電視臺高清收錄網(wǎng)絡系統(tǒng)探析

黃登權(quán)

（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(jié)目的質(zhì)量和要求越來越高，電視臺對衛(wèi)星、有線、互聯(lián)網(wǎng)等各類高標清節(jié)目的收錄需求越來越大，福州廣播電視臺在現(xiàn)有收錄系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建設基于IP網(wǎng)絡的高清收錄系統(tǒng)，實現(xiàn)信源轉(zhuǎn)化歸一化、數(shù)據(jù)傳輸IP化、節(jié)目存儲數(shù)字化、內(nèi)容應用多樣化，為電視節(jié)目制作提供強有力的素材保障。

二、系統(tǒng)建設目標

新建設的系統(tǒng)是在現(xiàn)有20路標清SDI信號收錄通道和6路標清ASI單節(jié)目流收錄通道基礎(chǔ)上，增加7臺央視高清專用衛(wèi)星接收機、2臺高清衛(wèi)星接收機、8臺有線數(shù)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(jié)目信源和收錄量的需求。

建成后的收錄網(wǎng)，應具備一定的信號處理能力，以應對現(xiàn)行的多格式視頻編碼和不同的衛(wèi)星調(diào)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(shù)字化存儲和多樣化應用。

三、系統(tǒng)設計原則

（一）安全性原則

充分考慮網(wǎng)絡架構(gòu)的安全穩(wěn)定，在信號采集、節(jié)目存儲、數(shù)據(jù)管理等方面具備足夠的可靠性。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，面對各種突發(fā)情況具備應急響應和系統(tǒng)恢復能力。

（二）高效性原則

系統(tǒng)需要有高效、迅速的特點，節(jié)目采集交互流程更需要注重優(yōu)化處理，提高上游環(huán)節(jié)對下游環(huán)節(jié)的支持，優(yōu)化收錄系統(tǒng)與其他業(yè)務系統(tǒng)的接口，提高效率。

（三）先進性原則

系統(tǒng)設計應該充分考慮目前廣電行業(yè)先進的高清技術(shù)，結(jié)合先進的信息技術(shù)，適當?shù)乜紤]媒體發(fā)展的前瞻性技術(shù)，確保系統(tǒng)后續(xù)的拓展升級能力。

（四）開放性原則

系統(tǒng)設計要符合《電視臺數(shù)字化網(wǎng)絡化建設白皮書》的各項技術(shù)規(guī)范，具備開放體系，為后續(xù)接入其他資源預留接口。

（五）擴展性原則

系統(tǒng)設計需考慮后續(xù)與廣播電臺的整合，后續(xù)可無縫兼容音頻信號采集。此外收錄系統(tǒng)可同時為臺內(nèi)高標清制作系統(tǒng)提供交互共享功能，實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。

四、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設計

（一）全IP化收錄數(shù)據(jù)流程設計

如圖1所示，根據(jù)信號的數(shù)據(jù)流向，將全IP化收錄系統(tǒng)分為信源歸一化子系統(tǒng)、IP交換網(wǎng)絡子系統(tǒng)、IP流錄制子系統(tǒng)、IP流內(nèi)容交付子系統(tǒng)四個部分。

信源歸一化子系統(tǒng)主要負責將各種前端的信源統(tǒng)一處理成IP化的單節(jié)目流，通過TS over UDP協(xié)議進行數(shù)據(jù)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(wǎng)絡、信號錄制服務器的壓力。

傳輸交換網(wǎng)絡主要由網(wǎng)絡交換機構(gòu)成，為了確保安全，在傳輸交換網(wǎng)絡中采用全冗余構(gòu)架設計；此外，傳輸交換網(wǎng)絡上既要傳輸IP化的視音頻數(shù)據(jù)流，同時也要負責存儲訪問、數(shù)據(jù)庫訪問、服務器通信等業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸。

IP流錄制子系統(tǒng)負責從交換機上獲取相應的IP流視音頻信號數(shù)據(jù)，并對IP數(shù)據(jù)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(nèi)容交付子系統(tǒng)按需下載。

IP流內(nèi)容交付子系統(tǒng)是收錄系統(tǒng)對外提供服務的子系統(tǒng)，其核心職能為根據(jù)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(zhuǎn)碼等處理，最終將業(yè)務系統(tǒng)需要的收錄文件傳輸?shù)綐I(yè)務系統(tǒng)，供業(yè)務系統(tǒng)進行后續(xù)的編輯制作。

（二）系統(tǒng)總體拓撲架構(gòu)設計

如圖2所示，信源歸一化子系統(tǒng)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(zhuǎn)換卡、64×32MPTS多節(jié)目IP流—SPTS單節(jié)目IP流轉(zhuǎn)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(wǎng)交換機。

傳輸交換網(wǎng)絡由2臺交換機進行堆疊，在網(wǎng)絡鏈路上進行雙鏈路冗余或單鏈路主備設計。傳輸交換網(wǎng)絡上既要傳輸IP化的視音頻數(shù)據(jù)流，同時也要負責存儲訪問、數(shù)據(jù)庫訪問、服務器通信等業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸。通過在網(wǎng)絡上劃分不同的VLAN,隔離視音頻數(shù)據(jù)流和業(yè)務數(shù)據(jù)流，避免UDP組播信號對業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?/p>

