招远广播电视台基于嵌入式硬盘播出系统的设计与应用

侯 娜

（山东省招远市广播电视台，招远，山东 265400）

招远广播电视台基于嵌入式硬盘播出系统的设计与应用

侯 娜

（山东省招远市广播电视台，招远，山东 265400）

基于嵌入式硬盘播出系统，招远广播电视台通过电视节目存储与播出分离的分布式播出方式，成功地实现了电视节目网络化播出。本文详细介绍了嵌入式硬盘播出系统的特点及系统的设计、构成、工作方式。由于采用了许多关键技术,系统具备先进性、合理性、实用性、可靠性。

嵌入式硬盘；素材存储；上载；网络化播出

1 引言

随着数字技术和网络技术对广电行业的全面渗透，数字化、网络化、高清化已成为广播电视技术的发展方向。实现硬盘全数字化播出是招远广播电视台数字化改造的重要环节，它以计算机视频压缩网络和硬盘存储为基础替代原有的模拟录像机的播出形式，利用计算机技术进行视音频文件的播出。借助于某公司嵌入式硬盘播出系统，招远广播电视台成功地实现了电视节目网络化播出。现将实现情况综述如下。

2 硬盘播出系统设计考虑

系统设计时在以下几个方面做了充分考虑：

⊙先进性。系统采用先进的计算机技术、网络技术、数字电视技术和大容量硬盘存储技术。

⊙开放性和标准化。系统提供开放式和标准化接口，能和全台互联平台、演播、制作、媒资系统友好连接。

⊙可扩展升级性。系统有扩展通道和磁盘存储容量的空间，适当考虑系统与未来增加播出频道的升级和改造问题。

⊙安全、可靠和稳定性。系统的软硬件都必须长期稳定可靠地运行，具有完善的硬件热备份、自动的数据热备份和信号热备份，系统无单一崩溃点，具有较完备的应急安全措施。

⊙安全管理。系统既要保证信息资源的充分共享，又要保证系统内的信息安全。

⊙易操作易维护性。播控软件的界面要简洁明了，易学易用。系统总体布局，硬件设备的连接科学、合理，工艺规范，便于维护。

3 系统主要硬件及结构简介

系统采用两台专业视频服务器为两套节目播出存储素材，两台互为备份；现有的非线性编辑工作站通过Fire Wire(IEE1394)模式构成新闻和广告非编系统，通过VS2000上载工作站将新闻节目导入视频服务器；总编室、专题部现有的非编系统，可将做好的节目通过100MHz以太网传输至视频服务器；用1台音频制作工作站构成节目配音系统，音频素材通过以太网供各编辑工作站使用；通过网络计算机及大屏幕电视进行节目的审看，构成节目审查系统；用4台上载工作站提供电视剧等文艺片的上载，构成电视剧上载系统；通过一台计算机与视频服务器相连完成素材管理和资料保存；自办节目的每个频道使用4台VS3200嵌入式网络数字硬盘播出机，提供两套一主一备的硬盘播出，节目单制作及播出控制由两套节目各自的播控系统独立完成。

可以看出，整个系统划分为素材存储系统、节目上载系统、节目审看系统、素材管理系统、自动播出系统，所有系统通过交换机连接成100/1000M以太网，视频服务器与交换机通过1000M的网口连接，其他设备与交换机通过100M网口连接，可进行实时高速数据交换。招远电视台制播一体化网络结构示意图如图1所示。

图1 招远电视台制播一体化网络结构

4 系统介绍

4.1 素材存储系统

由两台服务器组成，采用主备结构。主备服务器配置完全一致，带有两个千兆以太网口，保证服务器到交换机的数据流畅通，任一服务器出现故障不影响播出。每个服务器配置5块146GBSCSI硬盘，按8M码流计算节目存储量在200小时以上，能够满足现有播出需求。

4.2 节目上载系统

上载系统为分布式结构，新闻、专题、总编和广告制作工作站，通过各自机房的VS2000上载机转换成播出支持MPEG-2 TS流文件格式，经网络传送到视频服务器各自专用待播节目区中，供自动播出系统调用。每台VS2000由工控机、上载软件、编解码卡、素材管理软件组成。由4台VS6000组成影视剧上载工作站，每台VS6000由工控机、采集软件、电影魔方软件、素材管理软件组成。

