全臺網(wǎng)中云技術的先進高效性設計

楊昆

【摘要】近年來，廣電系統(tǒng)在新技術新理念的浪潮下建設了一大批全臺網(wǎng)項目，在這一系列技術更新?lián)Q代的過程中，確實解放了大量人力，大大提高了電視臺的節(jié)目生產(chǎn)效率。隨著廣電系統(tǒng)業(yè)務需求的不斷增長以及諸多因素的影響，傳統(tǒng)業(yè)務系統(tǒng)的各種問題也逐漸暴露出來，同時隨著云技術的成熟，應用在全臺網(wǎng)中的云制作技術，不僅能滿足高清素材采集、視音頻編輯、節(jié)目審核及文件化節(jié)目送播等生產(chǎn)業(yè)務，且能與全臺網(wǎng)系統(tǒng)順暢連接。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡化、數(shù)據(jù)化、流程化的工作模式完成節(jié)目的制播業(yè)務。將全面滿足多個頻道節(jié)目后期制作對空間和編輯站點的需求，通過云編輯系統(tǒng)將節(jié)目制作區(qū)擴展到辦公區(qū)，實現(xiàn)業(yè)務與設備剝離，編輯與渲染剝離，提高了資源利用效率。同時也能為臺內未來的數(shù)據(jù)中心化做一些初步的技術探索。

【關鍵詞】大洋;云計算;虛擬機;全臺網(wǎng);分布式合成

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.011..025

1. 傳統(tǒng)方案的問題和云架構解決方案

廣電系統(tǒng)在全臺網(wǎng)建設浪潮下的這一系列的發(fā)展過程中，由于業(yè)務需求的不斷增長以及諸多因素的影響，傳統(tǒng)業(yè)務系統(tǒng)的問題也逐漸暴露出來，需要應用云技術逐一解決這些問題和弊端

1.1 硬件資源利用率不均衡，能源消耗大

大多數(shù)電視臺系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境中，主機資源的利用并不十分均衡，部署輕量級應用的主機往往閑置大量的計算及I/O資源;采用云技術后，多個輕量級應用可以轉化為VM（Virtual machine虛擬機），共用同一物理主機，實現(xiàn)資源的最大化利用。同時相應國家節(jié)能減排的號召，通過實現(xiàn)資源的最大化利用，實現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)生產(chǎn)的目標。

1.2 移動辦公和多設備接入問題

隨著電視臺業(yè)務的發(fā)展，為了提高編輯、審片的效率，外場編輯審片的需求已經(jīng)越來越越強。現(xiàn)有的系統(tǒng)很難實現(xiàn)人到哪桌面跟著到哪的業(yè)務需求，隨著臺內網(wǎng)絡建設的逐步成熟，臺內編輯人員及記者希望能夠在臺內隨時隨地訪問統(tǒng)一的應用和數(shù)據(jù)，提高工作效率，增加產(chǎn)能。越來越多的臺內編輯人員對采訪事發(fā)現(xiàn)場辦公、異地辦公、非工作時間在家里使用家中辦公有了更強烈的需求。

1.3 系統(tǒng)模塊固化，業(yè)務運營缺乏彈性

在當前的鄭州電視臺信息系統(tǒng)中，每個業(yè)務邏輯都運行在固定的主機上，部分主機在業(yè)務空檔期處于閑置狀態(tài);采用云技術后，業(yè)務和主機將實現(xiàn)松散耦合，資源調度變得靈活而富有彈性，通過計劃任務和策略配置，可以自動化的實現(xiàn)分時運算，利用閑置資源對繁忙系統(tǒng)進行提速，業(yè)務系統(tǒng)的運營效率將提升到前所未有的高度。

1.4 系統(tǒng)故障恢復時間較長

進行系統(tǒng)設計時，關鍵子模塊往往會采用高可用設計，當故障轉移發(fā)生后，業(yè)務系統(tǒng)雖然連續(xù)運營，但是處理故障設備和恢復高可用環(huán)境的時間較長，操作也十分復雜;采用云技術后，由于業(yè)務邏輯和主機實現(xiàn)了剝離，主機出現(xiàn)故障時，業(yè)務邏輯可以自動遷移到狀態(tài)良好的主機上，管理員可以輕松剔除故障主機，并將新主機加入到云計算平臺內。

