厦门电视台硬盘播出系统

厦门电视台硬盘播出系统技术研究报告一、系统的总体架构系统的总体架构是：以视频服务器存储播出为核心、以磁带录像机为上载和应急备份、以数字矩阵为信号调度和播出枢纽、采用嵌入式音频的全数字硬盘播出系统。系统由2台PINNACLE公司的MSS-1600视频服务器，采用相当成熟的镜像结构，实现素材存储和播出解码通道热备份；使用1台Leitch公司的Intergrator32x32S4数字矩阵，作为4个频道共用的信号调度和播出切换枢纽；系统中配置的8台录像机既作上载、也作应急，4个频道共用。该系统架构支持4个频道信号源和节目素材共享、各频道自主播出。二、系统的组成和设计思路系统主要由七个部分组成，其主要硬件设备、设计思路和系统图分别介绍如下。1、视频服务器：由2台PINNACLE公司的MSS-1600视频服务器，通过光纤通道连接，组成镜像结构，实现素材热备份。每台MSS-1600分别由9个180G硬盘组成内置的“8+1”RAID3硬盘阵列，在10Mb/s码率的情况下，存储时间超过300小时。2台MSS-1600先配置10个37N20C000编码板，用于4个频道节目素材和广告素材上载，7个解码板37N23C000（14个解码通道），用于4个频道主备播出、上载回监和循环播。详见“Server”分项图。这部分重点要求：技术成熟，系统稳定，通道数和存储容量能留有适当的余量，便于扩展。2、数字视音频通道：使用Leitch公司的Integrator32x32s4数字矩阵作为数字信号调度和播出切换，先按32x32配置，可扩展为64x64。视频服务器和4台DNW-A65录像机输出的数字信号源直接进入矩阵，所有来自演播室经MXA-6001-S4/4嵌入器嵌入后进入矩阵，CCTV、FJTV、4台PVW-2600录像机输出等模拟信号源经A/D转换和嵌入音频后进入数字矩阵。数字矩阵的输出既受控于播出工作站，也可以通过设备服务器直接切换，还可以通过XY控制面板控制，在正常播出时，为了保障播出的安全性，可把乂丫控制面板锁定。详见“RouterandVCRs”分项图。其设计思路是结构简单、调度灵活、配置合理、通道指标高。3、信号源处理部份：利用旧系统中的模拟矩阵先对外来模拟信号进行一级调度，根据需要调度相应信号源通过相应FS输出、嵌入音频后，进入数字矩阵，实现多路分时段共用FS。原系统中的模拟视音分作为模拟信号源监视系统。这部分线路的设计思路是：经济实用，尽可能利用旧系统的设备资源。详见“SignalSources"分项图和“AnalogMonitoringSystem"分项图。设计要求是：包含4个频道播出所需的所有信号源、不同的信号源区别对待、且调度灵活、充分利用旧系统中可用的设备。4、主备播出通道：播出主路由数字矩阵输出经视分后进入第一层键DSK-6801，叠加台标，后进入第二层DSK-6801，再经DMX-6001-S4解嵌和D/A转换，第二层DSK-6801用于叠加字幕，两层键可共用1个DSK-CP1控制；播出备路由16x1输出，经DMX-6001-S4解嵌和D/A转换。主备信号通过EM-SW2x1开关切换。播出备路仅用于应急情况，考虑到应急线路应尽可能简单可靠便捷，而且利用率很低，因此没有配DSK。详见“Channel1”分项图。4个频道的主备播出通道的唯一差别在于三套单独使用1台字幕机，一、二、四套共用1台字幕机，这样的设计主要考虑节目设置的需要。其设计思路是：备份功能完善、备份线路简单、应急操作便捷，在保证安全性的同时，尽量简化结构、降低费用。5、技监、同步和测试信号：由WFM-601E、764、SONY14”彩色数字监视器组成的数字视音频技监系统，通常接在数字矩阵输出1，通过矩阵调度，可以监视各数字信号源，通过跳线的临时跳接可以对数字通道的任何部份监视；4个频道的模拟输出端都有1套由1731、1721、WOHLER和一台50”等离子显示器组成模拟技监系统，实现在线实时监视；外来模拟信号源部份有1套由1731、1721、14”彩监器组成的模拟技监系统供调度监视;PILOT监控软件安装于备用设备服务器中，实现通道设备集中在线实时监控和工作参数调整。