng)共用存儲及交換機示意圖

由于電視劇縮編網(wǎng)與媒資網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相似，物理位置近，為節(jié)省資金，我們設(shè)計了電視劇縮編網(wǎng)和媒資網(wǎng)共用NAS存儲、IBM帶庫和華為交換機的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案。

4.2.1 共用在線存儲-NAS存儲

在線存儲采用的是華為OceanStor N8300集群NAS存儲系統(tǒng)，配置2個NAS引擎節(jié)點，4個S2600T（滿配24塊硬盤）擴展硬盤框，共配96塊2TB的SATA硬盤，實際可用容量為131TB。N8300每個引擎節(jié)點的緩存為8GB，提供2個4Gb/s的FC端口。根據(jù)實測整個存儲可提供1600MB帶寬。

我們將N8300存儲劃分為兩個CIFS共享文件系統(tǒng)，媒資網(wǎng)使用的命名為meizi，配置106TB存儲空間；電視劇縮編網(wǎng)使用的命名為dianshiju，配置25TB存儲空間。為了使兩個網(wǎng)絡(luò)同時訪問存儲時負(fù)載均衡，我們將4個對外FC業(yè)務(wù)網(wǎng)口平均劃分給媒資網(wǎng)和電視劇網(wǎng)。如圖3所示，媒資網(wǎng)的所有主機通過業(yè)務(wù)網(wǎng)口1、2訪問存儲的meizi文件系統(tǒng)，電視劇網(wǎng)的所有主機通過業(yè)務(wù)網(wǎng)口3、4訪問存儲的dianshiju文件系統(tǒng)。

電視劇網(wǎng)的業(yè)務(wù)帶寬使用情況：

4臺上載工作站同時上載高清電視劇，工作站是千兆網(wǎng)口接入，按80%的利用率來算，極限帶寬為400MB；

4臺審看工作站同時審看50Mbps碼流的電視劇需要帶寬為25MB；

4臺剪輯工作站同時剪輯4軌50Mbps碼流的視頻素材，所需帶寬為100MB。

歸檔和還原的速度受到磁帶驅(qū)動器的讀寫速度限制，經(jīng)實測磁帶驅(qū)動器的讀寫速度能達(dá)到32MB左右，電視劇網(wǎng)只配置了1個磁帶驅(qū)動器，歸檔和還原進(jìn)程不能并行，所以歸檔還原業(yè)務(wù)只占32MB帶寬。

可知電視劇縮編網(wǎng)業(yè)務(wù)極限帶寬需求量為557MB。

媒資網(wǎng)配置了3個磁帶驅(qū)動器用于歸檔和還原業(yè)務(wù)，按照驅(qū)動器讀寫速度計算，僅僅需要32MB?3=96MB帶寬；5臺用于歷史磁帶資料上載的上載工作站，碼率為25Mbps，帶寬占用為25Mb/8?5=15.5MB；編目、發(fā)布業(yè)務(wù)都是對低碼率素材的讀寫，帶寬可忽略不計。帶寬需求量較大的業(yè)務(wù)主要是非編網(wǎng)向媒資的節(jié)目上載和媒資向非編網(wǎng)的節(jié)目下載，上下載業(yè)務(wù)都是單線程的，其中下載業(yè)務(wù)有較高的時效性，主要集中在下午3點到7點之間的節(jié)目制作高峰期，而節(jié)目上載業(yè)務(wù)的時效性較低，因此我們將節(jié)目上載業(yè)務(wù)與下載高峰期錯開，安排在上午、夜間，這樣能夠有效的提高帶寬使用率。

根據(jù)以上分析，1600MB的帶寬完全可以滿足電視劇縮編網(wǎng)和媒資網(wǎng)兩系統(tǒng)共用，大大節(jié)約了系統(tǒng)建設(shè)成本。實際證明，媒資網(wǎng)和電視劇網(wǎng)兩個網(wǎng)的業(yè)務(wù)并行，運行的非常流暢。

