浅析青岛电视台网络化播控系统

播出是电视台内部工作流程的最后环节，如何搭建一个既安全又高效的自动播出控制系统（以下简称播控系统），从而保障电视播出的顺利进行，是每一位从事播出工作的工程技术人员都需要面对的重大课题。特别是伴随着信息技术和网络技术的不断发展，在设计新一代电视播控系统时更需要对新技术、新产品进行合理地开发和应用。

青岛电视台的播控系统是建立在网络结构基础上，集播出、上载、控制、存储等功能于一体的网络化系统，具有安全性高、功能强、扩展灵活的特点。

一 系统构成及技术分析

青岛电视台的播控系统主要由视音频编解码、存储、控制和网络等子系统构成。

1. 视音频编解码系统

视音频编解码系统承担的主要任务是完成节目源的编码采集和解码播出，主要包括视频服务器以及相关的视音频传输分配设备和线路。

其中视频服务器是采用LEITCH NX4000 TXS标清服务器，支持青岛电视台八个频道的播出（其中两个为备份频道）和十六个通道的编码采集。该服务器支持MPEG2（4:2:2或4:2:0）、DVCPRO、DVCAM、IMX等多种压缩技术，提供从5M~50M的码流范围。支持数字SDI、模拟视频、嵌入音频、数字音频等多种格式的视音频输入输出。

    2. 存储体系

近年来青岛电视台播出频道不断增加，节目播出内容不断扩大，这就意味着我们通过视音频编解码系统得到的节目素材文件越来越多。为了安全地存储这些节目素材，并在最大程度上提高存储体的利用率和保证素材的正常播出，我们规划建立了大容量的分级存储体系以及合理有效的存储迁移管理策略。其主要内容如下：

（1）双SAN（Storage Area Network）结构在线存储

选用与LEITCH NX4000服务器配套的NXS 3000硬盘阵列，该硬盘阵列采用RAID3冗余技术，其有效存储容量为300GB×14＝4.2TB。通过其内置的光纤接口，最多可以与16台视频服务器连接，组成SAN结构的存储体系。通过使用SAN结构存储体，大容量、集中存储的磁盘阵列可以被多个视频服务器共享。这样极大地提高了存储资源的利用率，并保证了存储系统的可扩充性。同时为了保障播出安全，我们还设计建设了备份SAN，镜像备份所有在线播出的节目素材。

（2）大容量的近线（二级）存储

建立近线存储的必要性。为了满足播出的需要，通过视音频编解码系统上载的节目素材文件会不断增加，对于在线存储的负担也会不断增加。如果不删除已经过期不用的闲置素材文件，再大的在线存储体也会有用尽的时候。但如果不加选择地将闲置素材文件删除，那么一旦这些节目要重新播出，则需二次甚至多次上载。这样重复上载，不但浪费了大量的人力和时间，而且增加了设备的负担。基于以上考虑，青岛电视台规划建设了承担闲置素材文件存储任务的大容量二级存储体，主要组成包括：二级存储主存储体－EDI4200 2Gb FC磁盘阵列、DELL 2850素材迁移管理服务器、FC-IP存储路由器以及相关素材管理软件。其主要功能和技术特点是：

* 大容量高性能。主存储体配备48块500Gb SATA硬盘，全系统实际有效存储容量为21TB。采用2GB标准的FC磁盘阵列和光纤交换机，可以直接实现和视频服务器的多通道快速数据迁移，数据迁移流程快速灵活。
* 安全稳定。磁盘阵列采用RAID5冗余技术，保障数据安全。关键的迁移和数据服务器采用双备份，从而保障系统运行安全和高可维护性。
* 灵活可扩展。主要表现为：在支持FC磁盘的主存储机箱内配备SATA磁盘，既降低了成本又为以后扩展FC磁盘保留了可能；主存储体通过光纤互联扩展，系统总容量可扩充至60TB。

（3）高效的存储迁移策略

本系统的存储策略是将使用频繁，占有磁盘空间较少的素材文件选择在线存储保存；将使用频率低，占用磁盘空间较多的素材文件选择在近线（二级）存储保存。迁移策略是以播出时间为标准，为每一个迁移任务设置优先级，保障所有被用于直接播出的素材文件能够及时无误地迁移到在线存储，并把近期内不播出的素材文件迁移回二级存储保存。

