硬盘播出系统构架组成及关键设备规范化维护

摘　要：本文从基础理论和实际应用两方面详细阐述了徐州广播电视总台全面建成并投入使用的全数字化硬盘播出系统，首先对整个播控大系统的总体设计、构架组成、工作流程以及实现的主要功能做了深入的理论探讨， 对系统采用的SAN网络存储结构和THOMSON公司的Profile XP视频服务器的结构组成、工作特点及系统的优越性做了深入细致的分析理解， 在此基础上结合实际应用提供了硬盘播出系统运行过程中诸如硬件、软件、管理等方面问题的解决方案，对于系统中关键设备如Profile XP视频服务器和SQL Sever2000/MDC数据库服务器则提出了如何规范化维护， 通过对典型故障的现象和处理办法以及日常科学的运行管理维护工作的要点进行详细地归纳总结，避免了电视播控系统从模拟向数字方式转换过程中许多人为的或不可预知因素的故障的发生，以及如何有效地预防、减少和迅速排除此类故障。 通过制定切实可靠的数据库维护计划， 对系统有限的存储空间进行合理的分配和高效的管理，大大减轻了值班人员的劳动强度，提高了播出的信号质量和工作效率以及值班人员应急处理排除突发故障的能力，增强了播出的安全性，降低了系统设备维修和运营成本，提高经济效益，有着积极的意义。

关键词：硬盘播出；架构；维护
　　徐州广播电视总台播控中心自动化硬盘播出系统采用网络化、全数字化（嵌入音频）方案，采用GVG  CONCERTO 64×64数字化矩阵作为信号调度中心，完成四个自办频道和一个插播频道的播出以及台内多个演播室、微波、光纤、卫星等外来信号的直接调度。以Profile XP视频服务器为主、应急录像机为辅进行节目播出，以近线与在线相结合的方式进行节目存储，冗余备份措施完善，主观监控与仪器监测相结合。该系统由总控、视频服务器、周边设备、媒资存储和播出控制五大部分组成。在本方案中，采用了THOMSON公司的Profile XP视频服务器构建了主备镜像的播出服务器系统和远程上载系统，并通过单模FC网连接上载系统和播出系统以及媒资系统。整体系统为全冗余方式，无单一溃点。所有上载工作站支持嵌入音频的SDI信号、模拟复合、分量、1394等各种信号格式；播出服务器支持嵌入音频的SDI信号，并且整个播出系统支持0－25Mbp/s任意码流的播出。 整个硬盘播出系统在我台已经全面顺利运行了一年半多的时间，在此我结合实际应用对整个系统构架组成及关键设备规范化维护及一些典型故障排除作一阐述。
　　
　　一、系统构架组成
　　　　
　　　　图一　　总系统构架图

　　如图一所示： 在本硬盘播出系统中，首先通过上载工作站将传统磁带信息进行数字化，将上载形成的高低码率素材、节目直接存放到FC磁盘阵列中，将初编目及元数据信息存放到数据库中。对远程上载传输过来的素材、节目进行在线审查。如果审片不通过则需要重新上载，如果没有问题，则进入下一步。此时可以开始数据迁移，由FTP服务器将高码率数据从在线磁盘阵列迁移到播出服务器中。迁移完成后就可以进行播出级的审片，审片完成即进入待播状态。播出完成后的素材依旧保存在FC光纤盘阵中，对于需要长期保存进入媒资系统的素材则可以迁移至磁带库中，同时对素材进行二级编目。编目可涉及多个环节，可以串行工作，也可以并行工作，对于每个环节都要进行审核，不合格的则返回相应的环节进行修改，直至最终通过审核。
　　
　　　　
　　图二　　总网络构架图


　　如图二所示： 由于本系统是属于远程上载、媒资嵌入式的播出系统，为了保证在播出安全的前提下，网络之间能够畅通无阻，选择如何的网络构架至关重要。因此在该网络的结构设计中采用了FC（Fibre Chanel）网和以太网相结合的双网结构。借助FC通道对大数据包传输的高效性及高可靠性，实现高码率数据在各有卡站点和在线存储体之间的高速交换。而以太网用于系统管理和元数据信息的交换，并通过以太网访问低码流数据，实现对低码流素材的检索查询。远程上载素材直接存储至二级在线存储体中，素材迁移省略了迁移环节，节省了迁移资源又提高了工作效率。由于上载与二级盘阵之间是通过单模光纤连接，其带宽和传输速率完全能够满足素材存储和在线审片的实时性要求。
