基于视频服务器的电视台全硬盘播出系统

颜开

摘要：当今，播出系统作为电视台不可缺少的重要组成部分，在经历了手动播出、半自动播出之后，随着计算机技术、数字压缩和存储技术的不断发展与完善，逐渐从传统AV电视技术平台过渡到以网络为基础的IT信息技术平台。该文概述了电视台全硬盘播出系统的关键技术，以及全硬盘播出系统的软硬件平台。

关键词：数字电视；硬盘播出系统；视频服务器；磁盘阵列；上载工作站

中图分类号：TP37文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)12-2886-03

1硬盘播出系统结构

全硬盘播出系统一般由上载工作站、视频服务器、播出工作站和数据库服务器等子系统组成。系统拓扑图1所示：

2电视硬盘播出系统的关键技术及主要硬件

数字化硬盘播出系统以视频数字压缩编码技术、大容量存储技术、宽带网传输技术为基础,将电视节目数字化编码压缩后,存储在硬盘上,通过网络传输和控制,可以方便地实现数字或模拟电视节目播出。电视节目硬盘播出系统涉及到视频数字压缩编码、RAID技术、数字音频嵌入等相关技术。

2.1视频压缩编码技术原理

由于视频图像的时空相关性很强，因此视频信号自身存在很多时间和空间的冗余。视频压缩编码的主要任务是去掉视频内容中的冗余，以最少的数据来表示最多的内容，这个过程叫做压缩。视频信息中的冗余分为几种，有时间冗余、空间冗余、结构冗余、人眼视觉冗余以及编码冗余。可以根据数据信息能否被恢复将视频压缩编码技术分为两类：一是有损压缩编码。二是无损压缩编码。一般在实际应用中采用两种编码方式混用的办法。MPEG压缩技术，已是目前视频压缩的重要技术之一

2.2 RAID存储技术

在硬盘播出系统中，如何对需要存储的视频文件进行安全、高速额度存储，

磁盘阵列技术即RAID技术很好地解决了这个问题。RAID是英文Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写，它是一种由多块廉价磁盘构成的磁盘阵列，虽然RAID包含多块磁盘，但是在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现，磁盘阵列中多个硬盘同时分摊数据的读或写操作，提高了存贮速度；RAID系统可以使用两组硬盘同步完成镜像存贮，能大大提高硬盘播出系统中的视频服务器及其它网络服务器的的安全性；RAID还可以提供良好的容错能力，在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作，不会受到损坏硬盘的影响。

视频服务器的硬盘阵列多采用RAID3与RAID5。

2.3数字音频嵌入技术

在电视信号模数转换和传输的过程中，视频信号和音频信号的处理方式和特点，有着不同的差异，导致数字视频滞后于数字音频，表现在图象和声音不同步。为了实现数字电视节目信号的音视频协调一致，针对电视信号的数字化处理和传输的特点，视频数字信号的行消隐期间，空余的空间可携带数字信息，在这个空间里，根据不同方式，把数字音频和其他辅助数据加以携带传送。对于数字视频信号来说，数字音频和辅助数据按规定位置相嵌于其身，称为音频嵌入。

采用音频嵌入技术，最大的好处是解决了电视信号在传输中的声画同步、协调的问题。

3电视硬盘播出系统的主要硬件

电视硬盘播出系统的主要硬件有：视频服务器、二级存储系统、网络交换机、GPS授时系统及周边设备。

3.1视频服务器

视频服务器是一种对视音频数据进行压缩、存储及处理的专用嵌入式设备，视频服务器采用MPEG4或MPEG2等压缩格式，在符合技术指标的情况下对视频数据进行压缩编码，以满足存储和传输的要求。视频服务器可以在保留现有模拟视频监控设备的同时，将视频监视系统平滑升级到基于网络的视频监控系统，视频服务器为模拟视频设备带来了全新的功能特性，在视频服务器的帮助下，视频图像可以通过标准的pc服务器来进行录制和管理。

我台采用的视频服务器.它内置双工业级CPU分别独立处理IO业务和IP业务；8块500G SATAii企业级硬盘按照6+2配置为双硬盘校验的Raid3允许同时坏两块SATA硬盘，RAID容量为3T,提供超过450小时/12Mbps的有效容量素材存储。单机独立达到6个通道，包括2个半双工编解码通道和4个独立解码通道，其中2个半双工编解码通道为上载通道，4个独立解码通道为频道分控的播出通道；系统内部支持使用多种协议的数据流或者文件格式的传输方式，拥有完善的系统扩展及交互能力。

