戴喜棟

（太倉市廣播電視總臺(tái) 技術(shù)中心，江蘇 太倉 215400）

1 硬盤播總控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

構(gòu)建一個(gè)播出系統(tǒng)須從廣播電視安全播出的角度出發(fā)，結(jié)合國家廣電總局的62號(hào)令，遵循安全性、高效性、高質(zhì)量性、實(shí)用性、先進(jìn)性和可擴(kuò)展性等原則，需要在前期設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到以下7個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1）視頻服務(wù)器；2）核心數(shù)據(jù)庫；3）通道設(shè)備（包含切換器及相應(yīng)信號(hào)處理設(shè)備）；4）系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備（軟、硬件監(jiān)測(cè)，信號(hào)監(jiān)測(cè)、機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)等）；5）成熟的播出軟件；6）完善的應(yīng)急播出機(jī)制等；7）適合本臺(tái)的總控矩陣。

在2010年3月中旬，筆者開始對(duì)太倉傳媒中心硬盤播出系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行大量的前期調(diào)研工作，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，并請(qǐng)多位專家對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行多次論證，6月開始按既定方案有序地實(shí)施，2011年4月中旬基本完成整體框架的搭建[1-3]。

2 原播出系統(tǒng)介紹

在介紹太倉傳媒中心的播總控系統(tǒng)前，先簡述一下原有系統(tǒng)。目前使用的硬盤播出系統(tǒng)搭建于2005年年底，由北京格非視頻科技發(fā)展有限公司南京分公司負(fù)責(zé)實(shí)施，2006年元旦啟用，該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。視頻服務(wù)器采用格非自主研發(fā)的Magistream服務(wù)器，服務(wù)器配有2塊獨(dú)立的通道卡負(fù)責(zé)2個(gè)頻道各自信號(hào)的輸出，配有5塊專業(yè)的300 Gbyte SCSI硬盤，通過自帶模組做成RAID5冗余模式實(shí)現(xiàn)1.08 Tbyte的實(shí)際可用空間，安全性得到保障。考慮到單一服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)將造成播出信號(hào)中斷，因此采用主備服務(wù)器實(shí)時(shí)同步播出的方式來保證信號(hào)的不間斷。調(diào)度矩陣采用16×16的模式以基本實(shí)現(xiàn)一些常用信號(hào)的調(diào)度。到目前為止該硬盤播出系統(tǒng)使用近6年，總體情況良好，但也存在一些相對(duì)不足的地方，如存儲(chǔ)容量稍顯不足，調(diào)度系統(tǒng)的靈活性及可擴(kuò)展性稍顯不佳等。

3 新播總控系統(tǒng)概述

新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在太倉傳媒中心播總控系統(tǒng)中，播出系統(tǒng)視頻服務(wù)器采用主備進(jìn)口服務(wù)器加三備國產(chǎn)服務(wù)器的方式，3臺(tái)服務(wù)器都實(shí)時(shí)同步播出，3路服務(wù)器輸出信號(hào)全都接入主備切換矩陣。并根據(jù)實(shí)際情況配備了應(yīng)急播出設(shè)備及墊片設(shè)備、跳線架、智能監(jiān)控系統(tǒng)等，以便在出現(xiàn)問題時(shí)快速判斷故障點(diǎn)并加以處理。系統(tǒng)采用2個(gè)20 Tbyte的二級(jí)存儲(chǔ)互為主備，設(shè)置主備2臺(tái)遷移服務(wù)器，保證了素材庫和遷移服務(wù)的安全性。核心數(shù)據(jù)庫采用主備數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。同步系統(tǒng)使用主備2臺(tái)泰克SPG600同步信號(hào)發(fā)生器，并使用同步自動(dòng)倒換器?？偪鼐仃嚥捎貌莨裙?28×128的高標(biāo)清兼容機(jī)箱，目前配備64×64矩陣板卡，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)多路外來信號(hào)實(shí)時(shí)主備。同時(shí)充分考慮直播節(jié)目的需求，系統(tǒng)中還配備了雙路高標(biāo)清兼容延時(shí)器。

