高清播出系統(tǒng)第三備視頻服務(wù)器的設(shè)計與應(yīng)用研究

葉 茂

（作者單位：揚州廣播電視傳媒集團）

隨著高清技術(shù)的普及和廣播電視行業(yè)的快速發(fā)展，高清播出系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性成為行業(yè)關(guān)注的重點。在高清播出系統(tǒng)中，視頻服務(wù)器扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在多頻道、高并發(fā)的播出環(huán)境下，視頻服務(wù)器的備份與冗余設(shè)計更是關(guān)鍵。本文將以揚州廣電總臺基于“ IP+SDI”（網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議+串行數(shù)字接口）架構(gòu)的高清播出總控系統(tǒng)為背景，探討第三備視頻服務(wù)器的設(shè)計、實現(xiàn)及其在高清播出系統(tǒng)中的重要性。

1 高清播出系統(tǒng)概述

高清播出系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及信號采集、處理、存儲、傳輸和播出等多個環(huán)節(jié)。其中，視頻服務(wù)器作為核心設(shè)備之一，負(fù)責(zé)存儲、管理和播出節(jié)目素材，傳統(tǒng)的高清播出系統(tǒng)通常采用主、備視頻服務(wù)器架構(gòu)，即主視頻服務(wù)器和備視頻服務(wù)器相互備份，以確保節(jié)目的連續(xù)播出。第三備視頻服務(wù)器是指在主、備視頻服務(wù)器架構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加一臺獨立的視頻服務(wù)器作為第三備份。當(dāng)主、備視頻服務(wù)器出現(xiàn)故障或異常情況時，第三備視頻服務(wù)器可以迅速接管服務(wù)，保證節(jié)目的連續(xù)播出。第三備視頻服務(wù)器的引入為高清播出系統(tǒng)提供了額外的容錯空間，進一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，第三備視頻服務(wù)器還可以承擔(dān)部分負(fù)載，減輕主、備視頻服務(wù)器的壓力，提高系統(tǒng)的整體性能。因此，構(gòu)建多層次的備份系統(tǒng)，對于保障高清播出的連續(xù)性和穩(wěn)定性至關(guān)重要[1]50。

2 第三備視頻服務(wù)器的設(shè)計和實現(xiàn)

揚州廣電總臺的高清播出總控系統(tǒng)以“ IP+SDI”架構(gòu)為核心，其中視頻服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn)尤為關(guān)鍵。為了確保播出系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，第三備視頻服務(wù)器的設(shè)計包括以下幾個方面：

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

在高清播出系統(tǒng)中，第三備視頻服務(wù)器的架構(gòu)設(shè)計需充分考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和擴展性。一般而言，第三備視頻服務(wù)器的架構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循冗余熱備份的原則，同時為了方便管理和維護，第三備視頻服務(wù)器的架構(gòu)設(shè)計還應(yīng)考慮與主、備視頻服務(wù)器的兼容性和統(tǒng)一性。第三備視頻服務(wù)器與主、備服務(wù)器共用相同的數(shù)據(jù)庫，也采用了相同的播出控制軟件，同步同時播出相同的文件素材。當(dāng)主、備視頻服務(wù)器出現(xiàn)故障時，第三備視頻服務(wù)器能夠迅速接管服務(wù)，保證節(jié)目的連續(xù)播出。使用相同的播出軟件可以確保主、備服務(wù)器和第三備服務(wù)器在處理視頻文件和播出流程等方面具有一致性。這種一致性有助于減少因軟件差異導(dǎo)致的潛在問題隱患，提高了整個播出系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。對于值機員來說，相同的播出軟件簡化了他們的日常工作，降低了學(xué)習(xí)成本，減少了學(xué)習(xí)時間。在緊急情況下，這種熟悉的操作環(huán)境也有助于值機員更快的反應(yīng)。在切換系統(tǒng)中將第三備視頻服務(wù)器信號切換到預(yù)調(diào)的矩陣輸出，實現(xiàn)快速接管播出任務(wù)，保證視頻信號不間斷播出。