4.2.2 共用近線存儲-IBM數(shù)據(jù)流磁帶庫

近線存儲采用IBM 3584數(shù)據(jù)流磁帶庫，配置了1個主柜（1個機械臂及4臺數(shù)據(jù)流磁帶驅(qū)動器）+2個擴展柜，共有1167個磁帶槽位；采用容量為1.5TB的LTO 5數(shù)據(jù)流磁帶，近線存儲存儲容量為1750TB。

TS3584 磁帶庫提供高級磁帶庫管理系統(tǒng) (ALMS)組件，支持動態(tài)存儲管理，允許用戶動態(tài)創(chuàng)建和改變邏輯磁帶庫以及將物理驅(qū)動器進(jìn)行邏輯分配，正是這一技術(shù)實現(xiàn)了把同一帶庫的不同磁帶驅(qū)動器分配到不同的邏輯磁帶庫中，從而支持電視劇縮編網(wǎng)和媒資網(wǎng)的磁帶庫共用。

IBM 3584磁帶庫共有4臺磁帶驅(qū)動器，根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求，我們將1臺驅(qū)動器分配給電視劇網(wǎng)使用，剩余的3臺分配給媒資網(wǎng)。為了區(qū)分不同系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)流磁帶，我們用管理軟件對磁帶號進(jìn)行了邏輯上的劃分，電視劇網(wǎng)的磁帶驅(qū)動器只使用某一個號段的磁帶，而媒資網(wǎng)則調(diào)用另外一個號段的數(shù)據(jù)流磁帶。

4.2.3 共用核心交換機-華為S9306

核心交換機采用華為Quidway S9306，配置48端口千兆以太網(wǎng)電接口板和24端口萬兆以太網(wǎng)光接口板，萬兆光口用于各應(yīng)用系統(tǒng)互聯(lián)，千兆電口用于工作站級聯(lián)。如圖3所示，我們將電視劇縮編網(wǎng)和媒資網(wǎng)分別接入交換機劃分的不同VLAN中。電視劇縮編網(wǎng)和媒資網(wǎng)工作站通過千兆以太網(wǎng)口接入交換機，服務(wù)器和存儲設(shè)備通過萬兆光纖網(wǎng)口接入交換機。

4.3 業(yè)務(wù)流程上的優(yōu)化

4.3.1 剪輯和送播流程的優(yōu)化

在沒有建立電視劇縮編網(wǎng)之前，我臺的電視劇剪輯、送播方式有兩種：一種是用錄像機進(jìn)行線性編輯，錄像帶送播；另外一種是每個頻道將磁帶上載至自己所在非編網(wǎng)，在非編網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行剪輯后再下載至錄像帶或藍(lán)光盤送播。我臺共四個頻道，如此重復(fù)的上載不僅浪費了人力，還嚴(yán)重影響了視頻信號質(zhì)量。

在建設(shè)電視劇縮編網(wǎng)時，我臺也完成了文件化送播系統(tǒng)的建設(shè)，電視劇的剪輯和送播流程得到了很大的改善。四個頻道的電視劇剪輯送播人員可以直接在電視劇網(wǎng)內(nèi)共享電視劇原版素材，避免了重復(fù)上載；還可以共享電視劇網(wǎng)的所有工作站，在網(wǎng)內(nèi)集中完成電視劇的剪輯、送播工作；電視劇的送播環(huán)節(jié)脫離了傳統(tǒng)物理介質(zhì)，通過正奇送播軟件可以方便的實現(xiàn)由電視劇網(wǎng)存儲向播出網(wǎng)存儲的文件化送播。

4.3.2 電視劇的文件化送播

我臺使用的是正奇公司研發(fā)的文件送播系統(tǒng)，該系統(tǒng)送播流程通過使用基于XML 的Web 服務(wù)描述語言來描述接口，以C/S（Client/Server）的架構(gòu)方式實現(xiàn)了異構(gòu)系統(tǒng)之間的元數(shù)據(jù)傳輸，元數(shù)據(jù)信息可直接注冊到播控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，方便快捷。采用MD5 對傳輸?shù)囊曇纛l數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，保障了傳輸?shù)陌踩?/p>