下文就太倉市廣播電視總臺(tái)硬盤播出系統(tǒng)采用的兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行簡要介紹。

3.1 視頻服務(wù)器

作為硬盤播出系統(tǒng)的核心設(shè)備，選擇一款高度穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品尤為重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到最終播出的安全性、穩(wěn)定性和播出質(zhì)量，因此這里全部采用國際知名品牌草谷公司最新的K2 SUMMIT視頻服務(wù)器，該視頻服務(wù)器采用支持熱插拔的冗余雙電源設(shè)計(jì)，確保服務(wù)器在供電方面的安全性。冗余的以太網(wǎng)接口配置在網(wǎng)絡(luò)連接上有所保障，不會(huì)因?yàn)閱我痪W(wǎng)絡(luò)接口的損壞而影響控制信息和數(shù)據(jù)流的傳輸。操作系統(tǒng)為嵌入式英文版Windows XP系統(tǒng)，裝載在CF卡中，可以通過K2 SUMMIT服務(wù)器自帶的啟動(dòng)優(yōu)盤引導(dǎo)至備份恢復(fù)界面，非常方便地進(jìn)行操作系統(tǒng)的備份與恢復(fù)，操作系統(tǒng)本身的安全性和可靠性也得到了強(qiáng)有力的保障。同時(shí)因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)本身的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的啟動(dòng)速度更為快捷，且有助于防止病毒的入侵，安全性非?？煽?。另外，雙iSCSI及雙FC接口的設(shè)計(jì)提供更多的冗余鏈路，是保證系統(tǒng)在任何情況下消除單潰點(diǎn)的非常優(yōu)秀的解決方案。

K2 SUMMIT服務(wù)器作為專業(yè)播出視頻服務(wù)器，其設(shè)計(jì)更加適合于播出領(lǐng)域，支持1路雙向編解碼通道，3路解碼通道，可分別用于節(jié)目的應(yīng)急上載、播出及審看。K2 SUMMIT服務(wù)器內(nèi)置8盤位磁盤陣列，配置8塊7200轉(zhuǎn)1 Tbyte容量專用服務(wù)器硬盤，相比于傳統(tǒng)桌面的SA?TA硬盤，具有更高的帶寬及穩(wěn)定性。通過K2 SUMMIT服務(wù)器自帶的磁盤管理軟件Storage Utility，將每2個(gè)硬盤綁定成1組RAID 1，共綁定成4組，然后創(chuàng)建專有的磁盤系統(tǒng)，實(shí)際可用容量達(dá)到3.63 Tbyte。理論上，損壞的硬盤只要不在一個(gè)組里，就可以允許有4塊硬盤同時(shí)出現(xiàn)故障而不影響磁盤結(jié)構(gòu)，所以安全性相當(dāng)可靠。目前按照12 Mbit/s的碼率進(jìn)行素材采集，可存儲(chǔ)700 h的節(jié)目，完全能夠滿足頻道實(shí)際的播出需求。同時(shí)，K2 SUMMIT作為一款高標(biāo)清兼容的服務(wù)器，同時(shí)具有高清播出功能，為以后電視節(jié)目的高清播出提前奠定了基礎(chǔ)，便于升級(jí)到高清播出，只需向經(jīng)銷商升級(jí)相應(yīng)的軟件授權(quán)，而不需要再重新購買新的硬件播出服務(wù)器。

第三級(jí)備播系統(tǒng)采用格非公司自主研發(fā)的Magis?tream-X視頻服務(wù)器，產(chǎn)品穩(wěn)定，成熟可靠，在國內(nèi)也有典型的成功案例。

Magistream-X視頻服務(wù)器具備以下特點(diǎn)：1）具有負(fù)載平衡的冗余備份電源；2）完全模塊化設(shè)計(jì)；3）IO通道數(shù)為4個(gè)，且每個(gè)通道支持單獨(dú)串口控制；4）支持嵌入式SDI接口；5）高可靠的內(nèi)置存儲(chǔ)陣列、高可用硬盤；6）服務(wù)器內(nèi)部獨(dú)立的監(jiān)控檢測(cè)平臺(tái)。Magistream-X服務(wù)器在安全性方面做了全面考慮，最大限度保證播出的安全。