　　　　为了减轻播出服务器压力，所有归档素材都从二级在线盘阵迁移至媒资磁带库，不占用播出盘阵带宽，所有播出后素材，若不需保留可以直接从盘阵删除。 二级在线盘阵同时也可以做为播出媒资系统与其他系统互连时的素材缓冲区，充分保证了播出媒资网的安全。为应对其出现故障，我们在播出服务器系统加入了应急上载通道，将故障直接排除在播出线以外。
此外系统具备的完善的分级存储管理软件和流程监控软件及合理
的传输策略保证了系统的稳定，播出服务器的素材都来自于在线系统、媒资库及本地上载，已经存在于在线的素材播完后不用归档，其他需要归档的素材都可以由在线盘阵迁移到带库，使播出服务器不再承担归档任务，降低播出负载。各种不同的迁移任务可分门别类，分时进行。
　　
　　图三　　SAN网络构架图
　　


　　如图三所示，SAN结构实际上是一种存储设备池，通过Fibre Channel协议，数据吞吐量可达100Mbit/s。它是一个由盘阵、磁带以及光纤设备构成的子网，这一子网上的存储空间可以实现大容量存储设备数据共享。一个 SAN 网络由负责网络连接的通信结构、负责组织连接的管理层、存储部件以及计算机系统构成，从而保证数据传输的安全性和力度。SAN 支持磁盘镜像技术（disk mirroring）、备份与恢复（backup and restore）、档案数据的存档和检索、存储设备间的数据迁移以及网络中不同服务器间的数据共享等功能。本台硬盘播出系统中的近线存储系统就是一个开放的SAN，它提供了主机和存储设备之间的高速互联，避免了大容量数据传输时发生阻塞及冲突，此外还能对存储资源进行集中统一管理。

二、硬盘播出系统关键设备规范化维护
　　1. Profile XP视频服务器
　　THOMSON公司的Profile XP视频服务器作为一个嵌入式系统，由视音频压缩编解码器、大容量存储设备、输入/输出通道、网络接口、视音频接口、RS-422串行接口、网络协议接口、第三方开放式软件接口及视音频交叉点矩阵等构成。
　　本台硬盘播出系统中一主一备两台Profile XP视频服务器，作为整个硬盘播出系统的核心设备，它具有模块化结构、RAID存储 器和远程错误检测以及电源、控制卡双备份，具有极高的可靠性。由于它存储了海量的视音频素材要实现高速传输、共享，故采用了FC光纤网作为视频服务器之间快速、实时复制和移动素材的交换网络。
　　 Profile XP视频服务器主机和备机之间通过光纤通道和网络连接实现所有的指令传送和工作步调的时刻一致，总共配置了6个编码板、10个解码板，能提供4×2路播出通道、1路插播通道、4路独立回放监视通道（其中一路兼延时播出功能），2路播出应急上载通道，一个垫片通道。主机和备机分别外挂一个磁盘阵列，采用RAID3技术，支持热插拔更换；备机为主机的镜像，跟主机存储同样的内容；用于主备镜像播出的Profile XP提供双RAID控制卡，RAID控制卡在视频服务器中的作用十分关键。
　　Profile XP视频服务器工作状况好坏直接影响播出质量和安全，必须保证其运行安全。平时就要做好以下工作：
　　（1）提供良好的工作环境，保持机房环境恒温干燥。定期对视频服务器进行清洁除尘等保养工作，保证设备接地可靠。在技术供电系统之外，要配备大容量UPS双路自动联锁倒换供电系统，避免瞬时电源故障造成设备重启引发播出事故。
　　（2）遵循正确的开关机流程，开机遵循“先加电再RAID后主机”的顺序，关机遵循“先主机后RAID再断电”的顺序，平时要及时备份系统配置参数，万一系统崩溃后能紧急重建阵列、恢复存储数据。
