通过异构三备提高播出系统安全性的实际应用

戴喜栋

（太仓市广播电视总台 技术中心，江苏 太仓 215400）

1 硬盘播总控系统设计思路

构建一个播出系统须从广播电视安全播出的角度出发，结合国家广电总局的62号令，遵循安全性、高效性、高质量性、实用性、先进性和可扩展性等原则，需要在前期设计时充分考虑到以下7个关键点：1）视频服务器；2）核心数据库；3）通道设备（包含切换器及相应信号处理设备）；4）系统监测设备（软、硬件监测，信号监测、机房环境监测等）；5）成熟的播出软件；6）完善的应急播出机制等；7）适合本台的总控矩阵。

在2010年3月中旬，笔者开始对太仓传媒中心硬盘播出系统项目进行大量的前期调研工作，对整个系统进行了合理设计，并请多位专家对此项目进行多次论证，6月开始按既定方案有序地实施，2011年4月中旬基本完成整体框架的搭建[1-3]。

2 原播出系统介绍

在介绍太仓传媒中心的播总控系统前，先简述一下原有系统。目前使用的硬盘播出系统搭建于2005年年底，由北京格非视频科技发展有限公司南京分公司负责实施，2006年元旦启用，该系统已实现数字化。视频服务器采用格非自主研发的Magistream服务器，服务器配有2块独立的通道卡负责2个频道各自信号的输出，配有5块专业的300 Gbyte SCSI硬盘，通过自带模组做成RAID5冗余模式实现1.08 Tbyte的实际可用空间，安全性得到保障。考虑到单一服务器出现故障时将造成播出信号中断，因此采用主备服务器实时同步播出的方式来保证信号的不间断。调度矩阵采用16×16的模式以基本实现一些常用信号的调度。到目前为止该硬盘播出系统使用近6年，总体情况良好，但也存在一些相对不足的地方，如存储容量稍显不足，调度系统的灵活性及可扩展性稍显不佳等。

3 新播总控系统概述

新系统结构如图1所示。

图1 新系统结构

在太仓传媒中心播总控系统中，播出系统视频服务器采用主备进口服务器加三备国产服务器的方式，3台服务器都实时同步播出，3路服务器输出信号全都接入主备切换矩阵。并根据实际情况配备了应急播出设备及垫片设备、跳线架、智能监控系统等，以便在出现问题时快速判断故障点并加以处理。系统采用2个20 Tbyte的二级存储互为主备，设置主备2台迁移服务器，保证了素材库和迁移服务的安全性。核心数据库采用主备数据库服务器。同步系统使用主备2台泰克SPG600同步信号发生器，并使用同步自动倒换器。总控矩阵采用草谷公司128×128的高标清兼容机箱，目前配备64×64矩阵板卡，可实现同时多路外来信号实时主备。同时充分考虑直播节目的需求，系统中还配备了双路高标清兼容延时器。

下文就太仓市广播电视总台硬盘播出系统采用的两个关键设备进行简要介绍。

3.1 视频服务器

作为硬盘播出系统的核心设备，选择一款高度稳定可靠的产品尤为重要，因为它直接关系到最终播出的安全性、稳定性和播出质量，因此这里全部采用国际知名品牌草谷公司最新的K2 SUMMIT视频服务器，该视频服务器采用支持热插拔的冗余双电源设计，确保服务器在供电方面的安全性。冗余的以太网接口配置在网络连接上有所保障，不会因为单一网络接口的损坏而影响控制信息和数据流的传输。操作系统为嵌入式英文版Windows XP系统，装载在CF卡中，可以通过K2 SUMMIT服务器自带的启动优盘引导至备份恢复界面，非常方便地进行操作系统的备份与恢复，操作系统本身的安全性和可靠性也得到了强有力的保障。同时因为嵌入式系统本身的优点，系统的启动速度更为快捷，且有助于防止病毒的入侵，安全性非常可靠。另外，双iSCSI及双FC接口的设计提供更多的冗余链路，是保证系统在任何情况下消除单溃点的非常优秀的解决方案。

K2 SUMMIT服务器作为专业播出视频服务器，其设计更加适合于播出领域，支持1路双向编解码通道，3路解码通道，可分别用于节目的应急上载、播出及审看。K2 SUMMIT服务器内置8盘位磁盘阵列，配置8块7200转1 Tbyte容量专用服务器硬盘，相比于传统桌面的SA⁃TA硬盘，具有更高的带宽及稳定性。通过K2 SUMMIT服务器自带的磁盘管理软件Storage Utility，将每2个硬盘绑定成1组RAID 1，共绑定成4组，然后创建专有的磁盘系统，实际可用容量达到3.63 Tbyte。理论上，损坏的硬盘只要不在一个组里，就可以允许有4块硬盘同时出现故障而不影响磁盘结构，所以安全性相当可靠。目前按照12 Mbit/s的码率进行素材采集，可存储700 h的节目，完全能够满足频道实际的播出需求。同时，K2 SUMMIT作为一款高标清兼容的服务器，同时具有高清播出功能，为以后电视节目的高清播出提前奠定了基础，便于升级到高清播出，只需向经销商升级相应的软件授权，而不需要再重新购买新的硬件播出服务器。

