全臺網中云技術的先進高效性設計

楊昆

【摘要】近年來，廣電系統在新技術新理念的浪潮下建設了一大批全臺網項目，在這一系列技術更新換代的過程中，確實解放了大量人力，大大提高了電視臺的節目生產效率。隨著廣電系統業務需求的不斷增長以及諸多因素的影響，傳統業務系統的各種問題也逐漸暴露出來，同時隨著云技術的成熟，應用在全臺網中的云制作技術，不僅能滿足高清素材采集、視音頻編輯、節目審核及文件化節目送播等生產業務，且能與全臺網系統順暢連接。系統采用網絡化、數據化、流程化的工作模式完成節目的制播業務。將全面滿足多個頻道節目后期制作對空間和編輯站點的需求，通過云編輯系統將節目制作區擴展到辦公區，實現業務與設備剝離，編輯與渲染剝離，提高了資源利用效率。同時也能為臺內未來的數據中心化做一些初步的技術探索。

【關鍵詞】大洋;云計算;虛擬機;全臺網;分布式合成

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.011..025

1. 傳統方案的問題和云架構解決方案

廣電系統在全臺網建設浪潮下的這一系列的發展過程中，由于業務需求的不斷增長以及諸多因素的影響，傳統業務系統的問題也逐漸暴露出來，需要應用云技術逐一解決這些問題和弊端

1.1 硬件資源利用率不均衡，能源消耗大

大多數電視臺系統的生態環境中，主機資源的利用并不十分均衡，部署輕量級應用的主機往往閑置大量的計算及I/O資源;采用云技術后，多個輕量級應用可以轉化為VM（Virtual machine虛擬機），共用同一物理主機，實現資源的最大化利用。同時相應國家節能減排的號召，通過實現資源的最大化利用，實現綠色數據生產的目標。

1.2 移動辦公和多設備接入問題

隨著電視臺業務的發展，為了提高編輯、審片的效率，外場編輯審片的需求已經越來越越強。現有的系統很難實現人到哪桌面跟著到哪的業務需求，隨著臺內網絡建設的逐步成熟，臺內編輯人員及記者希望能夠在臺內隨時隨地訪問統一的應用和數據，提高工作效率，增加產能。越來越多的臺內編輯人員對采訪事發現場辦公、異地辦公、非工作時間在家里使用家中辦公有了更強烈的需求。

1.3 系統模塊固化，業務運營缺乏彈性

在當前的鄭州電視臺信息系統中，每個業務邏輯都運行在固定的主機上，部分主機在業務空檔期處于閑置狀態;采用云技術后，業務和主機將實現松散耦合，資源調度變得靈活而富有彈性，通過計劃任務和策略配置，可以自動化的實現分時運算，利用閑置資源對繁忙系統進行提速，業務系統的運營效率將提升到前所未有的高度。

1.4 系統故障恢復時間較長

進行系統設計時，關鍵子模塊往往會采用高可用設計，當故障轉移發生后，業務系統雖然連續運營，但是處理故障設備和恢復高可用環境的時間較長，操作也十分復雜;采用云技術后，由于業務邏輯和主機實現了剝離，主機出現故障時，業務邏輯可以自動遷移到狀態良好的主機上，管理員可以輕松剔除故障主機，并將新主機加入到云計算平臺內。

1.5 舊業務系統的平臺升級面臨困難

業務系統的運營過程中，設備的更新換代難以避免。隨著硬件的升級，與之適配的操作系統環境和數據庫環境都會發生變化，面對上述問題時，傳統的業務系統往往需要把業務軟件向新平臺移植和升級，這對業務系統穩定運行平添了許多不穩定因素;采用云計算技術后，舊的業務軟件可以無縫遷移到全新的硬件平臺上，無須進行業務軟件的升級開發，業務系統在底層硬件平臺升級后，依然能穩固運行。

1.6 新業務層出不窮，新系統建設周期過長

目前，廣大電視觀眾已經不再滿足于傳統的廣播電視服務模式，隨著三網融合的推進以及新媒體技術的不斷發展，電視臺的運營模式也將隨之進行調整，帶來的最大改變就是新業務的不斷上線。每開展一個新興業務模式，必將帶來新系統的部署、配置和運維，這往往需要較長時間，使新業務無法快速靈活的開展，對電視臺的長遠發展非常不利。

而如果在未來的廣電業務系統內構建一個統一的計算平臺，各種業務都運行在這個平臺上，那么傳統系統所面臨的問題將找到解決方案，廣電系統將更加靈活、更加富有彈性，運營也更加輕松。

以鄭州臺為例，先期全臺網的設計以大洋的技術為骨干，基于大洋的云計算的理念和設計，未來關于電視臺的非編網建設中，我們可以采用云編輯系統。云編輯系統包括云應用及云管理兩部分，云應用包括非線性編輯系統、生產媒資系統、媒體信息匯集系統;云管理包括存儲管理、數據庫管理、網絡管理、虛擬機管理、云應用管理等。

比如，云編輯系統計劃虛擬出128臺虛擬機，其中100臺用于云應用系統，28臺用于云管理系統。每臺虛擬機能夠實現4軌120M高清視頻的制作，并且可以添加包含動態字幕和唱詞在內的三軌字幕。云編輯系統通過虛擬化技術實現在一臺物理機上虛擬出來4臺邏輯非編設備，每臺邏輯設備可以獨立運行相應的非線制作軟件，從而大大提高了一臺物理機的工作效率。

云編輯虛擬機采用虛擬機+GPU直通方案，顯卡通過PCIe接口插到服務器刀片上，虛擬機綁定GPU之后，可以用于圖形或視頻編輯渲染。采用華為E9000服務器的話，一個刀片可以插4個Q2000顯卡分別綁定4個VM構成4個GPU直通 或一個K1構成4個GPU直通。