圖1

圖2

IP流錄制子系統(tǒng)由多臺錄制服務器構(gòu)成，每臺服務器采用單機工作模式。為了確保錄制系統(tǒng)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(nèi)容交付子系統(tǒng)包括收錄編單管理工作站、收錄編單接口服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、收錄網(wǎng)關(guān)調(diào)度服務器、收錄網(wǎng)關(guān)執(zhí)行服務器等。系統(tǒng)根據(jù)收錄預約單的需求，指揮調(diào)度收錄網(wǎng)關(guān)執(zhí)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(zhuǎn)碼等操作。

（三）設計要點

（1）針對各種信源的IP轉(zhuǎn)化處理，降低系統(tǒng)復雜度和建設成本。收錄系統(tǒng)將各種信源，轉(zhuǎn)化為基于UDP協(xié)議封裝的TS over IP流，在網(wǎng)絡中進行實時轉(zhuǎn)發(fā)、傳輸，增強了安全性，可保證信號質(zhì)量，降低了系統(tǒng)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(huán)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(jù)節(jié)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(tǒng)對分塊存儲的資料自動進行管理，下載時根據(jù)需求把相應文件片自動合并成一條素材進行轉(zhuǎn)發(fā)或者提供下載。

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

（5）全冗余架構(gòu)設計，對所有可能發(fā)生故障的環(huán)節(jié)都有應對方案。在網(wǎng)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(huán)節(jié)都有備份鏈路；在錄制過程中，對重點的節(jié)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(tǒng)實施方案

（一）信源歸一化子系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

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(xiàn)有的20個SDI標清信號進行編碼，編碼后的主備單節(jié)目IP流分別輸出到2臺以太網(wǎng)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(wǎng)交換機。

對于多節(jié)目IP流，采用1塊多通道IP碼流調(diào)度卡進行解復用并封裝為若干單節(jié)目IP流，每個調(diào)度卡上有2個獨立的64×32調(diào)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(tǒng)的主備錄制服務器也連接到不同的以太網(wǎng)交換機上。

（二）IP交換網(wǎng)絡設計及實現(xiàn)

傳輸交換網(wǎng)絡主要由網(wǎng)絡交換機構(gòu)成，為了確保安全，采用全冗余構(gòu)架設計。在IP交換機網(wǎng)絡中，一臺交換機上同時具備IP流數(shù)據(jù)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(yè)務和數(shù)據(jù)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(xiàn)IP流數(shù)據(jù)的交換，另外一個VLAN來實現(xiàn)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(xié)議（VRRP）進行熱備冗余。在交換機故障時，能夠?qū)崟r自動由備交換機接管工作，從而保障信號及數(shù)據(jù)不因交換機故障而中斷傳輸。

（三）IP流錄制子系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

IP流錄制子系統(tǒng)由多臺錄制服務器組成。為了確保錄制系統(tǒng)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(shù)據(jù)安全。

IP流錄制服務器采用了通用服務器+收錄軟件的架構(gòu)，每臺服務器可以處理10路以上的MPEG2/H.264高標清節(jié)目。同時，服務器支持自定義視頻和音頻錄制參數(shù)，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(tǒng)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(jié)目等。

IP流錄制服務器采用磁盤空間預分配技術(shù)，預先分配磁盤空間，再寫入數(shù)據(jù)，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(chuàng)建大量文件，并且可自動實現(xiàn)7×24小時循環(huán)收錄，實現(xiàn)了先入先出的原則，無需人工刪除錄制文件。

（四）IP流內(nèi)容交付子系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

內(nèi)容交付子系統(tǒng)支持在系統(tǒng)內(nèi)進行收錄任務編單，同時也提供收錄單接口，業(yè)務系統(tǒng)的編單軟件可通過調(diào)用該接口添加預約收錄任務。收錄任務單都存儲在收錄數(shù)據(jù)庫中。

收錄網(wǎng)關(guān)調(diào)度服務器通過輪詢收錄數(shù)據(jù)庫，獲取收錄任務，并根據(jù)任務要求調(diào)度收錄網(wǎng)關(guān)執(zhí)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(jù)不同的收錄預約類型和資源交換方式，收錄執(zhí)行服務器可以直接將文件傳輸?shù)綐I(yè)務系統(tǒng)指定的存儲路徑，如果有轉(zhuǎn)碼需要，則先到收錄系統(tǒng)緩存進行轉(zhuǎn)碼，完成轉(zhuǎn)碼后再傳輸?shù)侥繕讼到y(tǒng)。

根據(jù)不同的系統(tǒng)資源交換方式，傳輸完成后收錄系統(tǒng)可調(diào)用業(yè)務系統(tǒng)的入庫服務接口，由業(yè)務系統(tǒng)自動入庫；對于更加松散耦合的情況，可以在將文件傳輸?shù)綐I(yè)務系統(tǒng)存儲后，由業(yè)務系統(tǒng)的目錄掃描軟件自動發(fā)起入庫流程或者由人工導入業(yè)務系統(tǒng)。

（五）系統(tǒng)安全設計及實現(xiàn)

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

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

系統(tǒng)運行后，結(jié)合系統(tǒng)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(tǒng)安全穩(wěn)定運營。

六、結(jié)語

福州廣播電視臺高清收錄網(wǎng)絡系統(tǒng)有效地融合了廣電技術(shù)和IT技術(shù)，實現(xiàn)了收錄系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、高清化、智能化，將衛(wèi)星、有線、媒資庫等分散的媒介資源與節(jié)目制作系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)、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(jié)目的制作效率。