作者：朱军? 练益群

播出系统是电视台的核心系统，播出系统中的视频服务器、双网结构及容错备份是数字化播控的关键技术，本文结合浙江广电集团的电视播出中心，对这3个关键技术进行分析。

1视频服务器
1.1视频服务器的种类

视频服务器是对视音频数据进行压缩、存储及处理的一种专用计算机设备，是硬盘播出系统中的核心设备，其应用结构大致可分为4类：

第一类服务器为单机服务器。这类服务器就像计算机一样运行，只是有特别的输入/输出接口，在响应时间和存储容量方面有所不同，一般用于小规模电视台的播出、广告插播、延时播出、垫播等。第二类服务器为通过内置的光纤通道环路或交换式结构组成的服务器网络系统，有些第一类服务器可以成为第二类服务器系统中的一个节点，这种服务器系统比较适合需要通道数较多、安全性要求更高的大中型电视台的播出系统。第三类服务器是一种存储—交换的结构，每一个I/O（输入/输出）节点通过交换网络连接到一个外部公共的存储库，引入了“分布式文件系统”的概念，这种配置的每个节点不是相互独立的，而是相互依赖的，任何节点都可以访问中心存储库中的内容，但其性能和可靠性在很大程度上依赖于网络的数据交换能力和共用存储库的可靠性，这类服务器可构建基于集中存储的网络化数字播出系统，具有与新闻采编网、非线性编辑网、媒体资产管理系统连接的接口，浙江电视播出中心选用的就是这类服务器。第四类服务器结构介于第二类与第三类之间，在这种结构中，没有第三类结构中的外部中心硬盘库，数据文件分布在各节点服务器硬盘上，并且在服务器本身硬盘和网络各节点上

分别做RAID5（RAID2）冗余，这种服务器系统各节点的数据可以共享，因而这种结构也适合视频内容被同时需要的场合，目前只有海易（Sea Change）的BMC系列采用这种结构，RAID2技术是海易的专利技术。

视频服务器内部一般由数据、控制和管理3个部分组成，包括I/O电路板、视音频编解码板、硬盘阵列、系统控制板、存储控制电路、CPU、光纤通道端口、以太网适配器以及电源、风扇等。

1.2MSS900视频服务器
视频服务器是可提供大容量视频存储和实时输出服务的电视设备，其中的存储部分是最具特征的，采用硬盘阵列，主要解决的问题是存储容量、带宽与可靠性。

硬盘存储方式在过去几年发展很快，尤其是RAID阵列的出现，大大推动了视频服务器的开发进程。RAID阵列通过把数据分散到多张磁盘中以及添加校验数据来获得较高性能和可靠性，它有高速传输率、大的在线存储容量、增强的数据可用性和系统高可靠性等很多优越性，因此，目前几乎所有的视频服务器都采用RAID技术。RAID阵列有5级，其中RAID3是设定一个固定的硬盘驱动器作为校验数据盘，数据写入各磁盘时，与数据相应的奇偶校验数据写入同一个冗余盘，1块磁盘损坏时，可由校验数据进行恢复。RAID3在传输大量数据时能提供最出色的性能和保护，因此，视频服务器一般都首选RAID3，使素材能在损坏的驱动器中自动恢复，有助于系统保持高水平的可靠性。

现在使用的所有硬盘驱动器都是基于SCSI的驱动器，SCSI是数字设备连接到个人计算机的一个标准。目前单个硬盘驱动器能支持大约（3~5）MB/s的速率，一个SCSI总线最大的数据率为20 MB/s，而一个10比特数字串行视频信号加上音频、时码需要270 MB/s或33.75 MB/s。解决这个问题的方法有两种，第一种是压缩，将约34 MB/s的视频数据率压缩到低于20 MB/s的SCSI总线的数据空间；第二种是采用SCSI总线来满足全带宽的要求，传输无压缩的视频信号需要采用这种方法。
数据被压缩时，可能以比实时速度更快的速度传递信号。当然，采用数据压缩方法还可以节省硬盘存储空间，并可以降低对输出带宽的要求，因此，所有视频服务器都采用数据压缩方法。

用于视频服务器的数字压缩方式主要有M―JPEG和MPEG-2，目前电视台选用较多的是MPEG-2压缩技术，这是一种高质量的视频压缩标准，也有人称之为用于广播电视的视频压缩标准，是专为数字电视传输和分配等高质量视音频应用而制订的。

