高清播出系统第三备视频服务器的设计与应用研究

叶 茂

（作者单位：扬州广播电视传媒集团）

随着高清技术的普及和广播电视行业的快速发展，高清播出系统的稳定性和可靠性成为行业关注的重点。在高清播出系统中，视频服务器扮演着至关重要的角色，尤其是在多频道、高并发的播出环境下，视频服务器的备份与冗余设计更是关键。本文将以扬州广电总台基于“ IP+SDI”（网际互联协议+串行数字接口）架构的高清播出总控系统为背景，探讨第三备视频服务器的设计、实现及其在高清播出系统中的重要性。

1 高清播出系统概述

高清播出系统是一个复杂的系统工程，涉及信号采集、处理、存储、传输和播出等多个环节。其中，视频服务器作为核心设备之一，负责存储、管理和播出节目素材，传统的高清播出系统通常采用主、备视频服务器架构，即主视频服务器和备视频服务器相互备份，以确保节目的连续播出。第三备视频服务器是指在主、备视频服务器架构的基础上，增加一台独立的视频服务器作为第三备份。当主、备视频服务器出现故障或异常情况时，第三备视频服务器可以迅速接管服务，保证节目的连续播出。第三备视频服务器的引入为高清播出系统提供了额外的容错空间，进一步提高了系统的稳定性和可靠性。同时，第三备视频服务器还可以承担部分负载，减轻主、备视频服务器的压力，提高系统的整体性能。因此，构建多层次的备份系统，对于保障高清播出的连续性和稳定性至关重要[1]50。

2 第三备视频服务器的设计和实现

扬州广电总台的高清播出总控系统以“ IP+SDI”架构为核心，其中视频服务器的设计与实现尤为关键。为了确保播出系统的稳定性和可靠性，第三备视频服务器的设计包括以下几个方面：

2.1 系统架构设计

在高清播出系统中，第三备视频服务器的架构设计需充分考虑系统的稳定性、可靠性和扩展性。一般而言，第三备视频服务器的架构设计应遵循冗余热备份的原则，同时为了方便管理和维护，第三备视频服务器的架构设计还应考虑与主、备视频服务器的兼容性和统一性。第三备视频服务器与主、备服务器共用相同的数据库，也采用了相同的播出控制软件，同步同时播出相同的文件素材。当主、备视频服务器出现故障时，第三备视频服务器能够迅速接管服务，保证节目的连续播出。使用相同的播出软件可以确保主、备服务器和第三备服务器在处理视频文件和播出流程等方面具有一致性。这种一致性有助于减少因软件差异导致的潜在问题隐患，提高了整个播出系统的稳定性和可靠性。对于值机员来说，相同的播出软件简化了他们的日常工作，降低了学习成本，减少了学习时间。在紧急情况下，这种熟悉的操作环境也有助于值机员更快的反应。在切换系统中将第三备视频服务器信号切换到预调的矩阵输出，实现快速接管播出任务，保证视频信号不间断播出。

2.2 服务器配置

在进行第三备视频服务器的配置规划与选型时，确保系统具备出色的性能、卓越的稳定性和高度的兼容性至关重要。首先，为保证节目素材能够高效的实时处理和流畅播出，该服务器配备了顶级规格的硬件配置，采用的是正奇FMS-3 SDI系列主机，搭载了Intel Xeon Silver 4210系列处理器，这款10核心20线程的中央处理器（Central Processing Unit, CPU）拥有强大的数据处理能力，能够轻松应对高强度的工作负载。内存方面，选择了大容量的随机存取存储器（Random Access Memory, RAM）以支持高速缓存和并行任务处理，从而有效提升整体运行效率和响应速度。存储方案上，服务器内置了1个由6块6 TB热插拔硬盘组成的磁盘阵列（Redundant Arrays of Independent Disks,RAID）阵列，不仅提供了海量的数据存储空间，还确保了数据的安全冗余及高可用性。网络连接层面，该服务器装备了4个千兆以太网接口，无缝集成到存储网络中，满足高带宽的数据传输需求。功能特性上，它全面支持多种主流视频格式如MXF和MPG，同时兼容MPEG-2和H.264编解码标准，能够灵活适应不同分辨率和码率的视频内容同步播出。尽管在绝对性能上略低于主、备视频服务器，但第三备视频服务器凭借其优化的软解码技术和较高的性价比优势，依然能够在保障高标清视频流畅播出的同时，有效地节约运营成本，确保业务连续性和稳定性，是构建多级容灾备份体系的理想选择。