第三级备播系统采用格非公司自主研发的Magis⁃tream-X视频服务器，产品稳定，成熟可靠，在国内也有典型的成功案例。

Magistream-X视频服务器具备以下特点：1）具有负载平衡的冗余备份电源；2）完全模块化设计；3）IO通道数为4个，且每个通道支持单独串口控制；4）支持嵌入式SDI接口；5）高可靠的内置存储阵列、高可用硬盘；6）服务器内部独立的监控检测平台。Magistream-X服务器在安全性方面做了全面考虑，最大限度保证播出的安全。

Magistream-X视频服务器内置存储阵列为12盘位的阵列，目前使用3块2 Tbyte专用服务器硬盘，在RAID 5模式下同样实现3.63 Tbyte的实际可用空间，与K2 SUM⁃MIT服务器一致。保证与K2 SUMMIT主备服务器不会存在容量上的落差，且安全可靠。如果当某一块硬盘出现故障时，可由备份那块硬盘自动恢复，在恢复的过程中并不影响存储阵列的使用，保证数据完整安全地传输。

3.2 总控矩阵

根据信号调度系统的特点及设计参考因素，并结合太仓市广播电视总台的实际情况，设计了以国际知名品牌GV CONCERTO 128×128（暂配置64×64）数字矩阵为核心的总控信号调度系统，支持高标清信号的调度。总控矩阵配置了2套控制面板：信号调度矩阵XY控制面板1套，单母线面板1套，用于信号技术监看。

矩阵采用独立机箱、双电源、双控制板，机箱具有良好的散热性和防尘能力，支持7×24 h连续工作。所有组件均为前装载式，均可热插拔。矩阵信号输入、输出模块支持带嵌入音频的高标清SDI信号，矩阵输出通道具有时钟再生功能。矩阵具有BB同步信号输入。矩阵输入输出板以32路为1单元，可灵活配置。主备电源分区供电，确保信号主备路由的安全性，且电源可热插拔，内置进口原装电源。

该矩阵具备如下特点：

1）多格式的灵活设计。Concerto系列矩阵支持在同一机箱内多种混合信号类型，包括模拟视音频、高标清数字视频、AES/EBU数字音频、时间码及用于机器控制的串口数据。

2）线性扩展能力使升级易如反掌。Concerto系列矩阵易于扩展且成本低廉。不像大多数系统，扩容需订购专用的输入板、输出板和交叉点板模块，在该系统中仅需添加2块板就能将64×64系统扩展到128×128系统。而且，由于采用了可分离的无源后板连接器模块，设备扩容的线路预设成本也大大降低了。

3）高度可靠性。低功耗设计最大限度减少了组件的使用，以确保矩阵的高可靠性。目前将矩阵配置为64×64，只需2块板卡和2个后面板，而且其内装有多组风扇，强力制冷装置保证了设备的出色性能和可靠性而无需外部风扇。为尽可能延长工作时间，Concerto系列矩阵可以通过配置完整的控制系统和备份电源来完成重大播出任务，也可通过配置单控制器和电源来适合一般应用。

4）高度可维护性。Concerto矩阵在维护方面也最大限度为使用者提供方便。它的后面板采用无源设计，所有模块均可从机箱前面热插拔，包括电源和风扇。这一特点使矩阵易于升级，且避免了到机架背面进行任何维修操作的不便。

4 传媒中心播总控系统的安全策略与实际运用

太仓传媒中心播总控系统，紧紧围绕安全播出这个核心，系统的搭建也充分考虑到这一点，从以下4个方面进行了落实。

4.1 系统的三备与异构的实际应用

从系统的架构到设备的可维护性、经济性等各方面综合考虑，结合异构理念，采用这种主备进口服务器加三备国产服务器的架构。在实际工作中，同一类型、同批次服务器在出现故障时，特别是软件因素造成的故障，常常可能同时出现问题，采用三备异构方式就能避免此类故障出现。对比新老两个播出系统可以看出，类似于老的播出系统，如果只是主备服务器构架，其中有一台出问题，需要维修或者处理时，另外一台将处于单机工作状态。如果此时另外一台设备再出现问题，将直接影响安全播出。而采用三备异构方式就能避免此类问题的出现。在该硬盘播出系统中，根据系统设计需求采用K2 SUMMIT作为主备服务器，同时兼顾系统的经济性，采用Magistream-X国产视频服务器作为三备服务器。在任何一台服务器出现故障的时候，通过软件检测，能自动对播出信号进行无缝切换。