MPEG-2压缩技术采用标准4∶2∶2量化，在大大增加压缩比的同时又较好地保持了图像质量。MPEG-2在压缩方面有帧内压缩和种址绞剑?褂?种类型的图像，即I帧、P帧和B帧。I帧使用帧内压缩，不使用运动补偿，提供中等压缩比，I帧不依赖其他帧，所以是随机存取的入点，同时是解码的基准帧。P帧根据前面的I帧或P帧进行预测，使用运动补偿算法进行压缩，压缩比要比I帧高，P帧是对B帧和后继P帧进行解码的基准帧，它本身有误差，会造成误差传播。B帧是基于内插重建的帧，它基于前后两个IP帧或PP帧，不传播误差，它采用运动预测帧相关的压缩方式，针对视频压缩有很好的效果，在获得广播级数字视频质量的前提下，可以实现20∶1的压缩效率，数据率可降至1 MB/s(8 Mb/s)，一小时视频节目占用3.6 GB空间，数据存储空间利用率高，网络传输效率是M-JPEG系统的5倍以上，码率也只是M-JPEG的1/3~1/5。
MSS900是国际上先进、成熟的品尼高（Pinnacle）公司推出的最新一代视频服务器，它的特点和优势是：
（1）采用UNIX操作系统，安全可靠。
（2）采用VME总线，而不是PCI总线，使CPU只负责文件管理，不参与视频输入输出，提高了安全性。
（3）采用RAID3硬盘阵列冗余方式。
（4）采用在数据传输、高压缩比领域都有优越性的MPEG-2压缩方式。
（5）随机附带的MSI系统，不仅可实现对服务器各部件的远程监视与诊断，还可在播出软件发生故障时，实现应急播出。

2双网结构
2.1以太网和FC光纤网
以太网和FC光纤网都是目前在硬盘播出系统中采用的网络技术。
以太网技术是一种发展较早且非常成熟的技术，具有结构灵活、配置管理简单、价格便宜等特点，可以配置为点对点总线型、交换型等各种拓扑结构。
Fibre Channel（光纤通道）是ANSI标准X3.230-19，它是在对SCSI快速接口技术进行发展的基础上产生的一个能满足多路视频并发的高性能接口，带宽达到Gb大小，这个标准描述了一个点对点的物理接口、传输协议、高性能串行连接数据链路协议来支持高层协议，如HIPPI、IPI、SCSI、IP、ATM等多种高层协议，它的最大特点是将网络和设备的通信协议与传输物理介质隔离开，因此FC允许几个协议能在同一个布局中运行，具有很强的兼容性。
FC技术把系统的网络共享特性和高速通道特性完美地组合，既实现了数据在网络中的最直接的共享，又保证了工作站和存储媒体之间的高速数据传输。
在拓扑结构方面，FC既支持点对点结构、仲裁环结构，又支持交换式结构，且无需通过中间的媒体服务器，因此简化了系统结构，排除了实用媒体服务器引起的通道带宽的“瓶颈”。

2.2以太网与FC网络的比较
以太网是非面向连接的，它通过将地址信息打入包内，然后按规定路线发送的方式完成网络传输。为了管理网络协议，这种网络型的互连方案都需要较大的软件开销，它一方面限制了系统带宽，另一方面造成了较大的延迟，不适合实时视音频互连，而且这类方案对于存储体的共享是不直接的，客户端对于服务器存储体的共享是需要通过服务器来进行的。
FC网是高带宽的直接面向存储体的网络。在所连接的设备之间，如计算机的处理器和外围设备，通道连接要么提供点到点的直接连接，要么提供交换的点到点连接。通道的作用在要领上并不复杂，其目的是尽可能快地把数据从A点传送到B点。目的地的地址不仅是预先确定的，而且两点是用实际线路连起来的，数据除了去目的地之外不可能去其他任何地方，纠错过程简单，可由硬件完成。另外，也不进行路由选择和地址分辨，原因是不需要这些功能，因此，数据分组中不需要携带任何地址和纠错信息，分组开销很小，通道连接大多以硬件实现。在任何情况下，就某个单光纤通道端口而言，无论网络结构多么复杂，它只负责工作站和网络结构之间的一条简单的点到点的连接，可以避免大流量数据传输时发生阻塞和冲突，非常适合高速和不间断视频数据流的传送。

2.3双网结构
从以太网结构和FC结构功能特点来看，各有其优势和不足。以太网结构灵活，管理方便，但在网速和传输方面存在缺陷，一方面数据在网络传输时需经过打包和多级协议栈，另一方面工作站访问共享数据需通过媒体服务器，这些都可能成为传输速率的“瓶颈”。FC网络可以直接在工作站与共享存储媒体之间建立连接，保障了稳定高速的数据传输，但在数据管理、交换上存在不足，而且工作站的成本比较高。因此，为了充分发挥以太网的优势以弥补FC网的缺陷，同时又不占用FC网上的带宽资源，浙江电视播出中心采用双网结构。
双网结构，即在一个系统中同时存在并使用以太网和FC网的一种网络结构。以太网传输距离受到限制，但它是极其成熟的网络连接实现手段，在点到点的基础上提供了可资利用的最佳成本的高性能网络带宽。存域网SAN是一种以Gb带宽实现计算机与存储器之间的通信的结合了I/O通道技术、局域网LAN模型、大容量存储器特点的一种新型的网络结构，而FC技术已成为SAN环境的事实标准。