3.2二级存储系统

系统配备二级存储磁盘阵列和迁移服务器作为网络近线存储及和在线存储体的智能迁移。

配备二级存储磁盘阵列。节目上载工作站将上载的节目送到二级存储磁盘阵列。15块1T SATA硬盘，其中一块为热备份盘，另14块做成RAID，允许同时坏两块SATA硬盘，RAID容量为11T，能存储超过2000小时的12Mbps的视音频文件，且预留了足够的扩展空间。

4电视硬盘播出软件系统

4.1电视硬盘播出系统的网络规划

图2播出网结构示意图

节目通过有卡上载工作站将传统磁带信息进行数字化，将上载形成的12Mbps码率播出素材直接存放到本地磁盘中，上载素材经审看通过后将上载素材迁移至二级在线存储服务器中；当出现上载刚完成就要播出的情况来不及迁移至在线文件库中时，由无卡上载工作站上载直接存储至播出视频服务器进行播出。

千兆以太网通道的实时镜像可以使两台主、备视频服务器的素材始终保持一致，同时可根据策略管理自动备份至二级存储服务器，需要播出时自动调度到播出服务器，保证播出程序的主从机的正常运行。播出完成的素材依旧保存在视频服务器盘阵中，对于需要长期保存今后需重复播出的素材由素材迁移服务器迁移至二级存储器中保存，对于有时效性新闻类节目素材则在播出15天后在播出服务器内自动删除。

频道分控即播出控制部分满足硬盘播出系统所有信号的调度，并具有足够的扩展空间；两台视频服务器采用主备镜像结构，以热备份方式同步播出，在主播服务器出现故障时则立即自动切换至备播服务器播出，最大限度的提高播出系统的安全性和稳定性；主、备数据库服务器应为热备，主、备数据库服务器进行实时的数据信息备份和镜像，并能在数据库服务器出现故障时自动切换。主、备数据库服务器各自的系统盘、数据库存储盘应支持热拔插，并做RAID1镜像，从而保证在某台数据库服务器出现问题时，系统的各个环节可完全不受影响的正常工作。

4.2电视硬盘播出系统软件设计及功能说明

数字硬盘播出软件系统：

根据工作流程的功能划分，整个软件系统主要由以下几个功能模块组成：节目单编辑子系统、素材上载子系统、播出控制子系统、素材管理调度子系统，用户管理子系统、数据统计与查询模块、系统授时子系统、素材技审子系统、总控调度、监看系统。软件系统功能框图及之间的关联如图3所示。

图3软件系统功能框图及之间的关联

4.3.主要软件模块功能

4.3.1节目单编辑子系统的功能

节目播出单编排一般在播出控制计算机上完成，按照规则，系统缺省提供与该频道播出最直关联的节目信息，也可以根据定义的规则手工查询，避免在庞大的数据中长时间搜索。节目播出单不但具备节目标题等基本内容，还包括节目状态、报警提示、信息提示等多种辅助信息。节目单编辑软件可对播出表进行时间的逻辑性检查。在输入每个节目的长度后（绝大部分是顺序播出），根据每一条节目的播出时间和每条节目的长度自动计算每条节目的播出时间。播出单的逻辑检查包括时间上是否有重叠或间隙，经过检测的播出单不会有逻辑上的错误。如发生问题，提供醒目的标识。

4.3.2素材上载子系统功能

全硬盘播出采用的是视频服务器为核心的硬盘播出系统，因此多数情况下需要先把相应节目上载（也可以叫录制）到视频服务器中，目前采用4台无卡上载站进行上载及审看工作（共控制4个编码通道），并上传到视频服务器中；7台有卡上载工作站经过本地编码后上传到二级存储。

上载工作通过上载工作站完成，每条上载的素材按照预定义的规则自动生成ID，确保素材的唯一性和便于查询、管理。可以控制解码器进行完成对上载节目的预监、审看和实时出入点编辑功能，保证节目的质量和内容符合播出的需要.

系统对上载进行监控，并形成上载日志、删除日志。可以很方便地查询到需要了解的上载情况.。

4.3.3播出控制子系统

播出软件支持顺序播出、定时播出、顺序插播、定时插播、手工触发播出等多种播出模式。支持视频服务器信号、外来信号的混合播出。参与播出的所有设备状态和节目就绪情况直观显示在界面上，一旦出现问题，将提供声光报警功能。可对播出条目的各种属性（时间、长度、类型等）进行实时修改，可提供播出表追加功能，保证播出不间断。

5结论

我台新的数字化全硬盘播出系统自投入使用以来，经测试各项指标均达到设计要求，保证了播出的灵活性、高可靠性、实现广播级视频质量的播出。提高了信号传输、播出质量，提高了安全播出系数，减轻值机人员、技术人员的工作强度及压力，系统运行可靠、稳定。

参考文献：

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