2.2 服務(wù)器配置

在進行第三備視頻服務(wù)器的配置規(guī)劃與選型時，確保系統(tǒng)具備出色的性能、卓越的穩(wěn)定性和高度的兼容性至關(guān)重要。首先，為保證節(jié)目素材能夠高效的實時處理和流暢播出，該服務(wù)器配備了頂級規(guī)格的硬件配置，采用的是正奇FMS-3 SDI系列主機，搭載了Intel Xeon Silver 4210系列處理器，這款10核心20線程的中央處理器（Central Processing Unit, CPU）擁有強大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠輕松應(yīng)對高強度的工作負(fù)載。內(nèi)存方面，選擇了大容量的隨機存取存儲器（Random Access Memory, RAM）以支持高速緩存和并行任務(wù)處理，從而有效提升整體運行效率和響應(yīng)速度。存儲方案上，服務(wù)器內(nèi)置了1個由6塊6 TB熱插拔硬盤組成的磁盤陣列（Redundant Arrays of Independent Disks,RAID）陣列，不僅提供了海量的數(shù)據(jù)存儲空間，還確保了數(shù)據(jù)的安全冗余及高可用性。網(wǎng)絡(luò)連接層面，該服務(wù)器裝備了4個千兆以太網(wǎng)接口，無縫集成到存儲網(wǎng)絡(luò)中，滿足高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸需求。功能特性上，它全面支持多種主流視頻格式如MXF和MPG，同時兼容MPEG-2和H.264編解碼標(biāo)準(zhǔn)，能夠靈活適應(yīng)不同分辨率和碼率的視頻內(nèi)容同步播出。盡管在絕對性能上略低于主、備視頻服務(wù)器，但第三備視頻服務(wù)器憑借其優(yōu)化的軟解碼技術(shù)和較高的性價比優(yōu)勢，依然能夠在保障高標(biāo)清視頻流暢播出的同時，有效地節(jié)約運營成本，確保業(yè)務(wù)連續(xù)性和穩(wěn)定性，是構(gòu)建多級容災(zāi)備份體系的理想選擇。

2.3 分控系統(tǒng)配置

管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)作為第三備份視頻服務(wù)器播出系統(tǒng)的中樞，其核心涵蓋上級計算機、節(jié)目單上傳設(shè)備、主備播控單元、第三備播控單元、共享控制工作平臺與同步遷移服務(wù)器等多個關(guān)鍵組件。這些組件通過先進的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)緊密銜接，共同確保播出流程的平穩(wěn)運行。該控管系統(tǒng)以實際的節(jié)目播出單為參照基準(zhǔn)，對第三備份視頻服務(wù)器執(zhí)行諸如文件整理準(zhǔn)備、播出精確調(diào)控及信號調(diào)度等一系列核心任務(wù)操作。與此同時，第三備播控機依據(jù)接收到的節(jié)目單信息，獨立的對第三備份視頻服務(wù)器播出流程進行有效控制。共享控制工作站則根據(jù)播控機發(fā)出的操作指令，精密控制著共享矩陣的動作。另外，系統(tǒng)中的同步遷移服務(wù)器扮演著“文件管理專家”的角色，其主要職責(zé)在于執(zhí)行視頻服務(wù)器內(nèi)節(jié)目文件的遷移、刪除等關(guān)鍵性管理工作，從而確保整個文件管理體系的有序高效運作[2]。

高清播出系統(tǒng)配置了一組共計8臺的切換設(shè)備，其中4臺為主力切換器，另外4臺為備用切換器，所有設(shè)備均為16輸入通道至2輸出通道的高清SDI靜止畫面切換器。這一系列切換器的核心任務(wù)是對4個高清頻道（包括新聞綜合、城市生活、生活服務(wù)和邗江頻道）的主備播出HD-SDI信號進行實時切換操作。此外，系統(tǒng)配備了8臺高清規(guī)格的4輸入至1輸出SDI靜止畫面切換開關(guān)。這些切換開關(guān)旨在提供靈活便捷的主備播出HD-SDI信號互換功能，服務(wù)于上述4個高清頻道。為了滿足HD-SDI信號下變換為SD-SDI信號后的切換需求，系統(tǒng)中還設(shè)置8臺具備高清處理能力但實際應(yīng)用于標(biāo)清環(huán)境的2輸入至1輸出SDI靜止畫面切換開關(guān)，確保在不同信號格式間的平滑倒換[1]51。

每個頻道的分控視音頻系統(tǒng)接收多種HD-SDI信號源：主、備視頻服務(wù)器各一路，第三備視頻服務(wù)器一路，以及兩路高清P2放像機應(yīng)急播出信號。這些信號經(jīng)過分控高清多畫面分割器處理后，精準(zhǔn)地進入主備切換器。主備16×2高清SDI切換器的節(jié)目（Program, PGM）輸出信號，經(jīng)過主備響度控制器板卡的處理后，被精準(zhǔn)地輸出至主備高清鍵混器。為了確保音頻質(zhì)量的穩(wěn)定，系統(tǒng)還配備了8塊高清響度控制器板卡，用于實時控制這4個高清頻道的主備8路末級高清PGM/SDI信號的音頻響度，從而確保觀眾能夠享受到高質(zhì)量的視聽體驗[3]。

