基于云計算技術的電視節目制作網設計與實施

摘 要 本文是以基于云計算技術為架構的制作網設計的理論為基礎，對云計算技術的系統架構進行了分析，并指出它在電視節目制作中的作用，也就是實現了可在辦公區桌面通過虛擬機進行高清電視節目網絡化制作的功能。另外，還增強了電視節目制作中網絡系統的安全性。

關鍵詞 節目制作；系統架構；關鍵技術；安全性

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）187-0055-03

1 概述

云計算技術是目前最為先進的網絡服務模式，改變了處理方式，把任務處理的方式從以桌面為核心轉變為以網絡為核心的模式，利用互聯網的網絡資源，實現了按需計算，按量計費，人們能夠通過互聯網來完成一切任務處理。

隨著信息技術的發展，我國電視臺在原有節目制作網的基礎上，不斷深入發展技術創新，采用以云計算技術為基礎的系統架構，運用電視臺制播系統網絡化發展的理念，來構建新型的電視節目制作網。通過互聯網，實現了多種平臺新聞類節目的高效生產與實時發布。通過搭建虛擬化云平臺，將復雜、費時的操作在后臺統一處理，將所有網絡終端設備作為虛擬化非編終端接入，利用網絡實現實時顯示處理的結果，與過去相比處理的速度更加快速，完成的工作量更大。從而實現了用戶可以在辦公網和互聯網生產區來完成精編工作，不在受到地理位置和終端類型的限制，提高了用戶的工作效率，增強了新聞生產的靈活性與高效性。

本文引入了基于云計算技術的架構來制作網設計的理念，實現了節目的網絡制作通過虛擬機可在辦公區桌面進行。整個制作網絡系統包括實體精編工作站、虛擬機服務器、分布式存儲系統和內外網快速交互系統等，具有按需部署、彈性工作等的云計算技術的特點，實測虛擬機和實體機并存使用，在制作網架構設計方面具有創新性。采用分布式架構的UFS云存儲系統，替換以往的存儲系統，UFS云存儲系統具有高寬帶、易擴展、低成本等優勢，從而解決了傳統存儲架構的弊端。簡便的導入和導出功能，實現了內外網電視節目素材資料交互的業務流程更加安全和高效暢通。通過虛擬化平臺提供的各種應用，用戶可以在辦公網、互聯網進行隨時、隨地、隨心的編輯，順應了全媒體新聞融合生產的發展趨勢。

基于云計算技術的電視節目制作網設計，有以下幾點技術創新。

1）引入以云計算技術為基礎的云架構的設計理念，將傳統技術與全媒體技術相融合。

2）將分布式存儲引入制作網建設中，以其高帶寬、易擴展、低成本等優勢替代傳統存儲，解決了傳統存儲架構的弊端。

3）非編工作站實體機和虛擬機并存，既滿足傳統節目精編制作要求，也易于增加虛擬機站點以提升站點規模，資源能夠實現按需的彈性擴展，并能按需部署節目編輯制作工具。

4）內外網素材資料的交互，實現一鍵操作導入和導出，實現了業務流程的高安全和高效暢通。

2 系統架構及功能

系統采用萬兆網絡為基礎架構，整體系統建設采用了實體機和虛擬機并存的虛實相結合的方式，全部有卡工作站可以直連存儲進行網絡編輯，同時部署高性能網絡服務器，通過桌面虛擬化將服務器資源池化，為辦公網提供虛擬化的非線性編輯的運行。

系統提供FAST高安全區，高安全區通過瀏覽器/服務器模式訪問內網存儲空間，工作人員可以在辦公網通過一鍵操作，上傳素材到核心存儲區，并能快速通過虛擬化的非線性編輯找到上傳素材，提高網絡素材利用效率。