　　（3） 定期维护Profile XP视频服务器配备的磁盘阵列，及时删除所存储的过期、无用的素材，防止垃圾素材占用大量硬盘空间，影响视频服务器响应时间以及运行速度。我们可以在WEB应用服务器上的大洋管理控制台采用硬盘垃圾删除功能，将数据库中的数据记录与视频服务器磁盘阵列中的素材进行正反对比，将在数据库中无记录信息的无用素材在磁盘阵列中彻底删除，必要时可以手动从视频服务器中直接清理。
　　（3）可定期重启服务器和各频道播控工作站，消除内存残留，降低服务器死机概率，提高系统可靠性及运行效率，但不要频繁重启。
　　（4） Profile XP视频服务器安装了Win NT，系统硬盘为主、备硬盘和一张Dupli-3镜像卡组成的热备份，两块硬盘数据实时互备，同时工作。若发现镜像卡故障或硬盘损坏，要及时更换。更换前要关闭服务器，切断服务器电源。要熟悉镜像卡的故障现象为：指示灯不亮或者指示异常（正常情况下所有指示灯为绿色）；硬盘的故障现象为：镜像卡上对应主盘指示灯或备盘指示灯闪烁或者为红色。热插拔故障硬盘时，一定要将正常硬盘及时插回，如果时间间隔太长，系统可能无法识别从而造成数据丢失，出现跳帧、黑场等错误。
　　（5）如果在播出过程中出现画面静帧或服务器死机的情况，一般先排除诸如板卡损坏等硬件故障的话，重启即可解决问题。重启可使服务器的硬件板卡、操作系统、应用软件得到复位。正确的操作流程为：首先要确保另一台Profile XP视频服务器运行正常及各频道播控工作站信号源切至该服务器，按“Ctrl+Alt+Del”热启动，若失效则需强制关掉前面板开关，关机15秒后重新启动。启动成功后在Windows NT界面输入口令进入系统，在系统运行PortSever完成（约5分钟左右）后，运行VdrPanel，系统依次显示A、B、C、D、E、F、G、H等8个解码通道，这时可在分控对应的各个播控工作站上分别运行“同步播出”命令，整个播出系统即可恢复正常。另外，在运行中若出现某一个通道出现故障或死机的情况，此时可先关闭此通道再重新启动此通道，如若不行可先关闭所有通道再重新启动所有通道，若还是不行的话就只能重新启动系统了。
　　（6）在平时审片时如果发现有受损的素材，一般要及时删除。 因为Profile XP视频服务器在播放受损的素材时有可能造成该解码通道死机，甚至造成硬盘机死机。另外，鉴于本播出系统要建立的是主备Profile XP系统，素材之间要通过光纤网实现完全备份，故要选用Louth协议控制方式，以便在自动播控系统发生故障而不能控制Profile XP时，可以利用Profile XP中的VdrPanel进行人工编组播出。
另外Profile XP自带专有的Prolink协议,  Profile XP在接收协议的时候，它由PortSever来统一管理，且Media Manager也需要PortSever的支持，故开机一定要启动PortSever。由于Profile还支持VDCP协议，该协议能实现主控端与被控端的紧密联系，为各方提供了执行控制、状态查询、文件管理、数据查询方面的指令集，完全能够满足硬盘播出系统对视频服务器精确、实时、有效控制的要求。在使用VDCP协议时，要注意打开VdrPanel界面且不能最小化。如果在播出广告段落中有出现黑场的情况，可以修改VdrPanel中的播出停止方式，将原先的non_end_mode改为last frame（最后一帧）。 
　　2.  SQL Sever2000/MDC数据库服务器
　　硬盘播出系统中数据库系统至关重要，一旦数据库出现故障，则整个系统随之瘫痪。数据库的最主要的功能就是实现了围绕节目播出为核心的相关数据信息共享以及对数据的集中管理，因此数据库的正常运行及系统数据安全是保证安全播出的关键。
