云架構下的電視制播網絡研究

牛 睿，王 宇

(中廣電廣播電影電視設計研究院，北京 100045)

云架構下的電視制播網絡研究

牛 睿，王 宇

(中廣電廣播電影電視設計研究院，北京 100045)

介紹了虛擬化、云計算等與云架構相關的網絡技術，以及云架構下全臺制播網絡系統的總體規劃、各子系統劃分和功能定位。

云架構；云計算；制播網；全媒體融合

1 電視制播網的出現與發展

電視制播網的出現與發展是隨著數字、網絡等技術的成熟以及對電視節目制作能力需求的提升應運而生的。

早期電視節目制作，在節目拍攝到編輯、存儲、播出的過程中，以視音頻基帶信號流轉，并以錄像帶作為承載視音頻信號的載體。因此錄像帶成為電視臺各系統間相互關聯的重要媒介。這種方式持續了很多年，然而無論節目信號質量還是臺內生產效率都很低下。

2000年以后，非線性編輯技術以其便捷、高效的優勢逐漸代替傳統以錄像機為工具的線性編輯制作模式，節目內容實現文件化。同時網絡進入到電視臺制播領域，單機非線性編輯系統開始向網絡化過渡，出現了非編網，這也是電視臺制播網的雛形。

網絡化帶來了生產效率的提高，促進了電視臺制播工作流程的優化。臺內越來越多各種類型的制播子網出現，網間信息共享與交互成為共同研究的課題。以ESB（Enterprise Service Bus，企業服務總線）+EMB（Enterprise Media Bus，企業媒體總線）為互聯互通的方式搭建了臺內各業務子網之間的橋梁，這種以主干為核心的制播網架構逐漸成熟完善，并作為電視制播網的基本架構在2005年前后開始發展，一直持續到今天。

隨著新媒體、云計算等新技術的產生，電視制播網的架構也面臨著新的研究與再造。

2 現有電視制播網絡架構面臨的問題

2.1 現有電視全臺網基礎架構

現有電視臺全臺網以數字化為基礎，網絡化為核心，在“采、編、播、存、管”的整個電視工藝流程中，通過建立數字化、網絡化的制播體系，實現節目制作、播出和存儲管理的流水線式生產作業，達到優化工作流程、提高生產效率和管理水平的目的。

全臺網系統目前大多基于SOA（Service-Oriented Architecture，面向服務架構）設計，以ESB+EMB雙總線方式對各系統進行松耦合的互聯，同時各應用系統的高內聚設計特性保證其可以獨立運行，如圖1所示。在此架構下，基礎網絡平臺和業務支撐平臺是各應用系統互聯互通的基礎，完成業務數據、媒體數據的交換。

2.2 現有電視全臺網系統存在的問題

（1）系統規模大，管理復雜，資源浪費嚴重。隨著業務規模的不斷擴大和信息化進程的不斷深入，信息化應用和服務器、工作站數目不斷上升。由于前期建設往往缺乏系統的規劃，通常網絡中存在著不同時期安裝、甚至不同操作系統的設備。不同軟硬件組成的大系統很難形成統一的有序管理，技術管理、維護成本非常大。同時大多數服務器的評價工作負載低于20%，物理服務器、工作站、存儲設備資源大量閑置。

（2）系統利用缺乏彈性，無法滿足業務需求。基于現有架構建設的系統，其規模無法快速擴展與改變。目前在全臺網初期建設很難測算未來的準確需求規模。系統的計算、存儲、網絡交換資源在不同的業務系統間分配不均衡，一些繁忙的業務分配不到足夠的資源，進而導致效率低下，而另一些業務系統可能又存在大量的閑置資源卻不能充分利用。

（3）應用系統對未來新業務的兼容性不足。原有系統對新業務的出現通常會有兼容不足的情況。電視行業新業務新應用層出不窮，傳統的應用模式不可能一直存在，新業務的出現必然要求技術系統的無條件滿足，以保證新業務在原有系統下靈活有效的運行。

3 云架構下的制播網絡技術基礎

3.1 虛擬化技術

圖1 現有網絡架構下的全臺網系統

虛擬化在計算機技術領域是指計算元件在虛擬的硬件基礎上而不是真實的硬件基礎上運行。虛擬化技術可以擴大硬件的容量、簡化軟件的重新配置過程。CPU的虛擬化技術可以將單CPU虛擬為多CPU并行，容許一個平臺同時運行多個操作系統，應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而提高工作效率。利用虛擬化技術可以構建不同的資源池，包括計算資源池、存儲資源池、應用資源池等，并動態地將資源池中的資源分配給業務系統，形成彈性的IT架構。通過虛擬化技術，電視臺可以將許多業務與所需的計算資源剝離，將計算能力集中到數據中心，構建一個全臺共享的資源池，所有的業務都運行在虛擬機上。由于業務所需的計算資源已經虛擬化且實現了共享，每個業務系統的計算資源都可以很靈活地進行分配和調整，系統管理維護的效率也會得到較大的提升。