1.5 舊業(yè)務系統(tǒng)的平臺升級面臨困難

業(yè)務系統(tǒng)的運營過程中，設備的更新?lián)Q代難以避免。隨著硬件的升級，與之適配的操作系統(tǒng)環(huán)境和數(shù)據(jù)庫環(huán)境都會發(fā)生變化，面對上述問題時，傳統(tǒng)的業(yè)務系統(tǒng)往往需要把業(yè)務軟件向新平臺移植和升級，這對業(yè)務系統(tǒng)穩(wěn)定運行平添了許多不穩(wěn)定因素;采用云計算技術后，舊的業(yè)務軟件可以無縫遷移到全新的硬件平臺上，無須進行業(yè)務軟件的升級開發(fā)，業(yè)務系統(tǒng)在底層硬件平臺升級后，依然能穩(wěn)固運行。

1.6 新業(yè)務層出不窮，新系統(tǒng)建設周期過長

目前，廣大電視觀眾已經(jīng)不再滿足于傳統(tǒng)的廣播電視服務模式，隨著三網(wǎng)融合的推進以及新媒體技術的不斷發(fā)展，電視臺的運營模式也將隨之進行調整，帶來的最大改變就是新業(yè)務的不斷上線。每開展一個新興業(yè)務模式，必將帶來新系統(tǒng)的部署、配置和運維，這往往需要較長時間，使新業(yè)務無法快速靈活的開展，對電視臺的長遠發(fā)展非常不利。

而如果在未來的廣電業(yè)務系統(tǒng)內構建一個統(tǒng)一的計算平臺，各種業(yè)務都運行在這個平臺上，那么傳統(tǒng)系統(tǒng)所面臨的問題將找到解決方案，廣電系統(tǒng)將更加靈活、更加富有彈性，運營也更加輕松。

以鄭州臺為例，先期全臺網(wǎng)的設計以大洋的技術為骨干，基于大洋的云計算的理念和設計，未來關于電視臺的非編網(wǎng)建設中，我們可以采用云編輯系統(tǒng)。云編輯系統(tǒng)包括云應用及云管理兩部分，云應用包括非線性編輯系統(tǒng)、生產(chǎn)媒資系統(tǒng)、媒體信息匯集系統(tǒng);云管理包括存儲管理、數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡管理、虛擬機管理、云應用管理等。

比如，云編輯系統(tǒng)計劃虛擬出128臺虛擬機，其中100臺用于云應用系統(tǒng)，28臺用于云管理系統(tǒng)。每臺虛擬機能夠實現(xiàn)4軌120M高清視頻的制作，并且可以添加包含動態(tài)字幕和唱詞在內的三軌字幕。云編輯系統(tǒng)通過虛擬化技術實現(xiàn)在一臺物理機上虛擬出來4臺邏輯非編設備，每臺邏輯設備可以獨立運行相應的非線制作軟件，從而大大提高了一臺物理機的工作效率。

云編輯虛擬機采用虛擬機+GPU直通方案，顯卡通過PCIe接口插到服務器刀片上，虛擬機綁定GPU之后，可以用于圖形或視頻編輯渲染。采用華為E9000服務器的話，一個刀片可以插4個Q2000顯卡分別綁定4個VM構成4個GPU直通 或一個K1構成4個GPU直通。

虛擬機插入GPU之后，圖形軟件可以使用GPU充發(fā)充分渲染，GPU將渲染后的位圖放入顯卡視頻緩沖區(qū)。為了將緩沖區(qū)內容實時無損地投送到TC側。虛擬機采用HDX3DPro技術。HDX3DPro支持采用采用CPU深度壓縮后，有效降低傳輸帶寬。TC側再解碼將圖像內容清晰地呈現(xiàn)給用戶。

虛擬機的全部狀態(tài)由存儲在共享存儲器上的一組文件進行封裝， 虛擬機的活動內存及精確的執(zhí)行狀態(tài)通過高速網(wǎng)絡快速傳輸， 實現(xiàn)了零停機時間，而且不中斷用戶操作。虛擬機管理軟件可以實現(xiàn)監(jiān)視整個虛機化架構的資源利用情況，可以自動的動態(tài)調整資源，并使用管理軟件來遷移和優(yōu)化工作負載，提高了系統(tǒng)的靈活性和擴展性。

云編輯的遠程桌面系統(tǒng)可以通過部署在辦公域甚至家里的普通電腦實現(xiàn)連接和訪問，打破了現(xiàn)有的制作系統(tǒng)局限于非編制作機房這一束縛，滿足編輯、記者的在臺辦公區(qū)進行節(jié)目制作需求。但為保障制作網(wǎng)的安全，采用四臺萬兆“一體化安全網(wǎng)關”來隔離生產(chǎn)域與辦公域，一體化安全網(wǎng)關集成了網(wǎng)絡防火墻、網(wǎng)絡入侵檢測＼防御和防病毒等多種安全防護功能，為了避免單點故障，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。將四臺一體化安全網(wǎng)關配置為集群，并通過負載均衡技術及HA技術實現(xiàn)高可用及高可靠。安全網(wǎng)關配置時只允許華為的HDP遠程傳輸協(xié)議通過，安全隔離辦公網(wǎng)和生產(chǎn)網(wǎng)。

