虛擬化思想在大型節(jié)目收錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張進(jìn)祿

（福建省廣播影視集團(tuán) 技術(shù)中心，福建 福州350004）

1 虛擬化思想的內(nèi)涵

虛擬化，原本是指資源的抽象化，人們只在乎資源的邏輯表示，而對于他的具體載體并不關(guān)心。目前在IT領(lǐng)域虛擬化技術(shù)大體上可分為服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化以及應(yīng)用程序虛擬化[1]，還有以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的云計(jì)算、云存儲等。比如云計(jì)算提出了一種創(chuàng)新的IT服務(wù)模式，把原來分散的數(shù)據(jù)中心資源，包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備聚集到一起，由專門的服務(wù)提供商來運(yùn)營和維護(hù)云計(jì)算中心，應(yīng)用虛擬化的技術(shù)提高資源利用率，通過自動部署的方式為企業(yè)和個人提供快速的計(jì)算和存儲服務(wù)。云計(jì)算模式極大地提高了IT資源服務(wù)的靈活性，使IT與業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，IT快速支持業(yè)務(wù)的變化，并實(shí)現(xiàn)架構(gòu)的靈活性和資產(chǎn)的重復(fù)使用，對于傳統(tǒng)的IT服務(wù)模式實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，是面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的落地體現(xiàn)。在傳統(tǒng)的IT服務(wù)模式中，每一個應(yīng)用都固定在某個服務(wù)器和存儲上，當(dāng)應(yīng)用的訪問量較低時，服務(wù)器和存儲資源就會大量空閑，但是由于應(yīng)用與硬件是綁定的，無法把資源提供給其他應(yīng)用。通過云計(jì)算技術(shù)，可以突破物理的限制，實(shí)現(xiàn)資源的動態(tài)調(diào)配和聚合。當(dāng)某個應(yīng)用需要資源時，云計(jì)算可以在系統(tǒng)資源池中動態(tài)調(diào)配適量的存儲、服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)資源，并自動部署相應(yīng)的軟件資源，當(dāng)用完后，還可以自動回收這些資源。在這里實(shí)現(xiàn)硬件資源的虛擬化表示以及根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)時調(diào)配資源是虛擬化技術(shù)的關(guān)鍵。

2 應(yīng)用虛擬化思想進(jìn)行節(jié)目收錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電視臺大型的節(jié)目收錄系統(tǒng)是如何借用虛擬化這一思想來配置與搭建的呢？根據(jù)虛擬化技術(shù)的關(guān)鍵思想，首先要實(shí)現(xiàn)的是對節(jié)目資源的虛擬化表示[2-3]。其次要實(shí)現(xiàn)資源的實(shí)時自動調(diào)配。

首先回顧一下早期的收錄系統(tǒng)。電視臺出于節(jié)目制作很早便有節(jié)目收錄的需要。早期用單臺具有硬件收錄板卡的工作站進(jìn)行單機(jī)采集，由節(jié)目制作人員監(jiān)看有需要的節(jié)目進(jìn)行采集，然后單機(jī)編輯下載。這樣工作量大，而且?guī)缀鯖]有共享。到了非線性編輯網(wǎng)絡(luò)時，出現(xiàn)了專門的上載工作站，由專人負(fù)責(zé)節(jié)目的采集，然后選擇性地進(jìn)行上載，給所有編輯人員使用。這樣，素材的共享性大大提高了，而且通過軟件設(shè)計(jì)也具備了一定的定時采集能力。但仍然存在很多不足，比如：

1）需要專門的上載人員，節(jié)目制作人員的采集需要無法直接表達(dá)。

2）上載人員首先需要知道要采集的節(jié)目的具體參數(shù)，比如接收機(jī)參數(shù)，具體的收錄服務(wù)器信息及路由信息，甚至是哪顆衛(wèi)星，還要進(jìn)行具體的人工操作等。

3）對于其他節(jié)目源無法進(jìn)行集中采集。比如記者的拍攝磁帶、演播廳信號、外來直接傳送的信號等。

4）由于需要上載人員的參與才能進(jìn)行路由選擇切換等操作，所以無法進(jìn)行全天候的采集任務(wù)。

基于以上這些不足，上載的工作量相當(dāng)大。出現(xiàn)這一問題的主要原因有：

1）節(jié)目資源沒有進(jìn)行虛擬化表示，節(jié)目制作人員要收錄一檔節(jié)目（相當(dāng)于一個應(yīng)用需求）需要知道收錄服務(wù)器、接收機(jī)、天線等參數(shù)，這對普通節(jié)目制作人員來說要求太高，所以需要設(shè)置專門的上載人員，這不符合應(yīng)用與資源分開的虛擬化思想。