3容错备份

3.1备份
安全播出是电视台的生命线，是播出工作的重中之重。任何一个设备或一套系统都不可能不出故障，送到播出线的节目也不可能万无一失，所以提高系统安全性最有效的方法是排除单故障点，让系统的每个重要环节都有备份，安全可靠的备份是使每频道具有主备两套播出系统，其中主要是主备硬盘播出通道、主备切换设备和主备两套控制系统，各级主备设备相互独立，可提供各种问题的备份方案。

播控系统的视音频结构、视频服务器组网结构的设计是播出安全的物理基础，而播出系统的功能实现主要体现在软件系统的性能上。系统硬件结构各种安全的技术手段仅仅实现了对播出故障的容错能力，并不能保证一个硬盘播出系统能够安全和顺利地运行，因为硬盘播出系统不再是一个各自独立的分控系统，需要上载、编单、播出各个环节协同工作才能使播出顺利完成，因此播出软件必须提供全面综合的管理技术。管理是硬盘播出系统的核心，只有具备细致入微的管理的播出系统才是安全可靠和网络化的硬盘播出系统。

3.2热备份
硬盘播出系统设计必须是“无溃点设计”。传统自动播出系统安全性设计主要在技术手段上实现系统的应急，对信号源和播出设备发生故障后作处理，确保播出信号的不中断，但不能保证内容的连续性，即“只应急，无备份”。硬盘播出则引进大量的计算机安全管理技术，对播出信号源和控制信息作备份设计，以实现“热备份，热切换”，从而保证播出故障发生时播出内容的连续性，全面提高播出系统的安全性。

安全可靠性是对播控系统最基本也是最重要的要求，必须从硬件、软件和网络方面综合考虑。在硬件技术上，硬件备份、数据备份和冗余纠错是视频服务器安全可靠播出的基础，目前较多采用配置相同的主备两台视频服务器双机完全热备份、同步操作、无缝倒换的方式，主备机自动复制、传输和备份节目素材，硬盘阵列节目素材内容完全镜像；主备机均采用热插拔RAID3硬盘阵列，硬盘阵列均采用热插拔冗余电源和冗余风扇；系统所有自行开发的控制程序均运行在工作站上而不在视频服务器上，且采用主备播出工作站热备份同步播出。在软件技术上，软件是播控系统的指挥中心，软件设计应充分保证整个系统的冗余度，并可对各种异常情况进行自动纠错、实时报警；软件人机界面上要设计几个重要的手动功能按钮，如立刻启动下一条节目、强制跳过下一条节目、延续当前的节目、播出备份信号等按钮。在整个播出系统中，系统的安全播出环节除了物理设备以外，还包含信号源、控制信息和数据库信息等，因此硬盘播出系统在所有关键环节均采用了热备份的手段。
3.3容错备份

为确保系统安全，浙江广电集团采用了容错备份技术。播出系统体系结构的安全性就是容错和备份技术，不仅硬件要实现容错和备份，而且软件也需要提供容错和安全备份的结构，与关键任务有关的软件和硬件都必须采用这一结构。容错和备份的安全性设计的基本原理是允许任何设备发生故障，故障发生后，必须有备份系统和应急流程能够及时替代故障设备，确保整个工作不间断，其主要技术包括热备份、热切换、主从同步技术、故障诊断和报警技术等。

根据目前的情况和需求，浙江电视播出中心配置6台MSS900视频服务器作为核心设备。MSS900视频服务器具有高可靠性，设计的目标就是用于大容量、多频道、24小时运转的在线播出。为了确保集中存储系统的安全性，MSS900视频服务器采用了最先进的容错备份技术：采用双文件管理服务器、双以太网交换机、双光纤通道网络交换机、双RAID控制器技术，任何一个环节和数据通道的故障均可排除，确保整个系统运行安全可靠。此外系统采用了冗余风扇、热插拔电源、RAID3保护、热插拔磁盘，所有的视频流都保存在可热插拔的RAID硬盘中，保护用户资源。

数字化播控系统已成为电视播控系统发展的方向，电视台基于优质安全播出的需要以及持续发展的需要，加上数字视频技术、计算机网络技术和多媒体信息技术的不断发展，越来越多的电视台开始进行数字化改造，数字化播控技术已经趋于成熟。

数字化播控系统包括硬盘播出、系统软件等几个部分，电视台在进行数字化改造选择时不仅要考虑整体的技术方案，而且要考虑各个部分的关键技术，在强调先进性的同时，还应体现个性化的要求。播控作为电视台节目编制的最后一道关口，直接关系到节目播出的安全性和质量。为了实现全系统的数字化，播控系统的数字化改造是其中的一个重要环节，电视台要权衡利弊并结合自己的实际情况，以先进性、实用性、可靠性、经济性为准绳，选择适用于自己的数字化播控系统及关键技术。