广电中心硬盘网络自动播出系统设计方案

　　在模拟电视向数字电视转变的进程中，数字化播出首当其冲，网络化和数字化是电视台发展的必然趋势。制播作为数字电视的一个重要环节，其数字化程度、播出的稳定性直接关系到节目质量和播出的安全性，也会影响到数字电视的推广及受欢迎的程度。传统的手动磁带播出，操作人员工作紧张，压力大，易出差错，严重影响到节目的安全播出。随着计算机网络技术和数据存储技术的不断发展和成熟，以硬盘网络为基础的信息技术平台逐渐成为电视播出系统新的发展方向。

　　本文以龙岗广电中心的硬盘网络播出系统改造为背景，详细描述了该系统的结构和设计方案，对该系统的安全性和可靠性进行了阐述。

　　一、系统结构和技术方案

　　本中心之前的播出系统是采用磁带播出自动播出系统，每天的播出单由总编室提前确定交播出部执行。在特殊情况时，播出部被授权的工作人员可以根据授权权限，临时调整播出的节目顺序或节目内容。现使用的放像机由SONY系列为主，前期制作系统有非线性编辑系统，自办部分节目已实现非线性编辑制作。改造后的系统由制作播出网络系统和硬盘播出控制系统组成。

　　1.制作播出网络系统

　　根据电视台的节目播出情况以及设备情况，考虑到电视台习惯工作流程以及安全等方面的原因，根据制作和播出分离的原则，采取分布式上载、集中式播出的方式。对于新闻及专题节目由非线性编辑网络制作并经过审核后直接合成同时传输到播出近线存储系统或播出服务器，其余节目如电视剧、外来交换等节目可由总编室或播出部的上载工作站完成，配置三台直接上载工作站，负责电视剧、专题以及外来广告等外来节目的上载工作，另外系统配置一台审片刻录工作站，负责节目的审查工作，配置一台大容量播出近线存储服务器作为部分节目的集中存储任务。网络部分采用千兆交换机确保网络传输速度，主备播出服务器计划采用MAS-3000系列播出服务器播出。MAS-3000系列服务器采用存储和解码分离的新型视频服务器设计，利用外置解码服务器灵活配置数字、模拟播出，通道可根据具体情况配置，不受计算机平台限制，存储标准配置4个SATAII250G硬盘，组成RAID5磁盘阵列（实际容量为3×250=750G），具备180小时（按MPEG-24:2:0IBP8M码流计算）的播出容量。

　　制作播出网络系统示意图如图1所示。



图1 

　　在整个制作播出网络当中，存在多个上载点以及多种上载方式，以下进行逐一说明：
　　（1）上载部分

　　设计新增一台上载工作站用于串编和合成工作。由于总编室承担着全台节目安排以及外来节目的主要审查任务，因此对于由供片中心及外来交换的磁带等节目可由总编室安排上载。MES-200D负责上载电视剧及外来其它节目的直接上载，上载完的素材经审核后直接发送到集中存储服务器中，并可根据台里的要求进行光盘保存工作。

　　（2）广告部直接上载部分

　　对于广告部的外来广告素材，在确定不做编辑处理的情况下可以采取直接上载的方式，利用非编上载工作站完成此项工作，上载完的素材经审核后直接发送到集中存储服务器中。

　　（3）新闻、专题类非编网络素材的上载传输

　　对电视台的非线性编辑网络合成的文件可采取以下流程方式：

　　*经过审核通过的多轨编辑的素材（故事版文件）通过打包合成MPEG-2长GOP组PS（节目流）文件并存储于制作网存储阵列里；

　　*在制作的站点根据需要安装打包文件入库程序，打包好的文件经入库审核后进入播出数据库并通过FTP或文件方式传输到播出近线存储网关，供播出服务器根据节目单自动迁徙素材播出。

　　2.硬盘播出控制系统

　　数字化播出是数字电视整体转换中关键的环节，视频压缩技术和传输技术的迅速发展为硬盘播出系统的设计奠定了技术基础。数字硬盘播出是用基于硬盘的视频服务器，来取代传统的录像机，并以MPEG-2等格式的数字视频文件取代录像带，以实现安全、准确、高效的硬盘播出功能。本台设计的硬盘播控系统如图2所示。



图2 


　　（1）视频播出服务器

　　视频播出服务器部分是此次系统改造的核心，与之匹配的硬盘自动播出系统是控制的核心枢纽。必须遵循以下原则加以考虑：

　　*系统的安全性设计；

　　*系统的设计先进性；

　　*系统的开放性、兼容性；

　　*系统的服务水平；

　　*系统性能价格比；

　　*系统的升级特性。

　　目前国际流行的几款视频服务器，基本上都是基于专业工业PC设计架构，由部分嵌入式操作系统控制结合而成，其最主要的特点是编码解码通道数多，系统带宽高，可以满足多通道同时播出过程时的多通道同时上载，这样的架构的确可以做到一机多用的特点，但如此高的设计要求也带来了高昂的造价，而在多通道服务器的设计当中，编码所占用的系统带宽和CPU的运算是远远大于解码的系统带宽的，因此如果采用上载和播出分离的模式，采用工业服务器设计的纯粹播出多通道服务器的负荷其实并不很重。 [page]

　　基于以上设计原则，本中心选择由某公司生产的播出服务器MAS-3000系列来完成系统工作。采用两台MAS-3000视频服务器共用6个模拟复合输出通道作为三个自办频道的主备播出。

