电视播控系统设计中核心设备、核心子系统的冗余备份方案探索

　　【摘要】 本文通过原贵州电视台播出系统在多年实际运行中暴露中的问题，结合新播出系统设计建设中的探索，论述了电视播控系统设计中核心设备、核心子系统的冗余备份方案和思索

　　【关键词】 核心设备 核心子系统 冗余备份

　　近年来，随着多媒体技术和IT技术在电视技术领域的相互融合渗透，广播电视技术取得了飞速发展。单就播出而言，以视频服务器和存储为基础，结合计算机网络和网络控制的编、播一体硬盘播出系统在国内电视台已经普及。在新型的硬盘播出系统中，通过流程化的节目播出和先进的节目安全技术审查手段，通过节目的提前上载，再经过技术审查流程，能够提前发现问题，事先得到弥补，节目本身带来的不安全因素在源端已经得到有效控制。但如何避免信号在处理、传输过程中发生事故和事故发生后能得到快速的处理，需要我们在系统建设初期对系统进行合理的设计。

　　目前，在确保安全播出方面，冗余备份仍然是最有效的方式之一。备份系统是一种特殊的系统，但过多的备份又会造成系统结构复杂，使故障判断和操作维护复杂化，适得其反。一般而言，我们所使用的备份多是与主系统同期建设、同步运行，在同样环境下同时运行的两套系统出现问题的时期也会相差无几，所以过多和过于复杂的备份系统也是一种浪费。如何在系统设计的安全性和系统架构的简洁性上找到平衡，是我们在系统设计和实施中考虑的要点。在广播电视的实际工作中操作经验重于理论，在出现故障的瞬间，需要值班人员做出及时正确的处理，在第一时间把信号送出去，在恢复正常播出后再去探讨故障产生的原因，去反思和总结。一个系统设计时，好的备份系统应该具备简单可靠、明了直观以及易于操作的特性。目前，双机热备份是保障播控系统安全运行的最常用手段，事实证明也是十分有效的手段，但是不是最有效、最安全的模式，我们进行了充分的思考和探索。

　　播出系统中，视频服务器、切换台和播控机、二级存储分别是视音频链路系统和控制系统中的核心设备，在贵州电视台播出系统设计中，我们也是重点考虑了视频服务器、切换台、播控机、二级存储等核心环节的备份。

　　一.视频服务器的备份

　　视频服务器是整个硬盘播出系统的核心设备，它的工作状况好坏直接影响播出安全。在播出系统中我们大多都是采用主、备播出服务器镜像备份的方式来保证安全播出，这种方式看起来已经足够完美，但实际使用中我们却发现并非如此。贵州电视台原播出系统中播出主备服务器因为是同一品牌同一批次产品就出现过因为老化同时发生故障的巨大安全隐患。在新的12频道播出系统设计中，我们在视频服务器配置中采用主、备同品牌同型号硬件编解码视频服务器，但同时配置不同品牌软件编解码服务器作为三备的方式。因服务器本身设计理念不同和编解码方式的区别，在实际使用中碰到过几次因素材文件在传输过程中出错，导致主、备播出服务器工作异常，不能正常播出的现象，看似完美的1：1热备份方式却没能起到备份的作用，关键时刻掉链子。而此时三备服务器却因为传输路径不同、传输时段不同、编解码方式不同而播出正常，及时顶替了主、备播出服务器，避免了事故。 所以，视频服务器的备份我们不只要简单考虑1：1备份，还要考虑避免因同一架构或者同一编解码方式的缺点而导致主、备同时异常的状况。在系统设计时中，主、备（或三备）服务器应采用不同架构，不同编解码方式甚至采用不同厂家和不同型号的产品作为主备，避免因同一产品在设计上的缺陷等带来的隐患。不过，不同架构，不同品牌这种备份方式会带来系统兼容性和后期维护增加了复杂性等新的问题，各台应根据自身特点进行实际应用。