同步系统利用旧系统的2台SPG-1510P、ACO-131和VDA-6001-V13/4组成，锁定整个系统。系统由VTG-6801-1A测试信号发生器提供测试信号源。详见“SyncSystem”分项图。其设计原则是：既要保证播出信号技监的实时性、完整性、直观性，又要考虑技监手段的全面性，还要考虑技监和同步系统的经济性。6、上载和播出控制：由5台DELLMOXA168作4套节目的播出工作站，工作站采用4+1冷备份，5台DELLMOXA168分别作为4套节目和广告素材上载工作站，2台DELLMOXA168作兼作设备服务器和文件服务器，采用1+1热备份。系统中所有设备都由设备服务器管理，通过422切换器控制切换。详见“上载部分控制图”和“播出部分控制图气设计要求是重点考虑工作站的稳定性、网络结构的扩展和布局的合理性。7、自动播出控制软件：其设计要求详见“附件：厦门电视台数字播控软件需求〃。控制软件包含网络管理、广告单编辑、总编室串联单管理、上载、素材管理、播出控制、系统监控、错误报警提示、数据查询统计等功能。由于播出系统中的设备是通过设备服务器进行集中控制，使设备控制管理与录入播出控制分开，系统中的各个控制工作站仅是一台普通的PC，网络中工作站的调整和扩展不受限制；各个工作站均可以通过TCP/IP协议与设备服务器进行交互，被设备服务器集中控制的设备能受控于每一个工作站，系统可动态分配VTR和视频服务器的编解码器等资源，从而实现设备的灵活调度；设备服务器可对受其集中控制的设备进行实时监控和动态分配，能对设备的控制端口，输入输出等进行设置。三、系统的创新点1、系统的创新之一：大胆采用嵌入式音频。在讨论系统方案时，考虑到嵌入音频具有与视频同缆同步传输的特点，可以收到消除音画分离、节省线材、简化结构和抗干扰能力强的效果，决定采用嵌入式音频。PINNACLE公司根据我台的招标要求，改进编解码器的音频处理方式，本系统使用改进后的编码板37N20C000和改进后的解码板37N23B000,是第一个支持嵌入音频的视频服务器系统，从矩阵输入直至数字信号输出通道中的所有数字周边设备都支持嵌入音频，大大简化了系统结构，也符合电视台数字化发展趋势。2、系统的创新之二：大胆采用集信号调度和播出于数字矩阵一体的系统结构。在确定系统结构时，考虑到矩阵具有调度灵活、扩展性好、可靠性和性价比高的特点，决定省略数字播出切换台，直接利用信号调度数字矩阵作为4套节目的播出切换，既简化了播出环节，也削减了经费开支，还使系统具有先进性、灵活性、扩展性和经济性。3、系统的创新之三：大胆采用180G大容量硬盘阵列，实现4套节日全硬盘播出。在选择系统播出模式时，考虑到盘带结合播出模式仍然存在录像机糊磁头、磁带和录像机的机械故障等许多不可预知的不可靠因素，安全播出仍然受到基于磁带播出的固有缺陷制约，而采用全硬盘播出模式，因为大部份播出的节目都提前一天上载，上述问题都出现在上载过程中，节目编排上的差错也可以提前发现，来得及作相应更改，留有排除故障和处理事件的缓冲期，更大程度上提高播出可靠性和安全性。通过权衡价格和安全等因素，最终确定采用全硬盘播出模式。PINNACLE公司根据我台招标要求，首次使用180G大容量硬盘阵列于MSS1600中，以满足我台4套节日全硬盘播出的需求。因此，本系统也是PINNACLE公司第一个使用180G大容量硬盘阵列的视频服务器系统。四、系统的安全性系统的安全性主要取决于硬件设备的稳定性和可靠性、控制系统的合理性和安全性、系统结构和布局的合理性，以及应急方案的可操作性这四个部分组成。对于直接参与播出的视频服务器、数字矩阵等周边设备、用于上载、播出的录像机和工作站等，都是选择高性能、高指标和高可靠性设备；应急通道除了选择可靠性高的设备以外，还考虑结构和布局的合理性；各设备间还具有互为备份的功能，实现多重备份。