衡陽電視臺播出系統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，頻道無任何商業廣告，實現“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 現狀及目標

衡陽廣播電視臺播出系統播出5個自辦頻道的電視節目，作為全臺網的子系統，節目從制作到播出均通過局域網傳輸，共分5個步驟完成。首先，待播節目經由光纖發送至播出系統的二級存儲器，素材信息寫入數據庫；素材入庫完成后，技審程序根據次日播出節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”由節目控制機發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，經過視分設備、切換器、鍵混、AGC等最終送達發射機和有線網絡播出。

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個頻道節目的正常播出。

2 設計及規劃

為了在最短的時間內新增一個頻道播出，同時安全性、穩定性、經濟性都要達到最優，整個工程的規劃設計就尤為關鍵。整個項目建設過程期間不能影響在播的5套節目，采用了先分布安裝、后整體在線并入的方式來實現由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。在充分利用現有播控軟硬件資源（現有的數據庫服務器、黑場同步、時鐘軟件、數據庫軟件、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的播出，相對容易實現；另一部分必須同原有系統進行共享或互聯，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。

為確保各個環節能穩步進行，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，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。現有6個通道全部在用，其中5個用于播出現有的5套電視節目，剩下的1個IN/OUT半雙工通道用于對次日所播節目的預審以及特定節目的回錄，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日內的所有節目，播過的節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目時長總共約為60 h，所占空間大約為300 Gbyte，對如此大的數據進行服務器間的遷移，整個過程會占用大量的網絡帶寬，有可能對在播節目造成不穩定影響，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目造成影響。衡陽臺播出系統內所有設備間的互聯是通過千兆交換機來實現的，經測試兩視頻服務器經過千兆交換機傳輸數據，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，為了確保節目播出萬無一失，素材遷移的任務被安排在了全天節目結束后的凌晨實施，執行過程非常順利。

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；又或者降低節目碼率，以犧牲節目質量的方式來換取更多的節目時長，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。在現有NAS網絡存儲的結構下，解決帶寬中的瓶頸點來提升整體帶寬更實際。通過增加網卡，采用雙網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RAID50中可用硬盤數=硬盤數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個盤籠來實現擴容。新增1個盤籠后，盤籠數量共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%。為了便于與原數據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現速度很慢，大概花費了24 h，最后還是出現意外錯誤未完成。又重新格式化了一次，但還是失敗了。經仔細分析后發現對于較大的磁盤分區，在Windows2003系統中，微軟對于硬盤的大小有簇大小的限制，最大為64 kbyte，系統默認為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，格式化在數分鐘內順利完成。表1為微軟發布的簇大小在各個系統的默認值。

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關的服務器，服務器自帶2個千兆網口，所有工作站通過這2個網口對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）雙口網卡，加上原有自帶的2個網口，綁定的4個網口同時工作實現了數據的“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，ROSS鍵混刷入臺標LOGO。在分配設備IP地址時，將字幕系統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單獨劃分在一個網段內，這樣更有利于其他播出設備網絡安全。新增視頻服務器審看通道的監看由于沒有多余的位置擺放監視器，所以不得不共用原有監視器，通過新增1個4路切換器來實現，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通過在原有播出系統基礎上新增加一個頻道的實例，為地市級播出系統的擴建積累了些許經驗。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.播出系統升級背景下的安全播出網絡新技術探討[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存儲管理系統框架技術分析[J].信息科技，2010（2）：38-40.