　　上载部分采用非线性网络系统和上载工作站提前上载，通过网络完成了MPEG-2制作网与近线存储系统和播出服务器的文件高速直联，使得播出与上载分离，避免上载与播出同时使用一台服务器时由于误操作导致系统故障的危险。

　　为保证系统具有灵活的存储能力，播出服务器配备了专用硬盘阵列，采用了4到12个存储单元。硬盘阵列采用业界成熟RAID-5（SATAII）容错技术，根据用户通道负载情况可选择SATAII或SCSI硬盘，可以确保即使其中任意一个硬盘遭到破坏，剩余的其他硬盘也可以弥补丢失的数据，使得操作仍然可以继续正常进行。专用的硬盘热插拔技术使得损坏的硬盘可以与替换的硬盘进行“热插拨”操作，可以实现在线硬盘系统不中断情况下的重建工作。如有需要还可以再对硬盘容量进行扩充，以延长整个系统的存储时间。

　　（2）视频解码服务器

　　本系统设计了一种先进的视频解码方案，服务器解码方面采用原装美国VIREN公司的外置式解码服务器。和板卡取数据方式不同，板卡从PCI总线取用数据，外置服务器通过网络取用数据，其它结构方式相同，真正实现在线扩容、在线更换等工作。解码和计算机及存储分离原则设计，存储选用原装进口服务器，没有板卡概念，不受驱动限制，适合多频道共享，共享频道数量只取决于网络带宽，为以后的频道增加和技术维护提供了更加便捷的操作。数字模拟解码灵活选配，数字解码盒带有模拟复合视频输出、AES/EBU数字音频输出和模拟音频平衡输出，采用开放式结构，通过千兆以太网络高速连接，能够方便扩展。它是一种全新概念的MPEG-2视频播出解码服务器。

　　（3）数据库服务器

　　数据库服务器在网络播出中的地位至关重要，所有上载的素材信息、播出节目单、操作记录、统计信息、故障记录等数据都存放在这里，可以采取双数据服务器主备方式，两个数据服务器可以共享一个磁盘阵列，也可以采用单机冗余方式。

　　从经济和性能两方面考虑，本系统采取数据库服务器单机方式，一台数据库服务器负责播出系统的数据库服务，存储网关服务器作为播出数据库的冷备份，播出时采取数据库同步的方式同步两方数据库内容，做到即时备份的效果。

　　（4）播出工作站

　　每个频道配备一台播出工作站，配置工业控制计算机，通过专用串口控制设备分别分时控制主备服务器的两个独立通道以及配套的录像机等设备，播出控制工作站是网络自动播出的控制核心。可以根据不同协议控制多种视频服务器及录像机、矩阵、切换台、台标等设备。

　　该工作站具有以下特点：

　　*可在节目播出的同时进行节目单编辑，可实现节目单网络传送，多频道节目单网络共享；

　　*自动根据节目单检测素材是否存在，如不存在，可由指定存储区域自动拷贝素材；

　　*自动控制服务器主备同步播出，自动检测主备状态，主机故障时自动切换到备机工作；

　　*可对录像机、切换器等串口设备的状态进行实时检测和报警；

　　*可实现对录像机CTL、TC、LTC码的控制；

　　*自动主备同步功能；

　　*提供多种节目播出方式，如实时、顺序、触发、定长插播、不定长插播、连续插播、计时插播等多种节目播出方式；

　　*提供各种优化检测功能，实现节目单自动计时，自动纠错和录像机的自动调度；

　　*多种应急措施，如节目提前，节目延长，紧急备份等；

　　*真正24小时连续播出设计。

　　二、系统安全性和可靠性

　　硬盘网络播出系统设计的首要问题是播出的安全性和稳定性，以及在系统出现故障的情况下如何紧急应对和快速恢复。该系统的上载、编辑和控制部分相对独立，上载、编辑机解决节目编辑和全台信息交互的功能，控制机通过RS422控制线与相应的被控设备连接，达到安全可靠的目的。不仅有触发、延时、紧急信号和录像机等处理节目播出的应急措施，更有同时控制应急切换，预防切换器故障所产生的影响。播出程序能自动进行内部逻辑检测，避免了人为的播出事故。系统提供的实时容错手段主要有：通过网络实时容错节目素材资源；硬盘信号、信号源信号实时容错等。这是一个将系统结构、软件实时控制、数据安全性、以及流程和服务安全性综合考虑在内的多层次高可靠系统。系统提供实时的设备和数据监测，并提供多种报警，确保系统运行正常。 

　　此外，该系统还提供了应急录像带、非编网信号、垫片工作站24小时播出等应急信号源的信号。每个频道备有1台应急录像机,当主、备服务器同时故障时,播出控制工作站控制应急录像机、垫片工作站进行应急播出。非编网线路信号也可做紧急节目播出用,如新闻等业务的编辑或打包时间比较紧张时，可直接调用非编网线路信号应急播出。

　　三、小结

　　此硬盘网络播出系统自2007年5月正式投入使用以来，使用之初画面会有夹帧、静帧和颜色失真等现象，经集成商更换解码盒调试后问题已解决。系统运行稳定，技术指标符合广电总局对电视台播出系统的有关标准。本次硬盘网络播出系统的改造，在提供灵活扩展的信号调度同时，不仅提高了播出的安全可靠性，取得了良好的社会效益，而且提高了播出信号质量，满足了龙岗广播电视事业发展的需要，推动了龙岗的数字电视整体转换进程。