沈鈿軍　金山廣播電視臺

金山電視臺高標清同播系統(tǒng)淺析

沈鈿軍金山廣播電視臺

本文從軟、硬件兩個方面分析了金山電視臺新建高標清同播系統(tǒng)的安全、功能及其特色。硬件方面著重介紹了主備雙通道播出及該系統(tǒng)的核心硬件設備——視頻服務器；軟件方面介紹了Magi Live播出系統(tǒng)軟件的功能，以及該軟件較之其他廠商的特別之處。

高標清同播安全播出離線播出自動技審

一、引言

隨著數(shù)字電視技術、多媒體技術和計算機技術的飛速發(fā)展，構建以視頻服務器為核心的高標清同播數(shù)字硬盤播出系統(tǒng)，已經(jīng)成為各個電視臺的必由之路。金山電視臺此次新建的高標清同播系統(tǒng)的設計也同樣體現(xiàn)了這一思路，以視頻服務器為核心，整個系統(tǒng)采用總控+硬盤播出的總體架構，系統(tǒng)設計合理，高效節(jié)約的同時也為臺內頻道播出、媒體發(fā)布的發(fā)展留有一定空間。

二、系統(tǒng)硬件設計

今年正值金山電視臺遷建，因此新建的一主一備2個通道高標清數(shù)字硬盤播控系統(tǒng)為異地新建項目，采用的是K2雙通道視頻服務器，一臺K2視頻服務器完成一主一備2個高標清同播頻道的播出任務，主備兩臺K2視頻服務器采用實時在線熱備份的模式運行，能夠實現(xiàn)無縫切換。

總體系統(tǒng)的硬件設計本著“先進、安全、高效、經(jīng)濟”的原則來設計建設。在安全上，本系統(tǒng)采用了雙獨立通道、部分異構的形式來建設。主通道和備通道在信號流程上基本一致，但在設備配置方面，除了共用設備以外，主通道核心設備采用哈里斯或其他進口的產(chǎn)品，備通道設備全部使用了中國格非公司或其他國產(chǎn)的產(chǎn)品。這樣既保證了主通道的高效和優(yōu)質，也保證了備通道的經(jīng)濟節(jié)約，而備通道的部分異構，能夠在同類產(chǎn)品發(fā)生共性問題時，保障安全播出。圖1是硬件系統(tǒng)的流程圖。

1.總控系統(tǒng)

總控是由一個哈里斯32★32的矩陣加遙控面板來承擔所有信號的接入和調度，并將系統(tǒng)的PGM總輸出回接到總控輸入，實現(xiàn)輸出信號的任意調度。同時，將延時器、信號檢測儀環(huán)接在總控矩陣上，通過總控的調度，可以讓任意信號使用這些設備，節(jié)約了設備投入。

2.分控系統(tǒng)

每個通道的分控均是由主、備兩個16★4的小矩陣來實現(xiàn)，同時將所有常規(guī)使用的信號以及總控部分輸出信號均接入分控矩陣，可以實現(xiàn)在總控失靈時能部分接管信號的調度功能。主通道使用哈里斯的矩陣，備通道使用格非的矩陣。

3.硬盤播出系統(tǒng)

該播出系統(tǒng)的設備主要有2臺雙通道K2視頻服務器、2臺數(shù)據(jù)庫服務器、4臺遷移管理服務器、1臺高清固態(tài)墊片機、1臺二級存儲器（塔盤）、3臺播控機及其他周邊配套設備等。

數(shù)據(jù)庫服務器和遷移管理服務器均采用戴爾R270/2U機架式服務器，集成有千兆網(wǎng)卡，熱插拔冗余電源，安裝SQL SERVER 2008數(shù)據(jù)庫，具有較高的可靠性、可用性、可擴展性和可管理性。本系統(tǒng)采用主備數(shù)據(jù)庫服務器架構，為保證數(shù)據(jù)庫鏡像的實時性，主備數(shù)據(jù)服務器備份機制采用實時復制分發(fā)進行快照備份，保證安全播出需求；配置4臺遷移管理服務器，完成播出系統(tǒng)的轉碼遷移任務均衡分配。

視頻服務器采用美國GV公司的K2-XDT-SHD-IS高標清視頻服務器，該視頻服務器為2個雙向編碼通道+2個解碼通道，支持2路雙向編解碼通道分別用于節(jié)目的上載、播出及審看，該服務器采用支持熱插拔的冗余雙電源設計，確保服務器的安全性；采用CF卡嵌入式操作系統(tǒng)啟動，可通過備份快速解決操作系統(tǒng)故障；內置8盤位磁盤陣列，并配置8塊7200轉2TB容量SAS硬盤。K2視頻服務器是本播出系統(tǒng)的核心組件，主要特點如下：