虛擬化技術在電視全臺網中的具體應用包括工作站虛擬化、服務器虛擬化、存儲虛擬化三個層面。

3.2 集群計算和云架構

集群計算旨在通過網絡把多個成本相對較低的計算實體整合成一個具有強大計算能力的完美系統，構成計算資源池，并把這強大的計算能力分布到終端用戶手中，使各種應用系統能夠根據需要獲取計算能力、存儲空間和信息服務。通過不斷提高計算資源池的處理能力，進而減少用戶終端的處理負擔，最終使用戶終端簡化成一個單純的輸入輸出設備，并能按需享受計算處理能力。

云計算既是指一種可以根據需要動態地提供、配置以及取消供應的計算和存儲平臺，又是指一種可以通過互聯網進行訪問的應用服務類型。系統只需要配置終端設備，就能實現新聞、制作、媒資、新媒體等各類業務的服務。而云架構就是基于云計算技術在全臺制播網絡建設中的一種全新架構方式，云架構的應用可以分為三大類，即SaaS（軟件即服務）、PaaS（平臺即服務）和IaaS（基礎設施即服務），如圖2所示。

（1）SaaS是指用戶獲取軟件服務的一種新形式。它不需要用戶將軟件產品安裝在自己的計算機或服務器上，而是按某種服務水平協議（SLA）直接通過網絡向專門的提供商獲取自己所需要的、帶有相應軟件功能的服務。SaaS本質上就是軟件服務提供商為滿足用戶某種特定需求而提供其消費軟件的計算能力。

當前，SaaS有各種典型的應用，如在線郵件服務、網絡會議、網絡傳真、在線殺毒等各種工具型服務，還有在線HR（Human Resources ，人力資源）、在線項目管理等各種管理型服務。

（2）PaaS是指將一個完整的計算機平臺，包括應用設計、應用開發、應用測試和應用托管，作為一種服務提供給客戶。在這種服務模式中，客戶不需要購買硬件和軟件，只需要利用PaaS平臺，就能夠創建、測試和部署應用和服務，與基于數據中心的平臺進行軟件開發相比，費用要低得多，這是PaaS的最大價值所在。

（3）IaaS是指企業或個人可以使用云計算技術遠程訪問計算資源，包括計算、存儲以及應用虛擬化技術所提供的相關功能。無論是最終用戶、SaaS提供商還是PaaS提供商都可以從基礎設施服務中獲得應用所需的計算能力，但無需對支持這一計算能力的基礎IT軟硬件付出相應的原始投資成本。

4 云架構下的電視制播網規劃

4.1 云架構下網絡系統總體規劃

云架構下全臺制播網絡應根據電視全臺網的總體架構規劃，考慮未來業務和系統組織構成。云架構下的全臺網建設，主要任務是對現有業務流程進行梳理，并根據臺內實際情況對業務子系統進行歸類、整合，以便將割裂的子網統一到一個基礎平臺下。新聞制播業務和播出業務發展及流程較為固化且安全等級較高，其支撐平臺暫不納入云平臺總體規劃，其余所有業務系統劃分為以下四個大類：

（1）綜合媒體服務業務；

（2）制作類業務；

（3）媒資類業務；

（4）輔助類業務。

綜合媒體服務業務以云架構形式獨立部署在臺外形成綜合媒體服務平臺。綜合媒體服務平臺是全臺網絡素材的集散中心，有大量外來素材輸入需求，為減小網絡安全風險和負擔，可考慮部署在全臺制播網外，并做好隔離防護，使網絡文件流轉形成縱深的防護體系。

制作類業務、媒資類業務以及支撐業務統一部署在臺內，并以云平臺作為其基礎支撐平臺，組成綜合媒體生產平臺系統。全臺形成內網、外網兩個云架構硬件平臺，見圖3，為未來媒體融合、業務拓展以及公有云部署從架構層面打下了基礎。

圖2 云計算應用模式

圖3 云架構下全臺網絡系統

4.2 綜合媒體服務平臺

綜合媒體服務平臺是電視、廣播節目生產與互聯網節目生產全面融合的生產管理平臺，是以媒體內容渠道多樣化匯聚、面向全媒體的內容生產策劃、移動化的生產工具以及多渠道內容發布為核心業務。

