宿迁台数字硬盘播出系统设计与维护

宿迁台数字硬盘播出系统设计与维护【摘要】本文简要介绍了宿迁台新建的数字硬盘播出系统，该系统包含3个频道播出设备，使用SDI信号播出。文章结合系统的设计和使用经验，分析了实际工作中间遇到的问题并提出一些自己的看法。【关键词】播出硬盘系统设计维护宿迁广播电视总台原有播出系统是2个频道，每个频道是2路单机模拟信号播出，双路互为备份。上载节目除了直接传输到播出单机外，还可以传输到1台大容量FTP服务器。节目开始播出前，如果播出单机硬盘内没有节目文件，程序自动到FTP服务器下载。这个系统造价少，机构简单，运行维护都比较方便。截止到2011年，原有播出系统已经运行五年，系统设备老化；而且原有播出系统设备指标相对较低，观众收看效果不佳。我们迫切需要建设一套全新数字化播出系统，既可改善当下收视效果，亦可为将来全台网建设做好准备。新播出系统含3个频道全数字播出。本次系统建设重点强调安全可靠，要求所有关键部位无单一崩溃点，使用主备服务器，系统要具有完备的故障防范机制。因原有机房空间不够，无法增加新设备，需要重新建设一个新机房。由于本台目前使用的非编网络是2家不同公司产品，所以新建播出系统与非编联网时，需要播出系统承建厂商解决互联互通的接口与编解码开发工作。一、项目建设总体要求为了在一定时期内系统功能不落后，新系统的设计主要考虑以下原则1.具有一定先进性。系统设计要有一定的前瞻性，从而确保系统具备可持续发展能力。2.开放性和标准化，可扩展升级。系统须具备开放性，做好与非编网的互联互通，能够方便地扩展硬件，播控软件易于升级，扩展不影响现有系统的正常使用。3.具有高度安全性。建立完善的冗余备份和安全防范体系，具有多重安全防护，无单一崩溃点，应急手段丰富。既要保证资源充分共享，又要保证系统安全和数据隔离，日志完备，整个系统处于安全监控和保护之中。4.简单实用，易操作易维护。系统信号调度灵活、科学。播控软件界面要简洁明了、易学易用。系统硬件设备的连接直观简单、便于维护。5.信号质量要高。在数据流程的关键环节采用合理的质量审核措施，能够对节目文件和播出信号的质量进行自动和手动的监控和调整。本项目包括总控调度系统及三个数字标清播出频道。总控系统由2部分组成，以数字矩阵为主体的信号调度部分，以硬盘服务器为主的播控设备。播出采用嵌入音频的SDI信号。为防止新闻节目因非编打包时间来不及，需单独配置1台数字放像机供新闻应急播出用。视频播出服务器采用主备镜像架构，上载和播出分离。二级存储要能够满足3个频道节目容量要求。系统应实现各频道单独监听监看，并且能够实现统一监控与报警提示。二、几种方案的比较技术人员和不同厂家技术人员做了沟通，对于国内主流厂家的几种播出系统有了一定了解。几种方案的共同点是：1、使用矩阵作为总控设备调度全部信号，分控用双路矩阵互为备份，调度单个频道信号。2、使用服务器播出，工作站控制，每台服务器都是多通道（频道）播出。通道最少的是2个通道，最多是6个。3、服务器均为主备方式。几家方案的不同之处：A方案使用3台服务器，每台服务器用2个通道，播出1路频道主信号、1路其它频道备份信号。播出服务器使用软解码，用厂家自产的板卡输出高标清信号。该方案优点：每台服务器只播出2路信号，机器压力小，任意1台损坏、停机，只会影响2个频道。该方案缺点：使用服务器种类、数量较多，比较复杂；造价也比较贵。字幕机系统必须进网，要防病毒就得另外加设备。B方案使用播出服务器2台，每台服务器使用3个通道。其服务器使用进口解码板卡。该方案的优点：考虑了我台仍在使用部分模拟信号的现实，配置了1台模拟矩阵；广告字幕机不联网，制作人员使用外来素材方便，系统其他服务器、工作站可免受病毒木马干扰破坏。该方案缺点：如果有1台服务器停机，则另外1台要承担全部播出任务，压力巨大。板卡硬解码升级不便。C方案使用2台4通道播出服务器，软件解码，板卡输出信号。字幕机单独设立服务器，由播控工作站的播出节目表联动控制字幕播出。