下面對系統中幾個主要部分的結構和功能進行詳細介紹。

2.1 虛擬化體系結構

虛擬化平臺主要云硬件基礎設施、存儲系統、虛擬化應用軟件組成。通過桌面虛擬化技術將非線性編輯應用到所有終端設備，其中包括手機、平板電腦、筆記本電腦等。虛擬化的平臺對虛擬化終端的編輯和顯示起到了支持的作用，提供隨時隨地訪問、并能夠得到更為廣泛、安全快捷的計算資源。虛擬化平臺采用更為簡單的按需服務，與傳統計算架構相比，極大地降低了成本。虛擬桌面的集中交付、管理和控制，使得網絡技術部門大大地提高了節目生產的工作效率。并且，虛擬化平臺的建設，對系統改造代價非常小，在原有設備的基礎上進行擴展，就能實現辦公網和移動環境下的業務處理，原有軟件不需要改動。

2.2 虛擬化制作網結構

虛擬化主機資源池、虛擬機群形成了虛擬化平臺，辦公網、互聯網生產區的各種工作需求都可以通過虛擬化平臺來實現。辦公網/互聯網生產區與核心生產區之間實現了資源共享，如共享存儲資源池和服務器資源池等，通過兩個生產區的協作運作，并通過FAST高安全區的使用，從而確保辦公網/互聯網生產區與核心生產區之間消息、文件傳遞的安全性。

2.3 UFS云存儲系統

近10年來，信息科技的高速發展，與之相關的文化產業也在飛速發展，文字、音頻、視頻等大量的數據需要儲存，云存儲應運而生，并得到了廣泛的應用。云存儲的特點是高帶寬、易擴展、低成本，從而代替了傳統的存儲系統，解決了傳統存儲架構中體現出來的弊端。云存儲系統的構建，采用了分布式文件系統進行組建，它的主要優勢表現為以下幾方面。

1）大容量，高性能。支持的存儲節點非常多，一般在1 000個以上，數據庫的存儲容量高達數百PB之多，能夠對各存儲資源使用情況進行自動化的檢測，實現了對存儲資源動向的時時掌控從而提高了利用效率，系統負載均衡，對系統性能的提高起到了重要作用。

2）高帶寬、高聚合力。網絡傳輸數據快速，級別越高的高帶寬，傳輸的速度就越快，存儲節點的數量在不斷增加的同時，帶寬在系統的聚合力也在逐漸呈線性增長。

3）數據集中、簡單管理。數據的集中管理，可以消除信息孤島現象的出現，便于數據的共享、傳遞、交流、挖掘等操作，通過中文互聯網界面進行統一管理。

4）數據存儲的靈活性。根據需要所處理的業務也不盡相同，可以通過靈活調整數據切片大小來進行。

5）數據保護。云系統對數據采取了多種保護模式，采取冗余保護策略，也就是將元數據保存9份進行備份，避免因突發故障時造成數據損失而無法修復的現象產生，從而保證數據的安全性。

6）易于維護和升級。系統采取自動定期維護，從而減少了人工維護的成本，并采用支持磁盤漫游技術，即使在升級時，也可以不終止業務的辦理，在線就能升級系統，從而確保了業務的連續性。

7）非對稱分布式云架構。UFS是創新科存儲技術有限公司自主研發的分布式文件，采用非對稱分布式架構使得數據路徑與控制路徑相分離，結合負載均衡，運用普通硬件來構建出大規模存儲集群。所以，在同一存儲空間下，具有海量的存儲容量和頂級品質的聚合帶寬，而且云儲存系統具備可用性高、擴展靈活、管理簡單、使用方便等特點。

分布式文件系統與單機的文件系統不同，不是由上層操作系統對放在一塊磁盤上的所有數據進行管理，而是將數據放在許多個存儲節點上，并且對其進行集群形式的管理，這些存儲節點有著各自不同的工作任務，通過協調合作，為整個文件系統提供優質快速的服務。UFS分布式文件系統采用非對稱分布式系統架構，主要包括元數據節點、數據節點、客戶端和管理節點4個部分。

