基于多点迁移技术实现的演播室互备方案

□邓智

基于多点迁移技术实现的演播室互备方案

□邓智

一、需求分析

广西电视台新闻频道原有A、B两套不同厂家的非编制播系统对应两个高清演播室（面积分别为100平方米、600平方米，简称100演播室和600演播室），在非编网中制作节目，审核通过后将其发送至演播室的视频服务器进行播出。去年，随着A系统的下线，我们对频道整个制播体系进行了改造，B系统接替A系统，同样对应两个高清演播室。

A系统的非编网在改造中已经移交其他制作部门使用，在100演播室遗留下的2台视频服务器性能还能满足日常的播出要求。如何尽可能地保护原有设备的投资和提升两个演播室硬盘播的安全播出级别，是我们面临的问题。

二、方案设计

本案中，我们考虑将100演播室的2台视频服务器融入B系统的非编网，并将两个演播室构建成级联演播室，将播出素材通过多台并行的迁移服务器轮询调度传输到分布在两个演播室的4台视频服务器上，确保在节目播出前两个演播室都具备了进行节目播出所需的节目资源。运用RS422，通过播控工作站远程交叉控制视频服务器向演播室输出信号，当主演播室出现故障无法工作时，可立即由备演播室进行播出，实现了两个演播室的相互备份，大大提高了广西电视台新闻频道制播体系的安全可靠性。如图1。

三、主要功能模块

（一）多点迁移

目前市场上的视频服务器不支持非编时间线播出，因此在实际应用中需要有打包迁移服务器将制作好送往演播室播出的时间线打包成文件，并且迁移到目标视频服务器。其步骤是这样的：从数据库或文件等获取任务，然后根据任务的描述进行打包、转码、迁移等工作，工作完成后返回任务值。打包迁移服务器在演播室系统和非编系统中实际上起到了数据交换中心的作用，它的工作性质决定了它应该具有自动获取任务、支持集群并行工作、自动负载均衡的功能。节目资源从非编提交到演播室视频服务器的一般流程如图2。

为了保证直播用的节目资源能高效、安全地从非编网提交到演播室视频服务器，应从以下两方面实现：

1.并行实现

在600演播室播出系统中配置了6台打包迁移服务器，在并行状态下工作。作为一个Actor，每台服务器可以同时执行一个打包迁移任务，这些服务器由后台管理程序Manager统一调配管理。在非编网提交打包迁移任务，Manager接收后通过轮询方式将该任务分配给空闲状态的服务器；当所有服务器均处于忙碌状态时，将任务放入任务池等待执行。处于并行工作状态下的打包迁移服务器群集最多可同时执行6个不同的任务，充分利用所有服务器的资源，减少任务排队时间，大幅提高打包迁移的执行效率。随着日后业务的发展，还可随意添加新的服务器随时并网工作，具备良好的扩展性。如图3。

2.异步实现

在本案中，异步分为两种情况：（1）其中一个Actor执行当前任务完毕后随即发送空闲状态消息到Manager，等待接收新的任务，其工作状态与其他Actor状态无关；（2）Actor接收到Manager发生的任务后，先查询任务的目标视频服务器，并确认其主备状态，优先将节目资源迁移至主视频服务器，如节目资源已存在主服务器存储则将继续迁移到备服务器存储。

在新闻频道演播室的使用过程中，正常情况下栏目使用的演播室是相对固定的，因此我们根据实际情况优化系统路由设置，将演播室和栏目进行绑定：直播类栏目同时绑定100、600两个演播室，非直播类栏目只绑定其常用的演播室。使用异步迁移技术保证进入视频服务器存储的节目资源有效性，由于避免了将无用资源素材迁移到无关的视频服务器，减小了Actor的作业压力，从而增加了节目资源从非编网提交到视频服务器的传输效率。在非编网提交节目资源到演播室的流程优化如图4。

经过优化的流程在日常使用中发挥了很好的作用：（1）确保两个演播室都具备了进行节目直播所需的节目资源，为两个演播室相互备份提供了资源保障；（2）提高了演播室视频服务器内的节目资源的利用率，避免无用节目资源浪费传输时间，占用传输队列，并且大大减小视频服务器硬盘空间的存储压力；（3）在特殊情况下，经过灵活、简单的系统配置可快速实现两个演播室所有栏目播出的完全互备。

（二）串行通信控制

出于安全的考虑，多数视频服务器都是作为“黑盒子”的方式存在于演播室机房内，由播出控制设备通过RS422控制协议来控制视频服务器播出。视频服务器的控制方式通常有两种，一种是RS422的控制方式，一种是TCP/IP的控制方式。RS422的控制方式采用专线可靠性高、通讯距离远；TCP/IP的控制方式通过网线来完成，灵活性高、可靠性差，完全依赖以太网交换机工作。

在直播演播室中对播出控制机有着极高的安全性需求，除了要求设备稳定外，还希望播出控制机能够脱离网络的影响，因此提出了断网播出的需求。断网的情况分为两种：一种是在播出过程中网络出现问题，这时播出控制机依旧可以完成当前列表的播出，这是通过控制软件的功能完成的；另一种是开始播出前网络出现问题，这时控制机可以采用本地登陆的方式，读取本地配置，控制视频服务器播出，如图5。

对比发现，基于以太网络的TCP/IP控制方式存在无法断网播出的重大缺陷，我们决定采用RS422通信方式。

1.RS422

RS422采用平衡发送、双绞线传输、差分接收等技术，每个信号都采用双绞线(两根信号线)传送，根据两条传输线之间的电位差来表示逻辑状态。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器具备更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以 RS422支持点对多的双向通信。RS422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，数据可以同时双向传递(全双工)，各装置之间任何必需的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线），被广泛应用于工业控制之中。针脚定义和接口如图6。

RS422的最大传输距离约1200米，最大传输速率为10Mb/s，其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离，只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s，需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻，终接电阻接在传输电缆的最远端。根据演播室播出的实际应用，RS422的传输距离和速度完全满足播出控制机连接视频服务器的通信需求。

2.视频服务器串口通信

视频服务器都带有多个串行通信接口，每个接口均可通过串行通信线由外部计算机控制实现记录与播放。要实现软件控制录像机工作，就必须发出录像机的控制协议能识别的命令。

根据厂家资料显示，我们使用的视频服务器9芯控制协议规定相互通讯的主、从设备之间采用波特率为38.4Kbps、1个起始位、8个数据位、1个奇校验位及1个停止位的全双工通讯方式，并规定通讯协议的初始化由主设备完成，从设备在9毫秒内必须应答主设备所发出的指令，如超过10毫秒将被视为超时，这也要求主设备在10毫秒内不能连续发出指令。其中从设备的应答分为三种类型：NAK+错误码——没有定义的指令或通讯出错；COMMAND+数据——如果命令要求返回数据时，例如编辑器要求返回时间码；ACK——如果命令不要求返回数据时，如编辑器发出的PLAY等命令。

3.视频服务器RS422座针脚定义

根据视频服务器厂家资料显示，其相应插座类型、针脚定义如图7。

4.播出控制工作站与视频服务器串行通信线路的连接

根据串口通信协议线序匹配：R对T，正对正，负对负，地对地，即：RX+〈----〉TX+;RX-〈----〉TX-; TX+〈----〉RX+;TX-〈----〉RX-;GND〈----〉GND，我们得出播出控制工作站与视频服务器间的控制线序为：

播控工作站RS422(IN)主备

（作者单位：广西电视台）