2.3 分控系统配置

管理系统与控制系统作为第三备份视频服务器播出系统的中枢，其核心涵盖上级计算机、节目单上传设备、主备播控单元、第三备播控单元、共享控制工作平台与同步迁移服务器等多个关键组件。这些组件通过先进的网络架构紧密衔接，共同确保播出流程的平稳运行。该控管系统以实际的节目播出单为参照基准，对第三备份视频服务器执行诸如文件整理准备、播出精确调控及信号调度等一系列核心任务操作。与此同时，第三备播控机依据接收到的节目单信息，独立的对第三备份视频服务器播出流程进行有效控制。共享控制工作站则根据播控机发出的操作指令，精密控制着共享矩阵的动作。另外，系统中的同步迁移服务器扮演着“文件管理专家”的角色，其主要职责在于执行视频服务器内节目文件的迁移、删除等关键性管理工作，从而确保整个文件管理体系的有序高效运作[2]。

高清播出系统配置了一组共计8台的切换设备，其中4台为主力切换器，另外4台为备用切换器，所有设备均为16输入通道至2输出通道的高清SDI静止画面切换器。这一系列切换器的核心任务是对4个高清频道（包括新闻综合、城市生活、生活服务和邗江频道）的主备播出HD-SDI信号进行实时切换操作。此外，系统配备了8台高清规格的4输入至1输出SDI静止画面切换开关。这些切换开关旨在提供灵活便捷的主备播出HD-SDI信号互换功能，服务于上述4个高清频道。为了满足HD-SDI信号下变换为SD-SDI信号后的切换需求，系统中还设置8台具备高清处理能力但实际应用于标清环境的2输入至1输出SDI静止画面切换开关，确保在不同信号格式间的平滑倒换[1]51。

每个频道的分控视音频系统接收多种HD-SDI信号源：主、备视频服务器各一路，第三备视频服务器一路，以及两路高清P2放像机应急播出信号。这些信号经过分控高清多画面分割器处理后，精准地进入主备切换器。主备16×2高清SDI切换器的节目（Program, PGM）输出信号，经过主备响度控制器板卡的处理后，被精准地输出至主备高清键混器。为了确保音频质量的稳定，系统还配备了8块高清响度控制器板卡，用于实时控制这4个高清频道的主备8路末级高清PGM/SDI信号的音频响度，从而确保观众能够享受到高质量的视听体验[3]。

第三备视频服务器作为高清播出系统的冗余组件，其作用在于提高系统的容错能力和服务的连续性。当主、备视频服务器出现故障时，第三备视频服务器能够快速接替其作用，保证系统不中断地播出高清信号。第三备视频服务器与常规的主、备服务器不同，它独立于主、备服务器之外，通过专用网络与其相连。正常情况下，第三备服务器不参与播出任务，仅在主、备服务器全部故障时，再由切换系统切换至预调度的矩阵输出接管播出任务，完成第三备视频服务器作为备份信号源的替换过程。这种工作方式可最大限度减少第三备服务器的加载，保证其稳定可靠。

3 第三备视频服务器的应用效果分析

3.1 播出稳定性提升

在传统的双路备份策略中，主、备视频服务器若遭遇故障或突发意外情况，将可能引发播出中断问题，这不仅会影响观众的连续观看体验，更可能对广播电视台或流媒体平台的整体服务质量造成负面影响。然而，随着第三备视频服务器的引入，整个系统架构的冗余性和稳定性得到了显著强化。该设计使得高清播出系统具备了三重保障机制，在实际运行过程中，即使面临主、备视频服务器同时出现故障或异常状况的极端情况，第三备视频服务器也能迅速响应并无缝接管服务，确保节目内容的不间断播出。这种精心设计的三重备份方案，有效地降低了单点故障导致的风险概率，极大提升了系统的稳健性及可靠性，从而大幅减少了潜在的播出中断风险，有力地保障了观众能够享受到流畅、无间断的高品质观看体验。

3.2 容错能力增强

第三备视频服务器的引入不仅提升了播出稳定性，还增强了系统的容错能力。在传统的双路备份架构中，当主、备视频服务器同时出现故障时，系统将面临播出中断的风险。而引入第三备视频服务器后，即使其中主备两路服务器出现故障，剩余的第三备服务器仍能保障节目的连续播出。这种设计使得系统在面对突发状况时能够更加从容应对，避免了单点故障导致的播出中断。

3.3 系统可靠性提升

通过引入第三备视频服务器和智能监控与报警系统，高清播出系统的可靠性得到了显著提升。智能监控与报警系统能够实时监控服务器的状态和性能，及时发现并处理潜在的故障隐患。这种主动式的故障处理方式比传统的被动式处理方式更加及时和有效，进一步提高了系统的可靠性。同时，第三备视频服务器的引入还为系统提供了额外的容错空间，使得系统在面对复杂多变的运行环境时更加稳定可靠。