綜合媒體服務平臺部署在外網，接收云端匯聚服務平臺推送過來的互聯網資訊匯聚內容并保存，供傳統電視、廣播生產系統作為線索、資料的來源，同時為全媒體演播室群提供互動內容。同時，根據海量匯聚的內容可以完成傳統、互聯網渠道內容生產的統一策劃，將傳統廣播、電視生產系統納入統一調度體系之下，同時，繼續保持傳統制、播體系的獨立性、完整性。

由平臺提供的全媒體內容制作、視音頻快編制作既可作為互聯網發布的內容生產體系，也可作為傳統電視、廣播生產的快編平臺，既兼顧了傳統，又滿足了互聯網節目生產的完整體系。

綜合媒體服務平臺板塊包括媒體資源庫和新媒體兩個功能模塊。具體功能設計如表1所示。

4.3 綜合媒體生產平臺

云架構下的電視制播網絡不再完全是需要通過全臺主干系統互聯互通而組成的一個個技術系統子網，各制播業務也不需要再大而全的建設，更趨向于對各個業務模塊分別設計，并建立在融合生產平臺之上。除播出系統由于安全問題還保持傳統架構外，各個業務子系統只關注于本系統內需要實現的功能，存儲、計算等硬件資源開銷以及網絡管理和網絡安全層面的基礎性問題由綜合媒體生產平臺統一完成。

綜合媒體生產平臺將除新聞制作、內容服務平臺、新媒體播發以及播出系統以外的其他所有系統進行整合，該平臺的業務主要包括：收錄、節目制作業務、演播室業務（包括節目單編排、廣告業務、電視劇業務、全臺制作整備）、總編業務、媒資等，如圖4所示。功能定位及邊界劃分如下。

4.3.1 制作類業務

制作類業務包括：制作模塊、廣告功能模塊、總編室業務編單功能模塊和電視劇縮編等模塊，各模塊功能設計見表2～表7。

4.3.2 媒資類業務

媒資類業務主要包括媒資管理模塊，具體功能見表7。

4.3.3 輔助類業務

輔助類業務包括：主干平臺、ESB企業服務總線和EMB企業媒體總線等模塊，各模塊功能見表8～表10。

表1 媒體資源庫模塊功能

表2 新媒體模塊功能

表3 制作模塊功能

表4 廣告模塊功能

圖4 綜合媒體生產平臺

4.4 網絡規劃步驟及虛擬化原則

網絡規劃首先需要做軟硬件及應用分析，確定使用功能服務器和工作站的種類及數量，通過分析確定這些設備及應用是否可以虛擬化。可虛擬化的設備根據其使用屬性的不同對CPU/內存的需求進行估算，計算所有CPU/內存使用總量，并確定物理服務器的數量。再通過分析物理服務器的數量，確定是刀片服務器還是機架服務器。

由于電視制播網的特點，以下一些特殊設備或應用還無法（或不建議）虛擬化：

（1）專業板卡或特殊板卡（視音頻類）；

（2）數據吞吐量過高的設備（如歸檔/遷移服務器等）；

（3）計算密度過高的服務器（如數據庫服務器等）。

虛擬化原則界定后，將可虛擬化的所有硬件資源根據應用需求不同分為通用服務器、高CPU應用服務器、高（CPU+GPU）應用服務器。其中，高CPU應用包括轉碼、技審等業務，高（CPU+GPU）應用包括非編、打包、合成類等業務。根據不同類別的服務器，可分配每類單個應用服務器的虛擬CPU和虛擬內存資源，匯總后形成整個網絡平臺需要的全部硬件資源情況。