Magistream-X視頻服務(wù)器內(nèi)置存儲(chǔ)陣列為12盤位的陣列，目前使用3塊2 Tbyte專用服務(wù)器硬盤，在RAID 5模式下同樣實(shí)現(xiàn)3.63 Tbyte的實(shí)際可用空間，與K2 SUM?MIT服務(wù)器一致。保證與K2 SUMMIT主備服務(wù)器不會(huì)存在容量上的落差，且安全可靠。如果當(dāng)某一塊硬盤出現(xiàn)故障時(shí)，可由備份那塊硬盤自動(dòng)恢復(fù)，在恢復(fù)的過程中并不影響存儲(chǔ)陣列的使用，保證數(shù)據(jù)完整安全地傳輸。

3.2 總控矩陣

根據(jù)信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)參考因素，并結(jié)合太倉市廣播電視總臺(tái)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了以國際知名品牌GV CONCERTO 128×128（暫配置64×64）數(shù)字矩陣為核心的總控信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)，支持高標(biāo)清信號(hào)的調(diào)度?？偪鼐仃嚺渲昧?套控制面板：信號(hào)調(diào)度矩陣XY控制面板1套，單母線面板1套，用于信號(hào)技術(shù)監(jiān)看。

矩陣采用獨(dú)立機(jī)箱、雙電源、雙控制板，機(jī)箱具有良好的散熱性和防塵能力，支持7×24 h連續(xù)工作。所有組件均為前裝載式，均可熱插拔。矩陣信號(hào)輸入、輸出模塊支持帶嵌入音頻的高標(biāo)清SDI信號(hào)，矩陣輸出通道具有時(shí)鐘再生功能。矩陣具有BB同步信號(hào)輸入。矩陣輸入輸出板以32路為1單元，可靈活配置。主備電源分區(qū)供電，確保信號(hào)主備路由的安全性，且電源可熱插拔，內(nèi)置進(jìn)口原裝電源。

該矩陣具備如下特點(diǎn)：

1）多格式的靈活設(shè)計(jì)。Concerto系列矩陣支持在同一機(jī)箱內(nèi)多種混合信號(hào)類型，包括模擬視音頻、高標(biāo)清數(shù)字視頻、AES/EBU數(shù)字音頻、時(shí)間碼及用于機(jī)器控制的串口數(shù)據(jù)。

2）線性擴(kuò)展能力使升級(jí)易如反掌。Concerto系列矩陣易于擴(kuò)展且成本低廉。不像大多數(shù)系統(tǒng)，擴(kuò)容需訂購專用的輸入板、輸出板和交叉點(diǎn)板模塊，在該系統(tǒng)中僅需添加2塊板就能將64×64系統(tǒng)擴(kuò)展到128×128系統(tǒng)。而且，由于采用了可分離的無源后板連接器模塊，設(shè)備擴(kuò)容的線路預(yù)設(shè)成本也大大降低了。

3）高度可靠性。低功耗設(shè)計(jì)最大限度減少了組件的使用，以確保矩陣的高可靠性。目前將矩陣配置為64×64，只需2塊板卡和2個(gè)后面板，而且其內(nèi)裝有多組風(fēng)扇，強(qiáng)力制冷裝置保證了設(shè)備的出色性能和可靠性而無需外部風(fēng)扇。為盡可能延長工作時(shí)間，Concerto系列矩陣可以通過配置完整的控制系統(tǒng)和備份電源來完成重大播出任務(wù)，也可通過配置單控制器和電源來適合一般應(yīng)用。

4）高度可維護(hù)性。Concerto矩陣在維護(hù)方面也最大限度為使用者提供方便。它的后面板采用無源設(shè)計(jì)，所有模塊均可從機(jī)箱前面熱插拔，包括電源和風(fēng)扇。這一特點(diǎn)使矩陣易于升級(jí)，且避免了到機(jī)架背面進(jìn)行任何維修操作的不便。