2）沒有實(shí)現(xiàn)資源的聚集，對于不同渠道的節(jié)目資源，沒有有效地聚集實(shí)現(xiàn)集中化的上載。

因此，在新聞頻道新建非編網(wǎng)絡(luò)時，根據(jù)虛擬化的要求對收錄系統(tǒng)就提出了以下設(shè)想：

1）節(jié)目制作人員可以直接將自己要采集的節(jié)目以收錄任務(wù)（應(yīng)用需求）的形式方便地提交。

2）可以實(shí)現(xiàn)可循環(huán)的全天候全自動的采集，自動將素材根據(jù)預(yù)定的規(guī)則進(jìn)行初級編目及權(quán)限設(shè)定再提交素材庫進(jìn)行共享，不需要進(jìn)行人工打點(diǎn)再次上載的過程。

3）對所有節(jié)目資源可以進(jìn)行集中采集（實(shí)現(xiàn)資源的有效聚集）。

4）應(yīng)用虛擬化的思想，節(jié)目制作人員在提交收錄任務(wù)時只需要知道要采集的節(jié)目源名稱和采集時間，就可以提交收錄任務(wù)，而對于這個節(jié)目源具體來自哪顆衛(wèi)星、由哪個接收機(jī)進(jìn)行接收、接收機(jī)對應(yīng)的節(jié)目參數(shù)、具體由哪臺收錄服務(wù)器收錄以及信號路由切換等操作都不需要操心。這樣大大降低了對節(jié)目制作人員的操作要求，而且節(jié)目制作人員可以在所有的非編工作站或者辦公室計(jì)算機(jī)上以BS方式隨時方便地向系統(tǒng)提交收錄任務(wù)，然后由收錄系統(tǒng)自動調(diào)配資源進(jìn)行收錄。

為了實(shí)現(xiàn)以上設(shè)想，在非線性編輯網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中考慮單獨(dú)建立一個網(wǎng)絡(luò)化、智能化的節(jié)目收錄系統(tǒng)來完成新聞類節(jié)目的收錄任務(wù)。收錄的節(jié)目資源主要來自播出中心總控傳送的光纖視頻信號、自己接收的衛(wèi)星節(jié)目信號、有線電視機(jī)頂盒、微波、SNG、3G網(wǎng)關(guān)、地方臺FTP傳送節(jié)目、計(jì)算機(jī)視頻VGA輸出、演播廳、格式轉(zhuǎn)換機(jī)房以及數(shù)字錄像機(jī)等。收錄系統(tǒng)對他們進(jìn)行集中管理上載并進(jìn)行簡單編目后，加入素材數(shù)據(jù)庫為新聞制播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供新聞節(jié)目資源。下面以新聞頻道的節(jié)目收錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例簡述一下如何在收錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用虛擬化的思想。

2.1 實(shí)現(xiàn)節(jié)目資源的聚合及虛擬化表示

如圖1所示，所有的節(jié)目源信號都接入一個64×64的視頻切換矩陣，這樣通過控制矩陣就可以調(diào)配所有的節(jié)目資源，實(shí)現(xiàn)了節(jié)目資源的聚合。為了實(shí)現(xiàn)自動配置參數(shù)和自動路由切換，系統(tǒng)配置了一主一備的控制服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)所有的收錄控制與路由矩陣切換。由控制服務(wù)器通過TCP/IP協(xié)議控制矩陣進(jìn)行切換來選擇節(jié)目源信號，同時矩陣輸入輸出端串接2臺制轉(zhuǎn)，由控制服務(wù)器控制路由對需要進(jìn)行制式轉(zhuǎn)換的節(jié)目進(jìn)行制式轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)虛擬化的關(guān)鍵是控制服務(wù)器上預(yù)先配置好各節(jié)目源的接收機(jī)參數(shù)以及整個矩陣的拓?fù)溆成潢P(guān)系。對每個節(jié)目源都有一個特定的名稱（邏輯表示），比如湖南衛(wèi)視、格轉(zhuǎn)、DVTR2等，提交收錄任務(wù)時只需要在下拉列表中進(jìn)行節(jié)目名稱選擇即可，其他的比如具體到哪個接收機(jī)以及參數(shù)和路由信息等均由控制服務(wù)器根據(jù)實(shí)時情況（比如根據(jù)相應(yīng)時刻接收機(jī)和收錄服務(wù)器的空閑情況進(jìn)行接收機(jī)及收錄服務(wù)器的選擇確定）自動生成而不需要節(jié)目制作人員進(jìn)行參與，這種虛擬化的資源表示方式大大方便了節(jié)目制作人員。