4.5 網絡安全

網絡安全建設是一個全方位的信息安全建設與防護過程，包含了策略、防護、監控、應急、審計等多個方面。

（1）根據電視臺各業務系統的關鍵業務與IT支撐流程，評估網絡中的重要信息資產，評估業務服務中各種安全的風險等級，分析威脅的來源，并制定信息安全保障的最終目標。

（2）分解各業務系統中不同安全保護需求的安全區域，進行全方位的信息安全體系規劃設計。

（3）分別考慮安全體系，形成基于全臺全媒體業務系統的安全體系。

（4）業務流程基于全媒體業務的匯聚、生產、管理、發布，并在業務的基礎上充分考慮安全運維保障，包括監控和安全等方面的體系內容。

表5 總編室業務編單模塊功能

表6 電視劇縮編模塊功能

表8 主干平臺模塊功能

表9 ESB企業服務總線模塊功能

表10 EMB企業媒體總線模塊功能

5 未來關注的問題

5.1 電視臺特有屬性下的網絡安全問題

隨著廣播電視數字化、網絡化的廣泛應用，廣播電視信息安全工作的重要性日益彰顯，廣電總局于2009年發布了《廣播電視安全播出管理規定》（總局令第62號），明確提出要開展信息系統等級保護工作。為進一步貫徹落實相關要求，廣電總局先后制定了《廣播電視相關信息系統安全等級保護定級指南》（GD/J 037-2011）和《廣播電視相關信息系統安全等級保護基本要求》（GD/J 038-2011）等相關標準與規范，作為規范全行業信息安全等級保護工作，提升安全播出保障能力的基礎性標準。2014年10月廣電總局科技司再次頒布新修訂的62號令，其中明確提出：應按照《廣播電視相關信息系統安全等級保護定級指南》(GD/J037)的要求，劃分播出相關信息系統的安全保護等級；播出相關信息系統應符合《廣播電視相關信息系統安全等級保護基本要求》（GD/J 038）的相關規定，并按照相應等級要求進行規劃、設計、建設、評估和整改。

隨著云計算等新內容進入到廣電制播網領域，現有標準與新技術之間存在著銜接和過渡的過程，迫切需要相關網絡安全標準修訂或重新編制；同時，目前由國家廣電總局牽頭的全臺網2.0白皮書的編制工作也在進行中。這些都將對未來網絡規劃中的安全規則起指導作用。

5.2 經濟性問題

云計算進入廣電是新的生產力形態出現和技術發展的必然趨勢，各電視臺以及系統集成商在系統搭建過程中越來越傾向于在網絡架構搭建中引入云計算。然而目前這個階段是否到了大規模采用云架構代替傳統制播網業務形態，是否每種規模的電視臺在現階段都適用搭建云架構的系統，值得思考。

目前電視全臺網系統搭建存在一個誤區，似乎搭建云架構必須要使用密集刀片服務器，這樣才能提高系統性能。云計算使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中。這使得企業能夠將資源切換到需要的應用上，根據需求訪問計算機和存儲系統。云計算最大的好處是將所有硬件資源組合在一起、自由調配，并且對單一服務器硬件配置沒有過多要求。目前，主流廠家刀片服務器機箱一套要幾十萬元，每個刀片服務器也要近十萬元，從硬件成本上看是一筆不小的開支。根據虛擬化的原則簡單測算后發現，網絡架構必須達到一定規模后采用云架構才能達到一定的經濟性優勢，因此從現階段看，單一的非編網類網絡系統或中小型電視臺全臺網采用云架構并不劃算。

經濟性指標還需在后期運營維護加以考量。傳統網絡架構清晰、簡單，易于維護，一些技術水平較高的電視臺甚至可以通過本臺技術人員進行日常維護，對網管人員技術水平要求也不一定很高。采用全臺云架構后，需要維護人員具備網絡知識、硬件維護能力、虛擬化軟件調試能力、業務系統聯調水平等多方面的素質，從人員成本上會有較大提高，這一點也是在系統搭建之初需要考慮的。

5.3 私有云與公有云的結合問題

公有云適合于不同的領域的不同的場景。傳統的電視行業為了保證網絡設備絕對的安全性，采用的是封閉系統。目前，面對新興媒體建設的大方向，電視臺網絡云架構開放的體系還屬新興技術，從全臺網絡安全、臺內固定資產及技術積累等方面考慮，以私有云方式最為普遍。

但是，從云架構的發展方向來看，全臺網建設必然會從私有云向公有云方向過渡，以實現資源最大程度的共享以及硬件成本最大程度的節約。因此私有云加公有云的混合云形式將長期存在于全臺網架構設計中。

牛睿，畢業于中國傳媒大學電視工程系，中廣電廣播電影電視設計研究院技管辦副主任，高級工程師、一級注冊建造師、國家注冊咨詢工程師。從事電視制播工藝設計，主持或參與了上百項國內國外廣電工程和科研項目，多次獲得省部級工程設計及科技創新獎；在專業核心期刊發表過十余篇論文，作為副主編編著了《電視中心工程工藝設計》專著。

王宇，畢業于中國傳媒大學電視工程系，中廣電廣播電影電視設計研究院助理工程師。從事電視制播工藝設計，參與了國內大、中、小各類廣播電視工程的設計工作以及科研項目的編制，在專業核心期刊發表過數篇論文，參與編輯《電視中心工程工藝設計》。

（編輯 杜 青）

Study on the Production and Broadcasting Network Framework Based on Cloud Platform

NIU Rui, WANG Yu
(CRFTG Radio, Film&TV Design and Research Institute, Beijing 100045, China)

This article mainly discussed the network techniques related to the cloud platform based framework, such as virtualization, cloud computing, as well as the overall programming and the subsystem division and its functional positioning of the full station covered production and broadcasting network.

network framework based on cloud platform ; cloud computing; production and proadcasting network framework; media convergence

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.08.007