（4）近线存储的扩展

二级存储体仅仅是近线存储体的一个，近线存储的扩展既可以是二级存储本身容量的扩展，更可以通过建立新的存储体来实现，也就是建立三级、四级等多级存储体。

具体的网络存储结构图如图1所示。



图1 视音频编解码系统网络存储结构图
3. 控制系统

（1）分布式控制

突破既往以单一PC作为自动播出核心的模式，将节目播出、素材上载、设备管理、数据库管理等功能模块分布到多台不同的工作站实现，极大地提高了控制系统的工作效率。

（2）安全性

主要设备采用双机备份的工作方式，包括重点频道的播出机、数据库、设备管理器和消息服务器。同时提供对关键受控设备的实时状态报警，便于及时发现问题、处理故障。

（3）控制方式多样

对于实时性要求不高的数据、消息等信号，通过局域网通讯进行控制；对于实时性要求严格的关键播出设备，采用RS422控制方式，确保设备工作稳定无误，避免由于网络故障导致设备工作失常。

（4）扩大控制设备范围

除保留对录像机、切换台的控制外，还将控制的范围扩展到字幕角标的播出、上游矩阵以及音频调节等设备，极大地丰富了播出手段。

控制子系统的结构图如图2 所示。



图2 控制系统结构图

4. 网络结构

为了保障全系统所规划的功能能够顺利实现，我台设计了多级网络结构，包括支持素材数据读写的SAN存储网、支持素材文件迁移的千兆以太网以及支持控制数据和节目单文件传输的百兆以太网。

（1）建立SAN结构的素材数据存储网络

通过2Gb带宽的光纤连接，在硬盘阵列和视频服务器之间构建保障多台视频服务器对磁盘阵列共享读写的存储区域网络（SAN）。其主要优点：一是存储体的共享使用；二是将大量的数据流量从系统控制主网上卸掉，避免以太网的数据拥塞，保障播出素材实时无误地读写。

（2）文件迁移网络

构建千兆以太网，连接FTP服务器和素材管理服务器，在各级存储体（包括在线和二级存储体）之间实现素材文件的迁移。网络带宽和速度完全可以支持多个素材的迁移任务。

（3）百兆数据以太网

连接视频、设备、消息、数据库服务器以及编单、上载、播出工作站，实现节目单文件和各种控制数据、消息的通讯。

二 软件系统功能介绍

1.自动播出软件

自动播出软件依据编辑好的节目单，对各种相关的播出设备进行控制，协调其动作，以共同完成节目的自动播出任务。主要功能包括：

* 控制功能：控制包括视频服务器、录像机在内的播出设备；
* 应急处置：提供延时、触发等手段处置播出过程中的各种特殊状况；
* 监控功能：实时监控各个播出设备的状态，提供明确的告警信息；
* 边播边录：利用自动播出对视频服务器的控制，借助播出频道内的视音频线路，将正在播出的节目按照其实际播出长度和名称边播边录制为素材文件。这样极大地节约了对上载视音频设备和线路的占用，减少了上载人员的工作量。

1. 节目单编辑软件

节目单编辑软件接收总编室传来的节目单数据（包括节目单和磁带信息），然后由操作员使用该软件对节目单进行完善，通过网络将节目单文件发送到自动播出软件进行播出。主要功能包括：

* 以文件形式接收和发出节目单，避免操作人员手工方式的繁琐以及由此可能导致的人为错误；
* 编单任务可定制，从而实现在一台工作站完成多个频道的编单任务，提高了设备的利用率；
* 节目单包含多种控制信息，包括素材迁移、边播边录任务并自动生成素材上载任务单。

3. 素材上载软件

素材上载软件实现了磁带节目或线路信号向视频服务器文件的转换控制。根据上载任务来源分为如下几种工作模式：

* 根据上载任务单提供的素材名称、长度等信息上载节目；
* 根据节目录像带的信息手动输入上载。

无论是哪种模式，录制任务生成后，系统根据任务的先后次序进行录制面板的分配，实现自动录制；录制工作站可以实现节目的审看，只有审看通过的节目才可以进行迁移并投入播出。

4. 素材管理软件

通过素材管理软件实现对素材的管理，控制素材在各存储体中的走向，制定迁移和删除策略。这样，可以更加充分、合理、有效地利用存储空间。其主要功能有：

* 存储迁移策略的制定，根据电视台内部的工作实际，制订和修改存储和迁移策略；
* 素材的常规管理，包括素材的查询、删除以及索引信息的修改。

三 总结

安全性是我们设计电视播控系统的首要考虑，而经济实用和配置灵活也是不能不考虑的因素，因此我们将安全性高、功能强、扩展灵活的原则一直贯穿在整个系统的设计和实现过程当中。作为青岛电视台新建播出总控机房的重要组成部分，本系统自2006年8月投入使用以来，性能稳定，极大地提高了工作效率，保障了安全优质播出的顺利进行。