基于分层架构的内容整备系统在电视播控系统中的设计与应用

余海洋

（作者单位：上海市闵行区融媒体中心）

在媒体融合的大背景下，各类技术的革新对电视播控业务系统提出了更高要求，在业务处理方面，需要从单一的纯后台处理向多元化、流程化、透明可视化的层级转变，为电视高清播出乃至今后4K超高清播出的普及提供技术支撑。上海市闵行区融媒体中心电视播出系统原先为标清系统，目前在播系统为2019年建设完成的高标清同播系统，在软件架构层面上采用分层结构的内容整备系统。建设前中心内系统各个软硬件模块功能零散、各子系统对接环节多，信息分散，管理困难，中心当前在用的高清播出系统采用的分层架构内容整备系统能够极大地整合系统资源、合理利用分配资源，提高综合利用效率，减轻中心内工作人员的工作量，提高中心播出系统整体技术水平。

1 分层架构内容整备系统设计思路

采用分层架构内容整备系统的设计方案建设的高清播出项目是在县级市台内率先使用的功能完备、高性能的整备播出系统。分层架构内容整备系统分别由媒体处理中心、内容服务平台、工作流引擎等子系统构成内容汇聚、整备融合分发平台，构建了对外交互的应用层软件模块、后台业务管理的工作流驱动模块、底层和存储共同完成任务处理的能力平台的三层系统模型架构，各子系统相互嵌套衔接，具备完整的扩展性和接口服务，能够最大限度地提供相应功能用来满足业务部门的需要。

具体来说，分层架构内容整备系统的上层应用层和接口层主要采用Web架构，解决业务流程的驱动和任务以及元数据的通信问题。中层采用工作流引擎和媒体处理中心管理程序实现业务与任务的串接。底层通过执行ACTOR（行动者）完成媒体文件的迁移、技审、信息摘要算法（Message-Digest algorithm 5，MD5）等。

此外，分层架构内容整备系统，以媒体融合的发展思维为指导，符合可持续发展的特性，建设以高拓展性、面向融合媒体发展需求、云架构为基础，以流程驱动为主线的高效内容服务平台。面向多个播出系统的统一备播系统，实现统一备播、有序分发、实时监控。匹配现有全台网节目生产制作能力，并为未来全面升级超高清系统作准备。

部署分层架构内容整备系统主要实现的功能包括以下方面：一是支持系统流程自定义功能，支持系统流程可视化管理功能，使系统业务可管可控；二是支持任务实时监控管理功能；三是支持能力平台资源实时监控功能；四是具有便捷灵活的素材管理方式，提供素材删除修改查询、权限分配、一致性管理等多种操作选择；五是媒体处理中心采用资源池虚化管理技术；六是媒体处理中心能进行集群式切片化任务处理；七是提供浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构式软件。

2 分层架构内容整备系统实际应用对突出问题的解决

上海市闵行区融媒体中心的高清播出系统，在软件层面上使用的分层架构内容整备系统是在文件化送播环境下，基于网络和存储等基础设备，根据节目单生命周期驱动节目的汇聚与维护。采用一种全新的素材全流程工作处理模式，在素材业务处理过程中基本实现自动化。播出系统通过工作流引擎，利用工作流在多个流程之间按预定规则自动传递频道素材状态信息和任务，实现播出文件的导入、技审、存储、校验、转码、迁移等功能，并可以实时监控这些状态信息和业务，使用户对素材迁移各流程进行更为直观、有效的管理，在配合核心业务软件处理的同时，调用媒体处理中心的服务来实现素材全流程调度监测等服务。

全国各级电视台按照国家要求开始推进电视节目高清化，但很多电视台在推进过程中或多或少存在以下几个方面的业务使用问题：一是业务处理流程单一、不透明、不易维护；二是网络文件化送播效率低下，传输存在瓶颈；三是系统负载不均衡。分层架构内容整备系统为解决这些问题提供了一个很好的方案。

