视频服务器网络在播出系统中的应用

北京电视台播出部 高工 贾金蓉
一、系统需求和设备选型

　　当前，随着计算机高速网络与多媒体存储技术的迅速发展，电视播出领域正处于由磁带播出向硬盘播出方向发展的变革时期。以硬盘存储为中心的视频网络播出系统作为一种新兴的科技已经得到广播电视业内的广泛关注。

　　目前，一些电视台开发的硬盘播出系统大多采用两台视频服务器互为主备。这种方法的主要优点是结构简单，可靠性高。但其缺点也是比较明显的。一是由于它采用主、备（也称镜像），使得系统同样节目素材存储需要两份拷贝，实际存储效率只能达到45%左右，提高了成本；二是系统扩充能力有限，系统扩充时，由于受到磁盘阵列数目的限制，存储时间不能过长；三是主、备机由于编码器不能共享，需要双倍的编解码器，成本较高。 我台在对国际上各种硬盘视频服务器进行调研的基础上，根据台内实际情况，选用了美国Sea-Change公司生产的BMC1200视频服务器网络系统。该系统采用了一种新的技术方案—MediaCluster技术。它是由3个或3个以上视频服务器组成的网络集群，并采用MPEG-2编码压缩方式，其特点如下：

　　1、多个视频服务器之间采用网络连接，通过引用MediaCluster核心技术，实现多级故障自恢复功能。它不仅在每个服务器内部的磁盘阵列之间采用RAID5冗余技术，运用数据块的奇偶特性和来实现数据保护。而且每两个视频服务器之间再次应用RAID2技术，使用系统具有两级安全保障。不但可以保证所有视/音频数据不会因某一组硬盘损坏而丢失，即使当任一个视频服务器发生故障，也可通过其余服务器中校验数据的运算，将丢失的数据毫无损失地恢复出来。同时，由于视频服务器网络具有二级RAID保护，使得系统内同样的节目素材存储只需一份拷贝，在相同的存储容量下，硬盘有效播出容量可达到70%左右。

　　2、Sea-Change运用其自己的专利技术，在视频数字网络平台上建立了SeaNet协议，以实现它在服务器之间运用RAID2技术，使经压缩后的视/音频数据被拆分成数据块后与其校验数据以恒定的比特流方式均匀地存储在每一个服务器的磁盘阵列中，也使得服务器之间传输数据时网络达到均衡，可获得近80%的有效带宽，从而解决了网络冲突和阻塞的缺陷。同时，由于采用了视频网络结构，节目素材能够实现多通道播出充分共享，系统扩充也很方便。

　　3、多输入/输出视/音频接口，输入编码器可以共享，通道的数量与功能可灵活配置。

4　　、每个服务器UPS电源可供其它服务器共享使用，并允许热插拔，提高了系统的可靠性。

二、硬盘视频服务器网络 播出系统

　　系统的主要设备中，我们采用了三个视频服务器（以下称三个节点）。每个节点含12块18GB硬盘，若采用12Mb/s码流播出时，有效存储时间为64小时。每个节点配有三路视/音频解码板和一路编码板，共有12路视/音频输入输出通道。

　　三个节点之间分别通过内置的四口IOP-914 100Mbps网卡两两相连，形成一个双向无阻塞的视频网络拓朴结构，用来以80Mbps的码流均匀存取和传输视/音频数字信号。而且由于每一个节点与网络中的其它节点相连，即使有一条链路出现故障，网络故障自恢复功能仍能保证网络的畅通。

BOSS广播级服务器管理工作站和三个节点通过一个集线器HUB1组成了硬盘服务器网络管理、检测系统，并通过管理界面随时动态地显示硬盘系统的工作状态，以供播出人员监视。同时提供故障诊断的用户接口和报警系统，用来诊断网络中每一个硬件的故障原因。 另外，播出控制和素材文件管理系统是由两个主、备数据库服务器通过网络集线器HUB2与两个主、备播出站和两个主、备广告插播站以及两台上载工作站相连组成，形成一个100Mb/s以太网，用来传递节目信息文件和播出节目表等，构成了一个完整的网络播出控制系统。

　　由此可见，系统的网络特点是采用了双层网络结构，这种组网方式目的是使视/音频比特流与节目文件信息数据分别在不同的网络环境中传递，保证数字及数据信号传输的安全可靠，并且两者协调配合完成播出工作。
三、系统设计和应用

　　我台硬盘自动播出系统设计考虑主要是围绕完成影视频道的主播和另外两个频道的广告插播来设计的。硬盘系统控制软件是采用美国Sea-Change公司提供的Louth BMC1200硬盘服务器底层驱动控制协议开发的，控制接口采用RS-422串行接口通讯。素材文件管理数据库平台是在WindowsNT4.0中文版网络操作系统环境下采用Delphi4.0编程语言和VC++研制开发的。这套系统的主要应用有以下三个方面。