在实际应用中，对服务器进行了大量测试，模拟当主备两台K2 SUMMIT服务器因素材文件在迁移过程中出现文件缺失或有坏帧所造成的服务器播出信号静帧，或者设备硬件出现问题时的现象，由于第三级备播是不同类别的国产服务器，在素材及硬件完好时实时同步播出，通过稳定可靠智能的播控端可做到实时监测，一旦任一服务器出现故障，都能实现无缝切换，保证输出信号无异常，安全可靠。

4.2 总控系统的实际运用

在播出系统正常工作时，总控信号调度系统承担着对参与播出的各种视音频信号包括演播室信号、静止图像信号、录像机信号、外来信号、播控PGM及CLEAN信号的调度、处理、分配，并向播出频道分控系统输出信号的任务，有时甚至参与播出，作为频道播出的备份矩阵使用。

总控系统由基准和时钟同步系统、主矩阵、周边设备系统、监看和UMD系统、卫星接收系统、设备监测监控报警系统和信号监测监控报警系统等部分构成。

总控系统主要承担以下4个任务：1）为播控系统提供用于各频道播出需要的各类信号；2）帧同步机调度，根据需要对帧同步路由进行相应的信号调度；3）各频道播出净信号的调度，可用于节目回录；4）完成台内各子系统间电视信号互连互通。

总控系统如图2所示。

图2 总控系统示意图

从系统的可持续性、可发展性上考虑，在设备的选型上，充分考虑电视高清化的因素，服务器跟总控矩阵均采用高标清兼容设备，总控矩阵配备128×128机箱，目前只用了64×64，但已经满足台里的需要，各种直播和其他外来信号都有了备份，如果一路信号出现问题，通过简单的切换，就能确保信号不中断，实现安全播出。Concerto矩阵通过简单的增加板卡，就能实现总控规模的提升，服务器均采用4通道服务器，为以后频道扩容等提前作了充足的准备。同时也体现了该系统在节能增效上的考虑。

4.3 通道设备的交叉应用

结合太仓市广播电视总台实际情况，从播出系统的安全性、稳定性上考虑，频道主通道上硬件设备都使用了备份，无法热备的采用冷备方式，并且通道中主备设备均安置于不同机箱交叉互备，从而避免了单一节点出现问题时对系统构成的威胁。机箱交叉示意图见图3。

4.4 系统的智能监控系统

图3 机箱交叉示意图

智能监控系统具有系统硬件设备工作状态监控、硬件系统工作状态监控、硬件设备的辅助控制和管理、系统故障报警、故障信息记录和综合信息管理、机房环境和辅助设备的工作状态监控等功能。设置了节点监测设备，从而能快速判断故障点。关键节点全部设置了应急跳线，如监测到的某一节点出现问题时，利用跳线能快速跳过此设备，实现播出信号不中断，确保安全播出。

实际运用表明，相比于原播出系统，新系统的优势大致为3个方面：

1）这种三备与异构结合的模式进一步加强了硬盘播出系统核心版块的稳定性和安全性，也是相较于原硬盘播出系统的一个创新突破。

2）相比原先的小型总控矩阵，新系统中多种外来信号的灵活调度、安全稳定可靠、操作性强、易于维护及易于扩展等方面的改变是显而易见的，为整个播控系统增加了不少亮点。

3）系统通过交叉互备及相关智能监测、监控系统，对于提高系统的安全性也有明显效果。

5 结束语

从目前日益严峻的安全播出角度看，此次太仓传媒中心播总控系统中的一些设计思路和核心设备的实际运用，都较好地提高了系统的稳定性和安全性，对照国家广电总局62号令各项要求均达到二级配置要求，部分已达到一级配置要求。通过半年的试运行，整个系统运行稳定，为确保安全播出奠定了坚实的基础。

[1]金强.浅析分布式硬件架构的播出视频服务器及北京电视台新台播出服务器系统方案设计[J].现代电视技术，2010（3）：50-53.

[2]邱海生，张玉娟.电视播出系统中视频服务器的选购[J].电视技术，2006，30（4）：72-74.

[3]李维，许峰，丁志胜.视频服务器播出系统设计[J].电视技术，2008，32（2）：72-74.