（1）元數據節點。元數據管理是對元數據的收集、組織和維持的管理，其中包括元數據的創建、查詢等，并且還對存儲數據的大容量空間進行管理。元數據是一種電子形式的目錄，具有數據檢索的功能，其中目錄結構數據是元數據中的文件系統，包括每個文件的信息和數據存儲信息等。元數據節點是對每個數據節點進行管理，并收集各個數據節點的信息，掌握整個數據節點的情況，然后在進行分配任務，并指導各數據節點的協調工作，最終到達為系統服務的目的，可以說它是整個文件系統的大腦和中樞。

（2）數據節點。數據節點主要對集群構建進行管理，負責對數據冗余保護，承擔了對數據訪問的負載均衡，從而提升系統的性能。數據節點的主要職責是向元數據節點定期進行匯報它的運行現狀，等待系統給予的命令并進行處理，進而實現了數據高效、安全讀寫。在UFS中，可采取副本或者磁盤陣列技術對數據文件進行保護，另外數據切片是可以通過調整其大小，來滿足不同用戶對存儲數據文件的不同要求對其進行設置。

（3）管理節點。管理節點主要是保障系統穩定、順暢的運行，方便系統工作人員對云系統進行管理和維護。

（4）客戶端。客戶端以數據庫的模式存在，為用戶提供了文件讀寫、目錄操作等。當用戶需要使用分布式文件系統進行文件讀寫的時候，把需要使用的快速文件系統的服務器安裝在客戶端上，就可以使用快速文件系統提供的所有服務。

2.4 數據擺渡高安全區

高清電視節目制作網絡系統對整個網絡系統的安全性有著嚴格高的要求，對于外網數據導入電視節目制作網內的需求，目前使用的方法是安裝殺毒軟件在外網的拷貝專用工作站上，允許外網通過防火墻訪問內網服務器。通過FAST數據擺渡服務器能夠實現外網和內網之間的業務交互，通過指定的專業過濾機制嚴格控制與防范病毒入侵到系統中來。因為電視節目制作網需要與外部網絡相連接，為了能夠阻止所有潛在的威脅，所以在物理鏈路的設計上嚴格把IP鏈路阻止在制作網絡系統之外。

3 系統架構的關鍵技術

3.1 服務器虛擬化技術

服務器虛擬化是服務器對虛擬化技術的應用，也就是通過虛擬化技術更好地幫助服務器進行合理的資源分配。將一個物理服務器虛擬化成若干個獨立的邏輯服務器，服務器虛擬化后可以運行多個虛擬服務器在一個物理服務器上。另外還可以將若干個物理服務器虛擬成為一個大的邏輯服務器，用戶可以支配這些物理服務器，從而達到資源最大化的利用。服務器虛擬化對抽象硬件資源在虛擬服務器上的應用起到支持作用，包括虛擬處理器、虛擬內存、虛擬設備等。還可以通過虛擬化軟件對虛擬服務器進行管理，并為虛擬機提供隔離和安全的保障。

3.2 VGPU技術

VGPU（虛擬圖形處理單元）是對大圖形進行處理的應用程序。GPU（圖形處理器單元）虛擬化技術之后，可以讓虛擬服務器上運行的數據共享使用，多個虛擬GPU處理器度圖形進行運算，使得桌面訪問方式變得安全高效。

VGPU技術在虛擬化平臺中應用，對加速卡起到了內置支持的作用，虛擬機可以訪問多個VGPU，分辨率更高并且性能更好。操作系統的服務器及其會話的桌面支持專用的直通GPU的運行。在多個虛擬桌面之間共享真正的GPU硬件加速，對圖形的操作體驗不會發生影響，VGPU技術的使用不會影響應用程序的特性與兼容性。

3.3 網卡虛擬化技術

網卡虛擬化是把一個物理網卡通過采用虛擬化技術虛擬出多個虛擬化網卡，虛擬化網卡能夠獨立地接入到不同的虛擬機上，區分虛擬機之間流量的差異，從而提供合理的安全策略。在使用方法上，“虛擬接入”技術和“虛擬通道”技術。在虛擬網卡上都得到了有力的支持，“虛擬接入”技術利用標簽，區分出所有虛擬機流量的差別。“虛擬通道”通過物理網卡虛擬出多個物理通道，每個通道都具有獨立的輸入和輸出的功能。