1、完成影视频道主播

　　我们考虑了我台影视频道节目播出的需求和特点，节目播出类型比较丰富，广告播出任务比较繁重。由于节目和广告重播率较高，非常适合使用视频服务器作为主播设备。设计考虑和主要硬件配置如下。 1）播出控制与管理。

　　为了保证高可靠性，播出系统设计应充分考虑冗余性。如图1所示，系统一方面配置两路影视频道硬盘通道，并选择在不同的节点上，互为主、备，另一方面播出控制PC机也采用两台完全主、备的设计方式。

　　主、备播出站使用CCTV的场逆程标准时间信号作为时间基准，按照约定协议分别控制两路硬盘解码通道进行同步播出，并分别与播控中心同步信号锁定，使得两路播出信号画面分毫不差。实现双播出系统热备份。

　　主、备播出站在启动播出通道之前，通过局域网分别与数据库服务器进行一次连接，将服务器中存储的最新播出节目表及文件数据调入本地播出站。一旦主、备播出站开播，它自动与网络断开，网络中的任何异常均不会影响播出控制的正常进行。 当主路播出站或解码通道出现问题，即便是主路解码板所在的零节点服务器完全不能正常工作（如DOWN机），由于硬盘视频网络的特殊性，位于另外一节点的备播通道仍能正常工作，可立即通过播控矩阵二选一开关切换到备播出通道继续播放，保证播出的不间断性。

　　播出站在控制硬盘DDR播出的同时，还可根据需要控制录像机VTR进行播放，以备应急时，如硬盘通道出现问题或来不及将待播的节目录入硬盘，则可迅速将播出站直接控制录像机VTR进行播放。这种盘带混合播出方式更灵活，更适应播出一线的需求。

2）主、备数据库服务器。

　　主、备域数据库服务器上装有网络数据库（SYBASE），它由众多的数据模型组成。主要有素材的描述信息，播出节目表的数据记录，播后信息记录等。如果主域服务器出现故障，系统自动切换到备域，并启动备域服务器，从而不影响节目录制和播出等工作。

3）节目上载工作站。

　　如图1所示，根据BMC1200硬盘服务器视/音频通道的系统考虑，我们将零节点和一节点的编码通道用于影视频道节目上载。上载工作站可同时控制两路编码通道和两台录像机，包括使用TC时码设定录像机磁带入/出点、自动找点、播放、录制与停止录入等。其功能是将录像机输出的视频信号通过编码通道写入硬盘，并可以自动填写素材上载时间和日期。

　　上载工作站应用开放数据库的编程接口，通过LAN局域网把相关的节目标识管理信息文件和播出信息存入主、备域数据库服务器中，建立一个完整的WINDOWS NT网上的SQL数据库管理服务器系统。通过数据文件表格对数据库或素材库中的内容可随时增加或删除。上载站也可对录入的素材内容进行监看或编辑，也可实时以时间单位显示硬盘剩余的存储空间，便于操作人员可以监控磁盘空间的使用。 上载工作站的另外一个功能是完成播出节目表的制作。利用数据库多窗口操作界面，依照串联单节目的先后顺序在节目信息数据库中对相关节目进行查找，生成新的播出节目表，并根据素材时长信息自动完成计算顺序节目起始时间。

　　上载工作站还可以通过硬盘一路输出通道完成上载预监功能。利用软件建立的快捷键钮可以实现对将要播出的节目单每条素材的最后20秒内容进行预播检测，以便检查硬盘录入的素材是否正确，确保播出的安全可靠。

硬盘服务器节目上载选用两台SONY公司Betacam录像机，通道视频信号采用数字分量串行接口SDI，音频信号采用嵌入方式。硬盘播出通道为了与现有UTAH矩阵模拟复合信号接口兼容，均采用BMC1200视频服务器所提供的标准模拟接口。

4）控制通讯接口设备。

　　为了实现影视频道主、备播出站按照播控程序同步运行，我们在两台播出站的控制通讯接口与播出UTAN矩阵切换台和录像机设备的控制接口之间配置了一台RS-232和RS-422串行接口的主、备倒换器。主、备播出站控制信号线分别接入倒换器，将倒换器接口与播控台主机和录像机的控制接口相连。正常情况下，由主播出站控制播出系统设备（包括播控台、主硬盘通道、VTR）、备播出站只控制硬盘备播通道，并与主播出站同步滚动运行程序。

2、综合频道和体育频道的广 告插播

　　该项运用也是对这两个频道播出系统的完善和补充。我们在系统设计中充分利用硬盘服务器网络播出通道多的优势，对每一个频道配有两路广告信号通道，以便具备主、备插播条件。增加的硬件配置除了与影视频道共用数据库服务器外，主要有一台广告上载站和两台广告插播站。

