淺析分布式合成技術(shù)在電視節(jié)目制作中的應(yīng)用

高 偉

呼和浩特廣播電視臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010011

引 言

隨著高清電視節(jié)目制作的復(fù)雜化、多樣化，視頻節(jié)目越來越大，30分鐘的標(biāo)清節(jié)目大小約為500M，而30分鐘高清節(jié)目約為1～2G，4K節(jié)目的大小則超過3G。所以傳統(tǒng)的單臺服務(wù)器對一個(gè)時(shí)間線的節(jié)目合成所需要的時(shí)間越來越長，效率越來越低下，已經(jīng)無法滿足高清節(jié)目和4K節(jié)目生產(chǎn)的需求。呼和浩特廣播電視臺建設(shè)了分布式合成服務(wù)器集群，通過把單條合成任務(wù)拆分為多個(gè)子任務(wù)，多臺合成服務(wù)器同時(shí)合成各個(gè)子任務(wù)的方式，來縮短單條節(jié)目任務(wù)的合成時(shí)間，從而提高視頻節(jié)目合成的效率。

1 分布式合成系統(tǒng)的架構(gòu)

分布式合成系統(tǒng)提供7x24小時(shí)的服務(wù)，包括三大安全機(jī)制，分別是任務(wù)檢測機(jī)制、故障重試機(jī)制和故障重啟機(jī)制，三大安全機(jī)制保障了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)支持高標(biāo)清之間智能切換，根據(jù)合成目標(biāo)智能切換打包制式，對于緊急任務(wù)，可以設(shè)置合成優(yōu)先等級，系統(tǒng)將會優(yōu)先執(zhí)行優(yōu)先級高的任務(wù)。

為了適應(yīng)高清電視節(jié)目高效率合成需求，分布式合成服務(wù)器系統(tǒng)提供智能化網(wǎng)格合成功能，即任務(wù)調(diào)度中心根據(jù)不同的任務(wù)需求統(tǒng)一調(diào)度，集群生成服務(wù)器同時(shí)工作，執(zhí)行節(jié)目的打包生成。系統(tǒng)會根據(jù)節(jié)目信息文件自動進(jìn)行分段拆條，每個(gè)分段使用最優(yōu)的拼接技術(shù)提高合成速率，如圖1分布式打包系統(tǒng)架構(gòu)圖所示。

圖1 分布式打包系統(tǒng)架構(gòu)圖

這種架構(gòu)被設(shè)計(jì)為管理層和業(yè)務(wù)層。管理層主要包括視頻節(jié)目合成任務(wù)的流程管理、策略管理、任務(wù)派發(fā)和狀態(tài)監(jiān)控等功能，含有任務(wù)管理、任務(wù)監(jiān)控和任務(wù)引擎3個(gè)模塊。

業(yè)務(wù)層主要包括提交的視頻節(jié)目任務(wù)的合成、分拆子任務(wù)的合成、符合條件任務(wù)的智能分拆、分拆子任務(wù)的拼接等功能，內(nèi)含任務(wù)分拆、任務(wù)合成和任務(wù)拼接3個(gè)模塊。

2 分布式合成系統(tǒng)的分拆策略

任務(wù)分拆策略的主要作用是依據(jù)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置好的分拆原則，將符合分布式合成啟動條件的任務(wù)進(jìn)行分拆，拆成若干子任務(wù)。任務(wù)分拆模塊包含以下功能：

（1）將任務(wù)分拆模塊初始化，判斷任務(wù)分拆模塊是否完成初始化；

（2）啟動合成任務(wù)的分拆服務(wù)，判斷是否完成分拆任務(wù)；

（3）將任務(wù)分拆結(jié)果返回，釋放任務(wù)分拆模塊資源。

任務(wù)管理模塊根據(jù)任務(wù)需要將分拆任務(wù)分配給任務(wù)分拆模塊；任務(wù)分拆模塊首先對任務(wù)進(jìn)行初始化工作；初始化完成后，任務(wù)分拆模塊在任務(wù)的故事板上調(diào)用系統(tǒng)的非線性編輯插件，獲取故事板不可分拆的段落信息；任務(wù)分拆模塊依照分拆原則將任務(wù)進(jìn)行分拆；任務(wù)分拆模塊把分拆結(jié)果輸入合成子任務(wù)的列表；任務(wù)完成后，將任務(wù)分拆模塊資源釋放。