本项目所采用的分层架构内容整备系统相比国内外同类播出技术，解决并优化了播出系统内的几个重要环节的重点难点问题，具体如下：

2.1 集中监控

加强监控能力，针对集中管理的需求和新的分工，针对不同岗位提供不同的信息，以帮助值班员及时准确发现、处理、排除问题。具体体现在以下两点：第一，能够监控系统内各个环节的节点流程信息，实时了解任务状态，方便值班人员实时跟踪软件运行状态；第二，通过可视化的监控方式能够集中监控资源池内的全部业务资源，便于值班人员有的放矢地对资源池进行管理和优化。

2.2 切片式任务分配和执行

传统技审可对文件的格式、语法、内容质量进行检测，确保素材的合法性，但是随着高清化和素材规模化，对单个素材的处理效率的提升成为亟待解决的问题，在保证播出安全的基础上思考如何提升效率就显得尤为重要。采用切片式技术能很好地解决任务处理效率，切片式技术采用先进的算法，根据文件大小、硬件情况等因素对任务进行拆分，并提交多个执行端处理，可大幅度提升执行速度。此外，切片处理体现集群效率，文件越大工作切片处理效果体现越明显，单文件高清技审效率大概是3倍速，相同文件切片技审可以提高到10倍速。

2.3 框架式插件设计

工作单元（转码、技审、迁移、MD5）采用媒体处理池技术，将各任务处理能力以插件方式集成到一个软件模块。当任务需要处理时，系统查找空闲的工作单元。每个工作单元具备一种或多种功能，可实现有机调度。当工作单元出现故障，系统能够自动将该单元正在处理的任务分配给其他工作单元。由于采用了插件式开发，任务支持模块的增加、删除更为方便，新类型的任务开发更加快捷。同时，系统灵活的扩展性可以方便工作人员准确地了解系统的性能状态，包括是否存在瓶颈、需要增加的性能等，新增业务功能加入系统时不影响任何现有流程，只与任务管理程序打交道，便于管理与维护。

采用分层架构的内容整备系统在以上三个方面有着较为突出的表现，在实际应用中能够很好地解决当今广电行业电视整备系统普遍存在的问题，通过“技术 + 管理”手段，极大提高业务系统使用效率，增强整备系统的安全性，便于技术人员更加高效地监测管理整个业务系统，提高技术保障能力。

3 主要技术创新体现

分层架构的内容整备系统与传统整备系统相比，在软硬件整合和运用技术上更加高效科学，使用上更是化繁为简。效果通过三个方面实现：一是通过松耦合架构去实现总编、内容管理、播出的解耦，便于业务扩展；二是设计弹性服务、运用虚拟化技术，便于业务升级；三是利用精简管理去实现服务器计算资源监控、应用软件监控、业务流程监控，统一管理界面，进而提高运维能力。

3.1 松耦合架构

中心内原有播出系统包含总编室编排系统、内容管理平台、播出系统，耦合度极高，非常不利于维护和管理。采用“内容服务平台 + 播出”的系统架构，通过提供各类功能接口，保障各子系统采用标准的接口实现交互，降低系统的整体复杂度。该模式优势在于及时性强，且不与数据库产生关联，和播出程序松耦合；能够降低播出数据库负载，提高系统安全性。

针对降低系统架构耦合度的思路，构建功能平台作为一个通用的业务服务层，对服务层上建立的应用服务进行并行交互，根据具体业务需求明确业务流程，同时调用功能平台的功能服务模块（如MD5值校验、素材的文件技审、文件迁移转码服务等）实现业务目标，极大地提高业务处理效率；同时，根据业务需求提供众多接口服务，包括任务接口服务、设备接口服务、日志接口服务、配置接口服务。

通过功能平台提供的众多接口服务，部署在系统的上层应用可以轻松实现任务的调度分配、任务查询、任务取消、任务重置等操作。功能平台通过提供设备接口，可以清楚了解当前资源的实际使用情况，便于高校开展分配和执行任务。

3.2 弹性服务

计算资源共享方面，系统可以基于虚拟化平台，利用计算资源池技术，打破计算资源底层机器限制，根据任务需求按照虚拟化方式分配计算资源、共享计算资源，最大限度利用服务器及带宽等硬件资源。