4.3 素材管理系统

由上载系统的4台PC机和素材管理软件构成，负责两个频道的硬盘播出素材管理、广告串联单编辑等。它接受节目审看系统审查通过的素材和上载工作站上载的素材，完成视频资料的归档保存，将素材文件由MPEG-2的PS流格式转换到TS流格式，并通过网络将TS流格式文件传送到HP视频服务器供自动播出系统调用。

4.4 节目审看系统

将两台NC 4000网络计算机接入电视播出网络，在服务器安装审片软件，即可形成审片系统。

NC4000审片系统的特点是网络计算机所具有的硬件功能，将MPEG-2压缩的视音频数据通过网络传送到终端进行硬件解码，输出与电视播出质量相同的图像质量，这是任何未加解码卡的PC机难以做到的。

4.5 自动播出系统

（1）自动播出系统按播出频道划分，每个频道分别由播出控制机和自动播出软件APSN2000、素材播放软件VsVideo、4台VS3200硬盘机、字幕机、主控制器、授时器等外围设备构成。

（2）自动播出软件APSN2000是自动播出系统的核心，它调用素材管理系统提供的播出素材给用户编辑播出节目单，根据节目单和授时器提供的北京时间，APSN200精确控制各种外围设备协调工作，完成播出任务。

（3）VS3200硬盘播放机是硬盘素材播出的核心，它接受A PSN 2000的节目单，接受A PSN 2000的各种控制命令，其播出流程如下：

⊙素材的调用：通过播出控制软件将本频道有权使用的素材加入到播出节目单中，加入到播出节目单的硬盘播出素材，可进行编辑、删除等各种操作。

⊙素材的准备：素材加入到节目单后，当该素材节目的上一条节目开始播出时，播出控制软件发送命令到VS3200硬盘机，要求其准备好该素材，当硬盘机接收到该命令后，发送该命令到视频服务软件Vserver，VServer将该素材数据传送到VS3200，VS3200解码第一帧画面并在预监显示器显示。

⊙素材的播放：VS32000接收到播控软件发出的播放指令后，将命令发送给视频服务软件Vserver，Vserver传送该素材视/音频流到指定的VS3200，VS3200进行解码并输出流畅、高画质视音频节目。

4.6 同步锁相系统

（1）BB-2000黑场发生器。作用是产生没有亮度和色度的“黑场”图像信号，只含有复合同步信号，为不同的播出设备提供同步基准信号，以免输出的图像滚动。BB-2000黑场发生器产生的同步信号经VDA-2062分配器多路分配，给系统内多个设备提供所需的同步信号。

（2）BW-20时基校正器。它可使系统内部的基准同步信号与不同的输入信号被重新同步锁相，防止切换画面时闪动。

（3）VMA-3000键混放大器。键控是一种特技，可在一幅图像上抠掉一块再填上另一图像，用于在画面上插入字幕、符号和某种较复杂的图形，如台标、测试卡、字幕广告等。

4.7 系统时间

本系统使用CCTV的场逆程16行的标准时间信号作为时间基准信号。由VTM-152解码器对CCTV16行标准时间进行解码，并以RS232数据格式输出到控制PC的COM1口进行校时。为了最大限度提高时间可靠的冗余度，本系统在设计上提供灵活的守时设置，提供了VTM-152守时、BB卡自动守时、计算机时钟守时等三种方式，以确保播放与控制的时间准确度。

5 系统的主要特点

5.1 系统先进性考虑

该系统从节目的制作、编辑、传送到播出，素材的流动已基本做到了数字化，这就给将来的数字化播出打下了坚实的基础，一旦时机成熟，只要更换前端的摄录设备和后端发射设备，就能比较容易实现从标清过渡到高清播出。

该系统中使用的硬盘播出设备VS3200是国内独具特色的嵌入式硬盘播出系统。它的硬盘播出完全不同于国内的其他型号的硬盘机，脱离了PC机主板加编解码卡的传统硬盘机方式，它的软硬件是专门根据硬盘播出的特点而设计的，使用了国家863计划支持的“支持新一代数字电视的嵌入式软件操作平台”最新技术，内嵌了微内核的LINUX操作系统，没有附加任何的外部设备，远离病毒的感染，与其他的国产硬盘机比较，运行更加稳定可靠，更高效。