第三備視頻服務(wù)器作為高清播出系統(tǒng)的冗余組件，其作用在于提高系統(tǒng)的容錯能力和服務(wù)的連續(xù)性。當(dāng)主、備視頻服務(wù)器出現(xiàn)故障時，第三備視頻服務(wù)器能夠快速接替其作用，保證系統(tǒng)不中斷地播出高清信號。第三備視頻服務(wù)器與常規(guī)的主、備服務(wù)器不同，它獨立于主、備服務(wù)器之外，通過專用網(wǎng)絡(luò)與其相連。正常情況下，第三備服務(wù)器不參與播出任務(wù)，僅在主、備服務(wù)器全部故障時，再由切換系統(tǒng)切換至預(yù)調(diào)度的矩陣輸出接管播出任務(wù)，完成第三備視頻服務(wù)器作為備份信號源的替換過程。這種工作方式可最大限度減少第三備服務(wù)器的加載，保證其穩(wěn)定可靠。

3 第三備視頻服務(wù)器的應(yīng)用效果分析

3.1 播出穩(wěn)定性提升

在傳統(tǒng)的雙路備份策略中，主、備視頻服務(wù)器若遭遇故障或突發(fā)意外情況，將可能引發(fā)播出中斷問題，這不僅會影響觀眾的連續(xù)觀看體驗，更可能對廣播電視臺或流媒體平臺的整體服務(wù)質(zhì)量造成負(fù)面影響。然而，隨著第三備視頻服務(wù)器的引入，整個系統(tǒng)架構(gòu)的冗余性和穩(wěn)定性得到了顯著強化。該設(shè)計使得高清播出系統(tǒng)具備了三重保障機制，在實際運行過程中，即使面臨主、備視頻服務(wù)器同時出現(xiàn)故障或異常狀況的極端情況，第三備視頻服務(wù)器也能迅速響應(yīng)并無縫接管服務(wù)，確保節(jié)目內(nèi)容的不間斷播出。這種精心設(shè)計的三重備份方案，有效地降低了單點故障導(dǎo)致的風(fēng)險概率，極大提升了系統(tǒng)的穩(wěn)健性及可靠性，從而大幅減少了潛在的播出中斷風(fēng)險，有力地保障了觀眾能夠享受到流暢、無間斷的高品質(zhì)觀看體驗。

3.2 容錯能力增強

第三備視頻服務(wù)器的引入不僅提升了播出穩(wěn)定性，還增強了系統(tǒng)的容錯能力。在傳統(tǒng)的雙路備份架構(gòu)中，當(dāng)主、備視頻服務(wù)器同時出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)將面臨播出中斷的風(fēng)險。而引入第三備視頻服務(wù)器后，即使其中主備兩路服務(wù)器出現(xiàn)故障，剩余的第三備服務(wù)器仍能保障節(jié)目的連續(xù)播出。這種設(shè)計使得系統(tǒng)在面對突發(fā)狀況時能夠更加從容應(yīng)對，避免了單點故障導(dǎo)致的播出中斷。

3.3 系統(tǒng)可靠性提升

通過引入第三備視頻服務(wù)器和智能監(jiān)控與報警系統(tǒng)，高清播出系統(tǒng)的可靠性得到了顯著提升。智能監(jiān)控與報警系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控服務(wù)器的狀態(tài)和性能，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的故障隱患。這種主動式的故障處理方式比傳統(tǒng)的被動式處理方式更加及時和有效，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。同時，第三備視頻服務(wù)器的引入還為系統(tǒng)提供了額外的容錯空間，使得系統(tǒng)在面對復(fù)雜多變的運行環(huán)境時更加穩(wěn)定可靠。

4 第三備視頻服務(wù)器的應(yīng)急案例

揚州廣播電視總臺于2021年下半年開始全面將標(biāo)清升級為高清播出系統(tǒng)，用于傳輸4條高清信號到各地面站，以實現(xiàn)全市范圍內(nèi)的高清覆蓋。該高清播出系統(tǒng)已連續(xù)運行兩年多，主、備視頻服務(wù)器及第三備視頻服務(wù)器保持著良好的穩(wěn)定性。在2023年下半年，生活頻道的值機員在播出過程中遭遇了一個罕見的技術(shù)問題：主、備路信號同時黑場，但第三備信號保持正常。得益于三選一應(yīng)急切換開關(guān)，第三備信號被迅速切入，確保了節(jié)目的順利播出。