正常情况下，各频道自动播控系统控制数字矩阵自动切换播出，进入矩阵的信号源都有主备两路，各信号源之间还可互为备份，而且调度很方便，系统中的循环播出通道可作为任何情况下的应急信号源。当数字矩阵出现故障时，各频道以16x1的开关播出，直接受控于自动播控系统。视频服务器的播出是整个系统播出的主要信号源，当主视频服务器坏时，切换到备视频服务器播出，在此状态下，重要节目可采用磁带备份，由自动播出系统实现录像机和硬盘并行播出同一个节目。当主备服务器都瘫痪时，自动播控系统可直接控制录像机按传统的播出模式，完成磁带预卷、播出、停止、弹带和播出节目的自动切换等操作。视频服务器的播出工作站和录制工作站采用相同的配置，播出工作站采用4+1的冷备份，当某个频道的自动播出系统瘫痪时，利用冷备的播出工作站替换。设备服务器采用1+1的冗余备份，主备设备服务器的控制线同时连接到一个控制切换器，当主机出现故障时通过控制切换器进行控制的切换，切换不需要进行任何的软件设置即可进行；当主机工作时，备机由于没有与受控设备连接，它不响应来自网络的命令，当切换后系统自动检测到与受控设备连接，响应来自网络的命令。由以上几个层次构成的多重备份和应急方案，使系统的安全性得到充分的保障。五、系统的扩展性本设计方案在存储容量、编解码通道、矩阵通道、网络拓朴等方面都具有足够的冗余度。1、存储容量冗余度：我台4套节目，每天播出时间约为66小时，系统设置为提前一天上载，播出后2天自动删除，所需存储容量大约为200小时，加之广告和宣传片等长驻素材约为20小时。其存储容量用于4套节目共享式全硬盘播出，大约仍有40%的扩展空间。2、编解码通道冗余度：2台MSS-1600最大通道配置数为：编码16个，解码32个。先配置10个编码通道和14个解码通道，仍有6个编码通道和18个解码通道可供扩展用，其冗余度理论值为50%。3、矩阵通道的冗余度：Integrator32x32s4数字矩阵，可扩展为64x64，根据现有32x32配置，还没达到饱和，其扩展空间为大于50%。4、网络拓扑扩展性：播出系统中的设备通过设备服务器进行集中控制。这样的网络结构，使设备控制管理与录入播出控制分开，各个控制工作站仅是一台普通的PC，网络中工作站的调整和扩展不受限制，具有良好的扩展性。六、系统的经济性和实用性系统最初的设计原则是：统一规划，分步实施，第1期工程是实现2个频道的播出，争取在2002年完成，第1期经费预算为600万元；第2期工程是在第1期工程的基础上扩充为4个频道的播出，争取在2003年完成。考虑到机房搬迁系统急需合并、分期改造施工难度大等因素，决定一步到位，4个频道同时改造。在经费缺口比较大的情况下，经过反复推敲、精打细算，最终确定了既能展示先进性、扩展性和可靠性，又能体现经济性和实用性的最佳技术方案。整个系统改造大约不会超过900万元，通过省略播出切换台一项，4个频道可节省了100多万元；系统采用嵌入音频，视频服务器的编解码通道，大约可节约5万美元投入，此外还可以节省大量的线材和音频处理设备。与国内相同类型、相同功能的系统相比，大约可以节省200万元以上。七、系统的技监特点系统具有视音频数字信号在线调度监看监听、模拟信号源在线或离线调度监看监听、播出通道固定监看监听、通道设备工作状态集中监控和在线调整设备工作参数。既保证了播出信号技监的实时性、完整性、直观性，又保证了技监手段的全面性。PILOT软件是Leitch新开发的监控软件，先进、直观、实用，可以集中监看通道中各设备的工作状态，在线调整设备工作参数，还具有提示和报警功能。八、系统的网络拓扑特点播出系统中的设备通过设备服务器进行集中控制。这样的网络结构，使系统具有如下优点：1、设备控制管理与录入播出控制分开，各个控制工作站仅是一台普通的PC，网络中工作站的调整和扩展不受限制，具有良好的扩展性。2、各个工作站可以通过TCP/IP协议与设备服务器进行交互，被设备服务器集中控制的