该系统使用的APSN2000自动播出软件是最新开发的自动播出软件，它不仅具有运行稳定，操作方便，可控制多种外围设备，多种节目类型，支持网络节目单等特点外，而且可根据需要，支持多种形式的播出控制方式，如一备一的主备机热备份控制播出，一备多的主备机热备份控制播出，单机控制播出，使播出更加安全。

5.2 系统的安全性考虑

对于播出系统来说，其安全性是各个电视台首要考虑的问题。

第一，在该系统中，使用了主备视频服务器，任何一台服务器发生故障都不会影响自动播出素材的获取，每台服务器的硬盘都采用了RAID 5的方式进行冗余备份，降低硬盘存储故障概率。

第二，硬盘播出机VS3200同样也是主备播出，任何一台VS3200信号有问题都可由APSN2000系统或由用户手动切换到另一台VS3200正常信号输出。

第三，网络中使用两台交换机，进行主备方式数据交换。

第四，两个频道APSN 2000系统采用单机播出，但是，采用了冷备份的方式准备了备机，任何一个频道的APSN 2000系统发生故障，备机可马上代替使用。

第五，VS3200具备有手动播出功能，即使失去APSN2000的自动控制，仍可由人工手动控制播出。

第六，硬盘播出的关键设备VS3200采用了嵌入式设计，功能单一，效率高，远离病毒，运行安全稳定。

5.3 系统的生命期考虑

目前，很多电视台在考虑系统造价时，只考虑到构建系统时的价格而忽略了系统建好后的维护费用和生命。事实上如果一个系统的构建价格比较低，但它的维护费用却比较高，生命期也很短，那么这个系统的运行成本还是相对较高。该系统在这方面有较好的考虑。

该系统的硬盘播出方式不同于国内其他硬盘机的PC主板加编解码卡的方式，它把素材的存储与播出进行了分离，这样的分离把硬盘机故障率高的解码部分独立设计成嵌入式，增加了运行的稳定性，降低了故障率从而降低了维护成本，延长了硬盘播出的生命期。当今PC机的更新换代速度是以月和天来计算的，在本系统中只要更换视频服务器就等于更换了系统中所有硬盘机，从而降低了维护成本，提高了整个系统的硬盘播出性能。而在以PC机主板加编解码卡式的硬盘机的系统中，要提高系统中的性能，就必须更换系统中的所有硬盘机，而硬盘机的价格比起同类PC机的价格要高几倍甚至十几倍，嵌入硬盘播出方式的优势显而易见。

6 应用情况总结

招远台嵌入式硬盘播出系统运行以来，系统运行稳定，系统技术指标经过测试达到广播甲级标准，达到了预期目的。主要体现在：系统运行稳定、可靠、停播率为零；自动播出软件功能较为全面，能满足定时播出、顺序播出、定时定长插播、触发播出等不同形式的播出需求；界面设计简洁直观，操作方便，符合人性化需求；节目信号技术质量明显提高；预先上载的方式，彻底杜绝了由录像机、录像带引起的劣播、漏播事故。

在系统实际运行过程中也遇到以下问题：

⊙从素材上载到生成MPEG-2 Transport文件格式，然后再进行上传，速度慢，有待解决高速上载问题。

⊙系统支持的素材压缩格式不够丰富。

⊙实现了相对短期内的素材共享，但大量的、长期的节目资源共享有待媒体资产管理系统的建立。

7 结束语

招远广播电视台的嵌入式硬盘播出系统设计和设备规范完全符合数字电视广播规范，在满足电视播出使用需求的同时，将系统安全性放在第一位。系统在实际应用中虽然出现一些问题，但大部分问题已经得到解决。展望未来的发展趋势，全台还是要建立一个集制作、存储、播出等高标清兼容的一体化网络，才能更好地适应广电技术发展需求。