　　二.控制机的备份

　　我台播出系统中播控机也是采用主、备播出机双机热备份的备份方式。主、备播出机之间通过网络和串口通信，确保主、备机心跳一致。备播出机检测到主播出机心跳丢失时，备机通过操作422倒换器接管控制。其拓扑图如下所示：

　　和主、备播出服务器一样，在实际使用中我们也碰到过问题。如主机出现异常时备机未能正常接管，检查发现，主播出机由于芯片驱动BUG导致系统IO出错，扩展的串口无控制指令输出。主、备机之间由于网络心跳正常，备机未作接管操作，从而导致播出视频服务器因接受不到控制指令而停播，切换台不作切换。发现这一问题后很多厂家现在又推出混合主备的方式来解决这一问题，在混合主备的方式中，系统设备可分别由主、备机控制，也可以编组为主控某一部分设备、备控某一部分设备。解决了主机故障，备机不能接管和系统中有双主控机出现的问题，增加了使用灵活性。但是，在这种系统中由于使用了两个422倒换器，使系统变得复杂，不利于故障的排出。

　　我们在实际系统搭建中，通过增加第三备播出控制机，控制独立的第三备播出服务器（只在接收或更改节目单时置为“跟随”状态，以便接收播控主机的节目单信息，平时为置为“单独”播出状态），有效解决了以上问题。

　　三.音视频通道周边的备份

　　在各电视台所使用的播出系统中，对于各种周边设备大多也采用了备份的方式。播出切换台、硬盘信号、外来信号我们都有备份，这些备份能否起到备份作用和我们的系统设计和使用有很大关系。我台老播出系统结构如播出系统框图所示，在系统中我们采用了一台QMC32路切换矩阵作为主切换台，16X2切换开关作为备份接入QMC的Bypass应急的方式。

　　当切换台上游矩阵故障时，通过切换台的Bypass倒换到16X2播出。在实际使用中我们却发现，切换台由于通讯故障不作切换操作时，面板也无法控制主机，无法Bypass到16X2播出，设计的系统备份没有起到作用。再来看周边视分板卡等的使用，我们备份使用的帧同步、视分等板卡都在同一机箱中。当机箱出现故障或者掉电时就会导致信号全无，使我们的备份失去作用。在实际使用中我们也碰到过这样的情况。针对这一情况，在新建的系统中我们按照主备链路区分，将主备设备完全独立分开，相互之间无关联互不影响，系统中设备不会因某一设备故障而影响其他设备正常工作。在有多块输入板卡的切换和路由设备中也按主备接入不同的板卡，使主备之间互为备份真正起到备份的作用。

　　四.系统级（核心子系统）的备份

　　由于广播电视对播出安全要求很高，在故障处理时我们一般都遵循首先恢复播出，然后判断处理故障，最后进行总结改进的处理流程。所以我们不但要对单一设备备份，也要有完整的系统级备份。对于频道数较多的播出系统，可以按功能将整个播出系统划分为若干个子系统，各子系统之间相对独立。为保证播出系统的简洁性、兼容性和易维护性，各频道结构需保持一致。我们可以考虑使用N+1的方式对系统内的频道进行备份，同时也方便以后系统的扩展和维护。在前期规划时，若条件允许，我们还可以考虑对单个频道进行备份，使用与其他子系统相似的结构，但又保持其相对的独立性。贵州电视台现在使用了10+1的方式对系统进行备份，多建一个空闲频道，平时用于卫视频道和其他频道重要节目跟播以及各种软硬件设备测试和培训，当主用系统故障或者进行技术改造或检修时，可以通过输出端4选1或者跳线的方式用于代替其他频道播出。

　　电视播出是一个系统工程，一个安全的播出系统不是我们简单将先进技术累积和先进设备堆叠在一起就能得到的，在建设初期必须做出合理的安排、科学的规划，在实际使用中不断总结、完善。构建一个充分考虑了系统备份冗余性的、符合各台自身特色的播出技术系统可以为我们提供一个优质的硬件平台，有效降低播出事故的发生率，更好地完成播出工作。

　　肖建波 贵州电视台播控中心