基于多點(diǎn)遷移技術(shù)實(shí)現(xiàn)的演播室互備方案

□鄧智

基于多點(diǎn)遷移技術(shù)實(shí)現(xiàn)的演播室互備方案

□鄧智

一、需求分析

廣西電視臺新聞頻道原有A、B兩套不同廠家的非編制播系統(tǒng)對應(yīng)兩個高清演播室（面積分別為100平方米、600平方米，簡稱100演播室和600演播室），在非編網(wǎng)中制作節(jié)目，審核通過后將其發(fā)送至演播室的視頻服務(wù)器進(jìn)行播出。去年，隨著A系統(tǒng)的下線，我們對頻道整個制播體系進(jìn)行了改造，B系統(tǒng)接替A系統(tǒng)，同樣對應(yīng)兩個高清演播室。

A系統(tǒng)的非編網(wǎng)在改造中已經(jīng)移交其他制作部門使用，在100演播室遺留下的2臺視頻服務(wù)器性能還能滿足日常的播出要求。如何盡可能地保護(hù)原有設(shè)備的投資和提升兩個演播室硬盤播的安全播出級別，是我們面臨的問題。

二、方案設(shè)計

本案中，我們考慮將100演播室的2臺視頻服務(wù)器融入B系統(tǒng)的非編網(wǎng)，并將兩個演播室構(gòu)建成級聯(lián)演播室，將播出素材通過多臺并行的遷移服務(wù)器輪詢調(diào)度傳輸?shù)椒植荚趦蓚€演播室的4臺視頻服務(wù)器上，確保在節(jié)目播出前兩個演播室都具備了進(jìn)行節(jié)目播出所需的節(jié)目資源。運(yùn)用RS422，通過播控工作站遠(yuǎn)程交叉控制視頻服務(wù)器向演播室輸出信號，當(dāng)主演播室出現(xiàn)故障無法工作時，可立即由備演播室進(jìn)行播出，實(shí)現(xiàn)了兩個演播室的相互備份，大大提高了廣西電視臺新聞頻道制播體系的安全可靠性。如圖1。

三、主要功能模塊

（一）多點(diǎn)遷移

目前市場上的視頻服務(wù)器不支持非編時間線播出，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要有打包遷移服務(wù)器將制作好送往演播室播出的時間線打包成文件，并且遷移到目標(biāo)視頻服務(wù)器。其步驟是這樣的：從數(shù)據(jù)庫或文件等獲取任務(wù)，然后根據(jù)任務(wù)的描述進(jìn)行打包、轉(zhuǎn)碼、遷移等工作，工作完成后返回任務(wù)值。打包遷移服務(wù)器在演播室系統(tǒng)和非編系統(tǒng)中實(shí)際上起到了數(shù)據(jù)交換中心的作用，它的工作性質(zhì)決定了它應(yīng)該具有自動獲取任務(wù)、支持集群并行工作、自動負(fù)載均衡的功能。節(jié)目資源從非編提交到演播室視頻服務(wù)器的一般流程如圖2。

為了保證直播用的節(jié)目資源能高效、安全地從非編網(wǎng)提交到演播室視頻服務(wù)器，應(yīng)從以下兩方面實(shí)現(xiàn)：

1.并行實(shí)現(xiàn)

在600演播室播出系統(tǒng)中配置了6臺打包遷移服務(wù)器，在并行狀態(tài)下工作。作為一個Actor，每臺服務(wù)器可以同時執(zhí)行一個打包遷移任務(wù)，這些服務(wù)器由后臺管理程序Manager統(tǒng)一調(diào)配管理。在非編網(wǎng)提交打包遷移任務(wù)，Manager接收后通過輪詢方式將該任務(wù)分配給空閑狀態(tài)的服務(wù)器；當(dāng)所有服務(wù)器均處于忙碌狀態(tài)時，將任務(wù)放入任務(wù)池等待執(zhí)行。處于并行工作狀態(tài)下的打包遷移服務(wù)器群集最多可同時執(zhí)行6個不同的任務(wù)，充分利用所有服務(wù)器的資源，減少任務(wù)排隊(duì)時間，大幅提高打包遷移的執(zhí)行效率。隨著日后業(yè)務(wù)的發(fā)展，還可隨意添加新的服務(wù)器隨時并網(wǎng)工作，具備良好的擴(kuò)展性。如圖3。

2.異步實(shí)現(xiàn)

在本案中，異步分為兩種情況：（1）其中一個Actor執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)完畢后隨即發(fā)送空閑狀態(tài)消息到Manager，等待接收新的任務(wù)，其工作狀態(tài)與其他Actor狀態(tài)無關(guān)；（2）Actor接收到Manager發(fā)生的任務(wù)后，先查詢?nèi)蝿?wù)的目標(biāo)視頻服務(wù)器，并確認(rèn)其主備狀態(tài)，優(yōu)先將節(jié)目資源遷移至主視頻服務(wù)器，如節(jié)目資源已存在主服務(wù)器存儲則將繼續(xù)遷移到備服務(wù)器存儲。

