衡陽電視臺播出系統(tǒng)新增頻道的快速設計

伍亞明，劉建中，龍 海

（衡陽廣播電視臺 技術中心，湖南 衡陽 421001）

為慶祝建黨90周年，衡陽廣播電視臺在上級要求下，決定在建黨90周年之際開播“紅色”頻道——黨建先鋒頻道，頻道無任何商業(yè)廣告，實現(xiàn)“綠色”收視。從任務的下達到建黨之日只有短短半月時間，播出部受命積極謀劃、攻堅克難，最終在七一前夕完成了新頻道的播出工作[1]。

1 現(xiàn)狀及目標

衡陽廣播電視臺播出系統(tǒng)播出5個自辦頻道的電視節(jié)目，作為全臺網(wǎng)的子系統(tǒng)，節(jié)目從制作到播出均通過局域網(wǎng)傳輸，共分5個步驟完成。首先，待播節(jié)目經(jīng)由光纖發(fā)送至播出系統(tǒng)的二級存儲器，素材信息寫入數(shù)據(jù)庫；素材入庫完成后，技審程序根據(jù)次日播出節(jié)目單對二級存儲器中的素材自動進行技術分析（標準參照《技術質量獎（金帆獎）獎勵辦法（試行）》相關內容[2]），并給出《次日播出節(jié)目技審報告》；隨后，遷移策略程序自動將待播素材從二級存儲器遷移至主備視頻服務器；機務人員還需通過視頻服務器審看通道，對次日待播節(jié)目進行一次人工播前審看，審看合格的素材才標記為“安全文件”；最后“安全文件”由節(jié)目控制機發(fā)送指令給視頻服務器播出視音頻SDI信號。視音頻信號由視頻服務器產生后，經(jīng)過視分設備、切換器、鍵混、AGC等最終送達發(fā)射機和有線網(wǎng)絡播出。

新增一個播出頻道的任務，就是要求在有效利用原有設備的前提下，在半個月內完成設計、采購、安裝調試和試播工作，且整個工程不能影響原有5個頻道節(jié)目的正常播出。

2 設計及規(guī)劃

為了在最短的時間內新增一個頻道播出，同時安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性都要達到最優(yōu)，整個工程的規(guī)劃設計就尤為關鍵。整個項目建設過程期間不能影響在播的5套節(jié)目，采用了先分布安裝、后整體在線并入的方式來實現(xiàn)由5個頻道到6個頻道的增加。這種方式分小組進行，在時間、質量上能得到很好的控制。在充分利用現(xiàn)有播控軟硬件資源（現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫服務器、黑場同步、時鐘軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、編單工作站、審編工作站、后端轉碼遷移服務器）基礎上，新增了兩部分硬件：一部分是能獨立安裝運行的設備，如監(jiān)視器、鍵混、控制機等，這些設備的安裝調試不會影響到原有系統(tǒng)的播出，相對容易實現(xiàn)；另一部分必須同原有系統(tǒng)進行共享或互聯(lián)，如視頻服務器、二級存儲等，這部分設備必須充分考慮到原有設備的兼容性、一致性以及并入時可能存在的潛在風險等。能獨立運行的這部分設備比較簡單，只需按原有設備類型進行采購安裝就可以了。本文主要討論的是共享部分設備的設計及實施。

為確保各個環(huán)節(jié)能穩(wěn)步進行，項目引用了管理學中的進度管理，利用甘特圖（見圖1）將各項工作的先后關系、所需時間、開始及結束時間顯示出來。便于計劃的動態(tài)調整，也便于處理和分配有限的資源。

圖1 進度甘特圖

3 實施

對于此次新增播出頻道任務，廠商們給予了大力支持。如OMNEON視頻服務器等進口設備，按正常程序從合同簽訂到國外訂購、航空物流送達至少需要2個月。但廠商全國總動員，想方設法調用國內存有資源，最終所有設備在第10天全部運達了播出機房；另一方面，技術人員日夜奮戰(zhàn)，保證了整個工程在極短的時間內如期完成。

3.1 新增視頻通道

現(xiàn)有2臺OMNEON視頻服務器（一主一備）型號為MediaDeck SMD 2211BB，最多支持2塊視頻卡6個視頻通道?，F(xiàn)有6個通道全部在用，其中5個用于播出現(xiàn)有的5套電視節(jié)目，剩下的1個IN/OUT半雙工通道用于對次日所播節(jié)目的預審以及特定節(jié)目的回錄，所以無法通過增加視頻卡的方式增加視頻通道，只能新增視頻服務器來解決播出視頻通道的問題。原視頻服務器為OMNEON 2009年的產品，功能完全能夠滿足地市級電視臺標清播出要求。為了保持更好的兼容性、統(tǒng)一性，衡陽廣播電視臺選單選擇了與原有視頻服務器型號相同的產品。同時為了降低成本，視頻服務器只配備1塊3通道視頻卡，其中2個OUT單工通道，1個IN/OUT半雙工通道。添置后共有4臺視頻服務器（2主2備）18個視頻通道可用。