2. 高效的分布式打包

隨著節(jié)目制作的復雜化、多樣化，特別是高清節(jié)目制作時代的到來，傳統(tǒng)的單臺服務器對一個時間線的合成效率越來越低下，早已無法滿足節(jié)目生產(chǎn)的需要。為此，大洋公司率先提出并實踐了分布式打包合成的思想：建設分布式合成服務器集群，把單條合成任務拆分為多個子任務，多臺合成服務器同時合成各個子任務方式，來顯著縮短單條任務的合成耗費時間，提高合成的效率。在北京臺的實踐中，實測提高合成效率10倍以上，有效的保障了節(jié)目及時送播。

分布式合成系統(tǒng)作為一個后臺7*24小時工作的系統(tǒng)，設計了任務檢測機制、故障重試機制、故障重啟機制，三大安全機制，保證系統(tǒng)高穩(wěn)定運行，于此同時支持高標清智能切換，根據(jù)合成目標智能切換當前打包制式，對于優(yōu)先等級高的任務，進行人工干預，系統(tǒng)優(yōu)先執(zhí)行，滿足應急任務的順利執(zhí)行。

管理層：主要完成合成任務的流程管理、狀態(tài)監(jiān)控、任務派發(fā)和策略管理等后臺應用服務，主要是包含任務引擎模塊、任務監(jiān)控模塊和任務管理模塊。

業(yè)務層：主要完成提交的合成任務的合成、符合條件任務的智能分拆，分拆子任務的合成以及分拆子任務的拼接等，主要包含任務分拆模塊、任務合成模塊 和任務拼接模塊。

2.1 分拆策略設計

任務分拆模塊的主要功能是根據(jù)系統(tǒng)定義的分拆原則，將一條符合分布式合成啟用條件的任務分拆成一系列子任務。任務分拆模塊包括以下功能：

*初始化任務分拆模塊

*判斷任務分拆模塊是否已經(jīng)初始化完成

*執(zhí)行合成任務分拆服務

*判斷分拆任務是否完成

*返回任務分拆結果

*釋放任務分拆模塊

任務分拆模塊的工作流程如下：

*任務管理模塊將分拆任務分派給任務分拆模塊;

*任務分拆模塊進行初始化工作;

*初始化完成后，任務分拆模塊打開任務故事板并調用非線性編輯系統(tǒng)插件，獲取故事板不可分拆段落信息;

*任務分拆模塊根據(jù)分拆原則對任務進行分拆;

*任務分拆模塊將分拆結果寫入合成子任務列表;

*完成任務后，任務分拆模塊進行釋放。

2.2 合成策略設計

合成模塊的主要功能是將一個或一段工程文件重新渲染生成為一個視音頻文件。合成模塊包括以下功能：

*支持工程文件中包含不同格式的視音頻素材的合成

*支持工程文件中包含高清素材和標清素材的合成，并按照目標格式根據(jù)配置自動進行上下變換

*支持各種特技和字幕的合成

*支持所有大洋編解碼支持的目標格式

支持目標文件的MD5碼生成

具備按照優(yōu)先級自動獲取合成任務的功能

具備合成任務執(zhí)行進度和狀態(tài)反饋的功能

2.3 拼接策略設計

任務拼接模塊的主要功能是將被分拆成子任務的合成結果，重新拼接成一個完整的符合任務目標格式的視頻文件，作為任務的最終結果。任務拼接模塊包括以下功能：

*初始化拼接模塊

*判斷任務拼接模塊是否已經(jīng)初始化完成

*轉碼功能

*執(zhí)行拼接任務

*判斷拼接任務是否完成

*返回拼接任務結果

*釋放拼接任務模塊

任務分拆模塊的工作流程如下：

*任務管理模塊將拼接任務分派給任務拼接模塊;

*任務拼接模塊進行初始化工作;

*初始化完成后，任務拼接模塊按照順序讀取所有子任務生成的文件;

*任務拼接模塊按照合成任務的目標格式，對所有子任務生成的文件進行拼接

*拼接完成后，任務拼接模塊將拼接結果反饋給任務管理模塊;

*完成任務后，任務拼接模塊進行釋放。

鑒于以上內容，采用了云技術和虛擬技術的全臺網(wǎng)，必將在原有基礎上極大提高工作效率，更大的發(fā)揮硬件的性能和人的能動性，同時也為未來全臺網(wǎng)數(shù)據(jù)中心建設提供一個參考。