4 傳媒中心播總控系統(tǒng)的安全策略與實(shí)際運(yùn)用

太倉傳媒中心播總控系統(tǒng)，緊緊圍繞安全播出這個(gè)核心，系統(tǒng)的搭建也充分考慮到這一點(diǎn)，從以下4個(gè)方面進(jìn)行了落實(shí)。

4.1 系統(tǒng)的三備與異構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用

從系統(tǒng)的架構(gòu)到設(shè)備的可維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性等各方面綜合考慮，結(jié)合異構(gòu)理念，采用這種主備進(jìn)口服務(wù)器加三備國產(chǎn)服務(wù)器的架構(gòu)。在實(shí)際工作中，同一類型、同批次服務(wù)器在出現(xiàn)故障時(shí)，特別是軟件因素造成的故障，常常可能同時(shí)出現(xiàn)問題，采用三備異構(gòu)方式就能避免此類故障出現(xiàn)。對(duì)比新老兩個(gè)播出系統(tǒng)可以看出，類似于老的播出系統(tǒng)，如果只是主備服務(wù)器構(gòu)架，其中有一臺(tái)出問題，需要維修或者處理時(shí)，另外一臺(tái)將處于單機(jī)工作狀態(tài)。如果此時(shí)另外一臺(tái)設(shè)備再出現(xiàn)問題，將直接影響安全播出。而采用三備異構(gòu)方式就能避免此類問題的出現(xiàn)。在該硬盤播出系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求采用K2 SUMMIT作為主備服務(wù)器，同時(shí)兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，采用Magistream-X國產(chǎn)視頻服務(wù)器作為三備服務(wù)器。在任何一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障的時(shí)候，通過軟件檢測(cè)，能自動(dòng)對(duì)播出信號(hào)進(jìn)行無縫切換。

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行了大量測(cè)試，模擬當(dāng)主備兩臺(tái)K2 SUMMIT服務(wù)器因素材文件在遷移過程中出現(xiàn)文件缺失或有壞幀所造成的服務(wù)器播出信號(hào)靜幀，或者設(shè)備硬件出現(xiàn)問題時(shí)的現(xiàn)象，由于第三級(jí)備播是不同類別的國產(chǎn)服務(wù)器，在素材及硬件完好時(shí)實(shí)時(shí)同步播出，通過穩(wěn)定可靠智能的播控端可做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦任一服務(wù)器出現(xiàn)故障，都能實(shí)現(xiàn)無縫切換，保證輸出信號(hào)無異常，安全可靠。

4.2 總控系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用

在播出系統(tǒng)正常工作時(shí)，總控信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)承擔(dān)著對(duì)參與播出的各種視音頻信號(hào)包括演播室信號(hào)、靜止圖像信號(hào)、錄像機(jī)信號(hào)、外來信號(hào)、播控PGM及CLEAN信號(hào)的調(diào)度、處理、分配，并向播出頻道分控系統(tǒng)輸出信號(hào)的任務(wù)，有時(shí)甚至參與播出，作為頻道播出的備份矩陣使用。

總控系統(tǒng)由基準(zhǔn)和時(shí)鐘同步系統(tǒng)、主矩陣、周邊設(shè)備系統(tǒng)、監(jiān)看和UMD系統(tǒng)、衛(wèi)星接收系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測(cè)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)和信號(hào)監(jiān)測(cè)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)等部分構(gòu)成。

總控系統(tǒng)主要承擔(dān)以下4個(gè)任務(wù)：1）為播控系統(tǒng)提供用于各頻道播出需要的各類信號(hào)；2）幀同步機(jī)調(diào)度，根據(jù)需要對(duì)幀同步路由進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)調(diào)度；3）各頻道播出凈信號(hào)的調(diào)度，可用于節(jié)目回錄；4）完成臺(tái)內(nèi)各子系統(tǒng)間電視信號(hào)互連互通。