4 第三备视频服务器的应急案例

扬州广播电视总台于2021年下半年开始全面将标清升级为高清播出系统，用于传输4条高清信号到各地面站，以实现全市范围内的高清覆盖。该高清播出系统已连续运行两年多，主、备视频服务器及第三备视频服务器保持着良好的稳定性。在2023年下半年，生活频道的值机员在播出过程中遭遇了一个罕见的技术问题：主、备路信号同时黑场，但第三备信号保持正常。得益于三选一应急切换开关，第三备信号被迅速切入，确保了节目的顺利播出。

工作人员在事后分析中发现问题的根源在于该视频文件的封装格式异常，未遵循MXF标准，这一格式上的不匹配导致主、备视频服务器在解码和容错能力上的不足，使得该系列素材无法正常解码和播出。然而，在这关键时刻，异构的第三备播出服务器展现出了其卓越的软件解码能力。它不仅能够容错处理这类非标准素材文件，还能在紧急情况下接管高清信号的播出任务。这次快速而准确的应急响应，有效避免了潜在的播出事故，确保了电视节目在面临突发故障时能够保持无缝、安全的播出，第三备视频服务器的应用显著提升了高清播出系统的整体稳定性。

5 第三备视频服务器的必要性、重要性和可靠稳定性分析

5.1 必要性分析

随着高清播出系统规模的不断扩大和复杂性的不断提高，任何一环的故障都可能导致播出中断或质量下降。因此，提高系统的稳定性和可靠性成为业内的迫切需求，第三备视频服务器的引入正是为了满足这一需求而设计的。通过为系统提供额外的容错空间，可以大大降低播出中断的风险，提高观众的观看体验。因此，从提升播出质量和观众体验的角度来看，引入第三备视频服务器是十分必要的。

5.2 重要性分析

在高清播出系统中，视频服务器扮演着至关重要的角色。它负责存储、管理和播出节目素材，是确保节目连续播出的关键环节。然而，传统的双路备份架构在面对某些极端情况时仍可能存在播出中断的风险。因此，引入第三备视频服务器对于提高系统的稳定性和可靠性具有重要意义。通过为系统提供额外的容错能力，第三备视频服务器可以确保在主、备视频服务器出现故障时仍能保持节目的连续播出。因此，从提高系统稳定性和可靠性的角度来看，第三备视频服务器的重要性不言而喻。

5.3 可靠稳定性分析

第三备视频服务器的可靠稳定性是确保其在高清播出系统中发挥作用的关键因素。为了实现高可靠稳定性，第三备视频服务器需采用成熟的技术和经过严格测试的硬件设备。同时，在软件设计方面，采用模块化、冗余和容错等设计思路，确保软件的高可用性和稳定性。此外，还需建立完善的维护和保障机制，定期对服务器进行巡检、维护和升级，确保其长期稳定运行。通过这些措施的实施，可以大大提高第三备视频服务器的可靠稳定性，为高清播出系统的稳定运行提供有力保障[4-5]。

6 结语

通过对扬州广电总台基于“ IP+SDI”架构的高清播出总控系统中第三备视频服务器的应用研究，可以看到第三备视频服务器在电视播出系统中应用具有极高的必要性、重要性和可靠性，是确保电视播出稳定、高质量、合规的关键因素之一。同时，智能监控与报警系统的引入也进一步提高了系统的可靠性和故障处理效率。这些改进措施为广播电视台提供了更加稳定、可靠的播出环境，也为观众带来了更佳的观看体验。

然而，随着技术的不断发展和应用需求的不断增加，第三备视频服务器在未来仍将面临诸多挑战和机遇。首先，在技术方面，随着云计算、大数据和人工智能等技术的不断发展，第三备视频服务器的设计和实现需要更加注重智能化和自动化。例如，通过引入机器学习和数据分析技术，可以实现对服务器性能的自动优化和故障预警。其次，在应用需求方面，随着观众对节目质量和观看体验要求的不断提升，高清播出系统需要具有更高的稳定性和可靠性。因此，工作人员需要通过不断优化和改进第三备视频服务器，进一步提高高清播出系统的稳定性和可靠性，为观众带来更佳的观看体验。同时，工作人员在设计和实施备份方案时需要全面考虑系统的架构、性能和运维需求，确保备份方案能够有效地发挥作用，为高清播出系统的稳定运行提供坚实的保障。