　　广告上载站主要完成广告录入和广告节目带的串编等工作。为了便于运作，我们将该上载站放在广告部。它的具体功能是控制录像机VTR和硬盘二节点的输入通道，将广告素材一次性录入硬盘服务器存储系统。并通过该节点的一路输出通道完成素材修改、插入、删除等广告节目带的串编工作。同时，编排出我台三个自办频道每天的广告播出节目单，并经确认后，经局域网传到播出机房的数据库服务器，以备播出时使用。

　　同样，为了确保广告播出的安全，我们采用两台插播站完成体育频道和综合频道的广告播出工作。但不同的是，两台主、备插播站工作于受控方式，分别接收体育频道和综合频道播出站发出的控制信号。当主、备插播站接到控制命令后，立即启动相关的硬盘广告播出通道，并按照预先从数据库服务器调来相关频道的广告节目播出表安排的顺序分段进行播放。 在系统运行中，主、备广告插播站始终工作在同步方式，以备应急时即可切换。界面显示利用WINDOWS NT的多任务工作平台，以窗口形式将每一个频道的广告节目播出表及其操作、编辑、播出控制界面展示在同一个屏幕上，并设有频道选择键钮。用鼠标点击即可转换到另一个频道的播出显示窗口，以便使播出人员可随时看到实时地自上而下滚动的广告节目播放表。

　　为了满足这种主、备广告插播站的运行特点，在控制系统中配置了一台一拖二9芯串口适配器。以便将播出机房送来的一路RS-422串口通讯信号分为两路，分别送到主、备广告插播站的控制接口，实现双通道同步控制。

　　由于采用了网络播出管理方式，在实际播出中，遇到广告程序单需要修改，在时间允许的情况下可以进行。作到广告即插即播，提高了广告播出的时效性和灵活性。

此外，由于广告主、备插播站不在体育频道播出机房，为了加强该频道广告节目播出监视功能，我们在本频道加装了两台有源VGA驱动显示器，用于广告插播主、备监视。

3、垫播信号源

　　在日常播出中考虑存在突发不安全因素，需要应急垫播合适的画面，以保证播出信号不间断。过去采用一台录像机随时播放活动的欣赏画面。但由于录像机本身的特点，很难保证在紧急故障的一瞬间切出正常的欣赏画面，如恰遇录像机工作在倒带状态时，在这种情况下，垫播信号源则根本无法使用。而我们利用一路硬盘播出通道，人为通过BOSS主机将该通道设置为24小时循环播放一段欣赏节目素材的状态，将它作为播出系统的应急信号源，若播出中出现故障，这一路信号即可切出，可以避免劣播或停播，也缓解了一线操作人员的心理压力。

四、系统设备调试及试运行

　　在完成硬盘播出系统设计和软件开发工作之后，我们在系统安装调试过程中，严格遵守技术规范要求，对BMC1200硬盘输出通道信号的技术指标进行调整。尤其是对模拟视频输出信号行、场延时等参数作了相应的调整，使其与播控中心的同步信号严格锁定，以解决硬盘系统设备与各频道播出切换台的兼容问题。 经过了半年的系统调试和并播试运行，我台影视频道于2000年4月份正式启用硬盘播出系统完成整套播出。广告插播系统也在其之后的7月份正式启用，完成我台综合频道和体育频道的广告播出工作。

　　目前，我台硬盘视频服务器网络播出系统已经历了一年多运行，其应用模式基本实现了我们的设想，系统运行良好。该系统的建成，使我台影视频道实现了无磁带播出，解决了播出工作中经常遇到的一些难题。在实际工作中，硬盘服务器网络故障自恢复系统确实在突发故障时发挥了作用，保证了播出的安全可靠。 通过实践，我们体会到采用硬盘视频服务器网络存储系统播出具有以下优势：

　　1、拓宽广告市场。采用硬盘视频服务器完成广告节目复制和播出，可使广告节目编带及播出效率成倍增长。通过计算机网络化管理控制，实现广告资源多频道共享，增加了广告节目的时效性，提高了经济效益。

　　2、强化安全播出。采用硬盘播出后，具有多种备份应急手段，并且避免了录象机卡带、糊磁头等故障，将在线实时可能发生的事故降为离线故障，提高了播出的安全性。

　　3、缩短维护时间，降低了维护费用。采用硬盘播出后，由于录像机设备数目的减少，节省了录像机更换磁头的维护费用。

　　4、采用硬盘数字化播出为我台今后制播一体化的综合智能化管理奠定了技术基础。今后可以在现有硬盘播出的基础上与节目中心非线性编辑网络联合构造数字中心存储、制作和播出一体化的智能化中心管理体系。
五、结束语

　　总之，将BMC1200硬盘视频网络存储设备应用在我台播出系统是我们所作的一种新尝试。目的是为寻找保证电视节目安全播出的有效技术手段。由于该系统是目前国内第一套投入使用的网络化磁盘阵列自动播出系统，在技术上具有前瞻性和开拓性。其方法在播出领域仍是一个崭新的概念，我们还需要不断的摸索，随着技术的发展，使系统趋于更加完善。

摘自《广播电视网络技术》2002.3期