總控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 總控系統(tǒng)示意圖

從系統(tǒng)的可持續(xù)性、可發(fā)展性上考慮，在設(shè)備的選型上，充分考慮電視高清化的因素，服務(wù)器跟總控矩陣均采用高標(biāo)清兼容設(shè)備，總控矩陣配備128×128機(jī)箱，目前只用了64×64，但已經(jīng)滿足臺(tái)里的需要，各種直播和其他外來信號(hào)都有了備份，如果一路信號(hào)出現(xiàn)問題，通過簡單的切換，就能確保信號(hào)不中斷，實(shí)現(xiàn)安全播出。Concerto矩陣通過簡單的增加板卡，就能實(shí)現(xiàn)總控規(guī)模的提升，服務(wù)器均采用4通道服務(wù)器，為以后頻道擴(kuò)容等提前作了充足的準(zhǔn)備。同時(shí)也體現(xiàn)了該系統(tǒng)在節(jié)能增效上的考慮。

4.3 通道設(shè)備的交叉應(yīng)用

結(jié)合太倉市廣播電視總臺(tái)實(shí)際情況，從播出系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性上考慮，頻道主通道上硬件設(shè)備都使用了備份，無法熱備的采用冷備方式，并且通道中主備設(shè)備均安置于不同機(jī)箱交叉互備，從而避免了單一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題時(shí)對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成的威脅。機(jī)箱交叉示意圖見圖3。

4.4 系統(tǒng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)

圖3 機(jī)箱交叉示意圖

智能監(jiān)控系統(tǒng)具有系統(tǒng)硬件設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)控、硬件系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)控、硬件設(shè)備的輔助控制和管理、系統(tǒng)故障報(bào)警、故障信息記錄和綜合信息管理、機(jī)房環(huán)境和輔助設(shè)備的工作狀態(tài)監(jiān)控等功能。設(shè)置了節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備，從而能快速判斷故障點(diǎn)。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)全部設(shè)置了應(yīng)急跳線，如監(jiān)測(cè)到的某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題時(shí)，利用跳線能快速跳過此設(shè)備，實(shí)現(xiàn)播出信號(hào)不中斷，確保安全播出。

實(shí)際運(yùn)用表明，相比于原播出系統(tǒng)，新系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)大致為3個(gè)方面：

1）這種三備與異構(gòu)結(jié)合的模式進(jìn)一步加強(qiáng)了硬盤播出系統(tǒng)核心版塊的穩(wěn)定性和安全性，也是相較于原硬盤播出系統(tǒng)的一個(gè)創(chuàng)新突破。

2）相比原先的小型總控矩陣，新系統(tǒng)中多種外來信號(hào)的靈活調(diào)度、安全穩(wěn)定可靠、操作性強(qiáng)、易于維護(hù)及易于擴(kuò)展等方面的改變是顯而易見的，為整個(gè)播控系統(tǒng)增加了不少亮點(diǎn)。

3）系統(tǒng)通過交叉互備及相關(guān)智能監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于提高系統(tǒng)的安全性也有明顯效果。

5 結(jié)束語

從目前日益嚴(yán)峻的安全播出角度看，此次太倉傳媒中心播總控系統(tǒng)中的一些設(shè)計(jì)思路和核心設(shè)備的實(shí)際運(yùn)用，都較好地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)照國家廣電總局62號(hào)令各項(xiàng)要求均達(dá)到二級(jí)配置要求，部分已達(dá)到一級(jí)配置要求。通過半年的試運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，為確保安全播出奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]金強(qiáng).淺析分布式硬件架構(gòu)的播出視頻服務(wù)器及北京電視臺(tái)新臺(tái)播出服務(wù)器系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2010（3）：50-53.

[2]邱海生，張玉娟.電視播出系統(tǒng)中視頻服務(wù)器的選購[J].電視技術(shù)，2006，30（4）：72-74.

[3]李維，許峰，丁志勝.視頻服務(wù)器播出系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2008，32（2）：72-74.