電視劇縮編人員將備播電視劇存放在電視劇網(wǎng)存儲區(qū)中，通過送播軟件填寫備播電視劇的元數(shù)據(jù)信息等，發(fā)起送播流程；送播系統(tǒng)接收任務(wù)并生成此任務(wù)的元數(shù)據(jù)信息（即XML文件），通過FTP方式將備播電視劇遷移至播出二級存儲并進(jìn)行MD5校驗，成功后請求元數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

4.3.3 后臺轉(zhuǎn)碼

在系統(tǒng)建成投入運行后，審看人員向我們反映在Avid Media Composer軟件中審看高清原碼電視劇時會出現(xiàn)卡頓或拉絲現(xiàn)象，我們先后嘗試使用多種播放器播放高清原碼文件，但仍出現(xiàn)同樣問題。為此文廣科技專門開發(fā)了一個后臺轉(zhuǎn)碼軟件，將上載后的高清原碼文件在服務(wù)器端進(jìn)行后臺轉(zhuǎn)碼，實現(xiàn)了流暢無卡頓的播放高清原碼文件，大大提升了審看時的視覺效果與審查效率。

4.3.4 磁帶管理

在系統(tǒng)建成投入運行后，我們通過數(shù)據(jù)流磁帶庫驅(qū)動器檢查磁帶的歸檔狀況時，發(fā)現(xiàn)了一些重復(fù)歸檔失敗的任務(wù)，影響了系統(tǒng)的工作效率，加重了磁帶庫驅(qū)動器的工作負(fù)荷。通過檢查發(fā)現(xiàn)，標(biāo)稱1.5TB容量的LTO5磁帶的實際可寫容量大約在1200GB，驅(qū)動器執(zhí)行歸檔任務(wù)時沒有有效地辨別出磁帶的實際剩余可寫容量狀況因而歸檔失敗。在磁帶管理端做了相應(yīng)的微調(diào)后，解決了這一問題，使磁帶庫的運作更加的順暢。

五、總結(jié)

與原有電視劇的上載、審看、編輯和送播流程相比，新建的高清電視劇縮編網(wǎng)在業(yè)務(wù)流程上具有以下優(yōu)點：

（1）實現(xiàn)電視劇的上載、審看、存檔和送播整個流程高清化；

（2）以文件格式上載電視劇，視音頻質(zhì)量損耗小，導(dǎo)入速度快，效率高；

（3）在電視劇網(wǎng)工作站非編軟件上審看電視劇取代了原有的錄像機審片方式，節(jié)省錄像機的采購維修費用；

（4）各頻道人員在電視劇網(wǎng)內(nèi)共享原版電視劇，進(jìn)行電視劇和預(yù)告片的剪輯，節(jié)省了重復(fù)上載的工作量；

（5）實現(xiàn)了電視劇的文件化送播。

在高清電視劇縮編系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)中我們采取了以下關(guān)鍵技術(shù)：

創(chuàng)新性的將第三方集群NAS存儲替代AVID專用ISIS存儲應(yīng)用于AVID編輯系統(tǒng)，以AVID Media Composer為視頻編輯軟件，配合SMET-Dbox Client存儲管理軟件，構(gòu)建單網(wǎng)架構(gòu)的高清電視劇縮編系統(tǒng)，既保留了單網(wǎng)架構(gòu)的固有優(yōu)勢，又降低了成本。

在不影響系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求、存儲容量和網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況下，設(shè)計了電視劇縮編網(wǎng)與媒資網(wǎng)共用NAS存儲、IBM帶庫和華為交換機的建網(wǎng)方案，節(jié)省了系統(tǒng)建設(shè)的成本。

由于采用了這些創(chuàng)新性的關(guān)鍵技術(shù)，我臺建設(shè)的高清電視劇縮編網(wǎng)兼具先進(jìn)性、安全性和經(jīng)濟性的特點，為城市電視臺高清電視劇縮編網(wǎng)的建設(shè)提供了高性價比的解決方案。