高效任务调度分发方面，可以采用工作流，让系统具有更高的文件备播效率，匹配现有全台网节目生产制作能力，实现视频服务扩展功能，满足关键业务持续增长、兼容多种类数据混合访问需求，为未来全面升级超高清系统做好充分准备。

3.3 精简管理

分层架构的内容整备系统基于“全台网 + 播出网”架构，架构复杂，涉及人员和岗位多，各业务系统间服务调用关系复杂，接口出现问题会导致多个系统报错，很难定位故障源。最重要的节目导入请求、文件送播请求是系统核心业务流程，只有跟踪其整个调用路径，才能发现性能瓶颈点。而构建一个与业务平台一体化的监控系统，在同一套管理界面之下，对整个内容整备系统进行多维度的监控是十分有必要的。监控内容主要包括业务流程监控、主机资源监控、应用程序监控。通过这些监控手段摆脱传统烦琐、不透明的人工审查方式，能够达到精简管理的目的，降低人力成本。

3.3.1 业务流程监控

从节目入库发送请求开始，实时监控各个环节流程用时和报错信息，查看系统流程的运行情况，监视流程是否正常、是否有任务执行失败，查看素材流程运行节点信息；同时，可以对问题流程进行相关处理操作。

3.3.2 服务器监控

服务器监控即主机性能监控，通过监控采集程序实时采集主机的CPU负载、内存使用率、磁盘使用空间等信息，及时汇报以便任务调度管理进行任务的平均分配，主机的各类性能参数也将被统一整合呈现在监控界面。这种情况下，操作人员能够实时掌握主机的工作状态，对其进行监测运维。

3.3.3 应用程序监控

监控系统任务管理、任务执行应用程序，能够保证应用程序健康状况和可用性，检测和诊断程序出现的问题，保证程序正常运行。通过了解核心应用程序的性能、服务器主机资源、跟踪整备系统节目导入和文件送播这两个关键环节，实现对异常问题的迅速发现、识别和判断，采用与业务系统同一套界面，简化工作流程，降低人力成本。

4 分层架构内容整备系统的应用优势

第一，从内容上将主要的标清频道升级高标清兼容频道，使本中心数字化播出迈入高清化，提升了中心的核心竞争力，增强了应用软实力。

第二，软件功能更加智能化，高效快捷，处理性能好，相比传统系统软件的繁多单一、操作复杂，新系统整合性更强，采用B/S架构能够使用户界面简单直观、操作简单、便捷，体现以人为本的易用特性。

第三，在使用上可操作性更强，人性化设计可按照实际业务进行流程变更，自定义业务处理流程，更好地匹配不同场景、时限的业务需求。

第四，系统能够对流程、程序的状态提供可视化的实时监控，业务流程透明化程度更高，将系统分散的运行状态和故障信息进行统一汇总，分类展现、分类报警，便于人工干预处理，使用上更加便捷灵活。

第五，系统设计采用开放技术、开放架构、开放系统组件和开放用户接口，不同厂家、不同时期、不同技术平台的各个子系统之间能够做到互联互通，避免技术壁垒。

第六，系统可无缝扩展、可升级，延展性强。具体来讲，在频道数、业务类型、业务数量、存储容量、传输带宽等方面，可以灵活扩展，并采用松耦合、弹性的技术架构，便于将来更多的子系统接入，充分考虑新兴技术发展方向和技术前瞻性，满足广播电视节目从标清到高清、超高清等的升级。

5 结语

分层架构内容整备系统的设计方案为技术人员提供了更加方便快捷的软件使用功能，实现了业务流程的高效运作，相比建设之前的整个播出系统的软件程序繁多单一，现在系统整合更加统一化、界面化，流程透明化、智能化，并且在系统功能方面更全面、高效。在实际使用过程中，系统功能均达到了预期功能，技术人员从中也学习到了大量技术知识。此次高清播出系统的建设极大提升了中心立足本地、辐射周边的电视节目占有率，提高了核心竞争力。因此，分层架构内容整备系统具备很强的商业价值和应用价值，完全可以在同级电视台或其他单位进行该系统的推广与应用，充分发挥其社会效益与经济效益。