添加新視頻服務器后，為均衡服務器的負載，考慮從原有視頻服務器上移除1個頻道的節(jié)目到新的視頻服務器播出。這樣減輕了原有視頻服務器的存儲壓力，滿足了原通道資源不足的狀況，同時也充分利用了新視頻服務器的存儲資源和備份功能。在頻道播出通道的重新分配時，把需要共享素材的一些頻道分配在1個視頻服務器內。比如將時政頻道與黨建先鋒頻道分配在同一服務器內。如此一來，2個頻道同時播出《衡陽新聞聯(lián)播》時就只需遷移和審核1次。視頻服務器分配好播出頻道后，就是根據(jù)頻道分配的情況遷移播出素材了。按照衡陽廣播電視臺選單現(xiàn)有的播出素材管理策略，1個頻道的待播素材大約有當日和次日的電視劇、廣告、宣傳片、欄目，以及播后7日內的所有節(jié)目，播過的節(jié)目將在視頻服務器內保存一周，如無再次播出任務，素材將在播出一周后被自動刪除。按照衡陽時政頻道的播出量計算，單個頻道在視頻服務器內的節(jié)目時長總共約為60 h，所占空間大約為300 Gbyte，對如此大的數(shù)據(jù)進行服務器間的遷移，整個過程會占用大量的網(wǎng)絡帶寬，有可能對在播節(jié)目造成不穩(wěn)定影響，所以遷移前必須計算出遷移整個過程所需的時間，并對視頻服務器進行測試，觀察高強度遷移中是否會對在播節(jié)目造成影響。衡陽臺播出系統(tǒng)內所有設備間的互聯(lián)是通過千兆交換機來實現(xiàn)的，經(jīng)測試兩視頻服務器經(jīng)過千兆交換機傳輸數(shù)據(jù)，在無播出及其他讀寫任務的情況下，平均速率能達到80 Mbit/s左右。折算下來，在無負荷狀態(tài)下遷移1個頻道的300 Gbyte素材大約只需要一個多小時就可以完成。由于時間并不長，為了確保節(jié)目播出萬無一失，素材遷移的任務被安排在了全天節(jié)目結束后的凌晨實施，執(zhí)行過程非常順利。

3.2 二級存儲器擴容

新增1個頻道，如不增加二級存儲器的存儲空間，勢必會直接攤薄原有5個頻道的可用空間，造成可播素材時長的縮短；又或者降低節(jié)目碼率，以犧牲節(jié)目質量的方式來換取更多的節(jié)目時長，顯然兩者都不能滿足廣電播出的要求，增加存儲空間是唯一選擇。頻道的增加還會帶來每天節(jié)目上載量和審看量的增加，這些對二級存儲的帶寬要求也形成了壓力。在現(xiàn)有NAS網(wǎng)絡存儲的結構下，解決帶寬中的瓶頸點來提升整體帶寬更實際。通過增加網(wǎng)卡，采用雙網(wǎng)卡的綁定大幅提高了二級存儲的訪問速度。