2.2 實(shí)現(xiàn)根據(jù)收錄任務(wù)（應(yīng)用需求）實(shí)時調(diào)配資源

要實(shí)現(xiàn)資源的實(shí)時調(diào)配就要根據(jù)收錄任務(wù)能夠?qū)崟r選擇節(jié)目資源進(jìn)行收錄。當(dāng)通過審批的收錄任務(wù)設(shè)定的采集時間快到時，由控制服務(wù)器進(jìn)行矩陣路由切換，并啟動相應(yīng)的收錄服務(wù)器進(jìn)行收錄，同時不斷監(jiān)控收錄服務(wù)器的狀態(tài)，確保收錄任務(wù)以及素材的入庫處理完成。通過控制系統(tǒng)對收錄服務(wù)器進(jìn)行控制，收錄的節(jié)目素材存儲于網(wǎng)絡(luò)硬盤陣列中，同時將生成的XML元數(shù)據(jù)信息寫入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。并在收錄結(jié)束后進(jìn)行判斷，如果收錄符合要求，完成了收錄任務(wù)，則將收錄結(jié)果通知數(shù)據(jù)交換中心的消息服務(wù)器，完成一條收錄任務(wù)的執(zhí)行。比如要收錄湖南衛(wèi)視上午10：00的節(jié)目（如圖2所示假設(shè)該節(jié)目在天線2對應(yīng)的衛(wèi)星上），在臨近10：00時控制服務(wù)器自動選取空閑的接收機(jī)（假設(shè)是5號接收機(jī)），將衛(wèi)星接收參數(shù)傳送給5號接收機(jī)并通過射頻矩陣將天線2的信號送給5號衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行解碼，輸出的加嵌SDI信號送給圖2的視頻矩陣，再由控制服務(wù)器挑選空閑的收錄服務(wù)器（假設(shè)是3號收錄服務(wù)器），然后由控制服務(wù)器切換視頻矩陣將5號接收機(jī)的加嵌SDI信號送給3號收錄服務(wù)器進(jìn)行收錄，到此自動完成整個信號路由，實(shí)現(xiàn)了資源的實(shí)時調(diào)配。當(dāng)然實(shí)現(xiàn)這一過程的前提是在控制服務(wù)器上正確配置好天線、接收機(jī)以及收錄服務(wù)器各自對應(yīng)的矩陣端口信息。

系統(tǒng)里具體執(zhí)行收錄工作的是20臺收錄服務(wù)器，配置紅橋二代板卡對矩陣來的SDI加嵌信號進(jìn)行雙路采集（生成高、低壓縮比兩種素材）。對于每天固定時間采集的收錄任務(wù)由控制服務(wù)器根據(jù)收錄模板自動進(jìn)行第二天的收錄任務(wù)生成，并進(jìn)行收錄服務(wù)器的預(yù)分配。系統(tǒng)對新增的收錄任務(wù)會自動進(jìn)行收錄資源是否沖突的判斷，并提交相應(yīng)的反饋信息，對收錄服務(wù)器的狀態(tài)可以實(shí)時控制與判斷，實(shí)現(xiàn)了全天候全自動的節(jié)目收錄。

衛(wèi)星接收系統(tǒng)要求能夠接收天上主要衛(wèi)星節(jié)目資源。安裝11面衛(wèi)星天線。使用32×32的L波段射頻矩陣，衛(wèi)星天線接收的中頻信號采用中頻專用矩陣調(diào)度，然后以分配放大傳送的方式給SCOPUS 2900系列衛(wèi)星解碼器進(jìn)行衛(wèi)星節(jié)目的接收解碼，系統(tǒng)拓?fù)鋱D示意如圖2所示。

3 節(jié)目收錄系統(tǒng)虛擬化配置帶來的優(yōu)點(diǎn)

以新聞頻道為例，這套系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)至少有以下幾點(diǎn)：

1）按照資源虛擬化的思想，通過將所有的衛(wèi)星接收機(jī)及其他節(jié)目源進(jìn)行集中管理，通過集中上載方式對制作網(wǎng)中的所有上載工作做出統(tǒng)一的安排和合理的資源分配，不但提高了收錄服務(wù)器、衛(wèi)星接收機(jī)等資源的利用率，而且對于節(jié)目制作人員來說面對的是一個虛擬化的節(jié)目資源，僅僅需要了解與節(jié)目相關(guān)的節(jié)目源信息即可自主地提交收錄任務(wù)，并且可以實(shí)現(xiàn)全天候不間斷地對需要的節(jié)目進(jìn)行收錄。