（1）采用高效穩(wěn)定的RAID0+1技術，視頻服務器采用高可靠的2TB容量的SAS磁盤，相比SATA磁盤，具有更高的帶寬及穩(wěn)定性。

（2）采用傳承于profile獨有的文件系統(tǒng)，充分保證素材安全。

（3）視頻文件格式支持MXF OP1a標準；標清視頻可采用MPEG2編碼壓縮8Mbps、12 Mbps、15 Mbps、25 Mbps；高清視頻采用MPEG2編碼壓縮15-50Mbps，支持IBP幀長GOP、支持全I幀、支持4∶2∶2和4∶2∶0數(shù)字視頻采樣；支持DV25編解碼格式。

（4）系統(tǒng)音頻采用嵌入方式，支持符合SMPTE標準的嵌入式數(shù)字音頻信號的輸入與輸出。

（5）服務器端口配置四個千兆以太網(wǎng)接口；系統(tǒng)網(wǎng)絡通道無單一崩潰點。

（6）支持SNMP協(xié)議

高清固態(tài)墊片機采用Blackmagic Design公司的HyperDeck Studio，支持廣播級模擬復合，HD-SDI數(shù)字接口信號，支持外同步方式，行場相位可調整，支持多種碼率及素材格式，采用MPEG2編碼方式。二級存儲器（塔盤）采用INF的ES-S16S，采用雙電源供電，提供有四個千兆光纖接口和四個千兆以太網(wǎng)接口、雙控制器磁盤存儲陣列，每個外擴陣列有RAID保護，支持RAID0、1、5、6、10、50，有效存儲容量達30T，基本滿足我臺的播出使用。

整個硬件系統(tǒng)可以滿足我臺日常播出使用，而在每個通道的重要設備設計成主、備的同時，又設計了主備雙通道的配置，這個配置在平時能夠提供足夠的備份安全，也給我臺以后的發(fā)展留有一個通道的余地，可隨時滿足雙頻道播出的要求。

三、系統(tǒng)軟件設計

對于整個播控系統(tǒng)而言，硬件系統(tǒng)的協(xié)同運作和功能的實現(xiàn)還要依賴軟件的控制。我臺此次新建的播控系統(tǒng)的軟件采用的是格非公司提供的MagiLive播控軟件，支持播出系統(tǒng)與將來各業(yè)務系統(tǒng)的媒體數(shù)據(jù)交換，支持多種交換形式；支持多種網(wǎng)絡接入方式和文件傳輸協(xié)議；可以完成對媒體數(shù)據(jù)內容的處理。

Magi Live播控軟件是以SQL Server數(shù)據(jù)庫為核心，由串聯(lián)單編輯軟件、廣告管理軟件、素材上載軟件、素材審核軟件、素材遷移管理軟件、播出系統(tǒng)控制軟件、播出系統(tǒng)管理軟件及設備監(jiān)控管理軟件構成。各個軟件在播出系統(tǒng)中應用于不同的部門、不同的環(huán)節(jié)，獨立分工而又密切配合完成整個播出系統(tǒng)的工程。該軟件的結構如圖2所示。

Magi Live播出系統(tǒng)以硬盤播出為基礎，以網(wǎng)絡為手段，保證了系統(tǒng)網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)的安全性，實現(xiàn)了節(jié)目播出流水線的自動化操作、播出系統(tǒng)和周邊設備的整體監(jiān)控及系統(tǒng)的遠程診斷和維護。整個播控系統(tǒng)基于網(wǎng)絡IP的設備控制功能實現(xiàn)了播出設備的最大化共享。Magi Live播出系統(tǒng)冗余網(wǎng)絡架構，特有的多網(wǎng)段工作模式（三網(wǎng)結構即∶數(shù)據(jù)網(wǎng)段189、信息網(wǎng)段188、控制網(wǎng)段187）確保播出系統(tǒng)網(wǎng)絡運行各司其職又互為備份。