工作人員在事后分析中發(fā)現(xiàn)問題的根源在于該視頻文件的封裝格式異常，未遵循MXF標(biāo)準(zhǔn)，這一格式上的不匹配導(dǎo)致主、備視頻服務(wù)器在解碼和容錯能力上的不足，使得該系列素材無法正常解碼和播出。然而，在這關(guān)鍵時刻，異構(gòu)的第三備播出服務(wù)器展現(xiàn)出了其卓越的軟件解碼能力。它不僅能夠容錯處理這類非標(biāo)準(zhǔn)素材文件，還能在緊急情況下接管高清信號的播出任務(wù)。這次快速而準(zhǔn)確的應(yīng)急響應(yīng)，有效避免了潛在的播出事故，確保了電視節(jié)目在面臨突發(fā)故障時能夠保持無縫、安全的播出，第三備視頻服務(wù)器的應(yīng)用顯著提升了高清播出系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

5 第三備視頻服務(wù)器的必要性、重要性和可靠穩(wěn)定性分析

5.1 必要性分析

隨著高清播出系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大和復(fù)雜性的不斷提高，任何一環(huán)的故障都可能導(dǎo)致播出中斷或質(zhì)量下降。因此，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性成為業(yè)內(nèi)的迫切需求，第三備視頻服務(wù)器的引入正是為了滿足這一需求而設(shè)計的。通過為系統(tǒng)提供額外的容錯空間，可以大大降低播出中斷的風(fēng)險，提高觀眾的觀看體驗。因此，從提升播出質(zhì)量和觀眾體驗的角度來看，引入第三備視頻服務(wù)器是十分必要的。

5.2 重要性分析

在高清播出系統(tǒng)中，視頻服務(wù)器扮演著至關(guān)重要的角色。它負(fù)責(zé)存儲、管理和播出節(jié)目素材，是確保節(jié)目連續(xù)播出的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的雙路備份架構(gòu)在面對某些極端情況時仍可能存在播出中斷的風(fēng)險。因此，引入第三備視頻服務(wù)器對于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。通過為系統(tǒng)提供額外的容錯能力，第三備視頻服務(wù)器可以確保在主、備視頻服務(wù)器出現(xiàn)故障時仍能保持節(jié)目的連續(xù)播出。因此，從提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的角度來看，第三備視頻服務(wù)器的重要性不言而喻。

5.3 可靠穩(wěn)定性分析

第三備視頻服務(wù)器的可靠穩(wěn)定性是確保其在高清播出系統(tǒng)中發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素。為了實現(xiàn)高可靠穩(wěn)定性，第三備視頻服務(wù)器需采用成熟的技術(shù)和經(jīng)過嚴(yán)格測試的硬件設(shè)備。同時，在軟件設(shè)計方面，采用模塊化、冗余和容錯等設(shè)計思路，確保軟件的高可用性和穩(wěn)定性。此外，還需建立完善的維護和保障機制，定期對服務(wù)器進行巡檢、維護和升級，確保其長期穩(wěn)定運行。通過這些措施的實施，可以大大提高第三備視頻服務(wù)器的可靠穩(wěn)定性，為高清播出系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有力保障[4-5]。

6 結(jié)語

通過對揚州廣電總臺基于“ IP+SDI”架構(gòu)的高清播出總控系統(tǒng)中第三備視頻服務(wù)器的應(yīng)用研究，可以看到第三備視頻服務(wù)器在電視播出系統(tǒng)中應(yīng)用具有極高的必要性、重要性和可靠性，是確保電視播出穩(wěn)定、高質(zhì)量、合規(guī)的關(guān)鍵因素之一。同時，智能監(jiān)控與報警系統(tǒng)的引入也進一步提高了系統(tǒng)的可靠性和故障處理效率。這些改進措施為廣播電視臺提供了更加穩(wěn)定、可靠的播出環(huán)境，也為觀眾帶來了更佳的觀看體驗。

然而，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用需求的不斷增加，第三備視頻服務(wù)器在未來仍將面臨諸多挑戰(zhàn)和機遇。首先，在技術(shù)方面，隨著云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，第三備視頻服務(wù)器的設(shè)計和實現(xiàn)需要更加注重智能化和自動化。例如，通過引入機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實現(xiàn)對服務(wù)器性能的自動優(yōu)化和故障預(yù)警。其次，在應(yīng)用需求方面，隨著觀眾對節(jié)目質(zhì)量和觀看體驗要求的不斷提升，高清播出系統(tǒng)需要具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。因此，工作人員需要通過不斷優(yōu)化和改進第三備視頻服務(wù)器，進一步提高高清播出系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為觀眾帶來更佳的觀看體驗。同時，工作人員在設(shè)計和實施備份方案時需要全面考慮系統(tǒng)的架構(gòu)、性能和運維需求，確保備份方案能夠有效地發(fā)揮作用，為高清播出系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供堅實的保障。