浅析分布式合成技术在电视节目制作中的应用

高 伟

呼和浩特广播电视台 内蒙古 呼和浩特市 010011

引 言

随着高清电视节目制作的复杂化、多样化，视频节目越来越大，30分钟的标清节目大小约为500M，而30分钟高清节目约为1～2G，4K节目的大小则超过3G。所以传统的单台服务器对一个时间线的节目合成所需要的时间越来越长，效率越来越低下，已经无法满足高清节目和4K节目生产的需求。呼和浩特广播电视台建设了分布式合成服务器集群，通过把单条合成任务拆分为多个子任务，多台合成服务器同时合成各个子任务的方式，来缩短单条节目任务的合成时间，从而提高视频节目合成的效率。

1 分布式合成系统的架构

分布式合成系统提供7x24小时的服务，包括三大安全机制，分别是任务检测机制、故障重试机制和故障重启机制，三大安全机制保障了系统稳定运行。系统支持高标清之间智能切换，根据合成目标智能切换打包制式，对于紧急任务，可以设置合成优先等级，系统将会优先执行优先级高的任务。

为了适应高清电视节目高效率合成需求，分布式合成服务器系统提供智能化网格合成功能，即任务调度中心根据不同的任务需求统一调度，集群生成服务器同时工作，执行节目的打包生成。系统会根据节目信息文件自动进行分段拆条，每个分段使用最优的拼接技术提高合成速率，如图1分布式打包系统架构图所示。

图1 分布式打包系统架构图

这种架构被设计为管理层和业务层。管理层主要包括视频节目合成任务的流程管理、策略管理、任务派发和状态监控等功能，含有任务管理、任务监控和任务引擎3个模块。

业务层主要包括提交的视频节目任务的合成、分拆子任务的合成、符合条件任务的智能分拆、分拆子任务的拼接等功能，内含任务分拆、任务合成和任务拼接3个模块。

2 分布式合成系统的分拆策略

任务分拆策略的主要作用是依据系统预先设置好的分拆原则，将符合分布式合成启动条件的任务进行分拆，拆成若干子任务。任务分拆模块包含以下功能：

（1）将任务分拆模块初始化，判断任务分拆模块是否完成初始化；

（2）启动合成任务的分拆服务，判断是否完成分拆任务；

（3）将任务分拆结果返回，释放任务分拆模块资源。

任务管理模块根据任务需要将分拆任务分配给任务分拆模块；任务分拆模块首先对任务进行初始化工作；初始化完成后，任务分拆模块在任务的故事板上调用系统的非线性编辑插件，获取故事板不可分拆的段落信息；任务分拆模块依照分拆原则将任务进行分拆；任务分拆模块把分拆结果输入合成子任务的列表；任务完成后，将任务分拆模块资源释放。

3 分布式合成系统的合成策略

合成策略的主要作用是将一个视频工程文件任务重新渲染生成为目标视音频文件。合成模块包括以下功能：

（1）支持各种不同格式的工程文件，满足各类视音频素材的合成；

（2）同时支持高清和标清两种工程文件素材的合成，并根据需求格式自动进行上下变换，支持各类特技和多种字幕的合成；

（3）支持一切编解码目标格式，同时支持目标文件的MD5码生成；

（4）具有依照优先级自动选取合成任务的功能，具有合成任务执行的进度及状态的反馈功能。

4 分布式合成系统的拼接策略

任务的拼接策略主要作用是将被分拆成多个子任务的文件片段，根据拼接策略重新拼接成为一个完整的符合格式的视音频文件，并返回结果。任务拼接模块包括以下功能：

（1）对拼接模块进行初始化，并且判断任务拼接模块是否完成初始化；

（2）执行转码服务，进行拼接任务指令，并判断拼接任务是否完成；

（3）返回拼接任务完成的结果，并释放拼接任务模块资源。

启动任务管理服务，将要执行的任务分派给拼接模块；任务拼接模块对任务执行初始化；初始化完成后，任务拼接模块依照设置好的顺序依次读取生成的子任务文件；任务拼接模块依据合成任务所需的目标格式，对所有生成好的子任务文件执行拼接；完成拼接后，任务拼接模块将执行结果回执给任务管理服务；所有任务完成后，释放拼接模块资源。

5 分布式转码

电视节目视音频的编码和解码算法通常比较复杂，转码处理会消耗较长的时间。特别是对于高清电视节目视频来说，需要处理的数据量约为标清的5倍，为降低压缩码率往往采用一些算法更为复杂的编码格式，因此提高高清转码的效率是目前需要解决的突出问题。

设计的关键问题是，如何高效率、高质量的完成海量的高清素材的格式转换。为此增加了分布式转码和分布式技审功能，可以有效利用系统资源，解决高清素材转码，提高转码效率。

分布式转码系统包括管理者（Manager）和执行者（Actor）两部分，其中管理者提供转码任务的调度资源分配服务，执行者提供转码运算的执行服务。转码中心接到任务后，首先由管理者将任务拆分为若干条子任务，每个子任务对源素材的一个片段提供转码服务；然后管理者根据每个片段的时间先后顺序，把子任务依次分配到当前空闲的执行者上，由执行者将这些片段完成转码并生成目标所需的压缩格式的临时文件；最后所有临时文件通过文件合并服务生成转码目标所需文件。

为了提高分拆效率，转码中心系统中对任务的拆分方式做了优化处理，使用了更高效率的分拆策略，即将一条任务拆分成多个小片段，拆分的片段数量远大于执行者的数量。任务下发根据片段生成的时间先后顺序，分发给所有的执行者。管理者全程监控执行者的工作状态，发现有空闲的执行者就将新任务分发过去，直至所有子任务全部执行完毕。

结束语

随着电视的发展，对电视节目制作提出了更高的要求，呼和浩特广播电视台通过实践，应用分布式合成技术，使日常电视节目和视音频节目的制作合成效率提高5倍以上，极大地提高节目制作效率，使电视台在相同时间段里，可以制作完成更多的节目，有效的保障了电视节目及时传输和安全播出，做到了快速制作、快速完成、快速发布，从而适应时效性强、信息量大、传播速度快的现代媒体发展趋势。