虛擬機插入GPU之后，圖形軟件可以使用GPU充發充分渲染，GPU將渲染后的位圖放入顯卡視頻緩沖區。為了將緩沖區內容實時無損地投送到TC側。虛擬機采用HDX3DPro技術。HDX3DPro支持采用采用CPU深度壓縮后，有效降低傳輸帶寬。TC側再解碼將圖像內容清晰地呈現給用戶。

虛擬機的全部狀態由存儲在共享存儲器上的一組文件進行封裝， 虛擬機的活動內存及精確的執行狀態通過高速網絡快速傳輸， 實現了零停機時間，而且不中斷用戶操作。虛擬機管理軟件可以實現監視整個虛機化架構的資源利用情況，可以自動的動態調整資源，并使用管理軟件來遷移和優化工作負載，提高了系統的靈活性和擴展性。

云編輯的遠程桌面系統可以通過部署在辦公域甚至家里的普通電腦實現連接和訪問，打破了現有的制作系統局限于非編制作機房這一束縛，滿足編輯、記者的在臺辦公區進行節目制作需求。但為保障制作網的安全，采用四臺萬兆“一體化安全網關”來隔離生產域與辦公域，一體化安全網關集成了網絡防火墻、網絡入侵檢測＼防御和防病毒等多種安全防護功能，為了避免單點故障，提高數據傳輸效率。將四臺一體化安全網關配置為集群，并通過負載均衡技術及HA技術實現高可用及高可靠。安全網關配置時只允許華為的HDP遠程傳輸協議通過，安全隔離辦公網和生產網。

2. 高效的分布式打包

隨著節目制作的復雜化、多樣化，特別是高清節目制作時代的到來，傳統的單臺服務器對一個時間線的合成效率越來越低下，早已無法滿足節目生產的需要。為此，大洋公司率先提出并實踐了分布式打包合成的思想：建設分布式合成服務器集群，把單條合成任務拆分為多個子任務，多臺合成服務器同時合成各個子任務方式，來顯著縮短單條任務的合成耗費時間，提高合成的效率。在北京臺的實踐中，實測提高合成效率10倍以上，有效的保障了節目及時送播。

分布式合成系統作為一個后臺7*24小時工作的系統，設計了任務檢測機制、故障重試機制、故障重啟機制，三大安全機制，保證系統高穩定運行，于此同時支持高標清智能切換，根據合成目標智能切換當前打包制式，對于優先等級高的任務，進行人工干預，系統優先執行，滿足應急任務的順利執行。

管理層：主要完成合成任務的流程管理、狀態監控、任務派發和策略管理等后臺應用服務，主要是包含任務引擎模塊、任務監控模塊和任務管理模塊。

業務層：主要完成提交的合成任務的合成、符合條件任務的智能分拆，分拆子任務的合成以及分拆子任務的拼接等，主要包含任務分拆模塊、任務合成模塊 和任務拼接模塊。

2.1 分拆策略設計

任務分拆模塊的主要功能是根據系統定義的分拆原則，將一條符合分布式合成啟用條件的任務分拆成一系列子任務。任務分拆模塊包括以下功能：

*初始化任務分拆模塊

*判斷任務分拆模塊是否已經初始化完成

*執行合成任務分拆服務

*判斷分拆任務是否完成

*返回任務分拆結果

*釋放任務分拆模塊

任務分拆模塊的工作流程如下：

*任務管理模塊將分拆任務分派給任務分拆模塊;

*任務分拆模塊進行初始化工作;

*初始化完成后，任務分拆模塊打開任務故事板并調用非線性編輯系統插件，獲取故事板不可分拆段落信息;

*任務分拆模塊根據分拆原則對任務進行分拆;

*任務分拆模塊將分拆結果寫入合成子任務列表;

*完成任務后，任務分拆模塊進行釋放。

2.2 合成策略設計

合成模塊的主要功能是將一個或一段工程文件重新渲染生成為一個視音頻文件。合成模塊包括以下功能：

*支持工程文件中包含不同格式的視音頻素材的合成

*支持工程文件中包含高清素材和標清素材的合成，并按照目標格式根據配置自動進行上下變換

*支持各種特技和字幕的合成

*支持所有大洋編解碼支持的目標格式

支持目標文件的MD5碼生成

具備按照優先級自動獲取合成任務的功能

具備合成任務執行進度和狀態反饋的功能

2.3 拼接策略設計

任務拼接模塊的主要功能是將被分拆成子任務的合成結果，重新拼接成一個完整的符合任務目標格式的視頻文件，作為任務的最終結果。任務拼接模塊包括以下功能：

*初始化拼接模塊

*判斷任務拼接模塊是否已經初始化完成

*轉碼功能

*執行拼接任務

*判斷拼接任務是否完成

*返回拼接任務結果

*釋放拼接任務模塊

任務分拆模塊的工作流程如下：

*任務管理模塊將拼接任務分派給任務拼接模塊;

*任務拼接模塊進行初始化工作;

*初始化完成后，任務拼接模塊按照順序讀取所有子任務生成的文件;

*任務拼接模塊按照合成任務的目標格式，對所有子任務生成的文件進行拼接

*拼接完成后，任務拼接模塊將拼接結果反饋給任務管理模塊;

*完成任務后，任務拼接模塊進行釋放。

鑒于以上內容，采用了云技術和虛擬技術的全臺網，必將在原有基礎上極大提高工作效率，更大的發揮硬件的性能和人的能動性，同時也為未來全臺網數據中心建設提供一個參考。