3 分布式合成系統(tǒng)的合成策略

合成策略的主要作用是將一個(gè)視頻工程文件任務(wù)重新渲染生成為目標(biāo)視音頻文件。合成模塊包括以下功能：

（1）支持各種不同格式的工程文件，滿足各類視音頻素材的合成；

（2）同時(shí)支持高清和標(biāo)清兩種工程文件素材的合成，并根據(jù)需求格式自動進(jìn)行上下變換，支持各類特技和多種字幕的合成；

（3）支持一切編解碼目標(biāo)格式，同時(shí)支持目標(biāo)文件的MD5碼生成；

（4）具有依照優(yōu)先級自動選取合成任務(wù)的功能，具有合成任務(wù)執(zhí)行的進(jìn)度及狀態(tài)的反饋功能。

4 分布式合成系統(tǒng)的拼接策略

任務(wù)的拼接策略主要作用是將被分拆成多個(gè)子任務(wù)的文件片段，根據(jù)拼接策略重新拼接成為一個(gè)完整的符合格式的視音頻文件，并返回結(jié)果。任務(wù)拼接模塊包括以下功能：

（1）對拼接模塊進(jìn)行初始化，并且判斷任務(wù)拼接模塊是否完成初始化；

（2）執(zhí)行轉(zhuǎn)碼服務(wù)，進(jìn)行拼接任務(wù)指令，并判斷拼接任務(wù)是否完成；

（3）返回拼接任務(wù)完成的結(jié)果，并釋放拼接任務(wù)模塊資源。

啟動任務(wù)管理服務(wù)，將要執(zhí)行的任務(wù)分派給拼接模塊；任務(wù)拼接模塊對任務(wù)執(zhí)行初始化；初始化完成后，任務(wù)拼接模塊依照設(shè)置好的順序依次讀取生成的子任務(wù)文件；任務(wù)拼接模塊依據(jù)合成任務(wù)所需的目標(biāo)格式，對所有生成好的子任務(wù)文件執(zhí)行拼接；完成拼接后，任務(wù)拼接模塊將執(zhí)行結(jié)果回執(zhí)給任務(wù)管理服務(wù)；所有任務(wù)完成后，釋放拼接模塊資源。

5 分布式轉(zhuǎn)碼

電視節(jié)目視音頻的編碼和解碼算法通常比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)碼處理會消耗較長的時(shí)間。特別是對于高清電視節(jié)目視頻來說，需要處理的數(shù)據(jù)量約為標(biāo)清的5倍，為降低壓縮碼率往往采用一些算法更為復(fù)雜的編碼格式，因此提高高清轉(zhuǎn)碼的效率是目前需要解決的突出問題。

設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是，如何高效率、高質(zhì)量的完成海量的高清素材的格式轉(zhuǎn)換。為此增加了分布式轉(zhuǎn)碼和分布式技審功能，可以有效利用系統(tǒng)資源，解決高清素材轉(zhuǎn)碼，提高轉(zhuǎn)碼效率。

分布式轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)包括管理者（Manager）和執(zhí)行者（Actor）兩部分，其中管理者提供轉(zhuǎn)碼任務(wù)的調(diào)度資源分配服務(wù)，執(zhí)行者提供轉(zhuǎn)碼運(yùn)算的執(zhí)行服務(wù)。轉(zhuǎn)碼中心接到任務(wù)后，首先由管理者將任務(wù)拆分為若干條子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)對源素材的一個(gè)片段提供轉(zhuǎn)碼服務(wù)；然后管理者根據(jù)每個(gè)片段的時(shí)間先后順序，把子任務(wù)依次分配到當(dāng)前空閑的執(zhí)行者上，由執(zhí)行者將這些片段完成轉(zhuǎn)碼并生成目標(biāo)所需的壓縮格式的臨時(shí)文件；最后所有臨時(shí)文件通過文件合并服務(wù)生成轉(zhuǎn)碼目標(biāo)所需文件。

為了提高分拆效率，轉(zhuǎn)碼中心系統(tǒng)中對任務(wù)的拆分方式做了優(yōu)化處理，使用了更高效率的分拆策略，即將一條任務(wù)拆分成多個(gè)小片段，拆分的片段數(shù)量遠(yuǎn)大于執(zhí)行者的數(shù)量。任務(wù)下發(fā)根據(jù)片段生成的時(shí)間先后順序，分發(fā)給所有的執(zhí)行者。管理者全程監(jiān)控執(zhí)行者的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)有空閑的執(zhí)行者就將新任務(wù)分發(fā)過去，直至所有子任務(wù)全部執(zhí)行完畢。

結(jié)束語

隨著電視的發(fā)展，對電視節(jié)目制作提出了更高的要求，呼和浩特廣播電視臺通過實(shí)踐，應(yīng)用分布式合成技術(shù)，使日常電視節(jié)目和視音頻節(jié)目的制作合成效率提高5倍以上，極大地提高節(jié)目制作效率，使電視臺在相同時(shí)間段里，可以制作完成更多的節(jié)目，有效的保障了電視節(jié)目及時(shí)傳輸和安全播出，做到了快速制作、快速完成、快速發(fā)布，從而適應(yīng)時(shí)效性強(qiáng)、信息量大、傳播速度快的現(xiàn)代媒體發(fā)展趨勢。