该方案优点：软件解码，需增添服务器功能，增加信号格式时，只要升级软件即可。其播出软件能自动在服务器、二级存储内搜索节目文件。字幕机播出可以精确控制时间，效率高、准确性高。该方案缺点：使用纯软件解码，服务器承担较大压力，一旦资源紧张容易导致系统崩溃，服务器死机。字幕机进网，必须增加防火墙等设备。除去厂家提供的方案，技术人员还考察了厂家的以往工程案例；对于这些厂家的售后、保修能力等加以比较，包括售后工程师有多少，其驻地距离本台有多远，能够在多长时间内响应、何时到达我台，能否随时提供备用的设备、配件等。经过公开招标，综合考虑各家方案和公司售后等方面的实力，最终选择了A方案，并对其原有方案加以优化。优化的主要改变是：用3个播出服务器，每个服务器同时输出3个频道信号；每个频道用3选1切换器选择信号；缩减服务器数量，自动技审和同步迁移软件使用相同的服务器；字幕机从网络中独立出来，这样使用外来素材不必担心其他服务器、工作站被病毒、木马感染。三、系统方案介绍本系统总控采用32×32路规模，支持嵌入音频的SDI矩阵。总控系统可以对外来模拟、SDI和数字放像机、播出服务器的信号进行调度、监看。外来的模拟信号经过加嵌卡转换为SDI信号后进入总控矩阵，外来SDI信号通过帧同步后供总控调用输出。总控同时提供2路信号给每个频道，做多画面外来信号监看，比如总控把CCTV光纤、卫星信号同时送公共频道多画面，供选择使用。总控给每个分控矩阵送一路信号供播出用。除去外来SDI信号，其他信号同时送往总控、分控。系统配置1台应急播出放像机，可以供3个频道调用。总控和每个频道播出通路上都设置了跳线排。所有进出端信号都要经过跳线排，可以通过跳线快速跳过故障设备，保证播出信号不中断。分控系统所有频道均采用主＋备＋三级备结构，是三个独立的信号路由。其中主、备路均采用16×2矩阵，主备矩阵处理的信号源完全相同。三级备没有矩阵，即只有服务器信号而不控制外来信号。3×1倒换器用于切换主、备、三级备信号，带遥控面板，值班人员可以在控制台直接操作。播出工控机通过422倒换器控制播出服务器，切换矩阵等设备。播出控制软件根据播出串联单控制视频服务器、切换矩阵等设备，完成节目播出和台标、字幕叠加工作。系统配置一键式控制面板，能够代替播出控制软件实现对各种设备的控制及应急操作。广告字幕机输出SDI信号，同时支持1路模拟预监输出，便于制作者先行在电视机上检查效果。该字幕机引入时间线概念，支持多层字幕同屏同时播出。嵌入音频AGC控制器用于SDI信号嵌入音频的电平控制，能够对音频电平做实时调整；其遥控面板带有按键式旁通和断电旁通模式。系统周边部分模块化设备，包括加嵌卡、解嵌卡、分配卡等装在多板卡机箱内。各功能模块支持热插拔，机箱配有主备双电源、双风扇，在单电源下可以满载运行。在密集安装的情况下，模块化设备能散热良好，长期稳定工作。机房播出监看采用大屏分割画面方式，每个频道用50寸等离子电视大屏做多画面监看。多画面分割器支持UMD，支持嵌入音频的PPM表音柱显示；有画面分割方案预置功能。该分割器具有智能报警功能，可检测视频丢失、静帧、黑场、嵌入音频丢失、音频静音，能将报警信息显示在大屏上。同时，各个监测门限值可进行自定义设置。系统配备数据库服务器2台，采用SQLServer，支持50个用户以上同时访问；配备互联服务器、主备迁移服务器。二级存储容量容量为16TB，能提供稳定的、大数据量的文件读写带宽，有完备冗余备份，确保7x24小时正常工作。每个播出服务器内置存储硬盘3TB。以3个频道，每天18小时播出时长计算，大约能够容纳5天的播出节目文件。在正常情况下，播出服务器节目文件由二级存储迁移过来；应急时，可由上载直接迁移过来。上载、审片配备10台有卡上采工作站，分别供新闻、广告、电视剧和专题节目上载使用，实现对节目数据的分布式上载。上载站支持FTP等文件传输协议，以保证其与二级存储及服务器之间数据传输的互连互通。