3.4 桌面虛擬化技術

桌面虛擬化依賴于服務器虛擬化，正是因為服務器虛擬化才生成了大量獨立的虛擬桌面操作系統，同時根據專有的虛擬桌面協議發送給終端設備。用戶終端通過以太網登陸到虛擬主機上，只需要記住用戶名和密碼及網關信息，即可隨時隨地通過網絡訪問自己的桌面系統，從而實現單機多用戶。

4 電視節目制作中的網絡系統安全性

為了避免對備份系統造成危害，文件備份系統和備份通道必須具有獨立性，以防止系統出現故障時，備份系統受到影響。為了讓網絡系統安全的在運行，就必須對各種不安全因素進行嚴格管理和監控，針對各種可能狀況準備完善的應急方案，進而保障網絡在安全的環境下順利的工作。

隨著信息技術的發展，云計算技術的應用，在UFS云存儲系統中采用三臺元數據節點，不但可以起到對元數據的冗余保護，而且對系統負載起到了均衡的作用，從而提升云存儲系統性能。新科技的注入，對傳統系統的架構發生了重大的變化，虛擬技術、云計算技術等在網絡系統上的應用，實現了網絡資源更為合理、高效的利用，同時安全性也得到了提高。高清電視節目制作網絡系統對整個網絡系統的安全性有著嚴格高的要求，對于在內、外網進行數據的導出與導入，都設置了嚴格的安全措施。同時，對于文件系統數據保護的要求也是非常嚴格的，通過數據節點對集群構建進行管理的功能，負責對數據冗余保護，也就是對文件數據的保護，一般1個存儲文件會有9個備份，充分地保證了數據的安全性。

數據安全、鏈接途徑安全、模塊安全和設備安全是電視節目制作網絡系統安全的四要素，還必須對可能出現的風險設置相應的防御措施。網絡系統采用熱冗余、高可靠性設計，并且對可能出現的故障設置了相應的應急措施。在網絡安全方面，電視廣播節目的安全性，取決于網絡系統的安全。在網絡系統設計中，安全系統設計和網絡設備的設計是其最為重要內容。在安全性設計中，可靠性是網絡安全運行的關鍵，能夠對網絡系統進行自動檢查，及時發現其中存在的問題并且妥善解決問題。網絡系統對突發事件的應急方案，也是保障網絡安全的重要手段。為整個網絡系統提供了安全保障，有效地降低發生故障的幾率，使網絡系統能夠持續運行，保證了用戶觀看節目的質量。

5 結論

綜上所述，采用以云計算技術為基礎的云架構系統進行電視節目制作網設計，實現了電視節目的網絡制作通過虛擬機可在辦公區桌面完成工作。與傳統的電視節目網絡制作相比，擺脫了地理位置和終端類型的限制，實現了隨時隨地都可以工作。運用云架構系統進行電視節目的網絡化制作，使用的信息資料更廣泛、更豐富，傳遞的速度更快速，使用更安全，利用非線性編輯能夠提高電視節目制作的工作效率，使工作變得更簡便、更高效。隨著我國現代化信息技術的發展，網絡系統得到了廣泛的應用，目前來看，云存儲系統已經逐漸代替傳統的存儲系統，極大地提高了電視節目網絡制作的效率。采用云計算技術對電視節目進行網絡化制作，已經成為全媒體新聞融合生產的發展趨勢。這種由云架構構建的新型網絡系統，能夠極大地提高節目質量，對節目安全的保障具有重要的作用。

參考文獻

[1]徐智娟.廣播電視臺節目制作網絡系統設計與應用[J].電子技術與軟件工程，2015（14）.

[2]唐鋒.四川網絡廣播電視臺新媒體生產管理系統設計與實現[D].成都：電子科技大學，2013.

作者簡介：姜殿宇，研究方向為網絡運維管理研究、新媒體技術應用、電視網絡技術。