在新聞頻道演播室的使用過程中，正常情況下欄目使用的演播室是相對固定的，因此我們根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化系統(tǒng)路由設(shè)置，將演播室和欄目進(jìn)行綁定：直播類欄目同時綁定100、600兩個演播室，非直播類欄目只綁定其常用的演播室。使用異步遷移技術(shù)保證進(jìn)入視頻服務(wù)器存儲的節(jié)目資源有效性，由于避免了將無用資源素材遷移到無關(guān)的視頻服務(wù)器，減小了Actor的作業(yè)壓力，從而增加了節(jié)目資源從非編網(wǎng)提交到視頻服務(wù)器的傳輸效率。在非編網(wǎng)提交節(jié)目資源到演播室的流程優(yōu)化如圖4。

經(jīng)過優(yōu)化的流程在日常使用中發(fā)揮了很好的作用：（1）確保兩個演播室都具備了進(jìn)行節(jié)目直播所需的節(jié)目資源，為兩個演播室相互備份提供了資源保障；（2）提高了演播室視頻服務(wù)器內(nèi)的節(jié)目資源的利用率，避免無用節(jié)目資源浪費(fèi)傳輸時間，占用傳輸隊(duì)列，并且大大減小視頻服務(wù)器硬盤空間的存儲壓力；（3）在特殊情況下，經(jīng)過靈活、簡單的系統(tǒng)配置可快速實(shí)現(xiàn)兩個演播室所有欄目播出的完全互備。

（二）串行通信控制

出于安全的考慮，多數(shù)視頻服務(wù)器都是作為“黑盒子”的方式存在于演播室機(jī)房內(nèi)，由播出控制設(shè)備通過RS422控制協(xié)議來控制視頻服務(wù)器播出。視頻服務(wù)器的控制方式通常有兩種，一種是RS422的控制方式，一種是TCP/IP的控制方式。RS422的控制方式采用專線可靠性高、通訊距離遠(yuǎn)；TCP/IP的控制方式通過網(wǎng)線來完成，靈活性高、可靠性差，完全依賴以太網(wǎng)交換機(jī)工作。

在直播演播室中對播出控制機(jī)有著極高的安全性需求，除了要求設(shè)備穩(wěn)定外，還希望播出控制機(jī)能夠脫離網(wǎng)絡(luò)的影響，因此提出了斷網(wǎng)播出的需求。斷網(wǎng)的情況分為兩種：一種是在播出過程中網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，這時播出控制機(jī)依舊可以完成當(dāng)前列表的播出，這是通過控制軟件的功能完成的；另一種是開始播出前網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，這時控制機(jī)可以采用本地登陸的方式，讀取本地配置，控制視頻服務(wù)器播出，如圖5。

對比發(fā)現(xiàn)，基于以太網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP控制方式存在無法斷網(wǎng)播出的重大缺陷，我們決定采用RS422通信方式。

1.RS422

RS422采用平衡發(fā)送、雙絞線傳輸、差分接收等技術(shù)，每個信號都采用雙絞線(兩根信號線)傳送，根據(jù)兩條傳輸線之間的電位差來表示邏輯狀態(tài)。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器具備更強(qiáng)的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個節(jié)點(diǎn)。即一個主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Salve），從設(shè)備之間不能通信，所以 RS422支持點(diǎn)對多的雙向通信。RS422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，數(shù)據(jù)可以同時雙向傳遞(全雙工)，各裝置之間任何必需的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨(dú)的雙絞線），被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制之中。針腳定義和接口如圖6。

RS422的最大傳輸距離約1200米，最大傳輸速率為10Mb/s，其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離，只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s，需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻，終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。根據(jù)演播室播出的實(shí)際應(yīng)用，RS422的傳輸距離和速度完全滿足播出控制機(jī)連接視頻服務(wù)器的通信需求。

2.視頻服務(wù)器串口通信

視頻服務(wù)器都帶有多個串行通信接口，每個接口均可通過串行通信線由外部計算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)記錄與播放。要實(shí)現(xiàn)軟件控制錄像機(jī)工作，就必須發(fā)出錄像機(jī)的控制協(xié)議能識別的命令。

根據(jù)廠家資料顯示，我們使用的視頻服務(wù)器9芯控制協(xié)議規(guī)定相互通訊的主、從設(shè)備之間采用波特率為38.4Kbps、1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個奇校驗(yàn)位及1個停止位的全雙工通訊方式，并規(guī)定通訊協(xié)議的初始化由主設(shè)備完成，從設(shè)備在9毫秒內(nèi)必須應(yīng)答主設(shè)備所發(fā)出的指令，如超過10毫秒將被視為超時，這也要求主設(shè)備在10毫秒內(nèi)不能連續(xù)發(fā)出指令。其中從設(shè)備的應(yīng)答分為三種類型：NAK+錯誤碼——沒有定義的指令或通訊出錯；COMMAND+數(shù)據(jù)——如果命令要求返回數(shù)據(jù)時，例如編輯器要求返回時間碼；ACK——如果命令不要求返回數(shù)據(jù)時，如編輯器發(fā)出的PLAY等命令。

3.視頻服務(wù)器RS422座針腳定義

根據(jù)視頻服務(wù)器廠家資料顯示，其相應(yīng)插座類型、針腳定義如圖7。

4.播出控制工作站與視頻服務(wù)器串行通信線路的連接

根據(jù)串口通信協(xié)議線序匹配：R對T，正對正，負(fù)對負(fù)，地對地，即：RX+〈----〉TX+;RX-〈----〉TX-; TX+〈----〉RX+;TX-〈----〉RX-;GND〈----〉GND，我們得出播出控制工作站與視頻服務(wù)器間的控制線序?yàn)椋?/p>

播控工作站RS422(IN)主備

（作者單位：廣西電視臺）