上载站视频编码可采用MPEG2编码压缩，支持IBP帧长GOP、支持全I帧，支持4：2：2和4：2：0数字视频采样，支持DV25编解码格式。为保证安全，统一设定上载站采集文件格式为mxf，可以避免把其他软件采集、常用的.mpg等格式素材文件当做节目播出。考虑到以后全台网建设，系统播控软件按照《电视台数字化网络化白皮书》中“基于面向服务体系架构（SOA）的ESB+EMB双总线互联架构”进行集成。播控系统管理软件能够做多种管理，包括设备类型管理，终端管理，用户管理，日志管理等。用户可以按照一定的条件查询、统计播出节目单、素材信息、报警记录和操作记录。在播出服务器系统中，采用策略描述方式对节目迁移进行定义。系统素材管理软件主要负责按预定策略自动完成素材管理、迁移工作。其涉及到的策略包括管理策略、迁移策略和应急策略等。素材管理策略主要指素材的自动删除策略，包括播出服务器、二级存储素材的删除策略。素材迁移策略，上载站完成节目上载、审片后先迁移到二级存储，然后统一迁移至各播出服务器。应急策略包括单个播出服务器故障应急策略、二级存储系统故障应急策略等。四、系统调整与维护这套硬盘播出系统建设完成投入运行后，经过一段时间磨合，对于系统中某些不符合实际需求的地方做了一些升级、改进；同时，技术人员不断总结经验，为以后工作提供借鉴。1、改变信号传输方式。原方案设计本硬盘播出系统使用电缆传输给有线机房，由于二者距离有近100米，加上有线机房有大量网络数字设备，传输信号存在干扰。我们先使用隔离器过滤干扰杂波，但是仔细观察仍然能够看到微小干扰存在。尽管在同一座大楼内，新机房和有线机房都做过接地，但是同一楼层距离增加到一定程度，或者不同楼层之间相隔距离较远时，很容易出现干扰。我们最终采用光缆传输信号，通过电－光－电转换，彻底杜绝了干扰。2、改进部分线路。播出系统信号通路不能有单一崩溃点，必须避免因某一个设备的故障影响到整个系统的安全，力求减小设备故障影响的范围。原先系统设计时，总控和分控都考虑了多种备份，包括服务器、分控矩阵等。但是目前有线电视网和无线发射仍然需要提供模拟信号，而每个频道最后的解嵌卡只有1块，形成了潜在的单一崩溃点。由于第三频道尚未启用，我们做以下预案：平时把第三频道、总控多板卡机箱的解嵌卡作为冷备；如果遇到重大活动可以从当前频道把SDI信号送到第三频道、总控多板卡机箱解嵌卡，解嵌后输出，这样就实现了双路模拟信号输出。对于SDI信号，我们也从分控的不同环节引出2路，送往有线传输机房。3、简化设备控制方式。本系统设计方案支持盘带结合播出方式，通过设置软件能同时控制服务器和放像机进行播出。由于系统实际运行中很少需要使用放像机，一旦使用也是应急，没有准备时间，所以只配置了1台数字放像机，并没有将放像机接入系统加以控制。4、升级部分软硬件。系统配置的多画面分割器在使用一段时间后，出现源名消失，分割线消失现象。我们与分割器厂家联系后升级了控制软件，解决了这个问题。外来CCTV模拟信号使用的加嵌卡输出SDI信号间歇性黑屏，检查发现输入模拟信号正常，确认是加嵌卡出故障，更换为新版本加嵌卡后解决问题。5、调整设备设置。本台自制新闻节目在非编上显示电平较高，但是监听并没有爆音，播出时经过嵌入音频AGC控制器后反而爆音。检查后发现，嵌入音频AGC控制器声音输出模式为L＋R，按以前理解就是左右声道混合后输出。查阅说明书发现，这样会推高声音电平。如果要将左右声道混合，应该是（L＋R）/2模式，更改为该模式后，播出信号音频电平适度。6、灵活调度，实现安全播出。放像机接入系统后，如果放像机没有REF接口，则经过分控矩阵切出的放像机SDI信号不能够同步，画面会出现分裂。我们通过总控矩阵调度，将放像机信号通过帧同步处理后送往各频道，供分控矩阵调用。这样分控矩阵切出的放像机信号就是同步的了。7、利用设备告警信息检查故障。某天早班值班员发现备控工作站接管后，设备列表全部红色显示，即无法控制。本着“先软件后硬件”顺序，在备控做“重置”服务器等处理，结果仍然无法控制设备。检查主控工作站发现可以控制，