[1] 邓永红．基于视频服务器的硬盘播出系统的构建[J]．电视技术，2003，（09）：62-63

[2] 吴晨海．数字播控系统改造[J].电视工程，2004，（2）：34-36

云巢独创指纹技术化解桌面用户启动风暴

如果大量虚拟桌面在一个较短的时间内同时启动，由此引发的集中存储I/O访问往往会很轻易地淹没存储系统。这也就是人们所谓的“启动风暴”。

启动风暴发生时，虚拟桌面运行极度缓慢，甚至无法使用。云巢科技技术专家表示，桌面虚拟化启动风暴问题是所有桌面云厂商面对的共同问题。基于自主研发的指纹镜像技术，云巢桌面云解决方案完全避免了启动风暴，虚拟机并发启动在15秒左右。

云巢技术专家介绍说，指纹镜像是一项磁盘数据去重的技术，通过一个缓存体系，把对存储系统的I/O访问转移到对cache的访问上。简单来说，就是一个磁盘块数据被虚拟机A访问了，同时把它复制到cache中，后续的其他虚拟机（也可以是自己）对该磁盘块的访问，就都从cache中去取。访问cache是内存操作，速度远快于访问文件系统，这样就解决了启动风暴等因为磁盘IO导致的问题。缓存体系的建立要依赖于一个key-value的集合映射关系，这里的key指的是磁盘块的特征码（与磁盘块数据一一对应，我们称之为指纹），value指的是磁盘块数据，所谓指纹镜像，即是在原始磁盘镜像的基础之上，附加建立一个磁盘块数据和它的指纹之间的映射关系的集合。为了解决启动风暴问题，我们有两种解决方案：一是提高磁盘访问速度，二是减少磁盘访问次数。提高磁盘访问速度无非是使用访问速度更快的磁盘或者增加磁盘阵列的磁盘数，要想达到显著效果，无疑会增加不少硬件成本，所以我们采用了第二种方案。

该技术专家进一步解释说，实现指纹镜像的难点在于如何建立映射机制。由于虚拟机是按数据块来管理映像文件内容，所以技术人员用镜像文件每个数据块的数据生成对应数字指纹并保存在镜像文件里。虚拟机启动时从镜像文件里读取指纹并缓存在内存里，在读的时候用该指纹向数据缓存服务程序查询是否已经缓存了对应的数据。如果缓存服务程序已经缓存了该数据，则将该数据转给虚拟机；如果没有缓存该数据，则虚拟机从镜像文件里读取该数据并通知缓存服务程序缓存该数据。

云巢科技实现了一套算法来管理指纹和对应的数据，其一是依据服务器内存大小来设定数据缓存服务程序的内存上限，其二是定期回收访问率比较低的数据。基于以上相关原理，云巢研发了世界领先的专利技术“指纹镜像”，即当一个完全相同的数据对象从磁盘上被多个用户重复读取的时候，只需对磁盘做一次I/O操作，利用专门开辟的内存空间用作缓存，大量的I/O操作只针对速度比硬盘快成百上千倍的内存，这样大大减少了磁盘I/O，同时启动虚拟桌面的用户越多，对比效果越明显，而且只要有一个用户启动过虚拟桌面，以后启动的虚拟桌面不需再从磁盘读取数据，用户会体验到比物理机启动还要快得多的开机速度。

指纹镜像就是为了解决虚拟桌面用户的启动风暴问题而生。云巢科技董事长周涛表示，云巢科技桌面云采用了更先进的架构，拥有指80多项核心技术，其中包括5项世界领先专利技术，指纹镜像技术即为其中之一。希望通过云巢科技的桌面云技术，能够为企业提供安全性高、可用性高、绿色节能、办公灵活、总体拥有成本低的桌面云平台，帮助企业向更低成本、更安全、更易管理的IT基础架构过渡。

The Design and The Application of Zhao Yuan Television Stationbased on Inserting Hard Disk Broadcasting System

Houna
(Zhao Yuan Television Station, Zhaoyuan, Shandong, 265400)

Based on em bedded hard disk broadcast system, Zhaoyuan radio and Tion of broadcasting,Successfully realized the television network broadcasV station through TV program storage and distributedbroadcast separatt. Details of the design, the embedded hard disk broadcast system characteristics and systemstructure, working mode. Because of the many key technologies, system have advanced, rationality, practicability,reliability

Embedded hard disk; Material storage; Upload; Network broadcast

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.03.003

TP393,TP33,TN 91

B

1672-7274（2014）03-0012-05

侯娜，1975生，助理工程师，主要从事广播电视技术工作。