MagiLive軟件有較多特點，其中有兩大特點對于安全播出來說能夠減少事故、提高工作效率。這兩大特點就是支持離線播出和自動技審，這兩個特點在我臺舊系統(tǒng)中是沒有的。該軟件在素材的采集上載方面引入了自動技審，自動技審是通過軟件自動分析被檢素材的每一幀視頻和音頻信號，并將解析出的數(shù)據(jù)與相關標準進行對比，從而確定被檢素材中是否含有黑場、靜幀、彩條、靜音等技術問題，并在認為有問題的地方打標記點，供人工復檢使用。文件技審系統(tǒng)和文件傳輸校驗系統(tǒng)能夠有效提高播出準備環(huán)節(jié)業(yè)務的有效性，保障節(jié)目播出內容的高質量、高穩(wěn)定性和高安全性。對于每天都有大量素材上載的電視臺來說，自動技審的引入減輕了工作人員的工作強度，上載信號源一旦出現(xiàn)諸如黑場、靜幀、音頻超標、劣質畫面的情況，上載工作站會將警告信息實時發(fā)送給操作人員預警，并提示是否重新上載此節(jié)目。對于節(jié)目信號源有問題的節(jié)目素材可以在上載的過程及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，極大保證了最終播出節(jié)目的質量和安全。而且在時間方面，自動技審也具有較為明顯的優(yōu)勢。

如圖3所示，根據(jù)對比結果，在有問題的素材上載情況下，先上載再技審方式相對于格非嵌入式實時文件技審方式要慢50%左右，工作效率降低，而且要多占用每任務63MB/s的帶寬，如果技審速率降低，整體效率會進一步下降。很明顯，采用上載嵌入式實時文件技審的方式，在上載過程中實時技審并進行報警，發(fā)現(xiàn)問題后馬上重新上載，從而節(jié)約了時間，提升工作效率。

播出方面，播控軟件能夠自動檢測視頻服務器的主機備機狀態(tài)，一旦主機發(fā)現(xiàn)問題，自動切換至備機工作，切換過程為無縫切換，節(jié)目切換精確到幀。MagiLive播控軟件所特有的離線播出，能夠在不切換信號源的情況下，即使將播控機關閉，對于播出也沒有任何影響，此舉能減少因播控機發(fā)生故障而導致的播出事故。每次節(jié)目單的更新和變動，都需要同時向文件服務器和視頻服務器發(fā)送新的節(jié)目單，而服務器的播出實際上是按照留駐在服務器內的節(jié)目單來播出的，除非需要切換信號源，因信號源的切換是由播控機通道MOXA串口服務器來控制的，視頻服務器無法越過播控機來發(fā)送指令。但在正常播出服務器內容時，播控機完全可以關閉。考慮到我臺實際播出情況，轉播信號的使用很少，基本都是服務器播出，因此離線播出功能使整個系統(tǒng)減少了對播控機的依賴度。在整個系統(tǒng)設計時，考慮到播控機的重要性下降，每個通道只配一臺播控機，只單獨加配一臺播控機作為兩個通道的冗余備份，減少了設備的投入，既體現(xiàn)了高效經(jīng)濟又能保障安全播出。

此次我臺新建的高標清同播系統(tǒng)將穩(wěn)定性、安全性、可靠性放在了第一位，以確保能夠最大限度的降低播出事故。設計了充分的冗余、備份以及相應的應急措施。如：主備服務器工作，采用冗余備份方式；素材通過異地的有卡上載工作站采集素材，并通過網(wǎng)絡將素材傳給服務器的二級存儲陣列，遷移服務器會根據(jù)設定值和節(jié)目單自動將待播素材抓取至視頻服務器中；播出方式靈活安全：支持各種播出方式及24小時不間斷播出；網(wǎng)絡管理較為完善：基于SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫，提供完備的素材管理、人員管理、播出情況記錄等。

作為高標清同播系統(tǒng)，為了確保系統(tǒng)的可用性、兼容性及經(jīng)濟性，整個播出通道按照全高清播出的要求進行設計，只在輸入、輸出口配備了上、下變換卡，通過擠壓和拉伸的方式統(tǒng)一對信號進行高標清的上下變換，從而到達高標清同播的要求。

系統(tǒng)硬件以高低搭配的方式實現(xiàn)了安全高效和經(jīng)濟節(jié)約的融合，軟件通過技術手段減少了對硬件的依賴程度，在節(jié)約硬件投入的同時又能確保安全播出。目前此系統(tǒng)從搭建完畢的試運轉到現(xiàn)在的在線試播，已經(jīng)正常運行了將近半年時間，期間除了部分參數(shù)和設置的調試外，皆都運行正常。