仪征市广播电视台高清全台网建设实践

罗 琪 双羽洁 胡晶晶

（作者单位：仪征市融媒体中心制作播出部）

电视台全台网是通过建设一个数字化的网络平台，利用内部网络的互联性实现信息的共享，从而达到节目生产采、编、播、存全过程的文件化、流程化以及网络化的目的。全台网采用数字化的内容管理方式，面向电视台传统媒体与互联网新媒体业务提供支持[1]。随着互联网技术的发展，必须推进媒体融合发展，做大做强主流媒体。通过广电新闻制播系统与互联网技术的深度融合与创新服务方式，再造服务流程，实现广电向融合媒体的演变，成为广电生存和发展的必由之路。此外，随着人们对高清电视内容需求的不断提升，国家广播电视总局印发了《关于加快推进高清电视发展的通知》，鼓励县级台进行高清化改造，通过对标清制播系统进行全面改造升级来推动自身发展，提升观众的观看体验。因此，新时代背景下，全台网建设应兼顾高清化与融媒体发展的需要。

1 传统电视台全台网建设现状

传统电视台全台网采用烟囱式的搭建方式，由生产、媒资、发布、播出等系统组成，每套系统都有独立的数据库站点、存储站点以及日志站点。业务与系统的对应性相对单一化，业务与设备的耦合性又太高，致使系统间的资源共享很难实现，资源利用率低，增加了运营的成本与能耗。

如图1所示，传统电视台全台网采用烟囱式的建设思路，系统之间形成独立的数字岛屿，往往只能通过数据摆渡系统进行简单的素材交互，业务流程衔接不畅，很难实现全程无纸化办公。同时，由于系统后台服务器均为功能单一的专用服务器，为保障系统稳定运行，避免单一故障点，往往会配置主备双机，并增加双机热备软件，造成资源浪费。系统扩容升级受限于底层硬件资源无法横向扩展，一旦前端业务面临更新换代，就只能整网淘汰，无法利旧，造成既有投资的损失。

图1 传统全台网烟囱式建设方式示意图

为打造高效灵活的业务模式，打通各业务子系统之间的消息路由，强化资源整合，新的体系结构采用面向服务的架构（Service Oriented Architectre，SOA）为异构应用业务的集成与整合带来了希望（见图2）。这种结构将各个系统点对点的连接转化成多个系统对中心的连接。在传统架构的基础上增加建设主干平台，采用“企业服务总线+SOA”双总线的方式，能够增强系统间的交互能力，无论是素材交互还是业务流程衔接都更为顺畅。

图2 基于主干平台的全台网建设方式示意图

然而，与建设传统业务系统一样，建设主干平台同样需要独立的底层资源和数据库，且需要面向电视台各个业务流程进行大量的软件定制开发。随着融合媒体以及高清制播方式的发展，媒体对象的数量越来越多、类型越来越丰富、业务子系统关系更加错综复杂，管理方式无法形成统一，主干系统负担越来越重，效率下降，依靠主干平台完成全台系统的连接和管理变得困难重重，且主干平台同样面临单点失效的风险。

2 仪征市广播电视台融合高清全台网建设实践

2.1 分布式架构设计

传统的全台网建设使得系统间相互隔离，业务与系统设备无法解耦，各系统数据相对独立，系统间的数据交流必须通过迁移实现，不同系统间的数据处于“你不认识我，我不属于你”的状态，系统不能跟随业务增长而弹性扩展。融媒体时代，业务数据量呈井喷式爆发，数据类型多种多样，业务类型也需要不断调整以适应媒体产品的持续迭代。具备功能上满足多业务海量数据的快速检索处理，架构上又安全稳定并且可持续扩展的全台网架构显得十分必要。仪征市广播电视台融合高清全台网的建设，摒弃传统全台网烟囱式的建设模式，整合分散的业务生产系统，采用集约化、去中心化、扁平化的建设模式，基于微服务架构（Micro Service Architecture）分布式技术架构设计，通过建立多个子系统共平台使用的分布式统一平台，实现对系统的解耦重构。分布式系统架构的多副本、负载均衡及资源可横向扩展等优势，有效地满足了新型全台网对业务快速部署、安全稳定以及系统可持续扩展等多方面的需求。