2）系統(tǒng)建成以前頻道需要專門設(shè)立一個信息中心工作組專門負(fù)責(zé)衛(wèi)星節(jié)目的收錄上載工作，系統(tǒng)建成后這一工作就直接由系統(tǒng)自動完成了，同時收錄時間由以前的大概每天36 h增加到現(xiàn)在的每天近100 h，大大豐富了節(jié)目資料來源。

3）對于演播廳錄播的節(jié)目，以往的做法是錄制在節(jié)目帶上然后在線性對編機(jī)上進(jìn)行剪輯或者插廣告，對于有些不熟悉線性編輯的記者來說還要將節(jié)目帶再上載一次到非編上進(jìn)行編輯。如今只要在節(jié)目錄制前，由記者自行在編單機(jī)上編好錄制任務(wù)，由系統(tǒng)自動將演播廳的節(jié)目同步上載到非編網(wǎng)，記者在演播廳錄好節(jié)目后立即就可以到非線編輯機(jī)房進(jìn)行后期制作，各個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了電視節(jié)目數(shù)字化、流程化與無帶化，與以往相比大大提高了效率。

4）外地記者或者其他電視臺回傳節(jié)目時，以往的做法是由專門的人員負(fù)責(zé)接收到本地再打點(diǎn)上載，雙方要約定時間同步操作，而且避免不了收錄再上載的人工操作時間。現(xiàn)在回傳節(jié)目大部分采用了FTP回傳方式，素材可以在任意時間由外地記者或地方臺傳送到FTP服務(wù)器上，然后由系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)碼并提交到素材庫，不但時效高，也減輕了節(jié)目人員的負(fù)擔(dān)。

5）節(jié)目收錄系統(tǒng)對于頻道中使用的其他素材，如3G回傳、P2卡上載、計(jì)算機(jī)素材上傳、磁帶上載等系統(tǒng)都提供了相類似的上載方式，提高了整個網(wǎng)絡(luò)中的所有上載工作的效率，同時方便地實(shí)現(xiàn)了分散素材的同時集中上載與管理。

4 總結(jié)與展望

實(shí)現(xiàn)資源的虛擬化表示和根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)時調(diào)配資源是虛擬化技術(shù)的關(guān)鍵。從這兩點(diǎn)來講，新聞頻道的節(jié)目收錄系統(tǒng)很好地體現(xiàn)了這一思想，通過虛擬化技術(shù)的應(yīng)用大大提高了資源利用率和系統(tǒng)效率。該系統(tǒng)建成以來已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行兩年有余，為新聞頻道的節(jié)目制作提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

目前數(shù)字電視的產(chǎn)業(yè)鏈正在形成，電視臺是這條產(chǎn)業(yè)鏈的源頭——節(jié)目內(nèi)容提供商。為了適應(yīng)由傳統(tǒng)的制作、播出機(jī)構(gòu)向節(jié)目內(nèi)容提供商的轉(zhuǎn)變，電視臺的生產(chǎn)方式正在發(fā)生一場深刻的變革。因此，必須在目前數(shù)字電視節(jié)目制作平臺的基礎(chǔ)上，構(gòu)建能完成高質(zhì)量的節(jié)目信息采集交換的平臺。基于ASI接口的高清TS流收錄系統(tǒng)已經(jīng)開始在全臺網(wǎng)的收錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到運(yùn)用，相信通過更多新技術(shù)、新思路的應(yīng)用，收錄系統(tǒng)會朝著更加智能、人性化、高效穩(wěn)定的方向發(fā)展，以適應(yīng)新時期節(jié)目制作及交換的需要。

[1]徐昌彪，盧山，劉雪亮.基于EON實(shí)現(xiàn)的校園局域網(wǎng)虛擬體驗(yàn)系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2011，35（15）：114-116.

[2]H3C.虛擬化技術(shù)在電視臺應(yīng)用的發(fā)展方向[EB/OL].[2011-10-20].http://www.h3c.com.cn/Solution/TV_Solution/Media_DataCenter/Tecnology_Area/201107/720340_30004_0.htm.

[3]吳喬華，趙赟.基于虛擬化技術(shù)搭建有線電視機(jī)房服務(wù)器備份平臺[J].有線電視技術(shù)，2011（7）：801-803.