　　数据库作为整个系统安全运行的核心，除了记录系统工作必须的素材、节目单、广告包以及管理数据信息外，还要求记录围绕整个系统相关的操作日志，如上载日志、编单日志、节目播出日志、播出操作日志等。由于日志信息会伴随着系统的正常运行会持续增长膨胀，久而久之就造成数据库运行响应效率低下，为了解决这个问题，可以定期进行应用数据库的存档工作将大量应用数据完全转移到一个只用于存档的数据库文件中，从而使当前应用数据库保持较小的数据存储量，保证一定的运行效率。
　　此外，提高数据库的安全性和数据恢复能力，最容易和最有效的方法就是备份。为此系统从硬件软件两个方面都作了冗余备份，并定期执行有效的数据管理。
　　在本台硬盘播出系统中，采用了两台DELL2850服务器以Windows2000 Advanced Sever操作系统为平台，数据库采用SQL Sever2000, 使用千兆网卡连接，外置RAID5磁盘阵列保存数据库文件。两台服务器组成主备方式，同时运行，所有系统设置文件均指向主服务器，数据库实时修改的数据往主服务器写，主服务器向备服务器镜像数据，从而保证数据的实时同步，从而实现系统的实时热备份。当主服务器出现故障时，则可以通过更改上载、编单、播出各工作站的数据源ODBC设置，使各应用程序系统 设置文件实现对备服务器的指向。平时做好数据库的维护主要来说有以下几个方面的工作：
　　（1）遵循正确的开机操作流程。使用各个功能之前，需确认数据库服务器网络连通正常，要使用规定的帐号和密码登陆，以及保证数据库服务器已经正常启动，而且各项服务运转正常。每次开机后，要保证网络连接正常。要确保用于数据备份的磁带机已经正确连接到数据库服务器上。数据备份完成后，要即时把磁带从磁带机中取出。要保证全文检索服务启动。
　　（2）做好数据库的日常维护工作。数据库的维护主要包括系统数据库和应用数据库两个方面，系统数据库由SQL Sever2000自己使用，主要有master、model、msdb、tempdb四个数据库，用来维护系统的正常运行，平时要做好数据库服务器本身的维护工作。应用数据库方面可以利用SQL Sever2000自带的“数据库维护计划器”对主备数据库均做详细的数据库维护计划，在SQL Sever2000的“企业管理器”中选定要建立维护计划的数据库，选中后，在右键菜单的“所有任务”中选择“维护计划”，依据“维护计划向导”，进行“定时备份数据”，“定时备份事物日志”，“定时收缩数据库”，“定时删除历史日志”的设置，即时清理日志文件，防止日志文件占用大量的磁盘空间。还可以使用数据库管理工具本身提供的压缩功能，将庞大的日志文件压缩到很小从而确保数据库服务器保持高效运行状态。定期对过期的素材信息、列表信息、串编信息等相关项目进行整理或删除，以免占用过多资源，保持一个健康的数据库运行环境。
　　（3）做好系统备份。为了实现更加实时、安全可靠的备份，可以将数据库定期导出到网络上任一台计算机进行备份，当主备数据库服务器数据被破坏时，只需从这台计算机上导出数据至主备数据库中恢复即可。当服务器完全失效时，只需在客户端系统配置文件中将数据库地址更换为该计算机的IP或网络名称，同时运行数据库端应用程序，如ID Sever, Msg Sever, Time Sever, Log Sever 等，即可恢复和原来一样的数据服务。
　　此外，在本台硬盘播出系统中主备数据库服务器之间还做了MSCS集群即主备倒换机制，需要重启时，必须按照先后顺序依次重启，千万不能同时启动。一般先启备机，再启主机。注意启动前要先拔下服务器后COM口的控制线，等完全启动后再将其插好。
参考文献：
[1] 浅谈硬盘播出系统的选择 《有线电视技术》2005年20期
[2] 双SAN结构的广告硬盘播出系统 《世界广播电视》2005年09期
[3] RAID技术在硬盘播出系统上的应用 《广播电视信息》2005年10期 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/242591.html