如图3所示，分布式融合高清全台网后台采用“分布式计算集群+分布式存储集群”的方式部署[2]。其中，分布式存储存 容量和带宽可同步线性扩展的特点，为网络化高清视频编辑提供了有效保证；计算资源的分布式则使用基于容器的轻量级虚拟机（Virtual Machine）解决方案-Docker技术实现运行隔离和自动部署，并使用Kubernetes实现其他功能，为融媒体业务复杂多变的业务类型提供有效支撑，形成了“平台+工具”的全业务分布式高可靠系统。Docker是近年来出现的轻量级虚拟化技术，是基于Linux Containers的开源引擎[3]。相比于传统方式容易带来的性能损失，封装进Docker的服务进程支持Host OS内核的共享，并能确保各系统隔离运行，启动性能接近普通进程的效率。同时，Docker可实现服务和运行环境的打包配置、版本管理和分发，为系统自动安装和升级维护提供支持。为适应融媒体时代各种不同的元数据类型，通过部署Docker微服务的方式，可以同时混合使用分布式关系数据库、文档数据库以及图数据库等，还可以提供高性能的内存数据库实现数据的快取缓冲。相比传统架构单一数据库的部署方式，该方式结合关系型数据库与非关系数据库的特征，可以灵活地支撑平台业务流程和应用。业务应用层面，如媒资软件、精编非编软件、B/S简编软件、合成转码软件、文稿软件、多媒体稿件编辑软件、融合媒体汇聚分发软件等软件均采用微服务的方式部署，可以灵活地根据前端业务功能需要，即开即用，灵活配置，无须改变底层架构，方便前端业务灵活开展的需要。在安全层面，全台网采用分布式技术和一致性Hash算法：系统中数据丢失时，副本数据能够及时地补充给前端使用；同时采用去中心化的设计方式，在一个服务器发生故障时，其他服务器能够自动分摊故障服务器的任务，以此保障计算、数据库和存储的安全性。底层任意（n-1）/2的存储节点或服务器节点发生故障时（n为节点总数），不影响业务使用，业务可在集群其他节点自动启动，保证业务的连续性，确保系统使用的高可靠性[4]。集群节点之间设计负载均衡功能，前端业务由后台所有节点同步支持，其业务处理效率大幅提升。从系统维护角度来看，全台网采用分布式架构时，所有节点物理配置与应用配置均一致，运维人员只需掌握维护一台节点的配置，即可实现平台整体的维护。这种方式避免了传统解决方案中需要进行繁杂的虚拟化软件维护和不同功能虚拟机的维护的弊端，有效解决了仪征市广播电视台技术维护力量不足的问题。

图3 基于分布式架构的全台网建设方式示意图

2.2 分布式系统框架设计

如图4所示，仪征市广播电视台融合高清全台网系统框架设计采用当前流行的“大中台”理念，将数据服务、媒体处理、用户管理等电视台业务系统中公共和通用的部分从前台业务中抽离出来，形成可复用的服务，切实解决电视台业务系统建设“重复造轮子”的问题。多元的平台服务和工具的组合可以有效满足不同的业务需求。利用微服务化设计实现对系统的解耦重构等，能够让前台业务之间的信息形成互通，降低重复投入造成的资源浪费，有效解决融媒体时代“业务变化快”和“技术系统迭代慢”的矛盾[5]。进行系统建设应综合考虑用户体验和平台服务需要。业务中台由设计数据服务模块、媒体处理服务模块、管理服务模块以及其他服务模块四大基础模块组成。所有模块的设计全部按照分布式架构，同时满足负载均衡、高可用性原则的要求。中台建设采用后端服务与终端应用工具分离的建设方式，可以扩大终端应用工具的选择范围，通过制定统一的平台接入规范，实现能够接入主流厂商的生产工具并为其提供能力支撑的目的，满足个性化的业务需求。工具层则改变传统模式，实现每个系统中工具的分类聚合，按照汇聚、管理、生产、发布四个环节着重设计工具单元，可以支撑多种业务的开展；业务应用涵盖高清新闻制作、综艺制作、演播室、媒资管理等传统电视台业务，以及面向融合媒体的移动生产应用。所有业务模块均采用微服务的方式部署，即开即用，按需调整。另外，仪征市广播电视台融合高清全台网系统“大中台”的设计模式在全台网未来持续迭代升级的过程中，还可不断融入大数据服务与人工智能技术等多种技术，进一步强化业务服务能力，确保平台在未来一定时期内为本台业务发展提供稳定、高效、先进的能力支撑。

图4 分布全台网系统框架示意图

2.3 网络设计

2.3.1 物理网络设计

为了提高系统实时编辑的性能，方便后期扩容，仪征市广播电视台融合高清全台网物理网络采用后台全万兆、千兆到桌面的以太网架构模式。系统核心链路以高性能千兆万兆交换机双机堆叠，确保整体核心网络的高可靠性和高可用性。

其中分布式集群存储节点和计算服务器节点均配置10 GB光端口与核心交换机相连，避免后端网络拥塞。全台网系统中，单台非编工作站对实时带宽要求高，按照新闻制作平均4层100 Mb/s的需求，现网30台编辑站点与其他工作站点并发实时编辑带宽消耗非常高，极易因为汇聚交换机上行端口的拥塞而造成输出带宽不足，进而影响节目生产。因此，网络设计采用扁平化的设计方案，尽量减少交换机多级汇聚带来的数据上下行压力、传输延迟及更多的潜在网络故障点。分布式后台与非编工作站尽量选择直连后台核心交换机，有效解决上述问题，并最大化地发挥集群存储的高带宽输出能力。