衡陽廣播電視臺選單二級存儲采用惠普（HP）MSA2000i磁盤陣列，由2個盤籠組成1個NAS，采用RAID 50[3]方式組建管理磁盤，每個盤籠有12個1 Tbyte的硬盤，根據(jù)RAID50中可用硬盤數(shù)=硬盤數(shù)n-1，衡陽廣播電視臺選單二級存儲總有效容量為22 Tbyte。增加存儲空間，可以在原有磁盤陣列的基礎上靠添加磁盤來擴展容量，符合經(jīng)濟性、實用性原則，還能縮短工程工期，最終添加了1個盤籠來實現(xiàn)擴容。新增1個盤籠后，盤籠數(shù)量共3個，每個盤籠滿配12個1 Tbyte的硬盤，以及2塊帶有iSCSI傳輸口的控制卡。由于RAID50陣列下所有硬盤容量必須一樣大（如容量不同會以最小的容量為準），新采購的硬盤容量和原有硬盤保持一致，都為單體1 Tbyte，但此時單體磁盤價格也較建造當初下降率了50%。為了便于與原數(shù)據(jù)庫等多個程序的接口順利對接，以及便于日常管理，3個盤柜需做成1個卷的虛擬磁盤。增加1個盤籠首先要將3個盤籠以SAS口串聯(lián)在一起；在利用HP StorageWorks MSA Management Utility管理軟件進行磁盤的配置前，將A、B兩個控制器管理口訪問端的IP都調整到相同網(wǎng)段，同時降低IE瀏覽器的安全級別，這樣就可以順利進行時間校驗、配置主機接口、創(chuàng)建Vdisk（配置陣列）等配置了。在此存儲中，RAID50最多可以支持32塊硬盤，所以在Number of Virtual Subdisks創(chuàng)建成1個Vdisk，在Drives Per Virtual Subdisk添加32塊硬盤，冗余的4塊硬盤保留到后面做成熱備盤。所有步驟完成后還需對整個卷進行格式化，但在實際格式化過程中發(fā)現(xiàn)速度很慢，大概花費了24 h，最后還是出現(xiàn)意外錯誤未完成。又重新格式化了一次，但還是失敗了。經(jīng)仔細分析后發(fā)現(xiàn)對于較大的磁盤分區(qū)，在Windows2003系統(tǒng)中，微軟對于硬盤的大小有簇大小的限制，最大為64 kbyte，系統(tǒng)默認為4 kbyte，因為有這個限制，所以需要調大簇大小，否則會無法快速格式化，或者格式化失敗。本項目擴容后的二級存儲實際為27.2 Tbyte，所以本次擴容后選擇了64 kbyte的簇大小，通過修改簇大小值，格式化在數(shù)分鐘內順利完成。表1為微軟發(fā)布的簇大小在各個系統(tǒng)的默認值。

表1 NTFS默認的簇大小

圖2 視音頻連接圖（截圖）

NAS[4]中帶寬的瓶頸主要來自于充當素材庫網(wǎng)關的服務器，服務器自帶2個千兆網(wǎng)口，所有工作站通過這2個網(wǎng)口對NAS進行存取訪問，這就形成了工作站與二級存儲間的瓶頸。為了解決網(wǎng)口帶寬的瓶頸問題，在服務器中添加了1塊英特爾（Pro/1000 PT dual Port）雙口網(wǎng)卡，加上原有自帶的2個網(wǎng)口，綁定的4個網(wǎng)口同時工作實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的“雙進雙出”。安裝后進行測試，二級存儲的實際傳輸速度從原來的40 Mbit/s上升到了80 Mbit/s，整整提高1倍。

3.3 連接、配置

為新增頻道采購的主備切換器、鍵混器、AGC等設備都上架后，進行視音頻線路的連接，如圖2所示。

切換器配置控制電路參數(shù)，ROSS鍵混刷入臺標LOGO。在分配設備IP地址時，將字幕系統(tǒng)中所有字幕播出工作站、字幕制作工作站和字幕服務器的IP單獨劃分在一個網(wǎng)段內，這樣更有利于其他播出設備網(wǎng)絡安全。新增視頻服務器審看通道的監(jiān)看由于沒有多余的位置擺放監(jiān)視器，所以不得不共用原有監(jiān)視器，通過新增1個4路切換器來實現(xiàn)，雖在審看不同視頻服務器播放的內容時需手動切換，但性價比卻很高。

4 結語

對于地市級城市電視臺來說，受制于客觀條件所限，在播出系統(tǒng)最初建設時對其擴展性能的預留可能考慮欠缺。在后期有擴展需求時，進行在線升級是符合地市級電視臺實力的權衡行為。衡陽廣播電視臺播出系統(tǒng)通過在原有播出系統(tǒng)基礎上新增加一個頻道的實例，為地市級播出系統(tǒng)的擴建積累了些許經(jīng)驗。整個在如此短的時間內完成，曾被許多專家喻為“不可能”。但有了管理層的堅定信念，技術人員的勇往直前，合作廠商的鼎力支持，最終工程如期圓滿完成。

[1] 李斌.播出系統(tǒng)升級背景下的安全播出網(wǎng)絡新技術探討[J].信息與電腦，2012（9）：27-28.

[2] 馬永旺，郭亞麗，按金帆獎技術標準制作高質量電視節(jié)目[J].內蒙古廣播與電視技術，2008（10）：42-43.

[3] 譚懷亮，賀再紅.基于RAID50的存儲系統(tǒng)高速緩存設計[J].計算機工程，2007（5）：220-222.

[4] 王永平.NAS存儲管理系統(tǒng)框架技術分析[J].信息科技，2010（2）：38-40.