2.3.2 分布式存储设计

系统中存储设计主要从容量和带宽两个角度考虑，以满足全台业务的需求。从存储输出带宽需求的角度来看，融合高清全台网需要承载高码率编辑、后台打包合成、审片、素材迁移、数据导入及低码率编辑等业务需求。结合仪征市广播电视台系统实际情况，总体带宽需求须大于2 GB/s。通过性能比较和测试，本项目中选择配置3个分布式存储节点，单节点输出带宽达到800 MB/s，总体输出带宽2.4 GB/S，满足当前需求，并通过增加更多分布式存储节点以解决后续业务扩张对带宽的持续需求。

从存储容量需求的角度来看，全台网主要满足高清融合生产所需的生产资料存储空间，以及媒资保存所需的媒资在线存储空间。其中，生产资料存储空间预算包含每日高清自办节目素材存储（按节目时长计算，并依据成片比技术总体空间消耗需求）；记者/编辑个人素材空间（每人提供1TB个人存储空间×总人数）；文稿、音频、图文稿件、图片、低码率预览视频等。媒资在线存储空间预算包含影视剧；播出节目归档（有字幕/无字幕）；其他片头、片花、宣传片等。此外，为确保数据安全，分布式存储还需要配置多副本，总体有效存储容量应大于总体需求容量，并设置存储容量水位线，确保空间留有余量的同时可按需及时扩容。

2.3.3 系统安全设计

融合高清全台网网络安全措施包括技术措施、管理措施和运维措施，第三方业务系统与互联网渠道通过边界防护与全台网（内网）对接，在建设时应同步规划安全方案。为保障网络安全，全台网从物理环境、网络系统搭建、主机系统设计、应用系统组成、数据及备份恢复方案、内容监控和安全管理中心7个方面提出网络安全的技术要求。按照《信息安全技术信息系统安全等级保护定级指南》（GB/T22240-2008）和《广播电视相关信息系统安全等级保护定级指南》（GD/J 037-2011）确定网络安全保护等级，其中广播电视播出系统的系统配置、技术维护、运行管理、应急处置、基础设施应符合《广播电视安全播出管理规定》的规定。

各类业务应用软件也按照分布式设计的要求，保证业务系统运行的高可靠性，每个业务应用软件至少具有3个副本，确保任意一个副本出现故障，都不会影响整个网络的运行[6]。针对病毒风险，融合高清全台网通过部署主机防病毒软件进行管控，加强主机的病毒防护能力并及时升级恶意代码软件版本以及恶意代码库，且制定了终端主机防病毒策略。网络边界通过防火墙进行基于通信端口、带宽、连接数量的过滤控制，一定程度上避免了蠕虫病毒爆发时的大流量冲击。此外，还通过部署反向代理服务器接收Internet上的连接请求，融合高清全台网提供从防火墙外部代理服务器到防火墙内部安全内容服务器的加密连接，允许联网用户通过反向代理安全地访问部署在内网的系统服务，实现手机写稿、移动审片等安全传输数据。规范操作和管理是系统安全的重要保障，仪征市广播电视台通过制定严格的安全管理办法和操作规范，做到管理有章可循、操作有据可依。

3 建设成效与反响

仪征市广播电视台融合高清全台网系统于2018年10月始建，经试运行后于2019年4月正式投入使用。目前该技术平台运行稳定，总体情况良好，用户使用体验、软硬件易用性、流程执行效率、操作安全性和实际应用效果均令人满意，符合设计目标和建设要求，系统检测与验收所测指标符合国家、行业相关标准。

系统有效满足仪征市广播电视台4频道高标清同播、媒体资产管理、融合媒体应用等业务需求，不仅实现了仪征市广播电视台从标清制播向全高清制播升级的需求，同时增强了全媒体融合发布的能力。通过流程再造，为媒体融合形势下新业务开展提供了统一的内容支撑和技术服务，促进了仪征市广电媒体融合创新的快速发展。该项目实施后，仪征广电新闻传媒的竞争力得到进一步提升，拥有高质量的自办电视节目与各种类型的优秀原创内容，除电视频道外，还通过两微一抖、App、网台等互联网渠道持续不断输出，有效提升了传播力和影响力，带动了广告和其他收入增长，并进一步促进传媒事业发展，形成了良性循环。

4 结语

在新技术层出不穷、主流媒体肩负使命职责的新要求下，广电行业必然走向融合发展。仪征市广播电视台融合高清全台网的建设，摒弃了传统烟囱式的模式，基于“技术平台化、业务产品化、服务生态化”的路线，真正实现“一个平台、一次采集、多种生成、多元发布”的融媒体业务模式，确保全台业务安全、稳定、可靠运行的同时，为未来融媒体业务持续发展奠定了基础。